CC BY
115
УДК 69.001.5
ИЗУЧЕНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ПРОЦЕССОВ ГИДРАТАЦИИ МЕЛКОЗЕРНИСТЫХ БЕТОНОВ МОДИФИЦИРОВАННЫХ УГЛЕРОДНЫМИ
НАНОТРУБКАМИ
В. И. Большаков, д. т. н., проф., С. Ю. Петрунин*, асп., В. Е. Ваганов, к. т. н., доц.
ФГБОУ ВПО «Владимирский государственный университет им. Александра Григорьевича
и Николая Григорьевича Столетовых»
Ключевые слова: углеродные нанотрубки, цементное вяжущее, бетон, водные дисперсии, прочность, функционализация
Введение. Модифицирование матрицы бетона наноразмерными добавками, в том числе углеродными наноструктурами, является одним из современных и перспективных способов повышения физико-механических характеристик композитов на основе цементного вяжущего. Свойства результирующего материала зависят от морфологического типа и соответственно структуры используемых добавок их концентрации и способа введения в состав композита. Существенное влияние в формировании свойств композита оказывает химический состав поверхности углеродных наноструктур, определяющий характер и интенсивность взаимодействия модифицирующих и упрочняющих добавок с цементной матрицей.
Применяемые материалы и методы исследований. Для синтеза лабораторных образцов мелкозернистого бетона в качестве вяжущего использовали портландцемент марки ЦЕМ I 42,5 Б, произведенный ОАО «Мордовцемент» (Сертификат соответствия нормативным документам № РОСС ЯИ СЛО2.Н00694). В качестве заполнителя для получения образцов мелкозернистого бетона использовали кварцевый песок по ГОСТ 8736-93. Средняя плотность песка составляла 1610 кг/м3, истинная плотность 2700 кг/м3, водопоглощение 7 %, модуль крупности 1,6.
С целью повышения подвижности бетонной смеси, а также повышения седиментационной устойчивости коллоидных растворов с УНТ использовали поликарбоксилатный гиперпластификатор П-11 научно-производственного предприятия «Макромер», г. Владимир. Для затворения сухой смеси вяжущего с мелким заполнителем использовали дистиллированную воду по ГОСТ 6709-72. В качестве наномодифицирующей добавки применяли многослойные углеродные нанотрубки, произведенные на установке каталитического пиролиза углеводородов, на базе ВлГУ. Синтезируемый наноматериал представляет собой черный порошок в виде микронных агломератов, состоящих преимущественно из многослойных углеродных нанотрубок. Основные свойства УНТ представлены в таблице 1.
Т а б л и ц а
Свойства УНТ
Наименование характеристики Значение
Наружный диаметр, нм 20 - 80
Внутренний диаметр, нм 10 - 30
Длина, мкм не более 2
Объем примесей, % до 5 %
Насыпная плотность, г/см 0,4 - 0,5
Удельная поверхность, м /г 120
Количество слоев до 30
Изучение фазового состава образцов мелкозернистого бетона проводили посредством рентгенодифракционного анализа на дифрактометре Bruker D8 Advance в диапазоне двойных углов 4 - 60°. Исследования осуществляли по методу порошка. Обработку и расшифровку дифрактограмм осуществляли по базам данных PDF-2. Определение количественного фазового состава бетона производили по методу Ритвельда.
Исследование структуры бетона методами инфракрасной (ИК) спектроскопии позволяют изучать молекулярную структуру вещества, идентифицировать разновидности химических
связей, определять качественный и количественный фазовый состав материала. В рамках настоящей работы, для записи ИК-спектров использовали инфракрасный Фурье - спектрометр Perkin Elmer Spectrum 100. Диапазон съемки при исследовании образцов бетона составил от 5GG см -1 до 4 000 см -1, разрешение не ниже 0,5 см -1.
