Научная статья на тему 'ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ НАНОМОДИФИЦИРОВАННОЙ СТРОИТЕЛЬНОЙ КЕРАМИКИ'

ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ НАНОМОДИФИЦИРОВАННОЙ СТРОИТЕЛЬНОЙ КЕРАМИКИ Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
34
11
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
Строительные материалы
ВАК
RSCI
Ключевые слова
СТРОИТЕЛЬНАЯ КЕРАМИКА / BUILDING CERAMICS / МНОГОСЛОЙНЫЕ УГЛЕРОДНЫЕ НАНОТРУБКИ / MULTILAYERED CARBON NANOTUBES / НАНОМОДИФИКАЦИЯ / NANOMODIFICATION / МЕХАНИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ / MECHANICAL STRENGTH / СОЛЕВАЯКОРРОЗИЯ / SALT CORROSION

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Гинчицкая Ю.Н., Яковлев Г.И., Дрохитка Р., Первушин Г.Н., Хританков В.Ф.

Приведены результаты исследования свойств и структуры строительной керамики на основе легкоплавких глин с добавками многослойных углеродных нанотрубок (МУНТ). Установлено, что введение водной дисперсии МУНТ в состав керамической шихты повышает прочностные характеристики материала за счет изменения его структуры. Прочность при сжатии модифицированных образцов возрастает на 109%,прочность при раскалывании - на 123%. Проведенные исследования подтвердили повышение стойкости керамического кирпича, связанной с солевой коррозией, при введении МУНТ в количестве 0,001%, что в конечном итоге позволит снизить вероятность шелушения и разрушения кирпичной кладки при высолообразовании.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Гинчицкая Ю.Н., Яковлев Г.И., Дрохитка Р., Первушин Г.Н., Хританков В.Ф.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Research of Structure and Properties of Nanomodified Ceramics

Researches of properties and structure of building ceramics on the basis of low-melting clays with additives of multilayered carbon nanotubes (MWCNTs) are given in this article. Theresults of the research show that adding of a water dispersion of MWCNTs to the composition of ceramic charge increases the strength characteristics of the material due to structuralchange. The compressive strength of the modified samples increases by 109%, the splitting tensile strength increases by 123%. The conducted researches confirm that the corrosionresistance of ceramic bricks with the adding of MWCNTs in the amount of 0.001% increases. It will allow reducing the possibility of peeling and destruction of bricklaying during saltcorrosion.

Текст научной работы на тему «ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ НАНОМОДИФИЦИРОВАННОЙ СТРОИТЕЛЬНОЙ КЕРАМИКИ»

УДК 691.421.24 : 539.2

Ю.Н. ГИНЧИЦКАЯ1, инженер, Г.И. ЯКОВЛЕВ1, д-р техн. наук (gyakov@istu.ru);

Р. ДРОХИТКА2, д-р техн. наук; Г.Н. ПЕРВУШИН1, д-р техн. наук; В.Ф. ХРИТАНКОВ3, д-р техн. наук;

Д.С. КОЛБИНА1, студент, Ю.А. БАЛОБАНОВА1, магистрант

1 Ижевский государственный технический университет им. М.Т. Калашникова (426000, г. Ижевск, ул. Студенческая, 7)

2 Технический университет г. Брно (Чехия, 60190, Брно, ул. Антонинска, 548/1)

3 Новосибирский государственный аграрный университет (630039, г. Новосибирск, ул. Добролюбова, 160)

Исследование структуры и свойств

■ V и

наномодифицированной строительной керамики

Приведены результаты исследования свойств и структуры строительной керамики на основе легкоплавких глин с добавками многослойных углеродных нанотрубок (МУНТ). Установлено, что введение водной дисперсии МУНТ в состав керамической шихты повышает прочностные характеристики материала за счет изменения его структуры. Прочность при сжатии модифицированных образцов возрастает на 109%, прочность при раскалывании - на 123%. Проведенные исследования подтвердили повышение стойкости керамического кирпича, связанной с солевой коррозией, при введении МУНТ в количестве 0,001%, что в конечном итоге позволит снизить вероятность шелушения и разрушения кирпичной кладки при высолообразовании.

Ключевые слова: строительная керамика, многослойные углеродные нанотрубки, наномодификация, механическая прочность, солевая коррозия.

