CC BY
17
Материаловедение. Нанотехнологии
УДК 54.061
Б01: 10.17277/уе81тк.2019.04.рр.660-670
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ МОДИФИКАТОРА НА ОСНОВЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК С СУРФАКТАНТАМИ НА ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОМПОЗИТОВ
А. Г. Ткачев1, Р. Д. А. Слдозьян1, З. А. Михалева2, Ю. Н. Толчков1
Кафедры: «Техника и технологии производства нанопродуктов» (1), rami_J_ag@yahoo.com; «Инжиниринг нанотехнологии» (2), ФГБОУ ВО «ТГТУ», г. Тамбов, Россия
Ключевые слова: легкий бетон; пенобетон; поверхностно-активные вещества; поливинилпирролидон и углеродные нанотрубки.
Аннотация: Данное исследование направлено на разделение и выявление аспектов эффективности модификаторов на основе многослойных углеродных нанотрубок (УНТ) и поверхностно-активных веществ (ПАВ) на композитах це-ментно-вяжущих материалов. Углеродные нанотрубки предварительно диспергированы с добавлением в состав ПАВ - поливинилпирролидона, при различных концентрациях нанодобавок. Процесс диспергирования нанодобавки в ультразвуковой установке выполнен двумя способами с использованием ПАВ и без него. Время воздействия не изменялось, и количество водной составляющей было идентичным при каждом варианте. Обнаружено, что наномодификатор на основе углеродных наноструктур способен увеличивать как напряженность, так и деформационную способность композита, контролируя процесс распространения трещин. Физико-механические испытания показали прирост прочностных характеристик относительно контрольных образцов.
Введение
Различные типы строительных материалов, такие как автоклавный газобетон, фибробетон и легкий бетон, разработаны и экспериментально проверены, однако у разработанных композиционных материалов имеются некоторые недостатки. Автоклавный легкий газобетон хорошо известен и широко используется, но небольшие размеры и слабая прочность ограничивают его применение [1]. Легкие бетоны обладают низкой прочностью, но снижают постоянную нагрузку и теплопроводность, и в то же время имеют ряд ограничений эксплуатационного характера. Фибробетон обладает большой поглощающей энергетической способностью, так называемой пластичностью или неупругой деформационной способностью, но его высокий вес создает значительные нагрузки. Легковолокнистый газобетон на основании современных армирующих компонентов, в том числе на-ноуровня, открывает многообещающие возможности для композитов общего
и специально назначения. Конструкции на основе такого модифицированного композита могут быть использованы как в небольших, так и высотных зданиях, поскольку он сочетает в себе свойства газобетона, адаптируемость легкого бетона и надежность фибробетона [2 - 4].
Пенобетон является актуальным строительным материалом и производится тремя основными способами (классическим, сухой минерализацией, с помощью баротехнологии). К наиболее востребованному способу относится классический метод, при котором пена или пенообразователь вносятся в минеральную матрицу цементно-песчаного раствора. Популярность пенобетона и широкое использование в регионах со сложными климатическими условиями (например, низкотемпературный климат) объясняется высокими показателями устойчивости материала к многочисленным циклам замерзания-оттаивания и теплофизическими изоляционными свойствами.
Наиболее часто используемым производным пенобетона является автоклавный газобетон, основные компоненты композиционного материала которого: смесь кварцевого песка, портландцемент, известь, вода, пенообразователь, например алюминиевая пудра [5], вступающая в реакцию при контакте с основной средой, образуя отходящий газ, содержащий дигидроген, что приводит к увеличению объема в пять раз в течение данной фазы. При таком способе получения чаще всего формуемая смесь отливается в специальную форму или подвергается резке до необходимых геометрических размеров образцов. После проведения всех действий материалы помещаются в печь автоклавирования для формирования цементирующих веществ с максимальной интенсивностью (силикат кальция). Однако широкий диапазон давлений (4... 16 МПа) и длительная продолжительность (8...16 ч) процесса автоклавирования приводит к высокой энергозатратности композита как на стадии получения, так и при формировании. Ввиду высоких затрат при получении пенобетона, необходимость поиска новых энергетических выгодных решений остается весьма перспективным направлением развития композиционных материалов. Однако использование алюминиевой пудры в качестве пенообразователя имеет ряд особенностей, в том числе из-за склонности материала к взрывоопасности. При работе с пудрой требуется избегать скопления пыли, не допускать наличия источников инициирования воспламенения и проникновения влаги.