Свойства коллоидных растворов на основе воды затворения, пластификатора и углеродных нанотрубок изучали посредством ультрафиолетовой спектроскопии на UV/VIS спектрофотометре Cary 5G.
Определение Z-потенциала в водных дисперсиях с УНТ осуществляли на приборе Zetasizer Nano ZS. Измерения производились по механизму электрофоретического рассеяния света на основе использования быстрого и медленного переменного электрического поля в сочетании с фазовым и частотным рассеянием света. Диапазон размеров частиц при измерении
Z-потенциала находился в интервале от 3,8 нм до 100 мкм включительно.
Анализ распределения размеров частиц производили на приборе Zetatrac NPA152 - 31A. Прибор управлялся программным обеспечением Microtrac FLEX. Диапазон измерений размеров частиц составлял от 0,8 нм до 6,5 мкм, при концентрации раствора не более 40 %.
Применение растровой электронной микроскопии позволяет получать данные о структуре материала от микро- до наноуровня, а также осуществлять анализ элементного состава веществ. Съемку микрофотографий структуры образцов бетона производили на растровом электронном микроскопае Quanta 2GG-3D и Nova 2GG NanoSem, оснащенном колонной высокого разрешения с источником на полевой эмиссии.
Исследования коллоидных растворов с УНТ проводили на просвечивающем электронном микроскопе JEM 2100. Технические возможности микроскопа позволяют:
- исследовать морфологию неорганических материалов на наноуровне, вплоть до атомного разрешения;
- изучать фазовый состав неорганических материалов;
- определять элементный и химический состав локальных участков образцов с помощью энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии и спектроскопии характеристических потерь энергии электронов.
Определение прочности бетона заключается в измерении минимального усилия, обеспечивающего разрушения специально изготовленных образцов из указанного материала при статическом нагружении с постоянной скоростью роста нагрузки и последующем вычислении напряжения в случае упругой работы материала [ГОСТ 5]. Испытания мелкозернистого бетона проводили на образцах-балочках с размерами 4 х 4 х 16 см по ГОСТ 1G1SG - 2G1.
Результаты исследований. Исследование параметров синтеза водных дисперсий на основе поликарбоксилатного гиперпластификатора и углеродньх нанотрубок. Известно [1; 2], что свойства бетона с добавкой УНТ во многом зависят от равномерности распределения отдельных наночастиц в объеме материала. Существуют различные способы введения нанотрубок в состав цементных композитов, при этом чаще всего они вводятся с водой затворения. Очевидно, что для равномерного распределения отдельных нанотрубкок в объеме цементного композита необходимо предварительное получение однородных суспензий на основе УНТ, воды затворения и пластификатора. Тип сурфактанта, его концентрация и время ультразвуковой обработки оказывают существенно влияние на дисперсность и долговечность получаемых суспензий.
Качество таких дисперсий возможно оценить посредством спектрофотометрии в ультрафиолетовом диапазоне. На спектрах коллоидных растворов с УНТ наблюдается пик адсорбции ультрафиолетового излучения в диапазоне длин волн 260 нм [3; 4]. При этом с повышением содержания отдельных наночастиц в коллоидном растворе интенсивность данного пика возрастает.
В настоящей работе на основании методов математического планирования экспериментальных исследований была разработана математическая модель, отражающая зависимость однородности водных дисперсий поликарбоксилатного гиперпластификатора и УНТ в зависимости от концентрации сурфактанта и времени ультразвуковой обработки.
В качестве источника ультразвукового воздействия использовали рожковый ультразвуковой диспергатор ИЛ 10-6, с частотой ультразвуковых волн 22 000 Гц и мощностью 75 кВт.
Подбор режимов ультразвукового воздействия и содержание гиперпластификатора проводили в соответствии с априорными данными технической литературы и методикой планирования эксперимента.
На рисунке 1 представлен спектр ультрафиолетового поглощения коллоидных растворов с УНТ в зависимости от времени ультразвуковой обработки и концентрации пластификатора.
