
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

Китайцы просверлили лондонские слитки: афера века с золотом
Журналист и инженер Александр Садовников раскрыл детали беспрецедентного мошенничества на Лондонской бирже драгоценных металлов. Китайские покупатели приобрели...

Правительство РФ решило помочь рыболовам Астраханской области
Астраханская область, известная своими богатыми рыбными запасами, получит дополнительные средства для улучшения состояния своих водоемов. В соответствии с...

Россия займется поставками "новой нефти"
Чтобы не отставать от таких глобальных конкурентов в сфере искусственного интеллекта (ИИ), как Китай и США, России предстоит оперативно решить вопрос с...

Запасы монетарного золота в международных резервах России: итоги марта
По утверждению Банка России, запасы монетарного золота в международных резервах на 1 апреля 2025 года составили 74,9 миллиона унций, что эквивалентно 2329,65...

Япония, догоняй! В России внезапно для Запада грянула серверная революция
Ситуацию не афишируют, но наши чипмейкеры возможно уже освоили и 28-нм техпроцесс...

Дяденька Путин, прости: непреклонный Запад признал, что без России ему конец
У российского хора имени Пятницкого появился очень серьезный соперник: вчера западные СМИ превзошли себя и синхронно изобразили массовый плач Ярославны, от...

Европа не откроет своё небо для России и грозит конфискацией самолетов
Россия лоббирует возобновление авиасообщения с США в рамках соглашения о прекращении огня на Украине, однако Евросоюз продолжает настаивать на ужесточении...

Тысячи тонн: месторождение золота, о котором не хотят вспоминать в РФ
Первые сведения о золотоносности района относятся ко второй половине XIX века, когда были обнаружены россыпные проявления золота....

Россия забурилась так, как на Западе не ожидали
Российские нефтекомпании бурят в этом году так, как не делали этого уже не менее пяти лет. Санкции не помешали выйти на максимум бурения в то время, как ОПЕК+...

Закат подмосковной «Звезды»: в полку банкротов прибыло
Производитель военной электроники ФГУП «Электромеханический завод "Звезда"» (город Сергиев Посад), учредителем которого является Министерство...

«Был бы ужас»: почему Путин не уволил Набиуллину
Михаил Хазин объяснил, почему Владимир Путин не уволил Эльвиру Набиуллину два года назад или ещё раньше: «Был бы ужас». Но шанс избавиться скоро появится,...

Прорыв импортозамещения в авиации: ОАК подготовила к запуску новый SJ-100
В России подошла к завершению подготовка первого полёта импортозамещённого лайнера SJ-100. Руководство «ОАК» анонсировало скорый запуск....

Почему россияне не несут деньги в банк при ставке 21%
Несмотря на всплеск интереса к банковским вкладам, большинство россиян по-прежнему остаются в стороне от активных сберегательных решений. 60% граждан не...

Денежное табу: россиян ждут жёсткие лимиты при купле-продаже недвижимости
В РФ хотят запретить приобретать за наличные жильё дороже миллиона рублей. Законопроект планируют принять летом....

Россия стала уникальной авиационной державой
Ни Boeing, ни Airbus не производят самолеты такого класса....

«Импортозамещенный» Superjet-100: Отчеты чиновников удались на славу!
Эксперты уверены — о серийном запуске «нашего» SSJ в 2026 году говорить пока рано...