О возможности применения нанодобавок в керамзитобетоне | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 30 ноября, печатный экземпляр отправим 4 декабря.

Опубликовать статью в журнале

Библиографическое описание:

Касимов Р. Г., Касимов А. А. О возможности применения нанодобавок в керамзитобетоне // Молодой ученый. — 2017. — №21.1. — С. 132-135. — URL https://moluch.ru/archive/155/44135/ (дата обращения: 18.11.2019).



Технический прогресс промышленного производства неразрывно связан с разработкой и использованием новейших материалов, создание и использование которых невозможно без знаний химических свойств, состава, строения и структуры веществ.

Термин «нанотехнология» произошел от слова «нанометр», или миллимикрон – единица измерения длины, равная одной миллиардной доле метра.

Одна из отраслей промышленности, где нанотехнологии развиваются достаточно интенсивно – это строительство. Естественно, что основные разработки в этой области должны быть направлены на создание новых, более прочных, легких и дешевых строительных материалов, а также улучшение уже имеющихся материалов: металлоконструкций и бетона за счет их легирования нанопорошками.

В настоящее время в строительстве под нанотехнологией понимают использование нанодобавок и нанопримесей, то есть нанообъектов в виде специально сконструированных наночастиц, частиц наномасштаба с линейным размером менее 100 нм

Свойства наноматериалов определяются природой исходных молекул, размером наночастиц (степенью диспергирования) и средой диспергирования.

В строительстве под нанотехнологией понимают использование нанодобавок и нанопримесей, то есть нанообъектов в виде специально сконструированных наночастиц, частиц наномасштаба с линейным размером менее 100 нм.

Более приемлемыми для модифицирования технологии и свойств строительных композитов оказываются наночастицы и нанопорошки, такие как, например:

 углеродные нанотрубки;

 шунгит;

 серпентинитовые и магнезиальные породы;

 таурит;

 диоксиды металлов.

Для цементных композитов нанообъектами первого уровня являются частицы с размером от 1 до 20 нм, и второго уровня – от 21 до 100нм.

Для наномодифицированных керамзитобетонов характерно:

-сверхвысокая прочность при сжатии;

-низкая проницаемость;

-повышенная коррозионная стойкость;

-долговечность;

-низкая плотность;

-высокая морозостойкость;

-высокая огнестойкость.

Особенно эти свойства важны при использовании наномодифицированного керамзитобетона в несущих элементах зданий и сооружений.

Первые промышленные опыты производства наномодифицированных керамзитобетонных смесей приведены в таблице 1.

Таблица 1

Сравнительные характеристики бетонных смесей и бетонов

Характеристики состава

Осадка конуса, см

Предел

Марка

бетонной смеси (В/Ц =

прочности

через

бетонной

0,45)

при

состава

смеси и

сжатии в

Расход

Вид и

класс

возрасте

цемента

количество

0 ч

1 ч

3 ч

бетона

28 сут.,

(ПЦ500

добавки,

3

МПа

Д0), кг/м

масс. %

1

П4, В30

405

Лигнопан

18,0

16,0

12,0

38,7

Б1, 1,1

2

П4, В30

370

18,0

16,5

14,0

39,0

Muraplast

3

П4, В30

370

Расплыв конуса 50см

42,0

FK-63, 0,4

4

П4, В30

315

19,0

18,0

16,0

40,0

Примечание: бетонные смеси составов 1 и 2 приготовлены на воде без наномодификатора; бетонные смеси составов 3 и 4 приготовлены на наноструктурированной воде.

Из таблицы 1 следует, что бетон с применением наномодификаторов позволяет: снизить расход цемента; уменьшить расход добавки; увеличить время сохранения подвижности бетонной смеси.