200
1-15 мин., УНТ/сурфактант 1/1;
2-15 мин., УНТ/сурфактант 1/2;
3-15 мин., УНТ/сурфактант 1/3;
4 - 45 мин., УНТ/сурфактант 1/1;
5 - 45 мин., УНТ/сурфактант 1/2;
6 - 45 мин., УНТ/сурфактант 1/3; 7-75 мин., УНТ/сурфантант 1/1; В - 75 мин., УНТ/сурфактант 1/2; Э - 75 мин., УНТ/сурфактант 1/3;
300
400 500
Длинна волны (нм)
600
700
Рис. 1. Ультрафиолетовый спектр абсорбции водных дисперсий с УНТ в зависимости от концентрации сурфактанта и времени ультразвуковой обработки
Полученные результаты эксперимента использовали для разработки математической модели исследуемого процесса. Математическая модель представляет собой функцию, связывающую параметр оптимизации, в данном случае это величина абсорбции ультрафиолетовых волн, с факторами, влияющими на параметр оптимизации, а именно — временем ультразвукового воздействия и концентрацией сурфактанта. На основании выполненных расчетов был построен график зависимости абсорбции ультрафиолетового излучения от времени ультразвукового воздействия и концентрации сурфактанта, из которого следует, что максимальное значение параметра оптимизации наблюдается при максимальных значениях входных параметров.
Таким образом, для получения наиболее дисперсной водной суспензии на основе поликарбоксилатного гиперпластификатора П-11 и УНТ в дальнейшем использовали следующие режимы синтеза: концентрация количества сурфактанта к УНТ по массе 3 к 1, время ультразвуковой обработки 60 минут.
Поверхностная функционализация углеродных нанотрубок. С целью обеспечения взаимодействия между поверхностью трубки и матрицей материала, а также придания им гидрофильных свойств для получения стабильных и устойчивых во времени водных суспензий поверхность нанотрубок подвергают химической обработке (функционализации). В результате на поверхности целенаправленно формируются различные химические соединения [5; 6].
В нашем исследовании функционализацию УНТ проводили двумя способами:
1) обработкой раствором неорганических кислот (УНТ-фк);
2) механохимической обработкой в щелочи (УНТ-фм).
Модификации поверхности УНТ по первому способу осуществляли следующим образом: 50 г просеянных УНТ помещали в колбу и заливали смесью концентрированных неорганических кислот ИК03 и И^04 из расчета 1 : 5. Объемное отношение азотной и серной кислот составило 1 : 3 соответственно. Смесь нагревали до температуры 70°С при постоянном перемешивании. Длительность процесса составила 3 часа. За это время частицы никелевого катализатора, оставшиеся от процесса синтеза, окислялись с выделением газа и появлением зеленого окрашивания раствора. После этого раствор охлаждали, разбавляли дистиллированной
водой и фильтровали. Отфильтрованные УНТ промывали дистиллированной водой до момента нейтральной реакции промывных вод.
Функционализацию УНТ по второму способу проводили посредством механохимического метода. Для этого равные навески УНТ и щелочи К(ОН) загружали в шаровую мельницу и перемалывали в течение 60 минут при скорости 600 об. / мин. Затем полученный материал отмывали от щелочи дистиллированной водой и сушили под вакуумом.
Качественную оценку наличия функциональных групп на поверхности УНТ производили при помощи ИК-спектроскопии. Данный способ отлично подходит для анализа функционализированных УНТ. На рисунках 2 — 4 представлены ИК-спектры УНТ до и после процесса функционализации.
и ......