Более экологически безопасное решение для производства легких бетонов -механическое введение пенообразующих веществ в цементно-песчаную пасту (методы предварительного или смешанного пенообразования) [6]. Способ предварительного формования основан на раздельном производстве цементно-песчаной пасты и стабильной водной суспензии пенообразователя, причем предварительно сформированная пена может быть как в сухом, так и во влажном состоянии. Процесс вспенивания смеси запускается при добавлении поверхностно-активных веществ (ПАВ) в минеральную суспензию, которая помогает задерживать воздух, когда все компоненты смешаны. Главным критерием получения качественного пенобетона при использовании и того и другого способа является минеральная пена, которая должна оставаться стабильной до тех пор, пока паста не застынет или не завершится процесс схватывания. Стабильность зависит от начальных свойств пасты, таких как предел текучести, концентрация ПАВ и молекулярная структура [7]. Согласно [6], предварительное пенообразование обычно предпочтительнее смешивания с пенообразователем, поскольку оно требует меньшего содержания ПАВ.
Пенобетон и легкий бетон все чаще применяются для строительства небольших жилых домов и высотных зданий, а сборные железобетонные конструкции стали одним из широко используемых материалов в строительной сфере.
В последнее время большое внимание уделяется разработкам материалов, обладающих комплексом свойств, в частности рассматриваются возможности использования легкого бетона для сборного железобетона как способа улучшения характеристик зданий, таких как снижение нагрузки, повышение огнестойкости и снижение теплопроводности. Кроме того, конструкция здания на основе такого композита должна противодействовать воздействиям ударных нагрузок, в частности землетрясениям, поскольку сопротивление конструкций и материала возможным эксплуатационными характеристиками - важный фактор в строительстве [8, 9].
Цель работы - оценка влияния модифицирующих добавок на основе углеродных нанотрубок (УНТ) на физико-механические параметры легкого бетона, и рассмотрение возможных факторов, оказывающих воздействие на свойства рассматриваемого композита за счет исходных компонентов модификатора (ПАВ).
Методы и материалы
В экспериментах использовались следующие материалы: портландцемент марки ЦЕМ I 42,5Н (ГОСТ 31108-2016); градиентный песок в качестве мелкого заполнителя; водопроводная вода общего назначения для смешивания и нормального отверждения, при этом водоцементное отношение составляло 0,4. При подготовке экспериментальных образцов легкого бетона применялся пенообразователь «Макспен» (Россия). Углеродные нанотрубки типа «Таунит-24» изготовлены на предприятии ООО «НаноТехЦентр» (Тамбов, Россия). Представим основные технические характеристики УНТ Таунит-24, которые подтверждаются электронными изображениями структуры, полученными с помощью сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии [10] (рис. 1):
Внешний диаметр, нм..........................................20.. .50
Внутренний диаметр, нм....................................10.20
Длина, мкм......................................................................>2
Общее количество примесей, %
начальное..........................................<10
после очистки................................<1
Удельная поверхность, м2/г............................>160
Насыпная плотность, г/см3............................0,3.0,6
а) б)
Рис. 1. Электронные изображения структуры УНТ «Таунит», полученные с помощью сканирующей (а) и просвечивающей (б) микроскопии
В качестве ПАВ в добавке использовался поливинилпирролидон (ПВП), который применяли для лучшего диспергирования УНТ в воде, выбор компонента основан на ранее выполненных исследованиях [11]. Поливинилпирролидон -порошок, содержащий белые или желтовато-белые хлопья, которые свободно растворяются в воде, спирте, метаноле и разлагаются в ацетоне, используется в фармакологии в качестве суспендирующего и связующего агентов. Химическая формула вещества - (С6И9М0)и, плотность 1,2 г/см . Поливинилпирролидон растворим в воде и других полярных растворителях. В сухом виде ПВП имеет вид слоеного гигроскопичного порошка, легко поглощающего до 40 % своего веса. Компонент пенообразователя - синтезированный сульфат натрия №2804 плотностью 2,68 г/см - порошок, содержащий белые гигроскопичные кристаллы.
