Структура и свойства наномодифицированного цементного камня.


Во многих НИИ в основном с целью получения инвестиций ведутся исследования бетонов с нанодобавками и результаты их весьма обнадеживают. Но это -только на первый взгляд. Что будет, если в привычную бетонную смесь, которая через 28 суток имеет прочность на сжатие 350-400 кг\см2, ввести микрокремнозем? Прочность образцов – кубиков повышается аж в 2 раза, а плотность и твердость резко возрастают- но это на образцах. А теперь получим такой же эффект в цехе изготовления бетонных изделий. Сразу становится актуальным вопрос : как отмерять и засыпать микрокремноземную пыль в мешалку? Эта пыль, которая состоит из сверхтвердых мельчайших частиц , уже присутствует в воздухе, а в цехе работают люди и они должны дышать. Точно известно, что пыль подобного рода опасна . А готово ли оборудование к абразивномувоздействию этих сверхтвердых частиц ? А одежда работающих, впитывая эту пыль, не будет ли опасна для здоровья ? Вероятно. Значит, наноматериалы сами по себе опасны , а нанотехнологии потенциальнорискованные. Стоит ли спешить с натурными экспериментами ? Тем более что без принципиального изменениятехнологий и существующего оборудования домостроительных комбинатов и бетонных заводов можноизготавливать бетоны в 2-3 более прочными , чем среднестатистические. Иначе говоря , делать бетоны и растворы такие, какие давно производят развитые страны Европы, Америки, Япония и даже Китай. [1]
Например, знаменитый итальтьянский инженер- изобретатель и архитектор П.Л. Нерви ещё в 1958 г. разработал технологию и выполнил в натуральных условиях железобетонные конструкции прочностью 2500 кгс\см^2. В научно-исследовательском институте Ташкента ( САНИИРИ) в лаборатории сборных конструкций в 1962-1965 гг. с успехом изготовили оболочки, плиты и трубы из армоцемента, прочность которого достигала 1800-2200кгс\см^2. В основу этой технологии торкретармоцемента были положены исследования П.Л.Нерви. Однако прогрессивная технология так и осталась невостребованной. В НИИЖБе были разработаны бетоны, армированные базальтовым волокном, обеспечивающие повышение прочности при сжатии 590-690 кгс\см^2 ипри значительном росте трещиностойкости. В Пензенском государственном университете архитектуры истроительства разработаны бетоны прочностью до 1100 кгс\см^2. При участии О.А. Лукинского во ВНИИЖТееще в 70-е годы прошлого века разработаны коррозиестойкие полимербетоны на полиизоцианатном связующем прочностью более 1500 кгс\см2. Но и эти, и многие другие эффективные разработки, проверенные в натуральных условиях, так и остались в единичных экземплярах. [9]
Зарубежный опыт свидетельствует о том, что нам давно пора использовать бетоны прочностью свыше 600-800 кгс\см^2 . Это позволит снизить затраты на строительство на 30-60% без применения опасных наночастиц. Оборудование действующих предприятий не приспособлено к герметичной дозировке и перемешиваниюингредиентов, поэтому весьма не просто ввести наноматериалы при изготовлении любых герметизирующих ,клеевых, антикоррозионных и лакокрасочных композиций . Представьте, как в мешалки с объемом от 0,5 до2,5 т. всыпать нанопорошок, чтобы он равномерно перемешался в высоковязкой массе. К сожалению, сегодняисследования ведутся методом «тыка» и свойства предлагаемых рынком наночастиц недостаточно изучены.
Следует отметить, что, проводя лабораторные испытания и получая обнадеживающие результаты необходимо продумывать возможность воплощения этих результатов на стандартном оборудовании. Нужно более тщательно продумать всю цепочку изготовления наночастиц, начиная с обустройства защиты людей, помещений , оборудования ( дозиметры, трубопроводы, мешалки ) , а также приборов для испытания новых материалов. [7]
Нанотехнология — наука об изготовлении и формировании микроструктуры материала на молекулярном уровне. Быстро растущая исходная ветвь синтезируемых углеродных нанотрубок и других подобных разновидностей ,а также фуллеренов природного происхождения является основным элементом этой технологии. Природные неорганические фуллерены могут быть представлены шунгитом, трубчатыми монокристаллами магнезиально- шунгитового состава , минералами серпентининтовой природы ( хризолит, лизарит , антигорит) , а также оксидами алюминия, железа, титана. Наноэлементы и их комплексы в сочетании с традиционными компонентами на современном этапе развития нанотехнологии весьма перспективны в применении. В общем виде их можно представить: цемент- нанодесперсии, включая активные оксиды – система наполнителя – заполнителя –вода затворения с возможностью механического деструктурирования её молекул. [11] Нанотехнологическую стратегию в создании воспроизводимости и управлении наносистемами можно, прежде всего, обеспечить путем оптимизации воздействий ( химических, механических, тепловых, электромагнитных ), вид и интенсивность которых определится в изучении процесса организации и самоорганизации данных наноструктур. В этой связи следует выделить несколько условий получения наноматериалов как первичного уровня технологии с последующим технологическим этапом формирования наноструктуры при конечном синтезе высокой технологии производства конструкционного материла, так и с заданными эксплуатационными свойствами. [2]
К ним относятся следующие условия:
1. Неравномерность систем.
2. Однородность наночастиц.