ЛИГ) ЗИП 3300 ЕЮ 2300 1СДИ 1000
СПЛ-1
Рис. 2. ИК-спектр исходных УНТ
ст-1
Рис. 3. ИК-спектр УНТ-фк после обработки раствором неорганических кислот
-□-I-,-,-,-,-,-,—
4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000
ст-1
Рис. 4. ИК-спектр УНТ-фм после механохимической обработки в К(ОН)
На ИК-спектрах наблюдали ряд одинаковых полос поглощения, как для исходных, так и функционализированных нанотрубок. Полоса поглощения в диапазоне частот 960 см-1 соответствует деформационным колебаниям С-Н шестичленного кольца УНТ. Антисимметричные валентные колебания С-О-С способствовали появлению пика на 1 154 см-1, полоса на 1 311 см-1 соответствует С-С колебаниям каркаса УНТ. Поглощение при 1 378 см-1 и 2 940 см-1 обусловлено валентными колебаниями С-Н, характерными для метильной группы СН3. Во всех спектрах присутствовали полосы поглощения на 1 465 см-1, вызванные пульсирующими колебаниями углеродного скелета УНТ. Важно отметить наличие на спектре УНТ-фм пиков поглощения на 3 392 см-1 и 1 075 см-1, соответствующих валентным колебаниям С-О, и отсутствие полосы поглощения на 1 711 см-1 для УНТ-фк, которая обусловлена наличием карбоксильных групп на поверхности УНТ в соответствии с [7; 8]. Присутствие полосы поглощения в диапазоне 3 300 - 3 600 см-1 можно объяснить наличием гидроксильных функциональных групп.
Исследования структуры и морфологии исходных и функционализированных УНТ с применением РЭМ не выявили принципиальных различий. Во всех случаях наблюдается большое количество длинномерных слабо переплетенных УНТ, имеющих гладкую поверхность. При этом обработка в растворе кислот привела к незначительному уменьшению диаметра УНТ вследствие удаления с их поверхности аморфного углерода. Также наблюдалось уменьшение длины УНТ в результате обработки смесью кислот.
Рис. 5. СЭМ Изображение - УНТ-фк
Эти данные также подтвердились при исследовании УНТ на ПЭМ. Обработка в смеси кислот также способствовала уменьшению количества частиц остаточного катализатора.
Определение Ç-потенциала водных дисперсий на основе поликарбоксилатного гиперпластификатора и углеродных нанотрубок. Стойкость к коагуляции водных дисперсий на основе УНТ и поликарбоксилатного гиперпластификатора зависит от особенностей распределения заряда вблизи поверхности коллоидных частиц, образующегося за счет абсорбции ионов из раствора или диссоциации поверхности самих коллоидных частицы. Кроме того, по аналогии с данными [9] Ç-потенциал можно использовать для оценки сорбционных свойств катионов Ca2+ на поверхность нанотрубок при гидратации основных фаз цементного клинкера.
Данные измерений Z-потенциала дисперсий исходных и функционализированных УНТ представлены на рисунках 6 — 8.
Zeta Pntential (mV)
Рис. 6. График распределения Z-потенциала дисперсии исходных УНТ
Zeta Potential [mV}
Рис. 7. График распределения Z-потенциала дисперсии УНТ-фк
Zeta Pntential (mV)
Рис. 8. График распределения Z-потенциала дисперсии УНТ-фм
Из приведенных графиков следует, что функционализация поверхности УНТ кислородсодержащими группами способствовала смещению Z-потенциала в более электроотрицательную область. Значения измеряемого параметра для коллоидных растворов с УНТ-фк и УНТ-фм равны: -48,7 мВ и -47,8 мВ соответственно, это практически вдвое меньше значения аналогичного параметра для исходных УНТ - 26,9 мВ. Очевидно, при образовании
кислородных групп на поверхности функционализированных УНТ происходило перераспределение поверхностного заряда, в результате чего ^-потенциал становился более электроотрицательным. Коллоидные растворы считаются устойчивыми при значениях ^-потенциала менее -15 мВ и более 15 мВ [10].
Исследование механических свойств мелкозернистого бетона модифицированного УНТ. Результаты изменения предела прочности на сжатие и изгиб в зависимости от количества углеродного наномодификатора в объеме композита отражены на рисунках 9 и 10 соответственно.