Соотношения компонентов в смеси, использованные в данном исследовании, подобрано, равным 1 : 1 (цемент : песок). Оптимальная концентрация пенообразователя выбрана исходя из следующих основных параметров: оценки структурных особенностей пенообразующего вещества; оптимального количественного содержания; проверки консистенции и стабильности суспензии [12]. Водоцементное соотношение выбиралось в зависимости от двух основных физико-механических значений легкого бетона: плотности образцов и прочности на сжатие. Необходимые параметры были достигнуты при плотности - 1500 кг/м и соответственно прочности - 11,25 МПа. Параметры отвечают необходимой цели получения легкого бетона при низкой плотности и высокой прочности на сжатие и изгиб композита. В таблице 1 показаны результаты выбора количества пенообразователя в зависимости от прочностных характеристик легкого бетона.
Процесс внесения ПАВ осуществлялся по следующей схеме: ПВП растворяли в 100 мл воды, при этом перемешивание выполнялось с помощью магнитной мешалки в течение 10 мин. На следующем этапе в смесь добавляли УНТ и перемешивали в течение 5 мин. Итоговая стадия - ультразвуковая обработка в течение 30 мин с частотой 60 кГц [11]. Тот же метод диспергирования УНТ применялся на образцах без использования ПВП.
Основные соотношения компонентов цементно-песчаной смеси показаны в табл. 2, обработка материалов осуществлялась путем предварительного смешивания цемента с песком, затем происходило совмещение подготовленного концентрата наномодификатора с водой затворения, после чего дисперсия добавлялась в растворную смесь. На заключительном этапе вносился пенообразователь для получения образцов легкого пенобетона. Аналогичный метод повторялся без применения ПАВ.
После смешивания бетонную смесь помещали в призматическую форму 40x40x160 мм. Образцы извлекали через 24 ч после отливки и затем погружали их в воду для отверждения при температуре (23 ± 2) °С в соответствии с ГОСТ 31108-2016. Прочностные характеристики определяли на испытательной
Таблица 1
Выбор количества пенообразователя
Содержание Плотность, Прочность, МПа
пенообразователя, г кг/м3 на изгиб на сжатие
10 1280 1,1 5,7
8 1400 2,6 8,7
6 1500 3,5 11,25
3 1900 4,1 15,1
Таблица 2
Соотношение компонентов в цементно-песчаной смеси
Цемент, г Песок, г Пенообразователь, г Концентрация УНТ, %
1200 6 0
0,0004
0,0006
0,0008
0,0010
0,0012
Примечание. Водоцементное соотношение 0,4; концентрация УНТ зависит от массы цемента.
машине ИП 500-М. Усилие нагружения составляло 2000 кН, скорость нагруже-ния - 0,4 м/с. Среднее значение прочности определяли по трем призмам в возрасте 28 дней в соответствии с ГОСТ 310.4-76.
Результаты и обсуждение
Согласно результатам испытаний образцов наномодифицированого легкого бетона при выбранном соотношении компонентов добавки, отметим, что физико-механические характеристики композитов, содержащих добавки, по сравнению с прочностными характеристиками контрольных образцов значительно выше, в то же время по значениям материалов при использовании добавок на основе ПАВ констатировалось некоторое снижение. Установлено, что испытание образцов по прочности на разрыв сохранило текущую тенденцию и аналогичное влияние на результаты. Сравнение результатов по прочностным характеристикам образцов с ПАВ в добавке и УНТ и образцов легкого бетона с теми же добавками, но без ПАВ показывает снижение прочности на изгиб на 12.. .13 % (рис. 2).
На рисунке 3 представлены возможные варианты взаимодействия частиц на-номодификатора и ПАВ. Вероятнее всего в данном эксперименте ПАВ инкапсулирует УНТ, тем самым уменьшая взаимодействие УНТ с цементной матрицей, или сводит его на нет. Данные процессы оказывают влияние на результаты физико-механических характеристик образцов легкого бетона. Следовательно, отметим отличие в результатах прочностных характеристик образцов с наличием ПАВ и без них.
Усиливающее влияние УНТ на механическое поведение цементной пасты намного ниже, чем отрицательное влияние ПАВ, что, вероятно, связано с отсутствием структур, которые передают растягивающую нагрузку на границе раздела между УНТ и продуктами гидратации [13]. Это ограничивает эффективность влияния УНТ величиной нагрузки, которую интерфейсы способны передавать перед разрушением, независимо от прочности на растяжение нанотрубок.