Для цитирования: Гинчицкая Ю.Н., Яковлев Г.И., Дрохитка Р., Первушин Г.Н., Хританков В.Ф., Колбина Д.С., Балобанова Ю.А. Исследование структуры и свойств наномодифицированной строительной керамики // Строительные материалы. 2018. № 1-2. С. 27-32.

Yu.N. GINCHITSKAYA1, Engineer, G.I. YAKOVLEV1, Doctor of Sciences (Engineering) (gyakov@istu.ru); R. DROCHITKA2, DSc: G.N. PERVUSHIN1, Doctor of Sciences (Engineering); V.F. KHRITANKOV3, Doctor of Sciences (Engineering); D.S. KOLBINA1, student, Yu.A. BALOBANOVA1, Master Student

1 Kalashnikov Izhevsk State Technical University (7, Studencheskaya Street, Izhevsk, 426069, Russian Federation)

2 Brno University of Technology (Antonfnska 548/1, 60190, Brno, Czech Republic)

3 Novosibirsk State Agrarian University (160, Dobrolyubova Street, Novosibirsk, 630039, Russian Federation)

Research of Structure and Properties of Nanomodified Ceramics

Researches of properties and structure of building ceramics on the basis of low-melting clays with additives of multilayered carbon nanotubes (MWCNTs) are given in this article. The results of the research show that adding of a water dispersion of MWCNTs to the composition of ceramic charge increases the strength characteristics of the material due to structural change. The compressive strength of the modified samples increases by 109%, the splitting tensile strength increases by 123%. The conducted researches confirm that the corrosion resistance of ceramic bricks with the adding of MWCNTs in the amount of 0.001% increases. It will allow reducing the possibility of peeling and destruction of bricklaying during salt corrosion.

Keywords: building ceramics, multilayered carbon nanotubes, nanomodification, mechanical strength, salt corrosion.

For citation: Ginchitskaya Yu.N., Yakovlev G.I., Drochitka R., Pervushin G.N., Khritankov V.F., Kolbina D.S., Balobanova Yu.A. Research of structure and properties of nanomodified ceramics. Stroitel'nye Materialy [Construction materials]. 2018. No. 1-2, pp. 27-32. (In Russian).

В настоящее время одной из проблем в строительном комплексе является ухудшение показателей прочности и внешнего вида кирпичной кладки, которое может происходить как из-за низкого качества сырья для изготовления кирпича, так и вследствие процессов вы-солообразования. Срок службы керамики зависит от условий ее эксплуатации. Негативно сказывается на свойствах кирпича его постоянный контакт с водой при отрицательной температуре, миграция растворимых солей из окружающей среды при капиллярном подсосе [1]. Разрушающее действие различных солей, скапливающихся в порах изделий, подтверждено различными исследованиями [2, 3].

Одним из способов улучшения физико-механических характеристик кирпича и, как следствие, повышения его высолостойкости является структурная модификация керамической матрицы за счет введения МУНТ [4, 5]. Данный эффект достигается за счет электростатического взаимодействия глиняных частиц в слабокислой среде суспензий МУНТ на этапе формования сырца [6, 7], а также увеличения спекаемости керамики [8—10]. В продолжение приведенных работ были исследованы влияния структуры и свойств строительной керамики, модифицированной дисперсией многослойных углеродных нанотрубок (МУНТ) серии

Now one of the problems in a construction complex is decrease of strength index and appearance of the bricklaying which can occur because of bad quality of raw materials for brickmaking, and owing to processes of efflorescence. Service life of ceramics depends on operation conditions. Continuous contact with water at negative temperatures and migration of soluble salts from the environment during a capillary suction effect has a negative impact on brick properties [1]. The destructive effect of various salts accumulating in pores of products is confirmed by the researches in works [2, 3].

One of ways of improvement of physicomechanical characteristics of brick and, as a result, increase efflorescence resistance is structural modification of a ceramic matrix due to adding of MWCNTs [4, 5]. This effect is reached due to electrostatic interaction of clay particles in the weak acidic environment of MWCNTs suspensions at stage of raw formation [6, 7] and also due to increase ceramic caking capacity [8—10]. Then, researches of influence of structure and properties of the building ceramics modified dispersions of multilayered carbon nanotubes (MWCNTs) of the Masterbatch CW 2-45 series on resistance in the salt corrosion conditions were conducted.

