Материал: Углеродные наноматериалы, производство, свойства, применение (Мищенко), 2008, c.172

6.5. НАНОМОДИФИЦИРОВАННЫЕ МАТЕРИАЛЫ СТРОИТЕЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

Перспективы использования УНМ "Таунит" в строительных технологиях определяются совокупностью их свойств, позволяющих рассматривать данный материал как в качестве высокоэффективного фибрилянта, так и вещества, активно воздействующего на динамику структурообразования композитных строительных материалов.

Конечно, в силу все еще высокой стоимости УНМ и малых объемов производства трудно рассчитывать на промышленные объемы его использования уже в ближайшие годы. Однако уже сейчас можно с высокой коммерческой отдачей применять его в стройконструкциях специального назначения (хранение радиационных отходов, облегченные фермы мостов, антиэррозионные покрытия и многое другое).

УНМ "Таунит" позиционируется как наиболее вероятная наноуглеродная структура, применимая для этих целей.

За последние годы в РФ проводятся исследования в этой области применения УНМ. Можно отметить работы по созданию модифицированных строительных материалов с использованием УНМ "Астролен" (НТЦ "Прикладные технологии", г. С.-Петербург") [19], исследования по созданию радиоционностойкого бетона с добавками природных фуллеренов, проводимые под руководством акад. П.Г. Комохова [20, 21], хорошие результаты получены при разработке технологии приготовления наномодифицированного безавтоклавного пенобетона [22].

Авторам указанных разработок удалось получить положительные результаты – повышение прочности, теплопроводности, морозоустойчивости, уменьшение предела перколяции в пеноматериалах и другие полезные эффекты, свидетельствующие, что УНМ, даже при внесении в матрицу в малых количествах (0,01…0,001 %), существенным образом влияют на качественные показатели строительных композитов.

Нами проведены исследования по наномодифицированию различных строительных материалов с помощью УНМ "Таунит". При этом оценивались показатели прочности (на изгиб и сжатие), коэффициенты теплопроводности и водопоглощения, а также структурные измене-ния в материале, визуально наблюдаемые на микрофотографиях. Применялись стандартные методики, устанавливаемые ГОСТ 28013–

98, ГОСТ 12730.1–78, ГОСТ 12730.3–78, ГОСТ 10180–90.

Распределение УНМ в различных смесях обеспечили воздействием УЗ и переменного магнитного поля (АВС). Интервал концентраций УНМ составил (0,1…0,001) % мас. цемента, использующегося в конкретной рецептуре строительного компонента.

Установлено, что образцы модифицированного пенобетона имеют прочность в 1,5 – 2 раза превышающую прочность немодифицированных образцов (рис. 6.21, а). Значение коэффициента теплопроводности уве-

Следует отметить, что седиментационная устойчивость углеродного наномодификатора "Таунит" в растворе мала, поэтому серьезное внимание необходимо уделить поиску способов повышения стабильности раствора, а также обеспечению равномерного распределения наномодификатора.

Рис. 6.22. Зависимость прочности пеностекла от конструкции УНМ, %

С целью получения более стабильной суспензии проводилось диспергирование водного раствора наномодификатора "Таунит" в ультразвуке и в растворе пластификатора С-3. Основу С-3 составляют соли продукта конденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида. Он представляет собой хорошо растворимый в воде порошок светло-коричневого цвета, хорошо смешивается с другими добавками и благодаря ряду преимуществ является одним из наиболее применяемых в современной строительной промышленности.

б)

Рис. 6.23. Зависимость предела прочности модифицированного бетона:

а– на изгиб; б – на сжатие;

– обработка модификатора УЗ в растворе пластификатора С-3;

●– обработка модификатора УЗ

Эксперименты показали, что образцы модифицированного мелкозернистого бетона лучше "работают" на изгиб. Увеличение прочности модифицированных образцов на изгиб составило 20…30 %, а на сжатие –

15…20 % ( рис. 6.23).

Также проводились исследования по наномодифицированию бетонных композиций с крупным заполнителем.

В качестве объекта испытаний был выбран бетон марки М300, рецептура компонентов которого соответствовала ГОСТ 21924.0–84.

Установлено, что образцы бетона, модифицированные УНМ "Таунит", в 7-дневный срок набирают прочность на 50…70 % быстрее контрольных образцов; в проектном возрасте (28 дней) прирост прочности по сравнению с контрольными образцами составил 20 %.

Что касается структурных изменений в композитах, то их можно наблюдать на микрофотографиях

(рис. 6.24).

Рис. 6.24. Микрофотографии структуры бетона:

а, б – немодифицированный; в, г – модифицированный

По сравнению с исходными (рис. 6.24, а, б) модифицированные УНМ образцы (рис. 6.24, в, г) имеют более упорядоченную мелкозернистую структуру, а на фото с высоким увеличением (× 10 000) явно просматриваются отдельные фибрилянты наноуглеродного происхождения (стрелки на рис. 6.24, г).

Следует отметить, что испытания в данной области УНМ носят предварительный характер, свойственный начальному периоду исследований. Можно предположить, что в дальнейшем удастся справиться с главной проблемой модификации композитов наноструктурами – неравномерностью распределения индивидуальных нанотрубок с малой концентрацией в матрицах значительно больших объемов, а также выявить новые, еще не имеющие объяснений, явления, связанные с эффектом самоорганизации частиц углеродных наномодификаторов.

6.6. АНТИДЕТОНАЦИОННЫЕ ПРИСАДКИ

Одним из направлений создания новых антидетонационных присадок в моторные топлива является разработка комплексных составов с использованием наноструктурированных материалов.

Рис. 6.25. Зависимость октанового числа бензина АИ-80 + 1 % N-метиланилина от содержания в нем УНМ "Таунит":

1 – изменение октанового числа по исследовательскому методу;

2 – изменение октанового числа по моторному методу

Использование добавки УНМ "Таунит" в N-метиланилин дало увеличение эффективности октаноповышающего воздействия N-мети-ланилина на 12…17 %.

Из представленных данных (рис. 6.25) видно, что увеличение содержания наноуглерода до 0,002 % мас. приводит к повышению октанового числа бензина. Дальнейшее повышение содержания УНМ не оказывает влияния на октановое число как по моторному, так и по исследовательскому методу.

Оценки октаноповышающего воздействия присадки N-метилани-лина, содержащей наноуглерод, в бензинах с различным октановым числом проводились стандартными методами, предусмотренными

Таблица 6.8