Разница результатов испытаний модифицированных образцов с использованием ПАВ и без них, по нашему мнению, зависит от факторов взаимодействия последних и пенообразователя. Основной компонент пенообразователя - Ма2804 (сульфат натрия, глауберова соль), который, как и некоторые щелочные соли, резко негативно влияет на длительную прочность цементного камня и кристаллизуется из водных растворов. Процесс взаимодействия сульфата натрия с водой и гидратом окиси кальция, выделяющимся из цемента, описывается следующими формулами:
Са(ОИ) + №2804 + иЩО = Са804 ■ 2Щ0 + 2№0И + И2О;
+ -2 №2804 ~ 2№+ + 804 2.
Прочность на сжатие, МПа 25
20
15
10
0
21,25
18,90
17,50
17,90
16,40 16!1
12,65
13,40
11,25 11,25 11,37 11,38
0 0,0004 0,0006 0,0008 0,0010 0,0012
Концентрация УНТ от массы цемента, %
а)
Прочность на изгиб, МПа 6
5,30
3,50 3,50 3,63 3,62
3,98 4,01
0 0,0004 0,0006 0,0008 0,0010 0,0012
Концентрация УНТ от массы цемента, %
б)
Рис. 2. Физико-механические характеристики наномодифицированного легкого бетона, предел прочности, МПа:
а - на сжатие; б - на изгиб; - с ПАВ; ■ - без ПАВ
0МВЯ
а) б) в)
Рис. 3. Схема взаимодействия частиц УНТ и ПАВ при ультразвуковом воздействии в водной среде:
а - инкапсулированная; б - гемимицеллярная; в - случайная, бесструктурная
В результате рассматриваемых реакций образуется гипс, а в водном растворе сульфат натрия диссоциирует на ионы. Образующийся мелкодисперсный гипс вступает в реакцию с цементным клинкером и способствует более быстрой вы-кристализации новообразований из цементного геля. Продукты реакции (гипс,
5
сульфоалюминат кальция) обладают значительно большей объемной частью, чем исходные компоненты, поэтому при взаимодействии с сульфатами происходит увеличение процентного содержания и разрушение бетона. Если проанализировать данные по сульфату натрия, то можно заметить, что при понижении температуры, растворимость сульфатов сильно снижается. Растворы сульфата натрия приходится приготавливать и хранить в низкоконцентрированном виде, а при снижении температуры (с +20 до 0 °С) обвальное падение растворимости вызывает выкристализацию - сульфат натрия подвергается осаждению. Исходя из этого предполагаем, что подобного рода образующиеся вещества (кислотные группы, кислотные остатки серной кислоты, щелочи) оказывают негативное влияние, зачастую выполняется блокировка дополнительных компонентов модификатора, которые способствуют эффективной передачи высоких физико-механических показателей от нанотрубки к композиту. Положительные результаты модификации без использования ПАВ объясняются оперативным внесением раствора после процесса диспергирования, однако промышленное использование такого метода маловероятно, так как углеродные наноматериалы склонны к интенсивной агломерации, также нежелательно взаимодействие компонентов ПАВ и пенообразователя.
Рис. 4. Время деформации сжатия (а, б) и изгиба (в, г):
а, в - контрольный образец; б, г - наномодифицированный образец
При сравнении всех результатов для модификаторов с одинаковым типом и концентрацией ПАВ с УНТ и без него, усиливающий эффект нанотрубок можно четко определить. Такой эффект можно разделить на три разных момента:
1) во время упругого режима деформации обнаружено, что УНТ способны увеличивать модуль упругости матрицы благодаря сочетанию их усиливающих эффектов и меньшей доступности сурфактанта. Время деформации увеличилось за счет присутствия УНТ, поскольку УНТ противостоят образованию трещин в образце под нагрузкой, что приводит к повышению механических свойств (рис. 4);
2) во время процесса распространения трещины обнаружено, что УНТ способны сокращать скорость распространения процесса, а следовательно и критичную длину трещины;
3) во время режима деформации обнаружено, что УНТ способны увеличивать максимальную энергопоглощающую способность матрицы [14, 15].
