УДК 666.9.035 Специальная обработка смесей. Введение добавок, мероприятия по улучшению схватывания и твердения (например, введение гидравлических добавок и т. д.)
ГРНТИ 81.09 Материаловедение
ОКСО 18.06.01 Химическая технология
ББК 303 Сырье. Материалы. Материаловедение
ТБК 6010 Общие вопросы
Современный этап развития строительной индустрии начинает применять нанотехнологии. Нанотехнологии позволяют создавать широкий спектр строительных материалов. Это осуществляется посредством управления как внешней, так и внутренней структурой материалов. Использование нанотехнологий приводит к созданию новых композиционных материалов с поистине уникальными характеристиками. Разработки ученых в области создания строительных материалов на основе нанотехнологий в меньшей степени применяются в промышленном масштабе, чем в других сферах народного хозяйства. В данном исследовании нанотехнологии рассматриваются как совокупность приемов, химических и физико-химических способов, направленных на синтез в объеме или на поверхности материала структур, имеющих хотя бы в одном направлении наноразмер. Методологической основой работы является анализ литературных данных по вопросу использования нанотехнологий в строительном матери-аловедении. Результатом исследования стало выявление синергического влияния нано и ультрадисперсных частиц на получение новых строительных материалов с использованием нанотехнологий. Получение высококачественного наноструктурного материала, содержащего нано- и ультрадисперсные частицы различной природы, связано со значительными трудностями. Их введение в виде порошка в цементную или иную вяжущую матрицу является весьма сложным процессом. Нано- и ультрадисперсные частицы склонны к агломерации. Добиться равномерности их распределения в объеме материала трудная задача, что является предметом многих исследований. В процессе анализа литературных данных авторы пришли к заключению о необходимости применения различных технологических приемов для равномерного распределения наночастиц в объеме материала. Такой подход позволит повысить физико-механические, органолептические и другие свойства строительных материалов.
нано и ультрадисперсные частицы, нанотехнологии, углеродные нанотрубки синергический эффект, композиционные материалы, свойства строительных материалов
1. Balaguru, P.; Chong, K. Nanotechnology and Concrete: Research Opportunities; ACI Special Publication; American Concrete Institute: Farmington Hills, MI, USA, 2008; pp. 15–28. [Google Scholar]
2. Moses Karakouzian, Visar Farhangi, Marzieh Ramezani Farani, Alireza Joshaghani,Mehdi Zadehmohamad and Mohammad Ahmadzadeh Mechanical Characteristics of Cement Paste in the Presence of Carbon Nanotubes and Silica Oxide Nanoparticles: An Experimental Study // Materials 2021, 14(6), 1347; https://doi.org/10.3390/ma14061347
3. Королев, Е.В. Некоторые положения нанотехнологии в строительном материаловедении / Е.В. Королев, А.Н. Гришина // Сб. трудов международной научной конференции «Интеграция, партнерство и инновации в строительной науке и образованию – М.: МГСУ, 2011. – Т.2. – С. 94 – 102.
4. Родионов Р.Б. Нанотехнологии – инновационное направление развития в строительной индустрии / Р.Б. Родионов // Строительные материалы, оборудование, технологии ХХI века. – 2006. – №9. – С. 62 – 64.
5. Фаликман, В.Р. Наноматериалы и нанотехнологии в строительстве: сегодня и завтра / В.Р. Фаликман // Строительные материалы, оборудование, технологии ХХI века. – 2009. -№1. – С. 64 – 68.
