Развитие нанотехнологий в строительстве -актуальнейшая задача ученых и инженеров. Часть 4

А.И. КАРПОВ Развитие нанотехнологий в строительстве – актуальнейшая задача ученых и инженеров. Часть 4

Получение модифицированной фибробетонной смеси, направленное на улучшение физико-механических свойств за счет компонентов, упрочняющих структуру фибробетона на микро- и наноуровнях

Актуальность

В настоящее время высококачественные бетоны становятся всё более востребованы в строительной отрасли в связи с различными современными конструкторскими решениями, новыми видами зданий и сооружений, а также нестандартными архитектурными формами, наличие которых предполагает применение высокопрочных бетонов, в том числе сталефибробетонов [1].

К числу основных проблем внедрения сталефибробетона в России можно отнести более высокую исходную цену по сравнению с обычным бетоном и относительно небольшое увеличение прочности на сжатие при значительном увеличении прочности на растяжение при изгибе. Достигнуть увеличения прочности сталефибробетона возможно за счет увеличения объемного содержания дорогостоящей стальной фибры (более 2,5% на 1м3 бетонной смеси) при понижении удобоукладываемо-сти смеси в виду комкования фибры с образованием «ежей». При этом стальная фибра позволяет увеличить прочность и трещиностойкость фибробетона только на макроуровне.

С целью обеспечения необходимой удобоукладываемости фибробетонной смеси и достижения бетонной матрицей высокой прочности необходимо использовать различного рода модифицирующие добавки, включая комплексные. Применение модифицирующих добавок способствует уплотнению структуры матрицы на микро, а иногда и наноуровне.

В качестве компонентов модифицирующих добавок широко развивается область по утилизации отходов, которая дает возможность применять большие залежи, в основном, отходов теплоэнергетики при производстве строительных материалов. В частности, при сжигании твердого и жидкого топлива в котлах образуются продукты неполного сгорания топлива – мелкодисперсные сажистые и золовые отложения. Проведены многочисленные исследования по применению золошлаковых отходов при производстве строительных материалов. Влияние са-

А.И. КАРПОВ Развитие нанотехнологий в строительстве – актуальнейшая задача ученых и инженеров. Часть 4

жевых отходов на свойства фибробетонных смесей практически не оценивалось. Сажа (технический углерод) – высокодисперсный аморфный углеродный продукт с размерами частиц 13–120 нм. Использование отходов в виде тонкодисперсной сажи при изготовлении фибробетонов позволит снизить себестоимость производства, а ее применение в комплексе с суперпластифицирующей добавкой, вероятно, позволит увеличить прочность сталефибробетона за счет упрочнения бетонной матрицы на микроуровне.

Другой формой твердого углерода являются фуллерены. Однако в настоящее время влияние углеродных кластеров на модификацию бетонов практически не изучено.

Последнее двадцатилетие активно развивается нанохимия и нанотехнология. Применение наночастиц нашло своё место и в технологии строительных материалов. Очевидными преимуществами бетонов, модифицированных углеродным наноматериалом, являются значительное увеличение прочности на сжатие и изгиб, увеличение морозостойкости и водонепроницаемости за счет уплотнения структуры бетонов. При введении в смесь наноразмерные частицы играют роль зародышей структурообразования, наноармирующего элемента, центров зонирования новообразований в матрице.

Проведенные ранее исследования показали перспективность применения фуллеренов в качестве модификаторов с целью регулирования и управления структурообразованием на микро- и наноуровнях. Однако экспериментальные исследования в области наномодификации требуют дальнейшего изучения и углубления знаний о влиянии комплексного наномодификатора на свойства и структуру не только тяжелых бетонов, но и специальных бетонов, в том числе и фибробетонов.

Цель работы – получение модифицированной фибробетонной смеси, направленное на улучшение физико-механических свойств за счет компонентов, упрочняющих структуру фибробетона на микро- и наноуровнях.