Заключение
При использовании водных дисперсий (УНТ / ПАВ) в цементной пасте с пенообразователем усиливающий эффект УНТ маскируется отрицательным эффектом взаимодействия используемых активных компонентов. Сравнение паст с одним и тем же типом и количеством ПАВ, нанотрубками и без них, показывает увеличение способности модифицированных образцов к поглощению деформационной энергии из-за присутствия УНТ в матрице. Увеличение прочностных показателей связано с деформационным упрочнением и множественными контактами взаимодействия, которые снижают степень растрескивания, процесс армирования осуществляется на наноуровне при сходном масштабе между длиной нанотрубки и шириной начальной трещины, которая благодаря этому взаимодействию не перетекает в критичную магистральную. При использовании предлагаемого наномодификатора для легких бетонов необходимо подбирать компоненты, которые будут оптимально сочетаться со структурой композита и матрицей модификатора.
Список литературы
1. Chan, L. Y. Finite Element Analysis of Carbon Nanotube/Cement Composite with Degraded Bond Strength / L. Y. Chan, B. Andrawes // Computational Materials Science. - 2010. - Vol. 47, No. 4. - P. 994 - 1004.
2. Mendoza Reales, O. A. Nanotube-Cement Composites / O. A. Mendoza Reales, R. D. Toledo Filho // Carbon Nanomaterials Sourcebook. Vol. 2 : Nanoparticles, Nanocapsules, Nanofibers, Nanoporous Structures, and Nanocomposites. - CRC Press, 2016. - P. 579 - 602.
3. Sobolkina, A. Dispersion of Carbon Nanotubes and its Influence on the Mechanical Properties of the Cement Matrix / A. Sobolkina, V. Mechtcherine, V. Khavrus [et al.] // Cement and Concrete Composites. - 2012. - Vol. 34, No. 10. -P. 1104 - 1113.
4. Ouyang, X. The Feasibility of Synthetic Surfactant as an Air Entraining Agent for the Cement Matrix / X. Ouyang, Y. Guo, X. Qiu // Construction and Building Materials. - 2008. - Vol. 22, No. 8. - P. 1774 - 1779.
5. Dolton, B. Cellular Concrete: Engineering and Technological Advancement for Construction in Cold Climates / B. Dolton, C. Hannah // Annual Conference of the Canadian Society for Civil Engineering "Towards a Sustainable Future", 23 - 26 May, 2006, Calgary, Alberta, Canada. - Calgary, 2006. - Vol. 2. - P. 709 - 718.
6. Ramamurthy, K. A Classification of Studies on Properties of foam Concrete / K. Ramamurthy, E. K. Nambiar, G. I. S. Ranjani // Cement and Concrete Composites. -2009. - Vol. 31, No. 6. - P. 388 - 396.
7. Samson, Gabriel. Synthèse et propriétés des mousses minérales. 2015. PhD Thesis.
8. Wang, B. Effect of Highly Dispersed Carbon Nanotubes on the Flexural Toughness of Cement-Based Composites / B. Wang, Yu Han, Sh. Liu // Construction and Building Materials. - 2013. - Vol. 46. - P. 8 - 12.
9. AL-Rub, R. K. A. On the Aspect Ratio Effect of Multi-Walled Carbon Nanotube Reinforcements on the Mechanical Properties of Cementitious Nanocomposites / R. K. A. AL-Rub, Ah. I. Ashour, B. M. Tyson // Construction and Building Materials. - 2012. - Vol. 35. - P. 647 - 655.
10. ООО «НаноТехЦентр» : Офиц. сайт [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.nanotc.ru (дата обращения: 10.11.2019).
11. Effect of Surfactant Stabilizers on the Distribution of Carbon Nanotubes in Aqueous Media / Yu. N. Tolchkov [et al.] // Journal of Wuhan University of Technology, Materials Science Edition. - 2018. - Vol. 33, No. 3. - P. 533 - 536. doi: 10.1007/s11595-018-1855-3
12. Experimental Investigation on the Compressive Strength of Foamed Concrete: Effect of Curing Conditions, Cement Type, Foaming Agent and Dry Density / D. Falliano [et al.] // Construction and Building Materials. - 2018. - Vol. 165. -P. 735 - 749.
13. Sattler, K. D. Carbon Nanomaterials Sourcebook: Nanoparticles, Nanocapsules, Nanofibers, Nanoporous Structures and Nanocomposites / K. D. Sattler (Ed.). - CRC Press, 2016. - 735 p.
14. Reinforcing Effect of Carbon Nanotubes/Surfactant Dispersions in Portland Cement Pastes / O. A. Mendoza Reales [et al.] // Advances in Civil Engineering. -2018. - Vol. 2018. - P. 1 - 9. doi:10.1155/2018/2057940
15. Samson, G. Thermal and Mechanical Properties of Gypsum-Cement foam Concrete: Effects of Surfactant / G. Samson, A. Phelipot-Mardele, Ch. Lanos // European Journal of Environmental and Civil Engineering. - 2016. - Vol. 21, No. 12. -P. 1502 - 1521.