Ceramic samples in the form of cylinders with a diameter of 50 mm and a height of 50 mm were made by plastic form-

К проведению X Международной конференции «Нянотехнолотии в строительстве», 13-17 апреля, Хуртядя, Египет

Таблица 1 Table 1

SiO2 Al2O3+TiO2 CaO+MgO SO3 FeO+Fe2O3 ППП LOI

65,34-69,64 13,33-16,1 3,74-5,88 0,01-0,23 4,71-5,86 5-6,25

100

in volume / undersize

100

0,04

0,005 0,01

Диаметр частиц, мкм Particle Diameter, p,m

0,1 0,5 1

Диаметр частиц, мкм Particle Diameter, p,m

Рис. 1. Распределение частиц в водных дисперсиях МУНТ: a - дисперсия 1; b - дисперсия 2 Fig. 1. Particles distribution in water dispersions of MWCNT: a - dispersion 1; b - dispersion 2

Masterbatch CW 2-45, на ее стойкость в условиях солевой коррозии.

Для проведения исследований методом пластического формования были изготовлены керамические образцы в форме цилиндров диаметром 50 мм и высотой 50 мм. Обжиг образцов выполняли с изотермической выдержкой в течение двух часов при температуре обжига 950оС.

Керамическая шихта для изготовления образцов включала 70% легкоплавкой глины и 30% кварцевого песка. Химический состав глины приведен в табл. 1.

Роль наномодификатора выполняли МУНТ серии Masterbatch CW 2-45 (Агкета, Франция), включающие 55% карбоксиметилцеллюлозы и 45% нанотрубок, имеющих средний диаметр 15 нм и длину до 20 мкм. Модифицирующая добавка вводилась в состав шихты в виде водной дисперсии, приготовленной при помощи высокоскоростного гомогенизатора (дисперсия 1), а также дополнительно обработанной ультразвуком (дисперсия 2) [11]. Анализ дисперсности, проведенный с использованием лазерного анализатора Shimadzu SALD-7500, показал, что средний диаметр частиц в дисперсии 1 составил 2,53 мкм, в дисперсии 2 — 1,31 мкм (рис. 1). МУНТ вводили в количестве 0,001; 0,005 и 0,009% от массы глины.

Длительное пребывание кирпичной кладки в неблагоприятных условиях, связанных с изменением влажности окружающей среды, воздействием знакопеременной температуры, перекристаллизации солей, содержащихся в кирпиче и кладочном растворе, со временем приводят к снижению его прочностных характеристик, вплоть до разрушения. Проведены исследования, целью которых являлось определение влияния сульфат-ионов на керамические образцы по методике, предложенной в статье [1]. Согласно данной методике обожженные образцы подвергали воздействию коррозионной среды, роль которой играл раствор сульфата натрия с концентрацией сульфат-ионов 50 г/дм3. Данная концентрация обоснована автором Stryszewska Т. в статье [12]. Коррозионное воздействие проводили циклически: насыщение образцов коррозионным раствором в течение 48 ч; сушка при 105оС до постоянной массы; охлаждение образцов до комнатной

ing for research. The samples were fired with isothermal ageing for two hours at a firing temperature of 950oC.

Ceramic charge for the making samples had 70% of low-melting clay and 30% of quartz sand. The chemical composition of clay is given in Table 1.

As the nanomodifier there were MWCNTs of the Masterbatch CW 2-45 series (Arkema, France) including 55% of carboxymethylcellulose and 45% of the nanotubes with a diameter of 15 nm and length of 20 microns. The modifying additive was added into composition of charge as the water dispersion prepared by a high-speed homogenizer (dispersion 1) and also processed by ultrasound (dispersion 2) [11]. The dispersion analysis carried out using of laser analyzer Shimadzu SALD-7500 showed that the average diameter of particles in dispersion 1 was 2,53 microns, in dispersion 2 was 1,21 microns (Fig. 1.). MWCNT was added in amount of 0,001; 0,005 and 0,009% of the clay mass.

Prolong stay of a bricklaying in an adverse conditions connected with change of environmental humidity, influence of freeze-thaw temperature, salts recrystallization which are contained in a brick and brick mortar solution eventually lead to decrease strength characteristics, up to destruction.

The aim of the researches was to determination influence of sulfate ions on ceramic samples by the method in article [1]. According to this method, the fired samples were exposed to the corrosion environment as sodium sulfate with a concentration of sulfate ions of 50 g/dm3. This concentration was justified by the author Stryszewska T. and [12]. Corrosion attack were carried out cyclically: saturation of samples with corrosive solution for 48 hours; drying at 105oC to fixed-mass; cooling the samples to room temperature. Strength characteristics of ceramics were investigated after complete 5, 10, 15 and 20 cycles of corrosion attack.