Научная новизна:

• •    произведено теоретическое и экспериментальное обоснование применения комплексных модифицирующих углеродных микро- и на-норазмерных добавок, упрочняющих структуру фибробетонов;

А.И. КАРПОВ Развитие нанотехнологий в строительстве – актуальнейшая задача ученых и инженеров. Часть 4

• •    экспериментально подтверждена возможность применения комплексной модифицирующей добавки, включающей углеродный наномодификатор «Таунит» при изготовлении сталефибробетона и раствора. Исследовано влияние комплексных модифицирующих добавок на физико-механические свойства раствора и сталефибро-бетона;

• •    обоснована эффективность применения сажи (углерода технического), являющейся отходом теплоэнергетики, в качестве составляющей комплексной модифицирующей добавки для цементнопесчаной смеси и сталефибробетона;

• •    разработаны новые составы сталефибробетона с комплексными модифицирующими добавками, включающие в свой состав углеродный наноматериал «Таунит»;

• •    предложена технология изготовления сталефибробетонов с использованием комплексных модифицирующих добавок.

Практическая значимость:

• •    разработаны составы сталефибробетона с комплексными модифицирующими добавками из легкого жаростойкого фибробетона. Получено два патента на изобретение РФ (№ 2361847, 2386599);

• •    разработаны практические рекомендации по применению фибробетонной смеси с упрочнителем из фибры «Миксарм» и нанодобавками.

Реализация работы:

• •    практические рекомендации и результаты проведенных исследований применялись при расчете составов фибробетонов для бетонирования полов яхт-клуба, расположенного по адресу: 400007, г. Волгоград, нижняя терраса Краснооктябрьского района, улица Матевосяна. Экономический эффект от применения разработанных составов фибробетонов с учетом значительного сокращения расхода цемента и арматурных каркасов составляет 101 640 (сто одна тысяча шестьсот сорок) рублей при площади напольного покрытия 840;

• •    разработанный состав сталефибробетона с применением фибры «Миксарм» и комплексной добавкой, включающей технический

А.И. КАРПОВ Развитие нанотехнологий в строительстве – актуальнейшая задача ученых и инженеров. Часть 4

углерод и суперпластификатор «СП-3», использовался при устройстве полов промышленного здания в г. Волгоград по адресу: Аптечный проезд, 1 пункт «Волгофарм». Экономический эффект от применения сталефибробетона составил 40 440 рублей, за счет отказа от использования стержневой арматуры и арматурных работ, как следствие снижение материалоемкости и трудоемкости. Площадь уложенного покрытия составила 240.

Апробация работы

Основные результаты работы были доложены на: Втором Международном форуме по нанотехнологиям (6–8 октября, 2009 г., Москва, ГК Роснанотех); Всероссийской конференции с элементами научной школы для молодежи «Проведение научных исследований в области индустрии наносистем и материалов» (12–16 ноября, 2009 г., Белгород, БелгГУ); 66-й Всероссийской научно-технической конференции по итогам НИР университета за 2008 год «Актуальные проблемы в строительстве и архитектуре. Образование. Наука. Практика» (г. Самара, 2009 г.); 5-й Международной научной конференции «Надежность и долговечность строительных материалов, конструкций и оснований фундаментов» (г. Волгоград, 2009 г.); Всероссийской научно-технической конференции «Нанотехнологии и наноматериалы: современное состояние и перспективы развития в условиях Волгоградской области» (г. Волгоград, ВолгГУ, 2009 г.); 6-й Международной научной конференции «Качество внутреннего воздуха и окружающей среды» (Волгоград: ВолгГАСУ, 2008 г.); 3-й Всероссийской научно-практической конференции «Социально-экономические и технологические проблемы развития строительного комплекса региона» (г. Михайловка, Волгоградской области, 2009 г.), Международной конференции «Неделя строительных материалов, посвященная 65-летию образования строительно-технологического факультета МГСУ (г. Москва, МГСУ, 2009 г.).

А.И. КАРПОВ Развитие нанотехнологий в строительстве – актуальнейшая задача ученых и инженеров. Часть 4

Разработка и оптимизация составов фасадных штукатурных растворов с повышенной долговечностью на основе простых и смешанных вяжущих с тонкодисперсными наполнителями природного и техногенного характера и исследование их структуры

Актуальность

Российский строительный рынок сегодня предлагает широкий спектр фасадных штукатурных растворов, часто – импортного производства. Ассортимент зарубежных строительных штукатурных растворов исчисляется сотнями марок, а отечественное производство явно отстаёт. При этом эксплуатационные качества фасадных покрытий часто недостаточны [2].

