CC BY
0УДК 69 Лэсь А.Г., Дерябин П.П.
Лэсь А.Г.
магистрант кафедры Промышленное и гражданское строительство,
Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет
(г. Омск, Россия)
Научный руководитель: Дерябин П.П.
доцент кафедры ПГС, канд. техн, наук, доцент
Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет
(г. Омск, Россия)
ОСНОВНЫЕ ТЕНДЕНЦИИ И ОСОБЕННОСТИ
НАНОСТРУКТУРИРОВАННОГО МОДИФИКАТОРА В МАТЕРИАЛОВЕДЕНИИ НА ОСНОВЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК
Аннотация: одной из ключевых задач является исследование, разработка и введение новейших, конструктивных решений, которые способствуют экономии ресурсов и энергии. Что приводит к достижению высоких технико-экономических характеристик и повышению потребительских качеств построек.
Уменьшение затрат в строительстве достигается за счет использования, долговременных, крепких и качественных строительных материалов и системных решений.
Ключевые слова: газобетон, армирование, прочность, нанотрубки.
Создание новых и совершенствование уже известных технологий, остается одним из важных и приоритетных направлений развития промышленности строительных материалов. Таким образом, применение наносистем и нанотехнологических подходов положительно влияет на модернизацию структуры и свойств существующих строительных материалов.
На сегодняшний день газобетон является одним из популярных строительных материалов. Газобетон - искусственный каменный материал, состоящий из песка, цемента, извести и воды. Данная разновидность ячеистого бетона изготавливается с применением газообразователей, что, в свою очередь, наделяет данный материал особой прочностью, не требующей значительного ухода. Ему присущи: низкий радиационный фон, полная негорючесть, неплохой уровень звукоизоляции. Газобетон не гниет, не стареет. За счет поглощения и отдачи влаги газобетон поддерживает постоянную влажность воздуха внутри помещения, а воздушные пузырьки, занимающие около 80% материала, обеспечивают ему высокую теплоизоляционную способность, что способствует снижению затрат на отопление на 25-30% и отказу от применения каких-либо дополнительных теплоизоляционных материалов.
Термическое сопротивление ячеистого бетона в 3 раза выше, чем из глиняного кирпича, и в 8 раз выше, чем из тяжелого бетона. Наружная стена из блоков толщиной 375 мм обеспечивает требуемое нормативное термическое сопротивление Rt=2,5.
На сегодняшний день при модификации строительных композитов используется широкий комплекс природных и синтезированных наносистем, в частности модифицирование многих видов строительных материалов углеродными нанотрубками (НТ). Таким образом, введение НТ на основе ангидрита в состав бетона способствует активации гидратации связующего компонента. Также, при этом происходит повышение прочностных характеристик изделий при сохранении их теплопроводности.
Углеродные нанотрубки рекомендуется использовать в качестве микроармирующего компонента при изготовлении ячеистых композитов на основе цементных, известковых и ангидритовых вяжущих. Введение НТ позволяет усовершенствовать поровую структуру материалов с их применением. При этом отмечается рост прочности на изгиб.
Применение наноматериалов как микро-армирующих компонентов, считается эффективным способом повышения прочностных характеристик
материалов. Ввод нанотрубок в состав газобетона способствует упрочнению межпоровых перегородок. При этом в материале формируется закрытая пористость, что будет способствовать повышению его теплоизоляционных характеристик. Таким образом, использование наноструктурированного модификатора для получения бетонов различного функционального назначения приводит к повышению прочности готовых изделий. При этом сроки набора прочности бетоном сокращаются. Кроме того, при использовании наноструктурированного модификатора создаются условия для уменьшения доли цемента в материалах, что указывает на экономичность данного способа. [2, 3]
Результатом введения наноструктурирутощих компонентов в составы существующих строительных материалов и изделий является не только существенное повышение эксплуатационных характеристик, но и придание им принципиально новых свойств и качеств. Необходимо отметить, что области использования наноматериалов в строительном материаловедении достаточно широки и захватывают практически все материалы на всех видах
вяжущих: цементное, гипсовое, известковое.
Рисунок 1 - Макроструктура газобетона: а) традиционный газоблок, б) газоблок с содержанием наноструктурирующего модификатора.
Введение данного модификатора улучшает формирование макроструктуры газобетона. В этом случае образцы отличаются правильной
геометрией пор и их равномерным распределением по объему материала (см. рисунки 1, 2). [4]
Сроки схватывания формовочной смеси будут значительно влиять на формирование в материале макроструктуры. Поскольку портландцемент является основным компонентом, формирующим структуру материала на ранних стадиях твердения, анализ сроков твердения, вяжущих проводится на модельной системе, состоящей из цемента, наноструктурированного вяжущего и воды. Измерение выполняется по стандартной методике, то есть с использованием прибора Вика.
Рисунок 2 - Газоблок при увеличении в 320 раз: а) традиционный, б) с содержанием наноструктурирующего модификатора.