Если наночастицы использовать с ПАВ, эффект модификации усиливается. Это позволяет сократить не только количество цемента, но и концентрацию наномодификаторов и пластификаторов

Таблица 2

Составы наномодифицированных керамзитобетонов [3]

Класс

Расходы компонентов

Фактическая марка

бетона по

Суперплас

По

По

прочноти

Портланд

тификатор

Крупный

Мелкий

водонеп

морозо-

на сжатие

Вода л/м3

цемент

, % от

заполните

заполните

рони-

стойкост

(Марка по

массы

ль кг/ м

3

ль кг/ м

3

цаемост

и

подвижно

цемента

и

сти)

В30 (П4)

380

165

1,00

1060

800

W8

F300

340

155

0,40 (с

1100

820

W12

F400

Н.М.)

415

170

1,10

1070

760

W10

F300

В35 (П4)

380

160

0,40 (с

1090

790

W14

F400

Н.М.)

450

165

1,10

1080

730

W12

F400

В40 (П4)

415

150

0,42 (с

1120

750

W16

F600

Н.М.)

Из таблицы 2 видно, что при использовании наномодификатора, количество используемого цемента и пластификатора значительно уменьшается, что непосредственно ведет к немалой экономии. К тому же повышается марки по водонепроницаемости и морозостойкости.

В качестве примера возьмём «Нанобетон лёгкий» ТУ-5789-027-23380399. Он обладает следующими характеристиками:

  1. плотность бетона, ρ, 1,2-1,6 [т/м3];
  2. прочность на сжатие, 30-60 [мпа];
  3. прочность на растяжение при изгибе,4-8 [мпа];
  4. теплопроводность – менее 0,2 – 0,4 вт/(м·к);
  5. водопоглощение не более 0,4%;
  6. водонепроницаемость – w20;
  7. огнестойкость – более 780ºс;
  8. морозостойкость – f300 – f350 [4].

По своим прочностным свойствам «нанобетон лёгкий» соответствует бетону В30…В40, ρ, 2,4 [т/м3]

«Наночастицы получаются в реакторе и имеют пяти- шестигранную поверхность. В зависимости от структуры их называют фуллеренами, кластерами и нанотрубками. Ведутся разработки по получению кремнеземистых и глиноземистых наночастиц. Углеродные наночастицы готовят в лабораториях газопламенным способом при температурах (650º-750ºC)».

Вводить наномодификаторы можно как в бетонную смесь, так и в пластифицирующие добавки, что существенно увеличит их эффективность.

В данной работе рассмотрены зависимости прочностных характеристик от конкретных минеральных добавок к бетону, а также влияния на другие свойства бетона.

1. Золь-гель как добавка в керамзитобетон

Суть золь-гель метода заключается в процессе образовании геля или порошковых дисперсий через стадию золя, при этом возможно получение кремнеземистых наночастиц. Структуру золя используют для создания дополнительного упрочняющего структурного элемента в бетонной смеси, который получается из жидкого натриевого стекла и предтавляет собой наночастицу кремния, которая переходит при реакции с Ca(OH)2 в гидросиликат кальция. Это существенно сокращает количество пор больше 1 нм.

2. Нанодисперсный кремнезем

Свойства нанодисперсного кремнезема:

 Увеличивает прочность до 2,5 раз;

 Снижает усадку и водопоглощение в 1,5-2 раза;

 Повышает марку по морозостойкости в 2-2,5 раз;

 Снижает расход цемента на 25-30% без потери прочности;

 Снижает энергоёмкость производства бетонов на 15-20%;

 Ускоряет введение конструкций в эксплуатацию.

MБ-01

Модификатор бетона МБ-01 (модификатор МБ-01) представляет собой порошкообразный продукт на органо-минеральной основе, содержащий в своем составе микрокремнезем конденсированный и пластификатор I группы по ГОСТ 24211 – пластификатор С-3

Рис. 1. Прочность бетона с MБ-01 при сжатии в 28 суток нормального твердения

  1. Микросферы

Применение микросфер позволяет получить составы с плотностью до 800 кг/м3, и при этом прочностные характеристики сильно могут достигать показателей 40-45 МПа. Если модифицировать микросферу с помощью наноразмерных добавок можно увеличить удельную прочность бетонов до 85%. В таблице приведены значения удельной прочности с использованием наночастиц в сочетании с микросферами.