6. Gong, K.; Pan, Z.; Korayem, A.H.; Qiu, L.; Li, D.; Collins, F.; Wang, C.M.; Duan, W.H. Reinforcing effects of graphene oxide on Portland cement paste. J. Mater. Civ. Eng. 2015, 27, 1–6. [Google Scholar] [CrossRef]
7. Muzenski, S.; Flores-Vivian, I.; Farahi, B.; Sobolev, K. Towards ultrahigh performance concrete produced with aluminum oxide nanofibers and reduced quantities of silica fume. Nanomaterials 2020, 10, 2291. [Google Scholar] [CrossRef]
8. Tahmouresi, B.; Nemati, P.; Asadi, M.A.; Saradar, A.; Mohtasham Moein, M. Mechanical strength and microstructure of engineered cementitious composites: A new configuration for direct tensile strength, experimental and numerical analysis. Constr. Build. Mater. 2021, 269, 121361. [Google Scholar] [CrossRef]
9. Satvati, S.; Cetin, B.; Ashlock, J.C.; Ceylan, H.; Rutherford, C. Binding Capacity of Quarry Fines for Granular Aggregates. In Geo-Congress 2020: Geotechnical Earthquake Engineering and Special Topics; American Society of Civil Engineers: Reston, VA, USA, 2020; pp. 457–466. [Google Scholar] [CrossRef]
10. Рыжонков, Д.И. Наноматериалы / Д.И. Рыжонков, В.В. Левина, Э.Л. Дзидзигури. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2013. – 365 с.
11. Губин, С.П. Химия и технология наночастиц и матери-алов на их основе / С.П. Губин. – М.: изд-во МИТХТ им. М.В. Ломоносова, 2008. – Ч.1: Наночастицы – «сырье» для нанотехнологий. Общие сведения о наночастицах. – 41 с.
12. Аммон, Л.Ю. Моделирование процесса роста наночастиц методом ограниченной диффузией агрегации [электронный ресурс] / Л.Ю. Аммон // Международный форум по нанотехно-логиям Rusnanotech. – М., 2009. – 1 электрон. опт. диск (СD-ROM).
13. Гусев, А.И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии / А.И. Гусев. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2009. – 416 с.
14. Петрова, Л.Г. Методы получения и исследования нано-структурных материалов / Л.Г. Петрова, А.А. Брежнев // Сб. трудов «Современные методы получения и исследования нано-структурных материалов и покрытий. – МАДИ, 2009. – С. 3 – 19.
15. Сергеев, Г.Б. Нанохимия / Г.Б. Сергеев. М.: Изд-во МГУ, 2007. – 336 с.
16. Сергеев Г.Б. Размерные эффекты в нанохимии / Г.Б. Сергеев // Рос. хим. журнал. – 2002. - №5. - Т. ХLVI. – С. 22 – 29.
17. Физический энциклопедический словарь. – М.: Сов. энциклопедия, 1984. – 594 с.
18. Сенатов, Ф.С. Получение нанопорошков оксидов ме-таллов из солей методом механохимического синтеза / Ф.С. Сенатов, Д.В. Кузнецов, С.Д. Калошкин, В.В. Чердышев [элек-тронный ресурс] // Международный форум по нанотехнологиям Rusnanotech. - М., 2009 – 1 электрон. опт. диск (СD-ROM).
19. Борило, Л.Н. Синтез наноструктурных тонких пленок на основе двойных оксидных систем [электронный ресурс] /Л.Н. Борило // Международный форум по нанотехнологиям Rusnanotech. – М., 2009. – 1 электрон. опт. диск (СD-ROM).
20. Гаврилова, Н.Н. Синтез и коллоидно-химические свойства гидрозолей СеО2 – ZrO2: Автореферат дисс. на соиск. уч. ст. кандидата хим. наук / Н.Н. Гаврилова. – М., 2009. - 17 с.
21. Хакимова, Э.Ш. Цементные бетоны с нанодобавками синтетического цеолита / Э.Ш. Хакимова // Вестник ЮУрГУ. - 2008. - №25. - C.16-21.
22. Шабанова, Н.А. Основы золь-гель технологии нано-дисперсного кремнезема / Н.А. Шабанова, П.Д. Саркисов. – М.: ИКЦ «Академкнига», 2004. – 208 с.
23. Потапов, В.В. Производство нанодисперсных порошков кремнезема с применением мембран и криохимической вакуумной сублимации / В.В. Потапов, Д.С. Горев // Вестник КРАУНЦ. Физ.-мат. науки. – 2012. - № 1(4). – С. 51 – 60.
24. Лисичкин, Г.В. Химия привитых поверхностных соединений / Г.В., Лисичкин, А.А. Фадеев, А.А. Сердан и др. – М.: Физматлит, 2003. – 589 с.