Results of researches. Density of the fired samples was 1905—1935 kg/m3. Strength indexes at compression of raw and the fired samples are shown in the figure 2. After drying the samples with MWCNT in amount of 0,009% (dispersion 1) and 0,001% (dispersion 2) had the largest compressive strength. The gain of strength of the dried-up raw to 55% from a check sample strength is recorded. After firing at temperature of 950oC these compositions also have the best strength index: 15,9 MPa - sample with 0,009% of MWCNT (dispersion 1); 20,7 MPa - a sample with 0,001% of MWCNT

научно-технический и производственный журнал '•CiTf'iJ^f/EJliiHiiJi

b

а

температуры. Прочностные характеристики керамики исследовали после полных 5, 10, 15 и 20 циклов коррозионного воздействия.

Плотность обожженных образцов составила 1905—1935 кг/м3. Показатели прочности при сжатии сырца и обожженных образцов представлены на рис. 2. После сушки наибольшей прочностью при сжатии обладали образцы с содержанием МУНТ в количестве 0,009% (дисперсия 1) и 0,001% (дисперсия 2). Зафиксирован прирост прочности высушенного сырца до 55% от прочности контрольного образца. После обжига при температуре 950оС отмеченные составы также обладают лучшими показателями прочности: 15,9 МПа — образец с 0,009% МУНТ (дисперсия 1); 20,7 МПа - образец с 0,001% МУНТ (дисперсия 2). Прочность обожженного контрольного образца без добавок составила 9,9 МПа.

При использовании дисперсии 2 потребовалось меньшее количество на-нотрубок для достижения повышенной прочности керамики, что может быть обусловлено лучшей диспергацией на-ночастиц при их дополнительной обработке ультразвуком.

Марка кирпича помимо показателей прочности при сжатии определяется значениями прочности при изгибе. Однако образцы в форме цилиндров рационально испытать на прочность на непрямое растяжение при раскалывании, с которым прямо пропорционально связан предел прочности на растяжение при изгибе. Прочность при раскалывании рассчитывали по формуле:

25

20

Е=ПИ

а 15

10

; £

После сушки After drying I После обжига After baking

1

1

1

0,001 0,005 0,009 0,001 Содержание МУНТ, % Content of nanotubes, %

0,005

0,009

Рис. 2. Прочность при сжатии керамических образцов в зависимости от содержания МУНТ: 1 - дисперсия 1; 2 - дисперсия 2

Fig. 2. Compressive strength of ceramic samples depending on the MWCNT amount: 1 - dispersion 1; 2 - dispersion 2

3,5

m щ 3 &

m ■

CO .b

Q. Ç ? ^

Ф Ц) * c

u m

2,5

1,5

Rpack —

2 P nDH'

0,5

0

После сушки After drying I После обжига After baking

0

где: Р — пиковая нагрузка, кН; D — диаметр образца, мм; Н — высота образца, мм.

Как видно из результатов испытаний керамических образцов на прочность при раскалывании (рис. 3), наилучшими показателями, превосходящими прочность контрольных образцов почти в два раза, также обладают составы с 0,009% МУНТ (дисперсия 1) и 0,001% МУНТ (дисперсия 2).

С введением МУНТ в керамику увеличилось количество закрытых пор (резерв пористого пространства) до 3% по сравнению с показателями контрольных образцов [13]. Чем выше резерв пористого пространства, тем ниже будет скорость миграции воды с растворимыми солями в теле кирпича.

С помощью неразрушающего метода исследований — компьютерной томографии — были получены снимки внутренних срезов образцов (рис. 4). На рис. 4, а приведен внутренний срез контрольного образца, который содержит глубокие трещины во всем объеме. Образец с добавлением МУНТ (рис. 4, Ь) содержит только трещины усадки в области включений глины, не подвергнутой необходимой диспергации при приготовлении шихты. Отмечается, что образец с МУНТ имеет более однородную и плотную структуру.