Таблица 4

Удельная прочность наномодифицированных легких бетонов

№ п/п

Наименование модификатора

Rуд, МПа

1

Углеродные нанотрубки

50,1

2

Астралены

40,8

3

Золь гидроксида железа

45,4

4

Комбинированный модификатор на основе золь гидроксида железа и золь кремниевой кислоты

48,9

Из таблицы 4 следует, что значительное увеличение удельной прочности позволяет классифицировать керамзитобетоны на полых стеклянных микросферах как особовысокопрочные легкие бетоны. Использование карбоновых нанотрубок в качестве армирующего материала позволяет переместить укрепляющие характеристики с макроскопического на наноскопический уровень.

Вывод

  1. С помощью наномодифицированных добавок можно управлять важнейшими свойствами бетона, такими как: прочность, плотность, пластичность, морозостойкость, проницаемость.
  2. Себестоимость бетона с использованием наномодифицированных добавок дороже обычного, но за счёт его низкой плотности при достаточно высокой прочности можно уменьшать себестоимость возводимых сооружений.
  3. Экономия также проявляется и в сокращении количества используемого цемента и пластификаторов
  4. Применение наноразмерных добавок уже распространено и в России. Но все ещё необходимы дополнительные многостадиальные исследования по многовариантному использованию наномодифицированных добавок к бетону в строительстве.

Литература:

  1. Пономарев А.Н. Высококачественные бетоны. Анализ возможностей и практика использования методов нанотехнологии // Инженерно-строительный журнал. 2009. №6. С. 25–33.
  2. Ковалева А. Ю., Беляева Ж. В., Аубакирова И. У, Староверов В. Д. Опыт промышленного применения наномодифицированных бетонных смесей [Электронный ресурс] // Весь бетон, 22.10.2008 URL: http://www.allbeton.ru/article/265/18.html (дата обращения: 25.02.2014).
  3. Коррозионностойкие наномодифицированные цементные бетоны / Пухаренко Ю. В., Аубакирова И. У., Староверов В. Д., Гюннер Т. В., Кудобаев М. К. // Технологии бетонов. 2010. № 7/8. С. 24-27.
  4. Иноземцев А.С, Королев Е.В. Основы разработки наномодифицированных высокопрочных легких бетонов // Нанотехнологии в строительстве, 2013. Том.23. №1. 24 с.
Основные термины (генерируются автоматически): удельная прочность, бетон, добавок, наночастиц, смесь, таблица, микросфера, пластификатор, прочность, свойство, сжатие, состав, марка, используемый цемент, частица наномасштаба, свойство бетона, расход цемента, использование нанодобавок, золь гидроксида железа, линейный размер.


Похожие статьи

Исследование влияния комплексных минеральных...

Исследование влияния комплексных минеральных модифицирующих добавок, включая нанодобавки, на свойства мелкодисперсного бетона.

Основные термины (генерируются автоматически): мелкозернистый бетон, цементный камень, прочность, анортит, вес цемента...

Улучшение характеристик бетонов путем ввода активной...

Характеристики минеральных добавок. Фактор прочности. Размер частиц, Мкм.

Марка бетона по морозостойкости. В исходном состоянии. После испытания.

Таблица 7. Использование различных химических добавок при замещении цемента.

Поиск эффективных методов повышения конструкционных...

Таблица 1. Вид и расход модифицирующих добавок для высокопрочного легкого бетона.

Тем не менее, методика модифицирования материалов нанодобавками, заключающаяся в обработке поверхности дисперсной фазы, показывает свою эффективность.

Анализ эффективности песчаных бетонов по удельному расходу...

С использованием ВНВ с добавкой микрокремнезема, равной 30 % достигнут удельный расход цемента на единицу прочности — 4,4 [1]. Более высокие результаты по прочности достигнуты в работе [2]. Бетон с расходом цемента СЕM I 52,5 N...

