Разработка новых материалов. Рубрика в журнале - Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал
Исследование влияния добавок на теплофизические свойства парафинсодержащих дисперсных систем
Статья научная
Введение. Особый интерес для исследования представляют собой дисперсные системы многофазные системы, состоящие из множества мельчайших частиц, равномерно распределенных в жидкой, газообразной или твердой средах. Дисперсными системами является большинство окружающих нас реальных тел: почва, тела растительного и животного мира, облака и туманы, многие продукты промышленных производств, в том числе строительные материалы, металлы, полимеры, бумага, кожа, ткани и продукты питания. Дисперсные системы обладают многими необычными физическими свойствами, которые требуют отдельного изучения и имеют большое значение на практике. Методы и материалы. В данной статье изучено влияние ионообразующих добавок на теплофизические свойства парафинсодержащих дисперсных систем. Широкое применение ионообразующих добавок связано с рядом положительных особенностей. Ионообразующие добавки новый вид модификаторов кристаллической твердой фазы и жидких кристаллов, существенно влияют на процесс образование мицелл парафина в дисперсных парафинсодержащих средах. Поэтому исследования по их воздействию на процессы зарождения и роста кристаллов представляют особый интерес. В ходе исследований были подготовлены образцы с различными ионообразующими добавками и получены температурные зависимости диэлектрической проницаемости для дисперсных систем петролатум метилэтилкетон водного раствора NaCl и KCl. В качестве вида модели выбраны полиномиальные модели, которые широко применяются при обработке различных данных, в том числе и экспериментальных, а также являются эффективным инструментом при решении широкого круга научно-технических задач. Результаты и обсуждение. Установлено, что повышение степени кристалличности твердой фазы при введении добавок связано со снижением поверхностного натяжения и увеличения вторичного зародышеобразования. Получена универсальная регрессионная зависимость проницаемости, позволяющая описывать экспериментальные результаты с достоверностью аппроксимации 0,99. Заключение. Анализ полученных результатов показал достоверность рассматриваемых регрессионных моделей и применимость их на практике, а также в дальнейших исследованиях динамики процесса в дисперсных системах и процесса зарождения и роста кристаллов.
Бесплатно
Исследование влияния наноуглеродных наполнителей на морфологию эпоксидного связующего
Статья научная
Введение. При разработке композиционного материала важно понимать, как компоненты, входящие в его состав, влияют на свойства. Наполнители, взаимодействуя с матрицей, могут изменять ее исходную структуру, за счет чего композит приобретает отличные от матрицы характеристики, что дает возможность создавать композиционные материалы с заданными физико-механическими свойствами. Высокая модифицирующая способность нанонаполнителей определяется значительной удельной площадью поверхности. Это дает возможность при относительно небольшой концентрации частиц перекрывать суммарную площадь границ раздела между матрицей и дисперсной фазой даже при использовании небольшого количества наполнителя. Методы и материалы. Изучались композиционные материалы с наноуглеродными наполнителями, в качестве которых использовали фуллерены, нанотрубки и графен. Для оценки структуры композитов выбрано фрактографическое исследование изломов образцов на растяжение, которое позволяет определить характер разрушения и способность композита сдерживать рост трещин. Микроструктура композиционных материалов, а также морфология упрочняющих наноуглеродных наполнителей исследовались на растровом электронном микроскопе Tescan MIRA3. Результаты и обсуждение. В композите с графеном энергия трещины рассеивается за счет ветвления и удлинения пути ее развития. Углеродные нанотрубки, закрепившись в стенах трещины, препятствуют раскрытию ее берегов. Энергия трещины также расходуется на преодоление сил трения при вытягивании УНТ из эпоксидной матрицы. Агломераты фуллере-нов являются эффективными местами задержки фронта трещины, вынуждая его огибать себя, в результате чего образуются новые площади поверхностей разрушения. При этом происходит увеличение длины фронта и рост энергии, необходимой для разрушения материала. Заключение. Добавление наноуглеродных наполнителей (графена, УНТ и фуллеренов) как армирующих компонентов в эпоксидное связующее способствует изменению его структуры. Установлены вероятные механизмы упрочнения композиционных материалов при добавлении в них наноуглеродных наполнителей.
