- •О.В. Артамонова синтез наномодифицирующих добавок для технологии строительных композитов
- •О главление
- •Предисловие
- •Введение
- •Глава 1. Современная технологическая платформа производства строительных композитов. Нанопарадигма в современной технологической платформе
- •Строительных композитов [2]
- •Объект, задачи и предмет технологических платформ производства строительных композитов
- •Системы твердения (ст) для конструирования и синтеза структур строительных композитов
- •Глава 2. Проблема разработки нанодобавок для технологий модифицирования структур строительных композитов
- •2.1. Эволюционная модель образования твердого вещества и условия управления структурообразованием новой фазы
- •«Размерный масштаб» его структурных составляющих
- •Основные технологические методы синтеза твердых веществ и факторы управления в зависимости от типа зарождения фазы вещества
- •2.2. Номенклатура, систематизация и классификация возможных наномодификаторов для технологий строительных композиционных материалов
- •Структурно-модифицирующее действие пластификаторов и суперпластификатора (сп) на стадии агломерации в эволюционном маршруте образования твердого вещества
- •2.3. Примеры использования современных нанодобавок в технологии строительных композиционных материалов Модифицирование наноразмерными углеродными частицами
- •Модифицирование наноразмерными частицами кремнезёма
- •Модифицирование наноразмерными частицами цеолитов
- •Модифицирование наноразмерными частицами оксидов каталитической природы
- •Глава 3. О требованиях к наномодифицирующим добавкам
- •3.1. Структурообразующее участие и модифицирующее влияние наноразмерных модификаторов на системы твердения
- •3.2. Проблема рациональной дозировки и способов введения
- •Глава 4. Синтез индивидуальных наномодификаторов вида
- •4.1. Золь – гель метод синтеза наноразмерных частиц SiO2
- •Влияние состава кристаллогидрата силиката натрия и концентрации водных растворов прекурсоров на размер и морфологию нанодисперсных частиц кремнезёма
- •Параметры золь-гель процессов синтеза нанодисперсных модификаторов
- •4.2. Эволюционная модель образования частиц
- •А) модель формы частиц гидрозоля кремния; б) график распределения размера частиц в объеме системы
- •Р азмер метки для а) 50 нм, б) 100 нм; в) 200 нм
- •И агломерации (б) от времени: 1 – система 7; 2 – система 10; 3 – система 8 (по данным динамического светорассеяния)
- •4.3. Взаимосвязь свойств и параметров структуры твердения цементного камня, модифицированного наноразмерными частицами
- •Глава 5. Синтез комплексных наномодификаторов вида «оксид кремния – суперпластификатор»
- •График распределения размера частиц гидрозоля кремния в объеме системы через 12 часов (б) и через 7 суток (в)
- •От начала синтеза. Размер метки: 200 нм
- •Глава 6. Эффективность применения добавок
- •6.1. Кинетические характеристики процессов
- •Степень гидратации цемента (в процентах по массе) в зависимости от температуры твердения в условиях наномодифицирования оптимальными дозировками добавок кнд и унт
- •Кинетические параметры процесса гидратации цемента, модифицированного нанодобавками (при содержании 0,01 % от массы цемента), в зависимости от температуры
- •Температурный коэффициент α(t) скорости гидратации цемента в условиях модифицирования процесса нанодобавками
- •В условиях модифицирования процесса нанодобавками
- •Дозировка наномодификатора 0,01 % от массы цемента)
- •6.2. Комплексная оценка эффективности применение добавок наномодификаторов в технологии цементных бетонов
- •Критерии и коэффициенты эффективности наномодифицирования систем твердения цемента при введении добавок кнд и унт
- •Заключение
- •Библиографический список
- •Артамонова Ольга Владимировна синтез наномодифицирующих добавок для технологии строительных композитов
- •394006 Воронеж, ул. 20-летия Октября, 84
Системы твердения (ст) для конструирования и синтеза структур строительных композитов
Тип СТ |
Гидратационно-синтезные |
Гидротермально-синтезные |
Термально-синтезные |
|
Вид СТ |
Мономинеральный |
Полиминеральный |
Полиминеральный |
Мономинеральный |
Технология синтеза |
Золь-гель |
Золь-гель |
Гидротермальный синтез |
Термальный синтез |
Прекурсоры д 13 ля синтеза СТ |
Известь |
Портландцемент |
Основный и кислотный оксид |
Основный оксид |
Состав СТ |
Портландит |
Гидросиликаты и гидроалюминаты кальция, гидрогранаты, гидросульфоалюминаты кальция |
Гидросиликаты и гидроалюминаты кальция, гидрогранаты, гидросульфо- алюминаты кальция |
Твердые растворы на основе индивидуальных оксидов |
Получаемый строительный композит |
Портландит-карбонат-кальциевые и портландит-алюмосиликатные |
Цементные бетоны |
Плотный и ячеистый силикатный бетон |
Конструкционная и функциональная нанокерамика |
При этом «нано» в структуре строительных материалов:
охватывает наноразмерный, субмикроразмерный, микроразмерный масштабные уровни структуры твердой фазы и порового пространства систем твердения и систем композитов;
раскрывается через размерно-геометрические и связанные с ними энергетические критерии состояния твердой фазы и порового пространства получаемых систем твердения и систем композитов;
реализуется в явлениях и процессах эволюционного маршрута формирования твердого состояния;
выражается в наномодифицировании структуры твердой фазы и порового пространства систем твердения и систем композитов с целенаправленным изменением конструкционных и функциональных свойств последних;
обеспечивает повышение эффективности технологий по критериям Е, , R.