5. 20
■ без УНТ
■ 0,01% УНТ
■ 0,0 2% УНТ
■ О, 0 5% УНТ
■ О,13% УНТ □ О, 2 5% УНТ
Возраст, дни
Рис. 9. Диаграмма изменения прочности на сжатие мелкозернистого бетона в зависимости от концентрации исходных УНТ
+1054
1354
■ без УНТ
■ 0,01% УНТ
■ 0,0 2% УНТ
■ 0,0 5% УНТ
■ 0.13% УНТ □ 0,25% УНТ
7 23
Возраст, дин
Рис. 10. Диаграмма прочности на изгиб мелкозернистого бетона в зависимости от
концентрации исходных УНТ
По результатам определения предела прочности на сжатие цементных композитов с различной концентрацией углеродного наномодификатора установили, что образцы бетона, содержащие 0,13 % УНТ, обладают наибольшей прочностью по сравнению с другими. Монотонное возрастание прочностных показателей цементного камня наблюдается с увеличением содержания наночастиц с 0,01 % до 0,13 %. Улучшение изучаемых физико-механических свойств в результате введения более 0,13 % УНТ не отмечалось, а прочность
материала в данном случае соответствует эталонному образцу без УНТ. При испытаниях на изгиб максимальный прирост прочности был достигнут на образцах бетона с добавкой 0,05 % УНТ.
Анализ полученных данных по прочностным свойствам наномодифицированного цементного камня выявил, что УНТ способствуют интенсивному набору прочности в ранний период. При указанных содержаниях УНТ после первого дня выдержки набор прочности происходит в 1,23 и 1,37 раза быстрее соответственно по сравнению с материалом без наномодификатора.
Образцы цементного композита, модифицированные функционализированными УНТ, получали при аналогичном соотношении основных сырьевых компонентов, что и в случае исходных. Концентрация функционализированных УНТ составила 0,05 % от массы сухого вяжущего. Данные испытаний образцов с функционализированными УНТ представлены на рисунках 11 - 12.
Я 20
■ без УНТ
□ исходные УНТ
■ УНТ-фк
■ УНТ-фм
Возраст, дни
Рис. 11. Диаграмма изменения прочности на сжатие мелкозернистого бетона в зависимости от типа функционализации УНТ
Возраст, дни
Рис. 12. Диаграмма прочности на изгиб мелкозернистого бетона в зависимости от типа
функционализации УНТ
Результаты испытаний на сжатие демонстрируют, что образцы цементных композитов с добавкой функционализированных УНТ после первого и седьмого дня выдержки имели большую прочность по сравнению с бетоном, модифицированным исходными УНТ. При испытаниях на изгиб наилучшие результаты наблюдали у бетона с добавкой исходных УНТ независимо от времени выдержки.
Очевидно, наличие кислородсодержащих групп на поверхности УНТ способствует изменению характера кинетического набора прочности мелкозернистого бетона и прочностных свойств результирующего материала на его основе. Присутствие кислородсодержащих групп оказывает влияние на гидратацию цементного клинкера, ускоряя протекание самого процесса.
Обсуждение результатов исследований. Гидратация на ранней стадии происходит за счет растворения клинкерных фаз с поверхности зерна и переходом в раствор ионов: ОН-, Са2+, СаОН- и анионов Н28Ю42-. Из раствора ионы Са2+ и силикат ионы Н28Ю42- концентрируются вблизи цементных зерен, образуя оболочку из первичных гидратов в виде проницаемой мембраны. Сразу после взаимодействия цемента с водой наступает насыщение раствора ионами Са2+ по Са(ОН)2, что вызывает замедление процессов гидратации и установление индукционного периода, в течение которого растворение фаз цементного клинкера идет крайне медленно.