1

1

1

0,001

0,005

0,009

0,005 0,009 0,001 Содержание МУНТ, % Content of nanotubes, %

Рис. 3. Прочность на растяжение при раскалывании керамических образцов в зависимости от содержания МУНТ: 1 - дисперсия 1; 2 - дисперсия 2

Fig. 3. The tensile strength at splitting of ceramic samples depending on the MWCNT amount: 1 - dispersion 1; 2 - dispersion 2

(dispersion 2). Strength of the fired check sample without additives was 9,9 MPa.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

When using dispersion 2, a smaller amount of nanotubes was required to achieve increased ceramic strength, which can be due to better dispergation of nanoparticles at additional processing by ultrasound.

The brick grade besides strength index at compression is defined by values of bending resistance. However it is rational to test samples in cylinders form to indirect tensile strength at splitting with which tensile strength at a bending is in direct ratio connected. Cleavage strength was calculated by the formula

Rpack

2 P

nDH'

where: P is peak load, kN; D is the sample diameter, mm; H is the sample height, mm.

As seen from results of tests tensile strength at splitting of ceramic samples (fig. 3) compositions with 0,009% of

5

0

0

3

2

lj научно-технический и производственный журнал

;Ы ® январь/февраль 2018 29

К проведению X Международной конференции «Нянотехнолотии в строительстве», 13-17 апреля, Хуртада, Етипет

Ш

N

Ш

Рис. 4. Снимок среза керамических образцов, полученный методом компьютерной томографии: а - контрольный образец; b - образец с 0,001% МУНТ (дисперсия 2) Fig. 4. A picture of a cut of ceramic samples, received by the computer tomography method: a - a check sample; b - sample with 0.001% MWCNT (dispersion 2)

Это подтверждают ранее проведенные исследования микроструктуры керамики [14], которые показали снижение количества глубоких, связанных между собой пор в керамической матрице.

Исследования микроструктуры выявили в структуре модифицированного образца (рис. 5, Ь) образования кристаллические новобразования игольчатой формы, соответствующие кристаллам муллита [15]. Кристаллы муллита способствуют микроармированию керамической матрицы, тем самым повышая ее прочность.

Полученные данные позволяют предположить, что керамические образцы будут более устойчивыми по отношению к солевой коррозии. На практике это позволит снизить риск возникновения шелушений и сколов на поверхности кирпичной кладки при высолообра-зовании.

Для подтверждения предположения были проведены испытания образцов в коррозионной среде раствора сульфата натрия в течение 20 циклов (рис. 6). Они показали, что первые видимые признаки отрицательного воздействия солей наблюдаются уже после пяти циклов. Процесс разрушения керамики начинается в верхней части образцов, так как в результате капиллярного эффекта коррозионный раствор мигрирует по поровой структуре образцов и кристаллизуется в виде сульфата натрия на их поверхности. С увеличением числа циклов зона разрушения сдвигается вниз.

Зависимость прочности при сжатии образцов с различным содержанием МУНТ от количества циклов приведена в табл. 2. После пяти циклов прочность при сжатии всех образцов увеличилась до 17%, что может быть связано с отложением продуктов коррозии в порах керамического материала и уплотнениях ими структуры керамики [1]. При перекристаллизации безводного сульфата натрия Na2SO4 в 10-во-дный кристаллогидрат Na2SO4•10H2O происходит увеличение его объема на 311%, поэтому дальнейшее накопление солей в порах материала приводит к увеличению их объема и разрушающему действию на структуру керамики.

После 20 циклов испытания видимая зона разрушений составляет половину высоты образцов, а снижение прочности — до 31%. Однако образцы, модифицированные дисперсией угле-

MWCNT (dispersion 1) and with 0,001% of MWCNT (dispersion 2) have the best indicators exceeding the check samples strength almost twice.

When adding of MWCNT to ceramics the quantity of close pores (a reserve of porous space) increased to 3% in comparison with indexes of check samples [13]. The reserve of porous space is higher, the lower will be migration rate of water with soluble salts in the brick.

By using of a nondestructive researches method — a computer tomography — pictures of internal cuts of samples (fig. 4) were received. The internal cut of a check sample which contains deep cracks in total volume is given in the figure 4a. The sample with MWCNT (fig. 4, b) contains only shrinkage cracks in the field of inclusions of the clay which isn't exposed to a necessary disperga-tion at charge preparation. It is noted that the sample with MWCNT has more homogeneous and dense structure. It is confirmed by microstructure ivestigations of ceramics [14] which showed decrease number of the deep, interconnected pores in the ceramic matrix. Microstructure investigation revealed in structure of the modified model (fig. 5, b) crystal a growths of a needle form, corresponding to mullite crystals [15]. Mullite crystals promote microreinforcing of a ceramic matrix, thereby increasing its strength.