Анализ результатов исследований (см. рисунок 3) показывает, что увеличение количества наноструктурированного модификатора в системе сокращает время схватывания цемента. Возможным объяснением этого факта является раннее связывание портландита, который образуется в системе во время гидратации, с активным ингредиентом модификатора с образованием первичных гидросиликатов кальция. С технологической точки зрения, это явление поможет сократить продолжительность предварительной выдержки ячеистых композитов и приведет к снижению затрат энергии на производство автоклавного газобетона.
Рисунок 3. Сроки схватывания портландцемента в зависимости от количества наноструктурированного модификатора.
Чтобы исследовать влияние наноструктурированного модификатора на физико-механические свойства автоклавного газобетона, его вводят в систему вместо портландцемента. В этом случае модификатор играет роль компонента, который формирует структуру.
Таблица 1. Физико-механические свойства автоклавного газобетона.
Содержание ОУНТ от массы портл анцемента, % Плотность, кг/м3 Класс по плотности Предел прочности при сжатии, МПа Класс по прочности
0 530 Б500 4.21 В3,5
110~3 507 0500 5.41 В5
2-10~3 492 Б500 4.82 В3,5
3-10"3 476 Б500 4.61 В3,5
Ф 10"3 452 Б500 4.43 В3,5
5' 10"3 431 Б450 4.02 В2,5
Образцы формируются во время испытания, затем подвергаются автоклавной обработке. Исследуются физико-механические свойства газобетона, такие как как плотность и прочность (см. таблицу 1).
По полученным данным можно утверждать, что наблюдается снижение плотности газобетона из-за увеличения количества ОУНТ. Это объясняется тем, что цемент имеет более высокую плотность, чем НМ. Кроме того, это явление наблюдается при анализе формирования макроструктуры газобетона.
До сих пор было невозможно отказаться от цемента, потому что такие материалы имели низкие прочностные характеристики сырья. Кроме того, теплоизоляционная способность ячеистых бетонов зависит от макроструктуры материала (пористости), образование которого обусловлено геологическими характеристиками формовочной смеси. Добавление наноструктурированного модификатора вместо цемента, несмотря на его высокую дисперсию, оптимизирует реологические свойства ячеисто-бетонной смеси. Что касается гидроксида кальция, наноструктурированный модификатор характеризуется высокой активностью и способствует его раннему связыванию в системе. Все это в совокупности приводит к формированию оптимальной макроструктуры материала и, как следствие, дает возможность получить теплоизоляционный газобетон.
Увеличение количества модификатора в системе также помогает повысить прочностные характеристики газобетона. В то же время, когда содержание ОУНТ находится в диапазоне 0,002-0,004%, наблюдается небольшое увеличение прочности на сжатие, которое превышает значение для контрольного состава на 5-15%. Тем не менее, класс прочности бетона остается В3,5. Дальнейшее увеличение модификатора в системе приводит к снижению плотности до марки D450 и прочности до класса В2,5. Испытанные материалы полностью соответствуют нормативным документам [1].
С точки зрения физико-механических характеристик готовых изделий введение 0,001% наноструктурированного модификатора является оптимальным. В этом случае при сохранении класса по плотности В500 наблюдается увеличение прочности на 28,5 % по сравнению с контрольным составом. Это позволяет получать материалы заданной плотностью и с более высоким классом прочности, увеличиваясь с В3,5 до В5.
Таблица 2. Физико-механические показатели конструкционно-теплоизоляционного автоклавного газобетона.
Внедрение наноструктурированного модификатора в структуру газобетонной смеси дает возможность получения теплоизоляционного и конструкционно-теплоизоляционного газобетона повышенной прочности.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. ГОСТ 31359-2007. Бетоны ячеистые автоклавного твердения. Технические условия. -М.: Стандартинформ, 2007. -13;
2. ГОСТ 30515-2013. Цементы. Общие технические требования. -М.: Стандартинформ, 2015.-39;
3. СП 56.13330.2011. Производственные здания.-М.: Стандартинформ ,2011.-64;
4. Наномодифицированный автоклавный ячеистый бетон / А. А. Мечай [и др.] // Опыт производства и применения ячеистого бетона автоклавного твердения: сб. науч.тр.: - Минск, Могилев, 2014. - С. 76-79
Les A. G., Deryabin P.P.
Les A.G.
Siberian State Automobile and Road University (Omsk, Russia)
Scientific advisor: Deryabin P.P.
Siberian State Automobile and Road University (Omsk, Russia)
THE MAIN TRENDS AND FEATURES OF NANOSTRUCTURED MODIFIERS IN MATERIALS SCIENCE BASED ON CARBON NANOTUBES
Abstract: one of the key tasks is the research, development and introduction of new, constructive solutions that contribute to saving resources and energy. This leads to the achievement of high technical and economic characteristics and an increase in the consumer qualities of buildings.
Cost reduction in construction is achieved through the use of long-lasting, strong and high-quality building materials and system solutions.
Keywords: aerated concrete, reinforcement, strength, nanotubes.