Бесплатно
Статья научная
Введение. В рамках решения задачи создания нового класса материалов для строительных аддитивных технологий - цементных композитов, армированных высокопрочными волокнами, - в работе представлены результаты экспериментальных исследований прочности адгезионного соединения цементных матриц и армирующих волокон, отличающихся химическим составом, диаметром и прочностью на разрыв. Методы и материалы. Исследования реологических характеристик цементных систем проводились методами сдвиговой и сдавливающей реометрии, методика микромеханических испытаний определения прочности адгезионного соединения «цементная матрица - армирующее волокно» основана на тесте pull-up - выдергивании волокна из слоя цементной матрицы, после проведения испытаний на выдергивание для всех исследованных систем произведена оценка микроструктуры поверхности контакта «цементная матрица - армирующее волокно» с использованием сканирующего электронного микроскопа Thermo Scientific™ Phenom™ Desktop SEM, также определен предел прочности при сжатии образцов цементного камня на испытательной машине INSTRON Sates 1500HDS. Результаты и обсуждения. Установлено, что сочетание высоких прочностных характеристик матриц, волокон и адгезионного соединения на границе их контакта позволит обеспечить необходимые прочностные характеристики армированных конструкционных композитов. В системах «цементная матрица - углеволокно» значение адгезионной прочности составляет 9-11 МПа; в системах «цементная матрица - металлокорд» значение адгезионной прочности составляет 3-4 МПа. Заключение. Рациональными вариантами сочетаний компонентов «цементная матрица - армирующее волокно» являются матрицы с модификаторами вязкости, содержащими нано- и микроразмерные частицы SiO2 (комплексная наноразмерная добавка и метакаолин), в качестве армирующих волокон можно рекомендовать использование углеволокна и металлокорда. КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: цементные композиты, аддитивные технологии, реология дисперсных систем, модифицирование структуры, армирование, адгезионная прочность.
Бесплатно
Пластиковые дренажные плиты с низкотемпературным наноспеканием гранул
Статья научная
Введение. В настоящее время наблюдается стремительное развитие строительной отрасли. Новые жилые и промышленные здания и сооружения появляются как в мегаполисах, так и в небольших городах. В связи с этим происходит активное освоение подземного пространства: строятся подвальные и заглубленные помещения, многоэтажные конструкции, подземные переходы и паркинги, торговые центры и многие другие сооружения. Для создания надежных и долговечных конструкций большое внимание должно быть уделено защите подземных частей зданий от разрушающего воздействия грунтовых вод. Применяемые в настоящее время гидроизоляционные и дренажные материалы не всегда отвечают необходимым требованиям. В данной работе представлен новый материал для пристенного дренажа, разработанный с целью обеспечения надежной защиты подземных зданий от действия грунтовых вод. Методы и материалы. В статье представлен подробный анализ существующих методов и материалов, которые применяются при возведении пристенных дренажных систем. В качестве эффективного дренажного материала предложены пластиковые плиты, изготовленные из фильтрационного пенополистирола. Приведена технология получения фильтрационных пластиковых плит, обладающих высокой водопропускной способностью, основанная на низкотемпературном наноспекании гранул пенополистирола. Были определены основные структурные характеристики фильтрационного пенополистирола, включая характерный диаметр пор и межзерновую пористость, а также физические и механические свойства материала. Результаты и обсуждение. Приведены результаты исследования структуры фильтрационного пенополистирола с различным гранулометрическим составом. Показано, что благодаря процессу наноспекания гранул, можно формировать различные виды структур дренажных плит, требуемые для получения необходимых характеристик. Также представлены экспериментальные данные водопропускной способности дренажных пластиковых плит в зависимости от структурных характеристик материала. На основании проведенных испытаний была получена эмпирическая формула для расчета коэффициента фильтрации дренажных пластиковых плит. Разработаны рекомендации по подбору гранулометрического состава материала при работе в связных и несвязных грунтах. Заключение. Результаты наших исследований показали, что пластиковые плиты из фильтрационного пенополистирола имеют высокую водопропускную способность и достаточную прочность на сжатие и могут быть использованы для защиты подземных частей зданий, построенных на различных грунтах.
Бесплатно
