
Российские ученые создали новый тип бетона с добавлением наноалмазов
Ученые «Донского государственного технического университета» (ДГТУ) достигли значительного прорыва в области строительных материалов, увеличив прочность бетона с помощью наноалмазов. Это открытие может оказать заметное влияние на строительную отрасль.
Публикация в престижном журнале Construction and Building Materials лишь вершина айсберга, за которой скрываются годы кропотливой работы и детальных исследований. Оптимальная дозировка, увеличившая прочность на изгиб и сжатие более чем на 15%, была определена не случайно, а в результате многоэтапного экспериментального процесса.
Первоначально исследователи сосредоточились на изучении влияния различных концентраций химически чистых наноалмазов на реологические свойства бетонной смеси. Были приготовлены образцы бетона с добавлением наноалмазов в концентрациях от 0,01% до 0,5% от массы цемента.
Для каждого образца проводились испытания на удобоукладываемость (определялась с помощью конуса Абрамса), водопотребность и время схватывания. Результаты показали, что незначительное добавление наноалмазов (до 0,1%) улучшало удобоукладываемость смеси, делая ее более пластичной и однородной, что упрощало процесс заливки и укладки. Более высокие концентрации, однако, приводили к загустению смеси, усложняя работу с ней. Следующим этапом стало исследование прочностных характеристик.
После затвердевания образцы подвергались испытаниям на сжатие и изгиб в соответствии с ГОСТом. Эти испытания проводились на специально оборудованных прессах, с использованием высокоточной измерительной аппаратуры. Полученные данные обрабатывались статистически с использованием методов дисперсионного анализа, что позволило исключить влияние случайных факторов и выделить достоверные закономерности.
Результаты подтвердили гипотезу исследователей: оптимальная концентрация наноалмазов, обеспечивающая максимальное увеличение прочности, составила 0,4%. При этой концентрации прочность на сжатие и изгиб возросла на 28% через два дня, а через 28 дней – более чем на 15%.
Результаты этой работы могут значительно повлиять на развитие строительной индустрии, позволив создавать более прочные, долговечные и экономичные строительные конструкции. Возможность использования наноалмазов в коммерческом масштабе также является перспективным направлением для дальнейшего исследования.
Наномодифицирующие добавки в производстве строительных материалов – актуальная и широко изучаемая тема в современном строительном материаловедении. Наноалмазы используются в различных областях науки и техники. Однако в качестве модифицирующей добавки при производстве строительных композиционных материалов они ранее не использовались.
Целью исследования было изучение механизма взаимодействия химически чистых наноалмазов кавитационного синтеза (КНА-НС) с цементным бетоном на структурообразование и механические свойства свежего и затвердевшего бетона. Эти наноалмазы KHA-HC представляют собой гибридизованные наночастицы углерода sp3 с алмазоподобной структурой и размером частиц в поперечном сечении не более 3 нанометров, формой, близкой к сферической, и четким мономодальным распределением по всему фракционному составу, максимум от 1 нанометра до 3 нанометров.
Активация проводится в два этапа: сначала производится модификатор в виде тонкоизмельченного коллоидного раствора наноалмазов в воде, а затем наномодифицированная вода поступает в основную массу бетонной смеси, после чего получается двухступенчатый активированный наномодифицированный бетон.
В науке есть примеры изучения наномодификаторов для бетона, например, углеродных нанотрубок, наноглины, нано-TiO2 и нано-SiO2. Важно понимать, что наномодификация бетона приводит к изменению характеристик как бетонных смесей, так и затвердевшего бетона. В частности, порошкообразные наномодификаторы обычно используются для создания дополнительных кластеров и центров кристаллизации и обеспечения более плотной упаковки частиц. Однако этот подход еще недостаточно изучен и имеет некоторые пробелы, а также технологические трудности. Поэтому более интересным направлением является наномодификация воды для затворения, которая обеспечит более пропорциональное и качественное распределение наномодификаторов в бетонной смеси.
