Добавки наноразмерных частиц в бетоны.
Всё большую популярность приобретает цельнозаливное, монолитное строительство. Новые архитектурные решения, строительство в сейсмоопасных районах, повышенные эксплуатационные нагрузки предъявляют всё более жесткие требования к качеству бетонов. Одно из направлений повышения эксплуатационных характеристик бетонов состоит в армировании бетона путем введения в его состав микроколичеств различных молекулярных кластеров на основе углерода. Добавки углеродных нанотрубок
улучшают структуру цементного камня бетона, повышают его трещиностойкость, динамическую вязкость. Исходя из структуры углеродных нанотрубок (рис. 11.5) их можно уподобить полым волокнам, имеющим высокую прочность и абсолютно инертным к воздействию кислот и щелочей. Введенные в бетонную смесь, нанотрубки армируют цементный камень, превращая его в композиционный материал. Процент добавок наночастиц (1·10-5%) кажется явно недостаточным, чтобы существенно повлиять на прочностные характеристики бетона. Тем не менее стойкий эффект присутствует, но возникает он не за счет непосредственного армирования, которое действительно ничтожно, а за счет направленного регулирования кристаллизационных процессов. Нанотрубки ведут себя в цементном растворе как «зародыши» кристаллов, но поскольку они имеют не точечную, а протяженную форму, кристаллы образуются вытянутые. Разрастаясь, кристаллы переплетаются, частично прорастают друг в друга и образуют пространственную сеть, пронизывающую и связывающую в единое целое весь цементный камень (рис. 11.6). Введение нанотрубок позволяет на 30–40% усилить прочность цементного камня и почти в три раза увеличить работу, затрачиваемую на его разрушение. К сожалению, прочность бетона при этом увеличивается в меньшей степени (примерно до 10%), так как армирование происходит на микроуровне, а на прочностные характеристики бетона куда существеннее влияет его структура на макроуровне.
|
|
|
| Рис. 11.5. Структура наиболее широко известных фуллероидов: 1 – фуллерен С-60, 2 – фуллерен С-70, 3 – одностенная нанотрубка, 4 – многостенная нанотрубка, 5 – многослойная полиэдральная наночастица – астрален |
|
| Рис. 11.6. Электронно-микроскопическое изображение цементного камня при увеличении х6000. Слева фотография микроструктуры обычного цементного камня, справа структура цементного камня после введения нанотрубок. |
Влияние на структуру бетона на макроуровне оказывает введение наномодификатора, в качестве которого используют более дешевые наночастицы – астралены (рис. 11.5). Астралены имеют, в отличие от линейных нанотрубок, кольцевую, объемную, многополярную ориентацию. При модификации ряда пластифицирующих добавок десятитысячными долями процента астраленов существенно улучшает эксплуатационные характеристики бетонов. Фуллероидные материалы обладают весьма значительным дипольным моментом и в присутствии воды выстраивают зерна цементного камня по цепочкам от фуллероида вдоль векторов диполя. Цементный камень "растет" вокруг астралена звездообразно, проникая в толщу наполнителей своеобразным дополнительным наноармирующим многополярным связующим. В результате такой модификации пластифицирующих добавок можно добиться фиксированного пластифицирующего эффекта при меньшем расходе пластификатора или снизить водоцементное отношение для увеличения прочности, водонепроницаемости и морозостойкости бетона. Модификации структуры цементного камня и бетона микродозами наномодификаторов свидетельствуют, что нанотехнологии могут эффективно использоваться на различных стадиях формирования структуры бетона.
|
|
|
Резюме.
Строительные материалы – обширная группа материалов природного или технического происхождения, используемая для сооружения жилых, общественных, промышленных зданий и сооружений.
|
|
|
Цемент – это собирательное название группы гидравлических вяжущих веществ, главной составной частью которых являются силикаты и алюминаты кальция, образовавшиеся при высокотемпературной обработке сырьевых материалов, доведенных до частичного или полного плавления.
В правильно подобранной бетонной смеси расход цемента составляет 8 - 15%, а заполнителей 80 – 85 % (по массе). Экономически выгодно использование местных заполнителей, которыми являются песок, гравий, щебень, а также побочные продукты промышленности.
Бетон имеет следующие характеристики: класс (марку), прочность, марки морозостойкости и водонепроницаемости.
Кирпич – керамическое изделие из глинистых, кремнезёмистых пород с минеральными и органическими добавками или без них, прошедшее термическую обработку и предназначенное для использования в строительных целях. Размер 250x120x65 мм является стандартом для одинарного кирпича. Предел прочности кирпича при сжатии определяет его марку. Морозостойкость измеряется количеством циклов попеременного замораживания и оттаивания водонасыщенного изделия, при которых изделие не разрушается. По назначению керамический кирпич подразделяется на строительный (рядовой), облицовочный и специальный.
|
|
|
Вопросы для самопроверки.