The recived data allow to assume that ceramic samples will be more resistance to salt corrosion. In practice it will allow to reduce the risk of peelings and chips on the bricklaying surface at effloresce.

For confirmation of assumption samples were tasted in the corrosion environment of sodium sulfate solution for 20 cycles (fig. 6). They showed that the first visible signs of negative effect of salts are observed after five cycles. Process of destruction of ceramics begins at the top part of samples as a result of capillary effect corrosion solution migrates through the pore structure of samples and crystallizes as sodium sulfate on their surface. With increase number of cycles rupture zone moves down.

The dependence of the compressive strength of samples with different MWCNT contents from cycles number is given in the table 2. After 5 cycles compressive strength of all samples has increased to 17% that can be connected with deposition of corrosion products in the pores of ceramic material

b

-

» j

m ^. > -

■ i?.

МНЛЗТЕ5СЛИИ «nm&WKx DM St I I

Щ SIV HV 70.0 kV УМ

Рис. 5. Микроструктура керамических образцов: а - контрольный образец; b - образец с 0,009% МУНТ (дисперсия 1)

Fig. 5. Microstructure of ceramic samples: a - check sample; b - sample with 0.009% MWNT (dispersion 1)

научно-технический и производственный журнал

Рис. 6. Внешний вид образцов при воздействии коррозионной среды (раствор Na2SO4): до испытаний (а); после 20 циклов (b) Fig. 6. Appearance of the samples at influence of the corrosive environment (Na2SO4 solution): before testing (a); after 20 cycles (b)

Таблица 2 Table 2

Количество циклов Cycle number Содержание МУНТ, % Content of MWCNT in %

0 0,001 (1) 0,005 (1) 0,009 (1) 0,001 (2) 0,005 (2) 0,009 (2)

Прочность при сжатии, МПа Compressive strength, MPa

- 9,9 10,2 10 15,9 20,7 14,5 15

5 10,5 10,7 10,3 16,2 21,4 16 15,9

10 9,5 10 9,8 16,2 21,3 14,1 15,1

15 8,9 9,3 9,3 16 20,9 13,4 14,7

20 7,2 7,5 7,6 14,3 19,3 11,7 10,3

Примечание. (1) - дисперсия 1; (2) - дисперсия 2. Note. ( 1) - dispersion 1; (2) - dispersion 2.

родных нанотрубок, после выдержки в коррозионной среде также имеют прочность выше, чем контрольные образцы. Кроме того, прочность образцов с 0,009% МУНТ (дисперсия 1) и 0,001% МУНТ (дисперсия 2) практически не изменяется.

Выводы.

Таким образом, проведенные исследования показывают эффективность модифицирования строительной керамики дисперсиями многослойных углеродных нанотрубок. Введение водной дисперсии МУНТ в состав керамической шихты изменяет структуру керамической матрицы, повышая ее плотность и однородность, тем самым улучшая ее прочностные характеристики. Наиболее эффективной является концентрация нанотрубок в количестве 0,001% от массы глины, предварительно диспергированных в водной среде при помощи высокоскоростного гомогенизатора и последующего воздействия ультразвука. Прочность при сжатии модифицированных образцов возрастает на 109%, прочность на растяжение при раскалывании — на 123%. Кроме того, повышается коррозионная стойкость керамического кирпича, что позволит сократить количество повреждений кирпичных фасадов при солевой коррозии.

Список литературы

1. Stryszewska T. The change in selected properties of ceramic materials obtained from ceramic brick treated by the sulphate and chloride ions // Construction and Building Materials. 2014. Vol. 66, pp. 268-274.

2. Fiertak M., Kanka S. Methods and interpretation of material testing in power sector chimneys. In: Proceedings

and compaction of ceramic structure by them [1]. At recrys-tallization of anhydrous sodium sulfate into a 10-aqueous crystalline hydrate Na2S04-10H20 its volume increases by 311% therefore further accumulation the further accumulation of salts in the pores of material leads to increase in their volume and a destructive effect on the ceramic structure.

After twenty cycles of test the visible rupture zone is a half of height of samples, and decrease in strengt is up to 31%. However the samples modified by dispersion of carbon nano-tubes after aging in the corrosion environment also have higher strength, than check samples. Besides, strength of samples with 0,009% of MWCNT (dispersion 1) and with

0.001% of MWCNT (dispersion 2) practically doesn't change. Conclusions.

