Применение наноматериалов и нанотехнологий в строительстве. Рубрика в журнале - Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал

Публикации в рубрике (10): Применение наноматериалов и нанотехнологий в строительстве
все рубрики
Антистатические полимерные материалы

Антистатические полимерные материалы

Юдаев Павел Александрович, Тамбура Бакари, Чистяков Евгений Михайлович

Статья научная

Введение. В связи с растущим спросом к условиям жизни и работы в гражданском и промышленном строительстве возрастает необходимость в качественных строительных материалах, обладающих требуемым набором эксплуатационных свойств. Полимерные армированные композиционные материалы являются перспективными материалами в строительной индустрии благодаря их высокой прочности, долговечности, надежности и экономичности. Полимеры, такие как поливинилхлорид, полиуретаны, полиакрилаты, эпоксидные смолы, полипропилен, используются в строительстве для изготовления элементов декора, наливных полов, покрытий приборов и оборудования. Однако применение полимерных материалов создает риски поражения электрическим током в связи с генерацией статического заряда. Применение электропроводящих наноматериалов в качестве наполнителей позволяет снизить удельное сопротивление полимерных материалов и замедлить поток электрических зарядов. Основная часть. В настоящей обзорной статье приведены достоинства и недостатки антистатических добавок для полимерных материалов, применяемых в промышленности и в строительной индустрии. Заключение. Анализ литературы показал, что за последние семь лет наибольшее число работ посвящено углеродным материалам в качестве антистатических добавок (8 статей), наночастицам металлов и оксидов металлов (7 статей), ионным жидкостям (7 статей), полианилину (7 статей). Наиболее изученными параметрами антистатических полимерных материалов являются удельное поверхностное RS и объемное RV сопротивление. Согласно данным рассмотренных статей, наночастицы металлов и оксидов металлов являются наиболее подходящими антистатическими добавками к полимерным материалам, поскольку хорошо диспергируются в полимерной матрице. Однако необходимы дальнейшие исследования для устранения негативного влияния наночастиц на механические свойства полимерных материалов.

Бесплатно

Влияние лазерной обработки на композитные пленки с нанодисперсным SiO2

Влияние лазерной обработки на композитные пленки с нанодисперсным SiO2

Черкашина Наталья Игоревна, Павленко Вячеслав Иванович, Городов Андрей Иванович, Рыжих Дарья Александровна, Форова Елена Витальевна

Статья научная

Введение. Исследование направлено на изучение влияния лазерной обработки на композитные пленки, полученные на основе полиимидных трековых (ядерных) мембран и наполненных нанодисперсным SiO2; на изменение их оптических и структурных свойств. Материалы и методы исследования. Полиимидные трековые (ядерные) мембраны использовались в качестве полимерной матрицы. Диаметр треков 200 нм, толщина мембраны 25 мкм. Заполнение треков нанодисперсным SiO2 проводили путем гидролиза тетраэтоксисилана в присутствии трековых мембран. Для модифицирования поверхности композитной пленки использовали иттербиевый импульсный волоконный лазер Minimarker 2-20 A4 PA. Было изучено изменение микроскопии поверхности композитных пленок, их оптическая плотность, ИК-Фурье спектры и смачиваемость поверхности в зависимости от лазерной обработки. Результаты и обсуждение. Установлена возможность создания композитной пленки на основе полиимидной трековой (ядерной) мембраны и нанодисперсного SiO2 путем гидролиза тетраэтоксисилана в присутствии мембраны. Методом энергодисперсионного анализа показано, что оксид кремния полностью заполнил объем пор трековой мембраны. Лазерное модифицирование поверхности композитного материала (композитной пленки) приводит к увеличению краевого угла смачивания от θ = 66,75 ± 1,55° до θ = 101,52 ± 3,03°. Таким образом, материал приобретает гидрофобные свойства. Также модифицирование пленок лазером оказывает положительный эффект на коэффициент пропускания пленок, а именно данный коэффициент увеличивается. Наибольшие изменения наблюдаются в инфракрасной области излучения, средний прирост пропускания составляет +70,48%. Заключение. Полученные результаты исследования представляют важное значение для понимания механизмов создания композитных пленок с улучшенными оптическими свойствами, что в дальнейшем может быть использовано для создания композитных пленок с заданными оптическими свойствами для различных областей применений.

