Применение наноматериалов и нанотехнологий в строительстве. Рубрика в журнале - Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал
Высокопрочная стеновая керамика на основе фосфорного шлака и бентонитовой глины
Статья научная
Введение. Одним из перспективных способов получения высокопрочной керамики является метод полусухого прессования композиции «грубодисперсный компонент - тонкоизмельченная связка» с использованием в качестве ядра дробленых отходов промышленности, связующим материалом является тонкомолотая наноструктурная легкоплавкая глина. Методы и материалы. В исследованиях в качестве пластичного материала использована бентонитовая глина Дарбазинского месторождения Туркестанской области, а непластичного грубодисперсного материала - плотный закристаллизованный фосфорный шлак - отход фосфорного производства. Изучение влияния рецептурных факторов на основные физико-механические свойства керамических стеновых материалов выполняли методом симплекс - решетчатым планированием экспериментов. Методом электронно-микроскопического анализа исследованы наноструктура композиции из фосфорного шлака и бентонитовой глины. Результаты. При содержании связки в количестве 25%, гарантирующей плотность упаковок, эффект спекания становится достаточным, и прочность образцов составляет 27,1 МПа. С увеличением количества связки с 25 до 40% эффект спекания продолжает возрастать, и прочность образцов достигает 54,3 МПа. Обсуждение. Приведенные результаты показывают, что наиболее активное спекание и формирование плотных структур в грубозернистых композициях с высококальциевым фосфорным шлаком происходит при содержании 40-60% связки. Наличие плавня вокруг зерен шлака в количестве менее 30% способствует получению менее плотных образцов, при содержании 40% связки наблюдается повышение плотности, что соответствует моделированию смешанных структур керамики. Заключение. Для получения высокопрочного керамического кирпича содержание грубодисперсного компонента в виде фосфорного шлака фракции менее 1,25 мм должна составлять 60-70 %, тонкомолотого фосфорного шлака 5-10 %, бентонитовой глины 20-30%. Оптимальные технологические показатели: температура обжига 1050-1100оС, давление прессования 20-25 МПа, влажность пресспорошка 7-8%.
Бесплатно
Модификация тампонажного портландцемента нанодобавками
Статья научная
Введение. Применяемые при цементировании скважин растворы (суспензии) портландцемента имеют высокие водоцементные отношения (0,45–0,6). Также они содержат минимальное количество инертных наполнителей, должны иметь нулевое водоотделение и регулируемое твердение с минимальным временем между началом и концом схватывания. Состояние вопроса. Основная часть работ по использованию нанодобавок в вяжущих системах относится к строительной отрасли. В качестве модификаторов цементных систем широкое применение имели нанокремний, нанотитан, нанокарбонат, наноглины, углеродные нановолокна и др., которые показывали повышение прочностных показателей получаемых бетонов. В литературе приведен широкий диапазон концентраций нанодобавок в цементные системы от 0,001 до 10,0%. Повышение прочности цементного камня при больших концентрациях добавок в ряде публикаций объясняется уменьшением его капиллярной пористости за счет кольматации порового пространства. Однако нанодобавки не должны выполнять роль микронаполнителей в затвердевшем камне. Они должны работать в цементном растворе на этапе гидратации цемента и структурообразования раствора при концентрациях менее 1,0%. Результаты и обсуждение. Приводятся результаты экспериментальных исследований реологических свойств и ранней прочности камня на основе портландцемента с добавками (0,01%) нанокарбоната и наножелеза. Роль нанодобавок заключается в повышении скорости гидратации цемента за счет снижения энергии активации и ускорения растворения твердой фазы в жидкости. Нанодобавки могут являться «подложкой», на которой образуются двумерные зародыши новой фазы. Вероятность появления двумерных зародышей на подложке на несколько порядков выше, чем для образования трехмерных зародышей новой фазы в объеме раствора. Заключение. Полученные результаты показали неоднозначное влияние добавок на тестируемые показатели, что свидетельствует о необходимости оптимизации количества добавок. Одной из причин неоднозначности результатов могут быть высокие водоцементные отношения, снижающие вероятность образования «стесненных» условий в цементных суспензиях. При этом «нивелируются» эффекты от ускорения гидратации цемента и уменьшается количество контактов между продуктами гидратации.