В последние годы возрастает интерес к изучению модифицирующей добавки в виде наноалмазных частиц в различных областях техники и науки. Например, исследовалось влияние добавления наноалмазов на свойства смазочных материалов. Использование детонационных наноалмазных частиц в качестве добавки к полиальфаолефинам и моторным маслам позволяет улучшить свойства этих жидкостей, что выражается в значительном полирующем эффекте, а шероховатость поверхности рубцов на 35% меньше, чем шероховатость рубцов в системах деталей, где чистое масло используется в качестве смазочного материала.
Использование наноалмазов при изготовлении износостойких твердых покрытий и пленок довольно популярно. Например, были разработаны наноалмазные композитные пленки, легированные кремнием, для улучшения характеристик режущего инструмента в сложных условиях.
Наноалмазы также используются в производстве полимерных композиционных материалов. Введение в эпоксидные композиты наноалмазов, обработанных аминоуксусной кислотой, позволяет повысить их деформационно-прочностные свойства на 19–23%. Использование наноалмазов в количестве 0,2–0,4% от массы повышает коррозионную стойкость эпоксидной матрицы.
Новое исследование ученых имеет высокую практическую значимость и перспективность для строительной отрасли. Использование наноалмазов в бетоне не только улучшает его прочностные характеристики, но и может привести к снижению затрат на материалы и улучшению качества строительных объектов.
Более прочный бетон будет менее подвержен трещинам и другим деформациям, что в конечном итоге снизит расходы на ремонт и обслуживание зданий и сооружений.
Кроме того, применение наноалмазов может привести к созданию более легких и долговечных конструкций, что особенно актуально в условиях современного строительства, где требования к устойчивости и долговечности материалов постоянно растут.
Важно отметить, что использование наноалмазов также может способствовать снижению воздействия на окружающую среду, так как более прочные материалы требуют меньшего количества ресурсов для производства и эксплуатации. Таким образом, открытие ученых ДГТУ не только расширяет горизонты в области разработки новых материалов, но и поднимает вопросы о будущем строительной отрасли.
Такие инновации, как использование наноалмазов, могут стать стандартом в производстве бетона. Это открытие также может вдохновить другие научные исследования в области создания новых высокопрочных и долговечных строительных материалов, что в конечном итоге приведет к улучшению качества жизни и безопасности людей.
Публикация в престижном журнале Construction and Building Materials лишь вершина айсберга, за которой скрываются годы кропотливой работы и детальных исследований. Оптимальная дозировка, увеличившая прочность на изгиб и сжатие более чем на 15%, была определена не случайно, а в результате многоэтапного экспериментального процесса.
Первоначально исследователи сосредоточились на изучении влияния различных концентраций химически чистых наноалмазов на реологические свойства бетонной смеси. Были приготовлены образцы бетона с добавлением наноалмазов в концентрациях от 0,01% до 0,5% от массы цемента.
Для каждого образца проводились испытания на удобоукладываемость (определялась с помощью конуса Абрамса), водопотребность и время схватывания. Результаты показали, что незначительное добавление наноалмазов (до 0,1%) улучшало удобоукладываемость смеси, делая ее более пластичной и однородной, что упрощало процесс заливки и укладки. Более высокие концентрации, однако, приводили к загустению смеси, усложняя работу с ней. Следующим этапом стало исследование прочностных характеристик.
После затвердевания образцы подвергались испытаниям на сжатие и изгиб в соответствии с ГОСТом. Эти испытания проводились на специально оборудованных прессах, с использованием высокоточной измерительной аппаратуры. Полученные данные обрабатывались статистически с использованием методов дисперсионного анализа, что позволило исключить влияние случайных факторов и выделить достоверные закономерности.
Результаты подтвердили гипотезу исследователей: оптимальная концентрация наноалмазов, обеспечивающая максимальное увеличение прочности, составила 0,4%. При этой концентрации прочность на сжатие и изгиб возросла на 28% через два дня, а через 28 дней – более чем на 15%.
Результаты этой работы могут значительно повлиять на развитие строительной индустрии, позволив создавать более прочные, долговечные и экономичные строительные конструкции. Возможность использования наноалмазов в коммерческом масштабе также является перспективным направлением для дальнейшего исследования.