Стоит отметить, что в композиционной структуре конгломератных строительных материалов выделяются два типа структур по признаку происхождения (генезису): первый из них, относящийся к макро-, мезо- и микроструктуре, является результатом сложения готовых зернистых частиц; второй из них, относящийся к микро-, субмикро- и наноструктуре, является результатом синтеза частиц в эволюционном маршруте их образования. Оба типа структур в их генезисе интегрированы в композите.
Генезис (формирование) первого типа структуры осуществляется по концепции и основаниям механики зернистых сред; при этом одновременно может реализоваться нанотехнологический принцип «сверху – вниз» с соответствующими наномодифицирующим эффектами.
Генезис второго типа структуры осуществляется по концепциям и основаниям механизмов конденсации, который реализуется в рамках действия нанотехнологического принципа «снизу – вверх», предопределяющего эффекты наномодифицирования в эволюционном маршруте формирования твердого состояния.
Основными принципами нанотехнологии являются: принцип «нано» «сверху – вниз», реализуемый в технологиях строительных материалов, основывается на использовании явления изменения энергетического состояния структуры и соответственно физической и/или физико-химической активности поверхностных и внутренних объемов частиц твердого вещества по мере их измельчения механическими или физическими способами; принцип «нано» «снизу – вверх», реализуемый в технологиях строительных материалов, основывается на управлении явлениями конденсации в эволюционном маршруте формирования твердофазного состояния вещества в гидратационных, гидротермально-синтезных, термально-синтезных системах твердения.
Арсенал нано, реализуемый в принципах «сверху – вниз» включает: механохимическую активацию вещества при диспергировании исходных компонентов сырьевых смесей; физико-химическую активацию при высокотемпературной обработке компонентов смеси; принудительном силовом компактировании частиц компонентов смеси и др.
Арсенал нано, реализуемый в принципах «снизу – вверх» включает: средства регулирования растворимости компонентов и степени насыщения системы катионами и анионами; приемы изменения скорости конденсации и кристаллизации посредством тепловых или других физических воздействий; приемы изменения пространственно – геометрической обстановки в системе путем введения добавок наномодификаторов, например, наночастиц как с родственным, так и не родственным кристаллохимическим строением синтезируемым соединениям; приемы изменения состояния поверхности твердых частиц при применении добавок поверхностно-активных веществ и др.
Таким образом, системность действия принципов «сверху – вниз» и «снизу – вверх» в нанотехнологии строительных материалов заключается в следующем:
1) принципы действуют в рамках своих законов, но в едином процессе структурообразования и формирования твердого состояния материалов;
2) эффекты действия принципов в нанотехнологии сочленяются и налагаются – от принципа «сверху – вниз» это выражается в роли и влиянии явления механохимической метаморфизации структуры исходных компонентов (по Аввакумову-Ходакову и др.); а от принципа «снизу – вверх» – в роли и влиянии явления стереохимической и топохимической «памяти» (по Бокию, Белову, Мамедову, Олейникову и др.);
3) принцип «сверху – вниз» выполняет прекурсорную (подготовительную) роль, обеспечивая активацию исходных компонентов сырьевых смесей в нанотехнологиях; эволюционный маршрут формирования наноструктуры твердой фазы по принципу «снизу-вверх» развивается в рамках действия этой роли;
4) принципы «сверху – вниз» и «снизу – вверх» действуют в системном единстве и их «присутствие» в нанотехнологии строительных материалов является объективным фактом;
5) разработка технологии наномодифицирования структур систем твердения и строительных композитов должна исходить из системного единства действия принципов «сверху – вниз» и «снизу – вверх».
Также стоит выделить основные наноконцепции в современной технологической платформе получения композитов:
выбор средств из арсенала «нано» для управления эволюционном маршрутом формирования твердого состояния при наномодифицировании структуры композита;
организация кинетики процессов эволюционного маршрута;
определение условий и возможностей получения эффектов по критерию скорости процессов наномодифицирования, времени их завершения , энергоемкости технологии Ент при обеспечении уровня качества композита R;
решение оптимизационной задачи повышения эффективности гетерогенного процесса наномодифицирования структуры композита по критериям Eнт, , R;
разработка и реализация регламента технологии наномодифицирования структуры композита с учетом задач повышения эффективности производства по критериям Eнт, , R.