25. Старовойтова, И.А., Гибридные органо-неорганические связующие, получаемые по золь-гель технологии, и их практическое использование в композиционных материалах / И.А. Старовойтова, В.Г. Хозин, Л.А. Абдрахманова, Г.Г. Ушакова // Известия КазГАСУ. - 2010. - № 2 (14). - С.273 – 277.
26. Комохов, П.Г. Золь-гель как концепция нанотехнологии цементного композита, структура системы и пути ее реализации [электронный ресурс] / П.Г. Комохов // Материалы науч-нопрактической конференции студенческого клуба «Аль-тернатива» «Образование, наука, промышленность: взгляд в будущее» // Режим доступа: www.techros.ru/text/2615 .
27. Евтушенко, Е.И. Активационные процессы в технологии строительных материалов / Е.И. Евтушенко. – Белгород, 2003. – 209 с.
28. Соловьева, В.Я., Степанова И.В. Разработка высоко-прочного бетона повышенной трещиностойкости / В.Я. Соловьева, И.В. Степанова // Известия Петербургского университета путей сообщений. - Спб., 2004. - В. 1. – С. 31-34.
29. Щербина, М. Золь-гель «Заливное» для строителей [электронный ресурс] / М. Щербина // Российские нанотехнологии. - 2010. - Т.5. - №1-2. - С.21. Режим доступа: www.nanorf.ru.
30. Королев, А.С. Полимеризация нанодобавками гидратной структуры цементного камня в композитах / А.С. Королев, Э.Ш. Хакимова, Д.В. Макридин, Е.А. Волошин // Цемент и его применение. – 2007. - № 5. – С. 82 – 84.
31. Козлова, И. В. Варианты применения цеолитов в производстве строительных материалов / И. В. Козлова, М. В. Си-нотова // Техника и технология силикатов. – 2023. – Т. 30, № 2. – С. 116-128. – EDN ABUURF.
32. Жданов, С.П. Синтетические цеолиты / С.П. Жданов. - М.: Химия, 1981. - 264 с
33. Калашников, В.И. Нанотехнология гидрофобизации минеральных порошков стеаратами металлов / В.И. Калашни-ков, М.Н. Мороз, В.А. Худяков // Строительные материалы. – 2008. - № 7. – 45 – 47.
34. Joshaghani, A. Evaluating the effects of titanium dioxide (TiO2) and carbon-nanofibers (CNF) as cement partial replacement on concrete properties. MOJ Civ. Eng. 2018, 4, 00094. [Google Scholar] [CrossRef]
35. Исследование физико-механических и фотокаталитических свойств цементных композитов, модифицированных промышленным диоксидом титана / С. В. Самченко, И. В. Коз-лова, А. В. Коршунов [и др.] // Техника и технология силикатов. – 2023. – Т. 30, № 2. – С. 152-161. – EDN LFEMUW.
36. Гребенюк А.А. Состав, структура и свойства гидратированного белого портландцемента с диоксидом титана / Гребенюк А.А., Ерошенко Т.С., Борисов И.Н., Вагин С.А. // Техника и технология силикатов. – 2024. – Т. 31, № 1. – С. 77-87.
37. Лысов, Д.В. Исследование нанопорошков оксидов металлов, полученных методом пиролиза ультразвуковых аэро-золей [электронный ресурс] / Д.В. Лысов, А.Г. Юдин, Д.С. Му-ратов // Международный форум по нанотехнологиям Rusnanotech. – М., 2009. – 1 электрон. опт. диск (СD-ROM).
38. Анциферов, В.Н. Получение, структура и свойства нанопорошка никеля и материалов с его использованием / В.Н. Анциферов, С.А. Оглезнева, В.В. Штейникова и др. // Нанотехнологии и наноматериалы Пермского края: сборник статей / Под общ. ред. В.Н. Анциферова. – Пермь: Пермский ЦНТИ, 2009. – С 21 – 26.