3. Монодисперсность наночастиц.
Все наноструктуры можно условно разделить на процессы образования золь-гель, образование геля через стадию золя, образование порошковой дисперсии , не являющихся гелями. Последние наноструктуры можно условно разделить на нанопорошки (слабодисперсные ) и наноматериалы консолидированные (сухие строительные смеси ), методы получения которых могут как отличаться друг от друга, так и не иметь четких физических отличий. В общем случае существуют около сотни методов их модофикаций для получения разнообразных порошков и наноматериалов. В аспекте вышеизложенных общих положений наносистем и их технологий интересны экспериментальные исследования по направлению реализации нанотехнологической стратегии за счет применения природных фуллеренов и уникального композиционного минерала с глобулярной углеродной матрицей — шунгита. [10] Шунгит – наноструктурный реликтовый минерал с высокой запасенной энергией, которая содержит глобулярную углеродную матрицу, представляющую собой кластеры размером 10 нм с высоким отношение «поверхность/объем». Наноструктура этого фуллерена представлена на рис 3. [8]
Результаты экспериментальных исследований нанобетона показывают, что применение природного фуллерена шунгита-шунгизита способно обеспечить высокие защитные свойства бетону, включая захоронение радиоактивных отходов и отработанного ядерного топлива. Роспатентом в1995 году выдан патент на изобретение по защитным бетонам-консервантам от ионизирующих излучений пристроительстве защитных укрытий. Благодаря преимуществам наноструктурных материалов, связанных с изменением морфологии и химического состава новообразований, плотности, твердости, пластичности, можно придать принципиально новые характеристики поверхности бетонного и железобетонного материала. [3]
Но это не единственная в мире разработка, позволяющая качественно изменить структуру цементного камня. Например, введение в бетон микродоз фуллероидных материалов позволяет увеличить водоредуцирующую способность пластифицирующей добавки. [4]
Так же введение многослойных углеродных нанотрубок, которые представляют собой полые трубки из одного или нескольких слоев атомов углерода,имеющие диметр 1-3 нм и запредельную прочность 700гПа и абсолютную инертность как по отношению к любым кислотам, так и щелочам, обеспечивает армирование цементного каменя, правращая его в композиционный материал.
В цементом растворе кристаллы образуются вытянутые, разрастаясь, они переплетаются, частично прорастают в друг друга, образуя пространственную сеть, пронизывающую и связывающую в единое целое весь цементный камень. Данный метод вмешательства в процессы структурообразования позволяет усилить прочность цементного камня и почти в 3 раза увеличить работу, затрачиваемую на разрушение. К сожалению, прочность бетона при этом увеличивается на 10 %, т.к. армирование происходит на микроуровне, а на прочностные характеристики бетона куда существеннее влияет его структура на микроуровне. [5]
А в результате модификации пластифицирующих добавок астраленами можно достигнуть фиксированного пластифицирующего эффекта при меньшем расходе пластификатора или снижении водоцементного отношения для прочности, водонепроницаемости и морозостойкости бетона. Ряд экспериментов , проведенных сотрудниками ДВО РАН и ДВГТУ, показали , что применение астраленов в качестве добавки в бетонную смесь позволяет получить специальные бетоны высокой прочности с высоким показателем надежности для возведения конструкций сооружений нефтегазового комплекса. Использование местных природных ресурсов и тщательно отработанных технологий позволило существенно удешевить конструкции из нанобетона, а это создаст революционную ситуацию в строительных технологиях. [6]
Список источников:
1) Монтажные и специальные работы в строительстве 2`2011. Стр. 5-6
2) Архитектурный вестник № 2 (113) 2010. Стр. 110-112
3) Харрис П. Углеродные нанотрубы и родственные структуры. Новые материалы 21 века. М: Техносфера, 2003.
5) Минько Н.И., Нарцев В.М. Методы получения свойства нанообъектов. Белгород: Издательство БГТУ, 2005.
6) Комохов П.Г., Щипачева Е.В. Упрвление процессами формирования структуры бетона путем механоактивации воды затворения/ Использование резервов экономии топливно-энергетического комплекса и сырьевых ресурсов в повышение качества строительных материалов и конструкций. Материалы научно-технической конференции. Л: ЛДНТП, 1998.
7) Калинин Ю.К., Чеховой А.Н. Шунгит — природный наноструктурный минерал: перспективы использования: Сб. докладов Китайско-Российского научно-технического симпозиума. Пекин, 2005.
8) Пономарев А.Н., Покропивный М.А. Структура и физико-механические свойства нанобетона //Научно — технические проблемы прогнозирования надежности и долговечности конструкций и методы их решения: Труды Международной конференции. СПб.: Издательство Политехнического университета, 2006. Стр. 275-279.
9) Вологдинские чтения. Юбилейная конференция //Строительство и архитектура, 2008. Стр. 43-44.
10) Строительная физика в 21 веке. Материалы научно-технической конференции. Москва, 2006. Стр. 522-524.
11) Староверов В.Д. Диссертация на тему «Структура и свойства наномодифицированного цементного камня.», 2008

Рейтинг: 0

Автор публикации

0
не в сети 3 года

DashaLvova

Комментарии: 0Публикации: 3Регистрация: 04-05-2016

Оставьте комментарий