Thus, the conducted researches show efficiency of modifying of building ceramics with dispersions of multilayered carbon nanotubes. Adding of water dispersion of MWCNT to composition of ceramic charge changes structure of the ceramic matrix, increasing its density and homogeneous, thereby improving its strength characteristics. The most effective is concentration of nanotubes, in an amount of 0,001% of the clay mass which are previously dispersed in the water environment by means of a high-speed homogenizer and the subsequent influence of ultrasound. The compressive strength of the modified samples increases by 109%, the tensile strength — by 123%. Besides, the corrosion resistance of a ceramic brick increases that will allow to reduce the number of damage of brick facades at salt corrosion.

References

1. Stryszewska T. The change in selected properties of ceramic materials obtained from ceramic brick treated by the sulphate and chloride ions. Construction and Building Materials. 2014. Vol. 66, pp. 268-274.

К проведению X Международной конференции «Нанотехнолотии в строительстве», 13-17 апреля, Хуртада, Египет

of the 5th international conference concrete and concrete structures. Zilina. 2009, pp. 91-98.

3. Stryszewska T., Wodnicka K. The texture and microstructure of ceramic brick contaminated by chloride and sulfate ions // Materialy Ceramiczne. 2013. Vol. 65. Iss. 1, pp. 87-91.

4. Яковлев Г.И., Полянских И.С., Мачюлайтис Р., Керене Я., Малайшкене Ю., Кизиниевич О., Шайбадуллина А.В., Гордина А.Ф. Наномодифици-рование керамических материалов строительного назначения // Строительные материалы. 2013. № 4. С. 62-64.

5. Яковлев Г.И., Полянских И.С., Шайбадуллина А.В., Гордина А.Ф., Бочкарева Т.В., Зайцева Е.А. Перспективы наномодифицирования керамических материалов строительного назначения // Интеллектуальные системы в производстве. 2013. № 1. С. 189-192.

6. Яковлев Г.И., Первушин Г.Н., Полянских И.С., Керене Я., Мачюлайтис Р., Пудов И.А., Сеньков С.А., Политаева А.И., Гордина А.Ф., Шайбадуллина А.В. Наноструктурирование композитов в строительном материаловедении: Монография. Ижевск: Изд-во имени М.Т. Калашникова,

2014. 196 с.

7. Богданов А.Н., Абдрахманова Л.А., Хозин В.Г. Модификация керамических масс пластифицирующими добавками. Юбилейная международная научно-практическая конференция, посвященная 60-летию БГТУим. В.Г. Шухова «Наукоемкие технологии и инновации». XXI научные чтения. Белгород: БГТУ, 2014. С. 46-49.

8. Dillon F.C., Moghal J., Koos A., Lozano J.G., Miranda L., Porwal H., Reece M.J., Grobert N. Ceramic composites from mesoporous silica coated multi-wall carbon nanotubes // Microporous and Mesoporous Materials. 2015. Vol. 217, pp. 159-166.

9. Qing Y., Zhou W., Huang Sh., Huang Zh., Luo F., Zhu D. Microwave absorbing ceramic coatings with multi-walled carbon nanotubes and ceramic powder by polymer pyrolysis route // Composites Science and Technology. 2013. No. 89, pp. 10-14.

10. Dassios K.G., Bonnefont G., Fantozzi G., Matikas T.E. Novel highly scalable carbon nanotube-strengthened ceramics by high shear compaction and spark plasma sintering // Journal of the European Ceramic Society.

2015. No. 35, pp. 2599-2606.

11. Пудов И.А. Наномодификация портландцемента водными дисперсиями углеродных нанотрубок. Дисс... канд. техн. наук. Казань. 2013. 185 с.

12. Stryszewska T., Kanka S. Corrosion products among brick and concrete as threat to structure durability of industrial chimneys // Materiaiy Ceramiczne. 2013. No. 3, pp. 378-386.

13. Яковлев Г.И., Михайлов Ю.О., Гинчицкая Ю.Н., Кизиниевич О., Тайбахтина П.А., Балобанова Ю.А. Строительная керамика, модифицированная дисперсиями многослойных углеродных нанотру-бок // Строительные материалы. 2017. № 1-2. С. 10-13.