39. Захаров, Ю.А. Изучение синтеза наноразмерных твер-дых растворов FeNi [электронный ресурс] / Ю.А. Захаров, А.Н. Попова, В.М. Пугачев // Международный форум по нанотехно-логиям Rusnanotech. – М., 2009. – 1 электрон. опт. диск (СD-ROM).
40. Варианты синтеза фотокаталитически активной добавки для цементных систем / И. В. Козлова, О. В. Земскова, С. В. Самченко, М. О. Дударева // Техника и технология силикатов. – 2023. – Т. 30, № 3. – С. 206-216. – EDN HJAAJE.
41. Synthesis and Evaluation of Properties of an Additive Based on Bismuth Titanates for Cement Systems / S. V. Samchenko, I. V. Kozlova, A. V. Korshunov [et al.] // Materials. – 2023. – Vol. 16, No. 18. – P. 6262. – DOIhttps://doi.org/10.3390/ma16186262. – EDN RU-WOWH.
42. Пустовалов, А.В. Исследование условий формирования нановолокон при взаимодействии алюминиевых порошков с водой / А.В. Пустовалов [электронный ресурс] // Международный форум по нанотехнологиям Rusnanotech – М.,2009 – 1 электрон. опт. диск. (СD-ROM)
43. Самченко С.В. Особенности повторного использования цементных суспензий при реализации технологии рециклинга бетонных смесей / Самченко С.В., Егоров Е.С., Абрамов М.А. // Вестник МГСУ. – 2021. – Т. 16, №12, С. 1573-1581
44. Samchenko, S.V., Abramov, M.A., Egorov, E.S. Proper-ties of Concrete Modified by Ultrafine Cement Admixture // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. – 2021. – Vol. 1079, 032078 doihttps://doi.org/10.1088/1757-899X/1079/3/032078
45. Increasing the Hydration Activity of Tricalcium Silicate by Adding Microdispersed Ettringite as a Nucleating Agent / Yu. R. Krivoborodov, S. V. Samchenko, A. V. Korshunov [et al.] // Materi-als. – 2023. – Vol. 16, No. 22. – P. 7078. – DOIhttps://doi.org/10.3390/ma16227078. – EDN TQJBDC.
46. Фаликман, В.Р. Наноматериалы и нанотехнологии в современных бетонах / В.Р. Фаликман // Международное аналитическое обозрение Цемент. Бетон. Сухие смеси. – СПб.: АлитИнформ, 2011. - № 5 -6 (22). – С. 34 – 48.
47. Salimi, J.; Ramezanianpour, A.M.; Moradi, M.J. Studying the effect of low reactivity metakaolin on free and restrained shrink-age of high performance concrete. J. Build. Eng. 2020, 28, 101053. [Google Scholar] [CrossRef]
48. Shahmansouri, A.A.; Akbarzadeh Bengar, H.; AzariJafari, H. Life cycle assessment of eco-friendly concrete mixtures incorporating natural zeolite in sulfate-aggressive environment. Constr. Build. Mater. 2021, 268, 121136. [Google Scholar] [CrossRef]
49. Samchenko, S. V. Stabilization of carbon nanotubes with superplasticizers based on polycarboxylate resin ethers / S. V. Sam-chenko, O. V. Zemskova, I. V. Kozlova // Russian Journal of Ap-plied Chemistry. – 2014. – Vol. 87, No. 12. – P. 1872-1876. – DOIhttps://doi.org/10.1134/S1070427214120131. – EDN UGGDLX.