Наномодифицирующие добавки в производстве строительных материалов – актуальная и широко изучаемая тема в современном строительном материаловедении. Наноалмазы используются в различных областях науки и техники. Однако в качестве модифицирующей добавки при производстве строительных композиционных материалов они ранее не использовались.
Целью исследования было изучение механизма взаимодействия химически чистых наноалмазов кавитационного синтеза (КНА-НС) с цементным бетоном на структурообразование и механические свойства свежего и затвердевшего бетона. Эти наноалмазы KHA-HC представляют собой гибридизованные наночастицы углерода sp3 с алмазоподобной структурой и размером частиц в поперечном сечении не более 3 нанометров, формой, близкой к сферической, и четким мономодальным распределением по всему фракционному составу, максимум от 1 нанометра до 3 нанометров.
Активация проводится в два этапа: сначала производится модификатор в виде тонкоизмельченного коллоидного раствора наноалмазов в воде, а затем наномодифицированная вода поступает в основную массу бетонной смеси, после чего получается двухступенчатый активированный наномодифицированный бетон.
В науке есть примеры изучения наномодификаторов для бетона, например, углеродных нанотрубок, наноглины, нано-TiO2 и нано-SiO2. Важно понимать, что наномодификация бетона приводит к изменению характеристик как бетонных смесей, так и затвердевшего бетона. В частности, порошкообразные наномодификаторы обычно используются для создания дополнительных кластеров и центров кристаллизации и обеспечения более плотной упаковки частиц. Однако этот подход еще недостаточно изучен и имеет некоторые пробелы, а также технологические трудности. Поэтому более интересным направлением является наномодификация воды для затворения, которая обеспечит более пропорциональное и качественное распределение наномодификаторов в бетонной смеси.
В последние годы возрастает интерес к изучению модифицирующей добавки в виде наноалмазных частиц в различных областях техники и науки. Например, исследовалось влияние добавления наноалмазов на свойства смазочных материалов. Использование детонационных наноалмазных частиц в качестве добавки к полиальфаолефинам и моторным маслам позволяет улучшить свойства этих жидкостей, что выражается в значительном полирующем эффекте, а шероховатость поверхности рубцов на 35% меньше, чем шероховатость рубцов в системах деталей, где чистое масло используется в качестве смазочного материала.
Использование наноалмазов при изготовлении износостойких твердых покрытий и пленок довольно популярно. Например, были разработаны наноалмазные композитные пленки, легированные кремнием, для улучшения характеристик режущего инструмента в сложных условиях.
Наноалмазы также используются в производстве полимерных композиционных материалов. Введение в эпоксидные композиты наноалмазов, обработанных аминоуксусной кислотой, позволяет повысить их деформационно-прочностные свойства на 19–23%. Использование наноалмазов в количестве 0,2–0,4% от массы повышает коррозионную стойкость эпоксидной матрицы.
Новое исследование ученых имеет высокую практическую значимость и перспективность для строительной отрасли. Использование наноалмазов в бетоне не только улучшает его прочностные характеристики, но и может привести к снижению затрат на материалы и улучшению качества строительных объектов.
Более прочный бетон будет менее подвержен трещинам и другим деформациям, что в конечном итоге снизит расходы на ремонт и обслуживание зданий и сооружений.
Кроме того, применение наноалмазов может привести к созданию более легких и долговечных конструкций, что особенно актуально в условиях современного строительства, где требования к устойчивости и долговечности материалов постоянно растут.
Важно отметить, что использование наноалмазов также может способствовать снижению воздействия на окружающую среду, так как более прочные материалы требуют меньшего количества ресурсов для производства и эксплуатации. Таким образом, открытие ученых ДГТУ не только расширяет горизонты в области разработки новых материалов, но и поднимает вопросы о будущем строительной отрасли.
Такие инновации, как использование наноалмазов, могут стать стандартом в производстве бетона. Это открытие также может вдохновить другие научные исследования в области создания новых высокопрочных и долговечных строительных материалов, что в конечном итоге приведет к улучшению качества жизни и безопасности людей.
- Роман Земляков
- pxhere.com
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас

Круче, чем Севморпуть: Россия готовит масштабный проект в Арктике
Разветвленная транспортная и промышленная сеть должна возникнуть уже в ближайшие годы в российской Арктике. Ее ключевым звеном станет Северный морской путь, но...

Россия поднялась на новую технологическую ступень в авиации
В небо впервые взлетел опытный самолет «Суперджет» с отечественными двигателями ПД-8. Создание уже второго авиационного двигателя пятого поколения поднимает...

Российские ученые разработали станок с ЧПУ
Сотрудники Новосибирского технического университета (НГТУ НЭТИ) разработали станок с числовым управлением (ЧПУ), функционал которого позволяет объединять...

Страны БРИКС и ЕАЭС продолжат создавать независимую платежную инфраструктуру
Евразийский экономический союз (ЕАЭС) продемонстрировал в 2024 году хорошие результаты экономического развития. Совокупный валовой внутренний продукт (ВВП)...

Скоро в небе: Россия готовится к первому полёту импортозамещённого SJ-100
В России ожидается первый полёт полностью импортозамещённого пассажирского самолёта нового поколения Superjet. Событие станет значимым шагом в укреплении...

Известного советского разработчика систем управления ждет ликвидация
Государственная корпорация «Ростех» приступила к ликвидации «Научно-технического комплекса (НТК) "Ленэлектронмаш"», который во времена Советского...

Есть один российский самолет, за которым весь мир к нам в очередь встанет
Возможное возвращение Boeing на российский рынок должно подстегнуть авиапром, чтобы опять не оказаться у разбитого корыта...

Актуальные вопросы по страховым пенсиям: важные аспекты приостановок выплат
Страховая пенсия играет ключевую роль в системе пенсионного обеспечения в России, и в наше время многие граждане начинают более внимательно относиться к этому...

«Норникель» и собственная электропечь: на пути к технологической независимости
В мире металлургии даже самые малозаметные детали могут сыграть ключевую роль в производственном процессе. Поэтому планы компании «Норникель» по созданию новой...

Притяжение МТК «Север – Юг»: на очереди – Ирак и Бахрейн
По итогам прошедшего в Багдаде 10-го заседания российско-иракской межправкомиссии по торгово-экономическому и научно-техническому сотрудничеству было подписано...

Гигантский горячий океан в Сибири даст России дешевую энергию
Гигантский горячий подземный океан в Западной Сибири станет источником тепла и электроэнергии для российских городов. Учёные разработали схему гидротермальной...

Путин сдержал обещание. ЕС переходит в режим выживания
Нефтеперерабатывающие заводы в Чехии боятся лишиться прибыли из-за прекращения поставок российской нефти и надеются получить недостающие объемы из госрезервов....

Судостроение и алюминий: российские реалии
Алюминий – этот легкий и, казалось бы, незаметный металл, который давно завоевал сердца (и суда) технических специалистов по всему миру. Судостроение и...

Промышленность на нуле: в РФ фиксируют переломный спад производства
Рост российской промышленности замедлился почти до нулевой отметки. Причинами спада производства стали санкции и инфляция...

«Мы вам доплатим, только возьмите машину из нашего салона — любую!»
Автодилеры начали скидочную кампанию, но время брать ещё не настало — нужно подождать...

Спасение умирающего гиганта: «Газпром» планирует новое сокращение аппарата
«Газпром» планирует масштабную оптимизацию численности персонала головного офиса. Кроме того, реформы затронут работу восьми подразделений газовой компании....