Высокое качество фасадной композиции обеспечивается стабильностью состава и свойствами применяемых сырьевых компонентов в штукатурных растворах. Важнейшую роль играют наполнители, в частности, их количественное содержание и дисперсность, а также вяжущие. Проблема оптимального наполнения штукатурных растворов является одной из важнейших. Но известно, что производство природного наполнителя, особенно наноразмера – достаточно трудоёмкий и дорогостоящий процесс.

Сегодня можно решить данную проблему путём разработки штукатурных растворов нового поколения с применением нанотехногенного сырья местного производства, что позволит повысить качество и значительно снизить себестоимость фасадных композиций, а также улучшить экологическую обстановку региона.

Цель работы. Разработка и оптимизация составов фасадных штукатурных растворов с повышенной долговечностью на основе простых и смешанных вяжущих с тонкодисперсными наполнителями природного и техногенного характера и исследование их структуры.

Научная новизна:

• •    разработаны экономически привлекательные и эффективные фасадные штукатурные растворы с высокими эксплуатационными

  http://nanobuild.ru/magazine/nb/Nanobuild_4_2013.pdf ( к содержанию 3

А.И. КАРПОВ Развитие нанотехнологий в строительстве – актуальнейшая задача ученых и инженеров. Часть 4

свойствами, с применением нанотехногенных наполнителей местного происхождения;

• •    установлены закономерности изменения структуры и технических свойств фасадных штукатурных растворов в зависимости от вида: вяжущего – простое (цементное) или смешанное (полимерцемент-ное); наполнителя (дисперсности, физического состояния и количества); основания (кирпич, бетон);

• •    улучшены декоративные свойства штукатурных растворов за счёт применения светлоокрашенных наполнителей: карбонатного шлама (КШ), карбонатно-кремнезёмистого продукта (ККП), а также их смеси – бинарного наполнителя;

• •    установлено оптимальное содержание нанотехногенных наполнителей в фасадных штукатурных растворах: КШ (влажный) 5%; КШ (сухой) 15%; ККП 13%; бинарный наполнитель: карбонатный шлам (влажный) 15% и ККП 13%;

• •    установлены возможные химические соединения, образующиеся в затвердевшем штукатурном растворе на основе физико-химических результатов формирования (термодинамических расчётов, электронной микроскопии, качественного рентгенофазового и дифференциально-термического анализов);

• •    доказана практическая возможность и целесообразность применения нанотехногенных наполнителей местного происхождения в фасадных штукатурных растворах, влияющих положительно на структуру и свойства композиции.

Практическая значимость

Разработаны составы фасадных штукатурных растворов на основе простых и смешанных вяжущих, модифицированных нанотехногенны-ми минеральными наполнителями с высокими свойствами, обеспечивающими необходимую стойкость композиции в условиях эксплуатации (прочность сцепления, прочность на сжатие, морозостойкость).

В результате планомерной оптимизации штукатурных растворов минимизирована доля продуктов строительного рынка – экономия вяжущего составила от 5 до 15%, в ряде составов природный наполнитель полностью заменён на нанотехногенный продукт, что позволило достичь существенного экономического эффекта.

Расширена номенклатура минеральных наполнителей российской стройиндустрии ценным нанотехногенным сырьём – КШ и ККП, что способствует улучшению экологической обстановки.

Реализация работы

Разработанные составы фасадных штукатурных растворов прошли практическую апробацию при строительстве гражданских зданий на предприятиях Самарского региона. Методические разработки и результаты исследований использованы в учебном процессе СГАСУ.

Апробация работы

Основные положения докладывались и обсуждались на ежегодных Всероссийских научно-технических конференциях № 65, 66, 67, 68 в СГАСУ по итогам НИР «Актуальные проблемы в строительстве и архитектуре. Образование. Наука. Практика» и «Традиции и инновации в строительстве и архитектуре» (г. Самара, 2008–2011).

Редакция Интернет-журнала «Нанотехнологии в строительстве» предлагает кандидатам и докторам наук опубликовать результаты своих исследований по тематике издания [3].

Контакты