50. Wang, Q.; Wang, J.; Lu, C.X.; Liu, B.W.; Zhang, K.; Li, C.Z. Influence of graphene oxide additions on the microstructure and mechanical strength of cement. Xinxing Tan Cailiao/New Carbon Mater. 2015, 30, 349–356. [Google Scholar] [CrossRef]
51. Mohammadyan-Yasouj, S.E.; Ghaderi, A. Experimental investigation of waste glass powder, basalt fibre, and carbon nano-tube on the mechanical properties of concrete. Constr. Build. Mater. 2020, 252, 119115. [Google Scholar] [CrossRef]
52. Danula Udumulla, Thusitha Ginigaddara, Thushara Jaya-singhe, Priyan Mendis and Shanaka Baduge Effect of Graphene Oxide Nanomaterials on the Durability of Concrete: A Review on Mechanisms, Provisions, Challenges, and Future Prospects // Mate-rials 2024, 17(10), 2411; https://doi.org/10.3390/ma17102411
53. MacLeod, A.J.N.; Fehervari, A.; Gates, W.P.; Garcez, E.O.; Aldridge, L.P.; Collins, F. Enhancing fresh properties and strength of concrete with a pre-dispersed carbon nanotube liquid admixture. Constr. Build. Mater. 2020, 247, 118524. [Google Scholar] [CrossRef]
54. Renata Boris, Iwona Wilińska, Barbara Pacewska and Valentin Antonovič Investigations of the Influence of Nano-Admixtures on Early Hydration and Selected Properties of Calcium Aluminate Cement Paste // Materials 2022, 15(14), 4958; https://doi.org/10.3390/ma15144958
55. Ляшенко Д. А., Перфилов В. А. Наномодифицированная цементная композиция // Вестник МГСУ 2024, 19, doi:https://doi.org/10.22227/1997-0935.2024.7.1116-1124
56. Гипсовые материалы, модифицированные комплексной добавкой на основе наносилики / М. Д. Батова, Н. С. Жуко-ва, А. Ф. Гордина [и др.] // Строительные материалы. – 2022. – № 4. – С. 64-71. – DOIhttps://doi.org/10.31659/0585-430X-2022-801-4-64-71. – EDN UNVXNB.
57. Влияние углеродсодержащего модификатора на струк-туру и свойства фторангидритового вяжущего / А. Н. Гуменюк, И. С. Полянских, А. Ф. Гордина [и др.] // Известия высших учебных заведений. Строительство. – 2022. – № 2(758). – С. 16-30. – DOIhttps://doi.org/10.32683/0536-1052-2022-758-2-16-30. – EDN LMFMNS.
58. Кнаховский, В.В. Применение наноструктурированной воды для повышения прочности бетона / В.В. Кнаховский, В.Б. Стецык, К.Н. Богачев и др. // Технология бетонов. – 2008. - № 9. – С. 72 – 75.
59. Пухаренко Ю.В. Наноструктурирование воды затворе-ния как способ повышения эффективности пластификаторов бетонных смесей / Ю.В. Пухаренко, В.А. Никитин, Д.Г. Летенко // Строительные материалы. – 2006. - №8. - С.11 – 13.
60. Taewan Kim, Jae Hong Kim and Yubin Jun Properties of Alkali-Activated Slag Paste Using New Colloidal Nano-Silica Mix-ing Method // Materials 2019, 12(9), 1571; https://doi.org/10.3390/ma12091571
61. Влияние способов активации на структурно-технологические характеристики наномодифицированных цементных композиций / Н. О. Копаница, О. В. Демьяненко, А. А. Куликова [и др.] // Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал. – 2022. – Т. 14, № 6. – С. 481-492. – DOIhttps://doi.org/10.15828/2075-8545-2022-14-6-481-492. – EDN PFYSQZ.
62. Nanomodification of Non-Autoclaved Foam Concrete / I. A. Prischepa, Y. S. Sarkisov, N. P. Gorlenko [et al.] // Russian Physics Journal. – 2023. – Vol. 66, No. 2. – P. 205-212. – DOIhttps://doi.org/10.1007/s11182-023-02927-y. – EDN MJNEHG.
63. Kozlova, I. Physico-Chemical Substantiation of Obtaining an Effective Cement Composite with Ultrafine GGBS Admixture / I. Kozlova, S. Samchenko, O. Zemskova // Buildings. – 2023. – Vol. 13, No. 4. – P. 925. – DOIhttps://doi.org/10.3390/buildings13040925. – EDN SAIXTM.
64. Королев, Е.В. Параметры ультразвука для гомогенизации дисперсных систем с наноразмерными модификаторами / Е.В. Королев, М.И. Кувшинова – 2010. - № 9 – С. 85 – 88.