Бесплатно

Влияние наноструктурного модификатора из автомобильных покрышек на потребительские свойства битума

Влияние наноструктурного модификатора из автомобильных покрышек на потребительские свойства битума

Кетов Александр Анатольевич, Красновских Марина Павловна, Калинина Елена Васильевна, Офрихтер Вадим Григорьевич, Татьянников Даниил Андреевич

Статья научная

Введение. Крекинг резины отработанных покрышек совместно с органическими растворителями приводит к девулканизации резины и диспергированию материала до наноразмерных частиц. Процесс может быть осуществлен в проточном реакторе. Полученные наномодификаторы совместимы с битумом и предсказуемо изменяют технические характеристики битумного вяжущего. Предложены различные практические решения по использованию полученных модифицированных битумных вяжущих в дорожном строительстве и для укрепления грунтов. Методы и материалы. Предложено использовать метод совместного с органическими растворителями крекинга резины для получения наноноструктурного модификатора битума. Полученный наноструктурный модификатор исследован методами анализа размеров наночастиц и растворимости в толуоле. Для битумных вяжущих, полученных с применением наномодификаторов, определены стандартные для битумов характеристики, такие как глубина проникновения иглы, температура размягчения, температура хрупкости и растяжимость. Результаты и обсуждение. Установлено, что в ходе предложенного процесса образуется наноструктурный модификатор, совместимый с битумом. Показано, что добавление наномодификатора к битуму позволяет направленно изменять свойства получаемого битумного вяжущего, улучшает потребительские свойства битумного вяжущего и расширяет области его применения. Предлагается применить полученный продукт для гидроизоляции подземных частей зданий и сооружений в составе гидроизоляционных мастик. Заключение. Совместный с органическими растворителями крекинг резины в проточном реакторе позволяет получить наноструктурный модификатор, совместимый с битумом. Полученный продукт обладает улучшенными свойствами в сравнении с исходным битумом, что расширяет область его применения. Предлагается применение полученного продукта для изготовления гидроизоляционных мастик. Предложенные технические решения позволяют снизить экологическую нагрузку отходов автомобильных покрышек.

Бесплатно

Высокопрочная стеновая керамика на основе фосфорного шлака и бентонитовой глины

Высокопрочная стеновая керамика на основе фосфорного шлака и бентонитовой глины

Сулейменов Жусупбекташирбаевич, Сагындыков Аймахамбет Абуталипови, Молдамуратов Жангазы Нуржанович, Баялиева Гульсара Муратовна, Алимбаева Жанна Базартаевна

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

Исследование метода очистки сточных вод производства древесно-стружечных строительных материалов в присутствии наноструктурного гетерогенного катализатора

Исследование метода очистки сточных вод производства древесно-стружечных строительных материалов в присутствии наноструктурного гетерогенного катализатора

Мазитова Алия Карамовна, Сухарева Ирина Александровна, Сидоров Георгий Маркелович, Талипов Рустем Альфирович, Аминова Альфия Фатыховна

Статья научная

Введение. Фенолы и нефтепродукты являются распространенными загрязняющими веществами сточных вод многих промышленных отраслей. Ввиду их стойкости и токсичности в природной среде необходима эффективная технология обезвреживания стоков. Для очистки сточных вод от этих токсикантов одним из передовых методов является озонирование в присутствии гетерогенных катализаторов. Так как большинство катализаторов являются дорогостоящими, ведется их поиск на базе переходных металлов и их оксидов, обладающих высокой активностью и сравнительно низкой стоимостью. В связи с этим в научно-образовательном центре инновационных технологий (НОЦИТ) УГНТУ выполнены работы, посвященные поиску эффективного и доступного катализатора для глубокого окисления фенола и нефтепродуктов в сточных водах под действием озона. Методы и материалы. Для исследования каталитического озонирования использовали модельную сточную воду, содержащую фенол и нефтепродукты в концентрациях 8 и 30 мг/дм3, соответственно. Озонирование проводили в присутствии свежего и отработанного катализатора №О-МоО3, нанесенного в виде нанопленки на цилиндрические гранулы Al2O3 массой 0,5-2 г. Результаты. Подобраны оптимальные условия озонирования с катализатором, так как уже после 10 минут процесса разложения в его присутствии ХПК снизилось на 25% по сравнению с процессом окисления с катализатором и на 40 % по сравнению с классическим озонолизом. Выявлено, что оптимальная загрузка катализатора - 1 г, продолжительность - 35 мин, рН = 8,5, температура - 22-30°С, доза озона - 5 г/дм3. Из полученных данных видно, что оптимальной дозой катализатора является 1 г/дм3. Обсуждения. При дозировках катализатора меньше 1 г/дм3 низкая эффективность удаления фенола и углеводородов, вероятно, связана с недостатком адсорбционной поверхности катализатора. Заключение. Исследованный способ очистки позволяет снизить содержание фенола и нефтепродуктов до нормативного показателя качества питьевой воды (0,001 и 0,05 мг/дм3, соответственно), ХПК на 96% и решить проблему губительного воздействия этих токсикантов на экосистемы.