Длительность индукционного периода составляет приблизительно 2 часа, за это время раствор в несколько раз перенасыщается ионами Са2+, что приводит к образованию кристаллов портландита (Са(ОН)2) и аморфного гидрат силиката кальция (С-8-Н гель), наступает период ускорения. На этой стадии происходит увеличение скорости растворения исходных фаз и осаждение образующихся продуктов гидратации на поверхности цементных зерен. К моменту, когда толщина слоя достигает 0,5 — 1 мкм, оболочки соседних зерен начинают срастаться. При уменьшении проницаемости оболочки продукты гидратации формируются на ее внутренней поверхности. В возрасте 7 суток оболочки имеют толщину порядка 8 мкм, зазор между непрореагировавшим зерном и оболочкой практически отсутствует. Растворение идет по топохимическому механизму, фронт реакции смещается к центру зерна [11].
Как известно, ионы металлов, находясь в водном растворе, способны сорбироваться на поверхности УНТ [12]. В этом случае сорбционные свойства наночастиц зависят от их поверхностной функционализации, рН водной среды и концентрации самих наноструктур. В частности, в работах [1; 13] представлены результаты сорбции катионов Са2+ из водного раствора на поверхность УНТ. Следовательно, на основании изложенного, при гидратации цементного клинкера в присутствии УНТ часть ионов Са2+, образующихся в ходе реакции гидратации, осаждаются на поверхности нанотрубок, взаимодействуя с гидроксид и силикат ионами и формируя при этом центры кристаллизации портлантида и аморфного геля гидрат силиката кальция. Образующиеся таким образом продукты гидратации на поверхности УНТ служат «стоком» для катионов Са2+, в результате чего растворение клинкерных фаз цементных зерен происходит более интенсивно. Тем самым УНТ играют роль катализаторов, ускоряющих процессы образования и структурообразования фаз, в момент прохождения индукционного и ускоренного периодов гидратации.
Важно отметить, что оболочка вокруг цементных зерен, формирующаяся в течение индукционного и ускоренного периодов, является более проницаемой в связи с тем, что часть гидратных соединений сконцентрирована на поверхности УНТ, что не препятствует свободному ионному обмену между твердой и жидкой фазами. Происходит более полное растворение цементных зерен, в результате чего повышается степень гидратации цементного камня.
Введение углеродного наномодификатора способствует появлению областей повышенной концентрации катионов Са2+ на поверхности УНТ. В этом случае процесс образования продуктов гидратации проистекает более интенсивно, т. к. для роста кристаллов портлантида аморфного геля гидрат силиката кальция необходимо, чтобы содержание Са2+ в местах их формирования превышало концентрацию насыщенного раствора в 1,5 - 2 раза. Очевидно, в первую очередь перенасыщение Са2+ наступает именно на поверхности УНТ. В связи с этим, частичное осаждение гидрат ионов на поверхности нанотрубок сопутствует увеличению ионной проницаемости оболочек вокруг самих зерен цементного клинкера и, как следствие, происходит их более полное и быстрое растворение.
Таким образом, при детальном рассмотрении процессов структурообразования наномодифицированного цементного камня, происходящих в первые 7 дней твердения, установлено следующее:
- УНТ ускоряют процессы растворения клинкерных фаз цементных зерен;
- УНТ являются центрами образования продуктов гидратации;
- УНТ способствуют уменьшению объема капиллярных пор.
Изменение характера набора прочности бетона в период с 7-го по 28-й день выдержки обусловлено различиями в геометрических размерах УНТ. Авторы работ [1; 14; 15], изучавшие влияние аспектного отношения УНТ на физико-механические свойства цементных композитов, выявили, что с увеличением длины вводимых нанотрубок наблюдается повышение прочностных характеристик результирующего материала. По данным СЭМ изображений структуры бетона с добавкой УНТ разных размеров определили, что УНТ связывают отдельные кристаллиты гидрат силиката кальция, приводя к упрочнению цементного камня. Отмечается, что более длинные УНТ способны связывать кристаллиты, находящиеся на больших расстояниях друг от друга, в отличие от коротких УНТ. В данном случае, длины исходных УНТ после ультразвуковой обработки превышали функционализированные УНТ. Это следует из результатов исследований измерения распределения УНТ по размерам и данным ПЭМ. Установлено, что образец цементного теста с добавкой исходных УНТ содержит практически вдвое больше отдельных нанотрубок большей длины по сравнению с образцами цементного теста с функционализированными УНТ.