65. Королев, Е.В. Эффективность физических воздействий для диспергирования наноразмерных модификаторов / Е.В. Королев, А.С. Иноземцев // Строительные материалы. – 2012. - № 1. – С. 1 – 4.
66. Гидродинамический способ диспергации многослойных углеродных нанотрубок при модификации минеральных вяжущих / И. А. Пудов, Г. И. Яковлев, А. А. Лушникова, О. В. Изряднова // Интеллектуальные системы в производстве. – 2011. – № 1(17). – С. 285-293. – EDN NXVFVB.
67. Козлова, И. В. Перспективная добавка на основе си-стемы TiO2-Bi2O3 для цементных композитов / И. В. Козлова, М. О. Дударева // Строительные материалы. – 2023. – № 11. – С. 100-103. – DOIhttps://doi.org/10.31659/0585-430X-2023-819-11-100-103. – EDN OPOEZB.
68. Патент № 2820534 C1 Российская Федерация, МПК C09D 5/00, C01G 29/00, C01G 23/047. Способ получения ком-позиции с противогрибковыми свойствами: № 2023115713: за-явл. 15.06.2023: опубл. 05.06.2024 / М. О. Дударева, И. В. Козлова, О. В. Земскова [и др.]; заявитель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего об-разования "Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет". – EDN CJNSBV.
69. Zemskova, O., Erofeev, V., Samchenko, S., Kozlova, I., Dudareva, M., & Korshunov, A. (2024). Biocidal Properties of Gypsum Stone Modified with Reynoutria sachalinensis Raw Materials . BioResources, 19(4), 8912–8919. Retrieved from https://ojs.bioresources.com/index.php/BRJ/article/view/23792
70. Наноструктурирование композитов в строительном материаловедении / Г. И. Яковлев, Г. Н. Первушин, И. С. Полянских [и др.]; под общей редакцией Г.И. Яковлева. – Ижевск: Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова, 2014. – 196 с. – ISBN 978-5-7526-0681-6. – EDN TJIZRL.
71. Ларсен, О. А. Критерии оценки структурно-технологических характеристик бетона / О. А. Ларсен, В. В. Воронин, С. В. Самченко // Техника и технология силикатов. – 2023. – Т. 30, № 2. – С. 129-143. – EDN QXSDZK.
72. Исследование свойств тонкодисперсных материалов для получения самоуплотняющегося бетона / О. А. Ларсен, А. А. Солодов, В. В. Наруть [и др.] // Техника и технология силикатов. – 2022. – Т. 29, № 4. – С. 359-368. – EDN HMVYMV.
73. Иноземцев, А. С. Высокопрочные лёгкие бетоны / А. С. Иноземцев, Е. В. Королев. – Санкт-Петербург: Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет, 2022. – 192 с. – ISBN 978-5-9227-1265-1. – EDN UCJRAZ.
74. Иноземцев, А. С. Полые микросферы – эффективный заполнитель для высокопрочных легких бетонов / А. С. Иноземцев, Е. В. Королев // Промышленное и гражданское строительство. – 2013. – № 10. – С. 80-83. – EDN PPSLRX.
75. Иноземцев, А. С. Средняя плотность и пористость высокопрочных легких бетонов / А. С. Иноземцев // Инженерно-строительный журнал. – 2014. – № 7(51). – С. 31-37. – DOIhttps://doi.org/10.5862/MCE.51.4. – EDN SYSMUH.
76. Серенко, А.Ф. Оценка влияния технологических факторов на структурные параметры наноуровня и прочность цементного камня / А.Ф. Серенко, А.М. Харитонов // Изв. Вузов. Строительство. – 2008. - №6. – С. 27 – 34.
77. Баженов Ю.М. Наномодифицированные коррозионностойкие серные строительные материалы / Ю.М. Баженов, Е.В. Королев, И.Ю. Евстифеева, О.Г. Васильева. – М.: Изд-во РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева, 2008. – 167 с.
78. Шашпан, Ж.А. Применение нанотехнологий при про-изводстве серных композиционных материалов / Ж.А. Шашпан // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. – 2009. - № 2. – С. 60 – 61.