Бесплатно
Получение строительного силиката кальция
Статья научная
Введение. Силикат кальция - один из известных строительных материалов. Его структура обуславливает способность таких наноструктурированных добавок к образованию вторичной структуры - фрактальной (объемной) сетки, с которой взаимодействуют цементные зерна. Добавление наномодифицирующих добавок для улучшения технологии производства цементов позволит снизить размерность пространства, в котором происходит сорбция молекул на цементном зерне, и, соответственно, приведет к увеличению скорости и эффективности его блокировки. Методы и материалы. В работе предложен способ получения силиката кальция из отходов производства кальцинированной соды. Золь-гель метод синтеза индивидуального наномодификаторов в виде силиката позволит усовершенствовать технологию получения бетонов за счет формирования твердого фазового состояния модифицированной структуры цементного камня. В производстве кальцинированной соды под сбор отходов производства выделяются земельные участки (шламонакопители) для хранения дистиллерной жидкости. В связи с этим остро встает проблема ее утилизации, так как площадь, отводимая под шламонакопители, ограничена. Результаты и обсуждения. В ходе исследования было обнаружено, что добавление определенных компонентов позволяет не только снизить требуемую температуру обжига, но и повлиять на наноструктуру получаемого продукта. Диапазон значений содержания добавок на 5 грамм силиката кальция: С - 0,2+0,4; S - 0,3+0,5; ZnO -0,1+0,3; P2O5 - 0,3+0,5; NH2CONH2 - 0,3+0,3. По полученной матрице условий были приготовлены 16 образцов веществ. Наномодифицирование цементного камня приводит к его упрочнению в ранние сроки структурообразования. Заключение. Добавление гидроперита к силикату кальция значительно увеличивает твердость конечного продукта, при добавлении в качестве компонентов угля, серы, оксида цинка и пентаоксида фосфора изменяется твердость и структура соединения. Таким образом, использование наноструктурированной добавки к цементу на основе силиката кальция, полученного путем квалифицированной переработки основного отхода, входящего в состав дистиллерной жидкости - оксида кальция, позволит повысить качество бетона за счет улучшения технологии производства цемента.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Тяжелые металлы (медь, цинк, никель, свинец, хром, кобальт, кадмий) попадают в строительные материалы с природным и техногенным сырьем. Химический и минералогический состав крупнотоннажных отходов нефтехимической отрасли прекрасно подходит для производства строительных материалов. Присутствие тяжелых металлов в составе строительных композиций обеспечивает высокую прочность и морозостойкость. В настоящее время наноструктурированные металлсодержащие комплексы применяются в производстве строительных растворов, поэтому необходимо обеспечить надежное связывание тяжелых металлов в структурно устойчивые соединения, чтобы не происходила их эмиссия и вторичное загрязнение окружающей среды. Особый интерес исследователей вызывают ежегодно увеличивающиеся объемы шламмонакопителей, содержащие высокие концентрации тяжелых металлов, таких как хром Cr (+6), медь Си (+2), свинец Pb (+2), железо Fe (+2) и Fe (+3). Квалифицированное извлечение перечисленных металлов и связывание их в качестве нанокомпонентов в составе комплексообразователя обеспечит создание наноструктурной композиции в рецептуре приготовления строительного раствора различного назначения. Методы и материалы. Основным способом выделения тяжелых металлов являются сорбционные методы. В работе предложен способ получения алкиленаминополикарбоновых кислот и изучена его способность образовывать нанометаллические комплексные соединения для извлечения тяжелых металлов. Результаты и обсуждение. Проведены исследования эффективности полученных соединений - карбоксиметильных производных гексамина в качестве наноструктурированных комплексообразрвателей для связывания наночастиц металлов в нефтешламе. Подобраны оптимальные условия синтеза и доказана структура полученных комплексообразователей методами инфракрасного и ультрафиолетового излучения, а также методом ядерно-магнитного резонанса. Заключение. Полученные наностуктурированные добавки обладают связывающими свойствами, обеспечивающими высокое сцепление тяжелого металла с органическим субстратом и компонентами строительного раствора, что позволяет обеспечить прочную композицию, сохраняющую эксплуатационные свойства, удовлетворяющие техническим требованиям.
Бесплатно