Выводы. 1. На основе разработанной математической модели зависимости степени дисперсности исследуемых коллоидных систем от времени ультразвукового воздействия и содержания сурфактанта определены оптимальные режимы их приготовления: время ультразвуковой обработки 60 минут и соотношение сурфактанта к УНТ 3 : 1.
2. Установлено, что функционализированные УНТ в процессе ультразвуковой обработки претерпевают разрушение, что приводит к их укорачиванию и последующему агломерированию. При этом наличие на их поверхности функциональных групп повышает устойчивость коллоидных растворов, что отражается в смещении Z-потенциала в более электроотрицательную область по сравнению с исходными.
3. Ускорение набора прочности на ранней стадии твердения исходных и функционализированных УНТ обусловлено: ускорением процесса растворения клинкерных фаз цементных зерен; увеличением количества центров образования продуктов гидратации и уменьшением общего объема капиллярных пор.
4. Прочность модифицированного бетона на более поздних стадиях твердения определяется в первую очередь аспектным отношением сформированного вокруг УНТ и их скоплений каркаса, связывающего отдельные кристаллиты гидрат силиката кальция.
ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Sobolkina, V. Mechtcherine, V. Khavrus, D. Maier, M. Mende, M. Ritschel, A. Leonhardt, Dispersion of carbon nanotubes and its influence on the mechanical properties of the cement matrix. J. Cement & Concrete Composites, 34, 1104, (2012).
2. Junrong Yu, Nadia Grossiord, Cor E. Koning, Joachim Loos, Controlling the dispersion of multi-wall carbon nanotubes in aqueous surfactant solution. Carbon 45 (2007) 618 - 623
3. Rausch J., Zhuang RC., Mader E. Surfactant assisted dispersion of functionalized multi-walled carbon nanotubes in aqueous media. Composites 2010:1038-46.
4. Grossiord N., Regev O., Loos J., Meuldijk J., Koning C. Time-dependent study of the exfoliation process of carbon nanotubes in aqueous dispersion by using UV-vis spectroscopy. Anal Chem 2005;77:5135-9.
5. Sang Wjn Kim, Taehoon Kim, Yem Seung Kim, Hong Soo Choi, Hyeong Jun Lim.
Surface modifications for the effective dispersion of carbon nanotubes in solvents and polymers. Carbon 50 (2012) 3 - 33.
6. Datsyuk V., Kalyva M., Papagelis K., Parthenios J., Tasis D. et.al. Chemical oxidation of multiwalled carbon nanotubes. Carbon 46 (2008), 833 - 840.
7. S. Goyanes, G. R. Rubiolo, A. Salazar, A. Jimeno, M. A. Corcuera, and I. Mondragon, «Carboxylation treatment of multiwalled carbon nanotubes monitored by infrared and ultraviolet spectroscopies and scanning probe microscopy», Diamond and Related Materials, vol. 16, no. 2, pp. 412 - 417, 2007.
8. K. Balasubramanian and M. Burghard, «Chemically functionalized carbon nanotubes», Small, vol. 1, no. 2, pp. 180 - 192, 2005
9. Brian White, Sarbajit Banerjee, Stephen O'Brien, Nicholas J. Turro, Irving P. Herman,
Zeta-Potential Measurements of Surfactant-Wrapped Individual Single-Walled Carbon Nanotubes. J. Phys. Chem. C 2007, 111, 13684 - 13690.