1. Из каких строительных материалов построены Египетские пирамиды, Римский Колизей, Московский кремль?
2. Какие исходные вещества используются для изготовления цемента?
3. Оксиды каких металлов входят в состав портландцемента и каково их оптимальное соотношение?
4. Через сколько дней цементный раствор приобретает окончательные характеристики?
5. Что обозначает цифра 100 в марке цементного раствора?
6. Из каких компонентов состоит бетон, и какие свойства каждый из компонентов придаёт бетону?
7. По каким признакам классифицируют бетоны?
8. Сколько весит один кубический метр особо лёгкого бетона?
9. В каких областях используют гидротехнические бетоны?
10. В чём сходство и различие бетонополимеров и полимербетонов?
11. Какие виды сырья используют в качестве мелких и крупных заполнителей бетона?
12. Как экспериментально определяется марка бетона по прочности?
13. Какую форму имеют пробы бетона, отобранные для испытания на прочность? Сколько времени, и в каких условиях должен проходить процесс их отвердевания?
14. Как численно соотносятся прочности бетона на сжатие, растяжения, изгиб?
15. Какие наполнители добавляют в лёгкие бетоны для уменьшения их плотности?
16. В каких областях строительства применяют лёгкие бетоны?
17. Из каких компонентов состоят тяжёлые бетоны? В каких областях строительства они применяются?
18. Как бетон испытывается на морозостойкость? В каких сооружениях необходимо применение морозостойких бетонов?
19. Какие изделия являются кирпичом?
20. Когда ориентировочно был создан кирпич и насколько к современному времени изменились его размеры?
21. Как соотносятся размеры одинарного и полуторного кирпича?
22. Чем структура поризованных кирпичей отличается от структуры общестроительного кирпича?
23. Какие внешние признаки свидетельствуют о том, что кирпич является недожженным или пережженным?
24. Какие отклонения в размерах кирпича допустимы ГОСТом?
25. Какая из граней кирпича называется ложком, а какая тычком?
26. В чём свойства силикатного кирпича отличаются от свойств красного кирпича?
27. Какой эффект создаёт добавление в бетон наночастиц и почему такой эффект создаётся?
Глава 12. Наноматериалы.
В ближайшие годы доля товаров с наноматериаламидостигнет 17 % мирового рынка.
Цели и задачи.
Цель изучения темы наноматериалы состоит в получении знаний по новым видам материалов, которые отличаются от обычных материалов тем, что их свойства определяются структурой объектов с хотя бы одним линейным размером порядка 100 нм.
Задачи:
- понять логику формирования определений наноматериалов;
- уяснить физико-химические причины особенности наноматериалов;
- разобраться с классификацией наноматериалов;
- создать систему знаний по видам наноматериалов и областям их применения.
В 1959 году знаменитый американский физик, лауреат Нобелевской премии Ричард Ф. Фейнман прочитал лекцию под названием «Внизу полным-полно места», в которой впервые была рассмотрена возможность создания веществ совершенно новым способом, а именно, «атомной укладкой», при которой человек манипулирует нужными атомами поштучно, располагая их в требуемом ему порядке.
Впервые термин «нанотехнология» употребил Норио Танигути в 1974 г. Он назвал этим термином производство изделий размеров порядка нанометров. Первая часть термина «нанотехнология» происходит от греческого слова nannos — карликовый (отсюда название единицы измерения длины — «нанометр» — одна миллиардная доля метра).
В 1986 году Эрик К. Дрекслер в своей известной книге «Машины творения» (предложил создавать устройства, названные им «молекулярными машинами», и раскрыл удивительные возможности, связанные с развитием нанотехнологии).
С другой стороны, начиная с 1980 года, в технологии производства транзисторов и лазеров все чаще стали использоваться искусственно создаваемые пленки толщиной около 10 нм, что позволяло изготовлять устройства с новыми, повышенными техническими характеристиками. В 1980 году в Японии был изготовлен первый полевой транзистор с высокой подвижностью носителей (High Electron Mobility Transistor, HEMT). В 1981 году сотрудники фирмы IBM создали сканирующий туннельный микроскоп (СТМ), позволяющий получать изображение с разрешением на уровне размеров отдельных атомов, что явилось исключительно важным научным достижением, поскольку исследователи впервые получили возможность непосредственно наблюдать и изучать мир в нанометровом, атомарном масштабе.
Дата добавления: 2019-02-22; просмотров: 428; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!