Assessment of the Effect of a Modifier Based on Carbon Nanotubes with Surfactants on the Physicomechanical Characteristics of Building Composites
A. G. Tkachev1, R. D. A. Sldozyan1, Z. A. Mikhaleva2, Yu. N. Tolchkov1
Departments of Engineering and Technology for the Production ofNanoproducts (1), rami_J_ag@yahoo.com; Engineering of Nanotechnologies (2), TSTU, Tambov, Russia
Keywords: lightweight concrete; surfactant; foam concrete; polyvinylpyrrolidone and carbon nanotubes.
Abstract: This study aims to separate and identify aspects of the effectiveness of modifiers based on multilayer carbon nanotubes (CNTs) and surfactants in composites based on cement binder. To this end, carbon nanotubes were previously subjected to dispersion with the addition of polyvinylpyrrolidone, at various concentrations of nanosubstances, to the composition of a surfactant. The process of dispersing the nanosupplement in an ultrasonic installation was carried out in two ways with and without surfactants. The exposure time did not change, and the amount of water
component was identical for each option. It was found that a nanomodifier based on carbon nanostructures is able to increase both the stress and the deformation ability of a composite, controlling the process of crack propagation. Physical and mechanical tests showed a relative increase in strength characteristics relative to control samples.
References
1. Chan L.Y., Andrawes B. Finite Element Analysis of Carbon Nanotube/Cement Composite with Degraded Bond Strength, Computational Materials Science, 2010, vol. 47, no. 4, pp. 994-1004.
2. Mendoza Reales O.A., Toledo Filho R.D. Carbon Nanomaterials Sourcebook. Vol. 2: Nanoparticles, Nanocapsules, Nanofibers, Nanoporous Structures, and Nanocomposites, CRC Press, 2016, pp. 579-602.
3. Sobolkina A., Mechtcherine V., Khavrus V. [et al.] Dispersion of Carbon Nanotubes and its Influence on the Mechanical Properties of the Cement Matrix, Cement and Concrete Composites, 2012, vol. 34, no. 10, pp. 1104-1113.
4. Ouyang X., Guo Y., Qiu X. The Feasibility of Synthetic Surfactant as an Air Entraining Agent for the Cement Matrix, Construction and Building Materials, 2008, vol. 22, no. 8, pp. 1774-1779.
5. Dolton B., Hannah C. Cellular Concrete: Engineering and Technological Advancement for Construction in Cold Climates, Annual Conference of the Canadian Society for Civil Engineering "Towards a Sustainable Future", 23 - 26 May, 2006, Calgary, Alberta, Canada, Calgary, 2006, vol. 2, pp. 709-718.
6. Ramamurthy K., Nambiar E.K., Ranjani G.I.S. A Classification of Studies on Properties of foam Concrete, Cement and Concrete Composites, 2009, vol. 31, no. 6, pp. 388-396.
7. Samson, Gabriel. Synthèse et propriétés des mousses minérales. 2015. PhD Thesis.
8. Wang B., Han Yu, Liu Sh. Effect of Highly Dispersed Carbon Nanotubes on the Flexural Toughness of Cement-Based Composites, Construction and Building Materials, 2013, vol. 46, pp. 8-12.
9. AL-Rub R.K.A., Ashour Ah.I., Tyson B.M. On the Aspect Ratio Effect of Multi-Walled Carbon Nanotube Reinforcements on the Mechanical Properties of Cementitious Nanocomposites, Construction and Building Materials, 2012, vol. 35, pp. 647-655.
10. available at http://www.nanotc.ru (accessed 10 November 2019).
11. Tolchkov Yu.N., Mikhaleva Z.A., Sldozian R.D.A., Memetov N.R., Tka-chev A.G. Effect of Surfactant Stabilizers on the Distribution of Carbon Nanotubes in Aqueous Media, Journal of Wuhan University of Technology, Materials Science Edition, 2018, vol. 33, no. 3, pp. 533-536, doi: 10.1007/s11595-018-1855-3
12. Falliano D., De Domenico D., PnKapgn D., Gugliandolo E. Experimental Investigation on the Compressive Strength of Foamed Concrete: Effect of Curing Conditions, Cement Type, Foaming Agent and Dry Density, Construction and Building Materials, 2018, vol. 165, pp. 735-749.