Эффективные бетоны нового поколения с низким удельным...

Старая четырехкомпонентная рецептура бетонных смесей «цемент-песок-щебень-вода» для основного количества регионов пополнилась лишь суперпластификаторами, способными существенно повысить прочность бетона.

Исследование влияния добавки бентонита на свойства раствора...

Ключевые слова: композиционный цемент, бентонит, суперпластификатор, прочность, мелкозернистый бетон.

Исследование влияния комплексных минеральных модифицирующих добавок, включая нанодобавки, на свойства мелкодисперсного бетона.

Получение высококачественного бетона с использование...

Прочность и стойкость бетонов зависят, главным образом, от объема и строения макропор в бетоне.

Бетонные смеси имели осадку конуса 27-28 см, при расплыве конуса 60-62 см, расход добавки «Полипласт СП СУБ» составил 1,2% от массы цемента при расходе воды...

Влияние содержания микрокремнезема на повышение прочности...

контрольный состав, микрокремнезем, состав, физико-техническое свойство бетона, прочность, наименование компонентов, смесь, масса цемента, цемент, Подольский цемент.

Влияние фибрового армирования на свойства... | Молодой ученый

Разбавление цемента инертным материалом не приводит к значительной потере прочности.

Исследование влияния комплексных минеральных модифицирующих добавок, включая нанодобавки, на свойства мелкодисперсного бетона.

Похожие статьи

Исследование влияния комплексных минеральных...

Исследование влияния комплексных минеральных модифицирующих добавок, включая нанодобавки, на свойства мелкодисперсного бетона.

Основные термины (генерируются автоматически): мелкозернистый бетон, цементный камень, прочность, анортит, вес цемента...

Улучшение характеристик бетонов путем ввода активной...

Характеристики минеральных добавок. Фактор прочности. Размер частиц, Мкм.

Марка бетона по морозостойкости. В исходном состоянии. После испытания.

Таблица 7. Использование различных химических добавок при замещении цемента.

Поиск эффективных методов повышения конструкционных...

Таблица 1. Вид и расход модифицирующих добавок для высокопрочного легкого бетона.

Тем не менее, методика модифицирования материалов нанодобавками, заключающаяся в обработке поверхности дисперсной фазы, показывает свою эффективность.

Анализ эффективности песчаных бетонов по удельному расходу...

С использованием ВНВ с добавкой микрокремнезема, равной 30 % достигнут удельный расход цемента на единицу прочности — 4,4 [1]. Более высокие результаты по прочности достигнуты в работе [2]. Бетон с расходом цемента СЕM I 52,5 N...

Эффективные бетоны нового поколения с низким удельным...

Старая четырехкомпонентная рецептура бетонных смесей «цемент-песок-щебень-вода» для основного количества регионов пополнилась лишь суперпластификаторами, способными существенно повысить прочность бетона.

Исследование влияния добавки бентонита на свойства раствора...

Ключевые слова: композиционный цемент, бентонит, суперпластификатор, прочность, мелкозернистый бетон.

Исследование влияния комплексных минеральных модифицирующих добавок, включая нанодобавки, на свойства мелкодисперсного бетона.

Получение высококачественного бетона с использование...

Прочность и стойкость бетонов зависят, главным образом, от объема и строения макропор в бетоне.

Бетонные смеси имели осадку конуса 27-28 см, при расплыве конуса 60-62 см, расход добавки «Полипласт СП СУБ» составил 1,2% от массы цемента при расходе воды...

Влияние содержания микрокремнезема на повышение прочности...

контрольный состав, микрокремнезем, состав, физико-техническое свойство бетона, прочность, наименование компонентов, смесь, масса цемента, цемент, Подольский цемент.

Влияние фибрового армирования на свойства... | Молодой ученый

Разбавление цемента инертным материалом не приводит к значительной потере прочности.

Исследование влияния комплексных минеральных модифицирующих добавок, включая нанодобавки, на свойства мелкодисперсного бетона.

Задать вопрос