10. Щукин Е. Д. Коллоидная химия: учеб. для ун-тов и химико-технолог. Вузов / Е. Д. Щукин, А. В. Перцов, Е. А. Амелина. - 3-е изд., перераб. и доп. - М. : Высш. шк., 2004. -445 с.
11. Брыков А. С. Гидратация цемента: учеб. пособ. - 2008. - г. С. Петербург.
12. Modification of cement concrete multi-layer carbon nanotubes / G. I. Yakovlev, G. N. Pervushin, A. Korzhenko, A. F. Buryanov, I. A. Pudov, A. A. Lushnikova // Construction materials. - М. : 2011. - № 2. - P. 47 - 51.
13. Llina Kondofesky-Mintova. Fundamental Interactions between Multi-Walled Carbon Nanotubes (MWCNT), Ca2+ and Polycarboxilate Superplasticizers in Cementitious System. Llina Kondofesky-Mintova, Johann Plank. // Superplasticizers and Other Chemical Admixtures in Concrete. Proceedings Tenth Internetional Conference Prague, Czech Republic, October 2012. - P. 423 - 434.
14. Maria S. Konsta-Gdoutors, Zoi S. Metaxa, Surendra P.Shah. Multi-scale mechanical and fracture characteristics and early-age strain capacity of high performance carbon nanotube/cement nanocomposites. Cement & Concrete Composites 32(2010) 110 -115
15. Maria S. Konsta-Gdoutors, Zoi S. Metaxa, Surendra P.Shah. Highly dispersed carbon nanotube reinforced cement based materials. Cement & Concrete Composites 40(2010) 1052 - 1059.
УДК 69.05
ОРГАНИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ ПЕРЕРАБОТКОЙ СТРОИТЕЛЬНЫХ ОТХОДОВ
П. П. Олейник, д. т. н., проф., В. И. Бродский, к. т. н., доц.
Московский государственный строительный университет (ГОУ ВПО МГСУ), г. Москва
Ключевые слова: организация управления, система, строительные отходы, структура, подготовка, систематизация
Система управления переработкой строительных отходов представляет комплекс взаимоувязанных мероприятий, работ и задач организационного, технического, технологического и экономического характера, обеспечивающих планомерный и непрерывный сбор, сортировку, транспортирование, переработку строительных отходов и получение вторичного сырья (материала) с заданными технико-экономическими показателями.
Такая система предназначена для обеспечения целенаправленной деятельности служб заказчика, строительных, проектных, транспортных, снабженческих организаций и перерабатывающих предприятий за счет согласованности действий, сбалансированности трудовых и материально-технических ресурсов.
Федеральный классификационный каталог отходов включает более двадцати наименований строительных отходов, включающих отходы бетона, железобетона, линолеума, сколы асфальтобетона, лом черных и цветных металлов, стеклобой и др. Основным источником их образования является строительное производство в результате выполнения разнообразных работ по ремонту и реконструкции зданий и сооружений, новому строительству, сносу (разборке) ветхого жилья. Например, для Московского региона объем строительных отходов при ремонте зданий и сооружений составляет 58,2 %, снос (демонтаж) - 29,3 %. В то же время в стройиндустрии отходы образуются в результате некондиции и брака железобетонных конструкций и составляют около 3,5 %.
Проведенный анализ производственной деятельности строительных организаций при новом строительстве, реконструкции и ремонте объектов позволил установить и построить графическую интерпретацию особенностей среднегодовых и среднеквартальных распределений объемов строительных отходов, а анализ предприятий стройиндустрии позволил построить графическую интерпретацию количественного изменения объемов некондиции и брака изделий во временном интервале, взятом в годовых и квартальных периодах (рис. 1).
Все это указывает на необходимость создания полноценной системы управления переработкой строительных отходов, содержание и целевая направленность которой выдвигают следующие основные принципы:
- межведомственный характер управления строительными отходами;
- упорядочение и унификация всех форм документооборота;
- создание единых технических, организационно-технологических и планово-