Бесплатно

Модификация тампонажного портландцемента нанодобавками

Модификация тампонажного портландцемента нанодобавками

Фарит Акрамович Агзамов, Александр Юрьевич Григорьев

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

Получение строительного силиката кальция

Боев Евгений Владимирович, Исламутдинова Айгуль Акрамовна, Аминова Эльмира Курбангалиевна

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

Разработка технологии применения наноструктурированных комплексов на основе тяжелых металлов в строительных растворах

Разработка технологии применения наноструктурированных комплексов на основе тяжелых металлов в строительных растворах

Ильин Владимир Михайлович, Боев Евгений Владимирович, Исламутдинова Айгуль Акрамовна, Аминова Эльмира Курбангалиевна

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

Регулирование агрегативной устойчивости бинарных полимерминеральных дисперсий

Регулирование агрегативной устойчивости бинарных полимерминеральных дисперсий

Полуэктова Валентина Анатольевна, Шаповалов Николай Афанасьевич, Черкашина Наталья Игоревна, Кожанова Елизавета Петровна, Старченко Сергей Александрович

Статья научная

Введение. В бинарных дисперсных системах различной природы (минеральных и полимерных) с различающимися на порядок по размеру частицами наблюдается гетерокоагуляция. Регулирование агрегативной устойчивости является ключевым моментом управления свойствами функциональных дисперсных материалов на основе подобных смешанных дисперсий. Данное исследование направлено на изучение водных монои бинарных дисперсий поливинилацетата, портландцемента, мела методом статического рассеивания лазерного излучения и оптической микроскопии. Материалы и методы исследования. Для изучения механизма действия модификатора FF на основе флороглюцинфурфурольных олигомеров в качестве дисперсных фаз использовали мел (CaCO3) дисперсный технический МТД-2 (ООО «Технострой», Копанищенское месторождение), портландцемент ЦЕМ I 42,5Н (ЗАО «Белгородский цемент») и поливинилацетат (ООО «Кубань-Полимер»). Было изучено распределение частиц и агрегативная устойчивость дисперсий на приборе Analysette 22 NanoTecplus; размеры частиц методом оптической микроскопии с использованием микроскопа «Axio.Scope.A.1» и адсорбция олигомеров на частицах дисперсий с использованием УФ-спектрометра (SPECORD UV). Результаты и обсуждение. Установлено, что флороглюцинфурфурольный модификатор способствует стабилизации бинарных полимерминеральных дисперсий. Получены интегральные и дифференциальные кривые распределения полимерных частиц в широком диапазоне 0,01-2100 мкм. Показана закономерность уменьшения модального диаметра адсорбционно модифицированных частиц с переходом от узкого к более широкому распределению с отсутствием крупных коагулюмов. Заключение. Предложена гипотеза, что в агрегативную устойчивость бинарных полимерминеральных дисперсий вносит значимый вклад адсорбционно-сольватный фактор агрегативной устойчивости. Роль этого фактора различна для мономинеральных и бинарных полимерминеральных дисперсий, зависит от гидрофильности поверхности и возрастает при переходе от минеральной поверхности к полимерной по мере увеличения константы Гамакера.

Бесплатно

Способ производства наноструктурированной древесно-полимерной композиции с СВЧ - применением

Способ производства наноструктурированной древесно-полимерной композиции с СВЧ - применением

Боев Е.В., Касьянова Л.З., Исламутдинова А.А., Аминова Э.К.

Статья научная

Введение. Древесно-полимерные композиции (ДПК) в настоящее время нашли широкое применение в народном хозяйстве и строительстве. Состав ДПК широко варьируется в зависимости от дальнейшего назначения. Одним из перспективных направлений улучшения эксплуатационных характеристик является повышение качества связывания системы дерево - полимер. В качестве связующих компонентов применяют органические и неорганические субстраты, наноструктурированные индивидуальными веществами, в том числе и частицами металлов. Большинство многотоннажных производств нефтехимической промышленности при выработке целевой продукции различного назначения используют катализаторы, в основу которых входят активные носители - тяжелые металлы, дальнейшее восстановление которых после многочисленных стадий регенерации является невозможным. Отработанные катализаторы накапливаются в отстойниках, шламонакопителях, не находя квалифицированного метода утилизации и вторичного применения. Одним из компонентов, входящих в состав отработанных катализаторов, является хром (+6), относящийся к канцерогенным металлам. Многочисленные способы утилизации не дают возможности обезвреживать данный металл в промышленных масштабах, что представляет интерес для исследования. Методы и материалы. Исследование направлено на перевод канцерогенного хрома (+6) в неканцерогенный хром (+3) методом сверхвысокочастотного воздействия (СВЧ), что позволит открыть возможности для применения его в качестве хромсодержащего нанокомплекса, связывающего дерево-полимер. Результаты и обсуждения. Сверхвысокочастотное воздействие на смесь древесно-полимерной композиции и отработанный хром(+6) вызывает повышение глубины проникновения волн высокой частоты, характеризующееся равномерным распределением энергии по всей площади композита, что объясняется восстановлением оксида хрома (VI) в оксид хрома (III), а также наблюдается изменение цвета наноструктурированной древесно-полимерной композиции (ДП - композиции) с желтого цвета на малахитовый. Заключение. Данное исследование, заключающееся в применении СВЧ-воздействия на систему дерево-наночастица-полимер, подтверждает получение прочного строительного продукта и применение его в строительстве кровли, фасадной доски, тротуаров, пирсов, портовых сооружений и т.д.

Бесплатно

Журнал