14. Яковлев Г.И., Гинчицкая Ю.Н., Кизиниевич О., Кизиниевич В., Гордина А.Ф. Влияние дисперсий многослойных углеродных нанотрубок на физико-механические характеристики и структуру строительной керамики // Строительные материалы. 2016. № 8. С. 25-29.

15. Хаджи В.Е., Цинобер Л.И., Штеренлихт Л.М. и др. Синтез минералов. Т. 2. М.: Недра, 1987. 256 с.

2. Fiertak M., Kanka S. Methods and interpretation of material testing in power sector chimneys. In: Proceedings of the 5-th international conference concrete and concrete structures. Zilina. 2009, pp. 91—98.

3. Stryszewska T., Wodnicka K. The texture and microstructure of ceramic brick contaminated by chloride and sulfate ions. Materialy Ceramiczne. 2013. Vol. 65. Iss. 1, pp. 87-91.

4. Yakovlev G.I., Poljanskih I.S., Machjulajtis R., Kerene Ja., Malajshkene Ju., Kizinievich O., Shajbadullina A.V., Gordina A.F. Nanomodofication of ceramic materials for construction purposes. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2013. No. 4, pp. 62-64. (In Russian).

5. Yakovlev G.I., Poljanskih I.S., Shajbadullina A.V., Gordina A.F., Bochkareva T.V., Zajceva E.A. Prospects nanomodified ceramic materials for construction application. Intellektual'nyesistemy v proizvodstve. 2013. No. 1, pp. 189-192. (In Russian).

6. Yakovlev G.I., Pervushin G.N., Poljanskih I.S., Kerene Ja., Machyulaitis R., Pudov I.A., Sen'kov S.A., Politaeva A.I., Gordina A.F., Shajbadullina A.V. Nanostrukturirovanie kompozitov v stroitel'nom ma-terialovedenii: monografiya [Nanostructuring of composites in building materials science: monograph] Izhevsk: Kalashnikov Izhevsk State Technical University. 2014. 196 p.

7. Bogdanov A.N., Abdrakhmanova L.A., Khozin V.G. Modification of ceramic masses with plasticizing additives. Jubilee International Scientific and Practical Conference, dedicated to the 60th anniversary of BSTU named after Shukhov "High technology and innovation" XXIscientific readings. Belgorod: BSTU. 2014, pp. 46-49. (In Russian).

8. Dillon F.C., Moghal J., Koos A., Lozano J.G., Miranda L., Porwal H., Reece M.J., Grobert N. Ceramic composites from mesoporous silica coated multi-wall carbon nanotubes. Microporous and Mesoporous Materials. 2015. Vol. 217, pp. 159-166.

9. Qing Y., Zhou W., Huang Sh., Huang Zh., Luo F., Zhu D. Microwave absorbing ceramic coatings with multi-walled carbon nanotubes and ceramic powder by polymer pyrolysis route. Composites Science and Technology. 2013. No. 89, pp. 10-14.

10. Dassios K.G., Bonnefont G., Fantozzi G., Matikas T.E. Novel highly scalable carbon nanotube-strengthened ceramics by high shear compaction and spark plasma sintering. Journal of the European Ceramic Society. 2015. No. 35, pp. 2599-2606.

11. Pudov I.A. Nanomodification of Portland cement with aqueous dispersions of carbon nanotubes. Cand. Diss. (Engineering). Kazan. 2013. 185 p. (In Russian).

12. Stryszewska T., Kanka S. Corrosion products among brick and concrete as threat to structure durability of industrial chimneys. Materialy Ceramiczne. 2013. No. 3, pp. 378-386.

13. Yakovlev G.I., Mikhailov Yu.O., Ginchitskaya Yu.N., Kizinievich O., Taibakhtina P.A., Balobanova Yu.A. The construction ceramics modified by dispersions of multi-walled carbon nanotubes. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2017. No. 1-2, pp. 10-13. (In Russian).

14. Yakovlev G.I., Ginchitskaya Yu.N., Kizinievich O., Kizinievich V., Gordina A.F. Influence of dispersions of multilayer carbon nano-tubes on physical-mechanical characteristics and structure of building ceramics. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2016. No. 8, pp. 25-29. (In Russian).

15. Khadzhi V.E., Tsinober L.I., Shterenlikht L.M. Sintez mineralov. Tom 2 [Synthesis of minerals. Volume 2] Moscow: Nedra. 1987. 256 p.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.