13. Sattler K.D. (Ed.) Carbon Nanomaterials Sourcebook: Nanoparticles, Nanocapsules, Nanofibers, Nanoporous Structures and Nanocomposites, CRC Press, 2016, 735 p.
14. Mendoza Reales O.A., Ocampo C., Jaramillo Yh.P.A., Ochoa Botero J.C., Quintero J.H., Silva E.C.C. M., Toledo Filho R.D. Reinforcing Effect of Carbon Nanotubes/Surfactant Dispersions in Portland Cement Pastes, Advances in Civil Engineering, 2018, vol. 2018, pp. 1-9, doi:10.1155/2018/2057940
15. Samson G., Phelipot-Mardele A., Lanos Ch. Thermal and Mechanical Properties of Gypsum-Cement foam Concrete: Effects of Surfactant, European Journal of Environmental and Civil Engineering, 2016, vol. 21, no. 12, pp. 1502-1521.
Bewertung der Wirkung des Modifikators auf der Basis der Kohlenstoffnanoröhren mit Tensiden auf physikalisch-mechanische Eigenschaften der Bau-Verbundwerkstoffe
Zusammenfassung: Diese Studie ist darauf gerichtet, Aspekte der Wirksamkeit von Modifikatoren auf der Basis von mehrschichtigen Kohlenstoffnanoröhren (CNTs) und Tensiden in Verbundwerkstoffen auf der Basis von Zementbindemitteln zu trennen und zu identifizieren. Zu diesem Zweck wurden Kohlenstoffnanoröhre zuvor unter Zusatz von Polyvinylpyrrolidon in verschiedenen Konzentrationen von Nanosubstanzen zur Zusammensetzung eines Tensids dispergiert. Das Dispergieren des Nanosupple-ments in einer Ultraschallanlage wurde auf zwei Arten mit und ohne Tenside durchgeführt. Die Einwirkungszeit änderte sich nicht und die Menge der Wasserkomponente war für jede Option identisch. Es wurde festgestellt, dass der Nanomodifikator auf der Basis von Kohlenstoffnanostrukturen sowohl die Spannung als auch das Verformungsvermögen eines Verbundwerkstoffs erhöhen kann, wodurch der Prozess der Rissausbreitung gesteuert wird. Physikalisch-mechanische Tests zeigten einen relativen Anstieg der Festigkeitseigenschaften in Bezug auf die Kontrollproben.
Évaluation de l'effet d'un modificateur à base de nanotubes de carbone avec des surfactants sur les caractéristiques physico-mécaniques des composites de construction
Résumé: Cette étude vise à séparer et à identifier des aspects de l'efficacité des modificateurs à base de nanotubes de carbone (NTC) multicouches et des tensioactifs dans les composites à la base de liant de ciment. A ces fins, les nanotubes de carbone ont été préalablement dispersés avec l'ajout d'un tensioactif (tensioactif) -polyvinylpyrrolidone, à diverses concentrations de nanoadditifs. Le procédé de la dispersion des nanoadditifs dans une installation ultrasonore a été réalisé de deux façons: avec et sans agent tensio-actif. Le temps d'ation n'a pas changé et la quantité d'eau était identique dans chaque variante. Est constaté qu'un nanomodificateur à la base des nanostructures de carbone est capable d'augmenter à la fois la capacité de contrainte et de déformation du composite en contrôlant le processus de propagation des fissures. Les essais physico-mécaniques ont montré une augmentation relative des caractéristiques de résistance par rapport aux unités de contrôle.
Авторы: Ткачев Алексей Григорьевич - доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Техника и технологии производства нанопродуктов»; Слдозьян Рами Джозеф Агаджан - аспирант кафедры «Техника и технологии производства нанопродуктов»; Михалева Зоя Алексеевна - кандидат технических наук, доцент кафедры «Инжиниринг нанотехнологий»; Толчков Юрий Николаевич - аспирант кафедры «Техника и технологии производства нанопродуктов», ФГБОУ ВО «ТГТУ», г. Тамбов, Россия.
Рецензент: Дьячкова Татьяна Петровна - доктор химических наук, доцент кафедры «Техника и технологии производства нанопродуктов», ФГБОУ ВО «ТГТУ», г. Тамбов, Россия.
