ПРИНЦИП РЕАЛИЗАЦИИ НАНОТЕХНОЛОГИИ В СТРОИТЕЛЬНОМ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИИ Автор: Королев Е.В. д.т.н., проф., советник РААСН Директор НОЦ «Нанотехнологии» 2013 г. ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» Научно-образовательный центр «Нанотехнологии»

1. Введение

Первичные наноматериалы Стратегии наномодифицирования строительных материалов Синтез нанообъектов в материале в процессе его изготовления Введение в материал синтезированных нанообъектов

F – эффект от введения первичного наноматериала ( F max = 300 %) С f – концентрация первичного наноматериала (С max = 0,1 %) Эффективность введения нанодобавок в различные материалы

2. Инструментарий для оценки технологических решений

Рецептурно-технологический дуализм Потенциал вещества материала I m RтRт Потенциал технологии I t RjRj R max,j

Развитие технологии цементных бетонов

3. Способы повышения качества цементных бетонов

Значения потенциала Φ mt для различных технологических способов повышение активности портландцемента; 2 - применение подготовленных заполнителей; 3 - снижение начального водосодержания посредством введения пластифицирующих добавок; 4 - введение неорганических добавок, способствующих повышению плотности структуры; 5 - введение полимерных веществ, уплотняющих структуру; 6 - применение виброактивации цемента, обеспечивающее дезагрегацию цементных флоккул и уплотнение цементного геля; 7 - Интенсификация процесса уплотнения жестких смесей; 8 - применение вакуумирования, центрифугирования, фильтрационного прессования; 9 - пропитка поровой структуры бетона органическими веществами или серой; 10 - применение сухого формования;11 - применение водопоглощающих перегородок

4. Анализ

Модели прочности материалов где γ – коэффициент; f c – прочность контакта; N – количества связей Уравнение Ребиндера Уравнение Ребиндера Другие уравнения прочности композиционных материалов Другие уравнения прочности композиционных материалов

где где η п – предельная доля пор; ν п – объемная доля пор Влияние параметров порового пространства на напряженное состояние

Зависимость прочности цементного камня от среднего размера пор 1 – тоберморит и подобные материалы; 2 – CSH(I); 3 – С3АН6 и гидрогранаты; 4 – смесь % гидрограната и % CSH(I)

5. Принципы реализации нанотехнологии

Условия оптимизации композита на масштабных уровнях от микро- до макроуровня Условия оптимизации композита на наномасштабном уровне - П m – пористость, образующаяся в результате некачественного уплотнения бетонной смеси; - [Са(ОН) 2 ] – концентрация Са(ОН) 2 ; - В/Ц – водоцементное отношение - σ f – внутренние напряжения на границе раздела фаз; - χ m – трещиностойкость тоберморита и подобных материалов; - [C–S–H] – концентрация тоберморита и подобных материалов Реализация нанотехнологии должна проводиться только после исчерпания возможностей макро- и микротехнологии Критерием для оценки целесообразности перехода на наномасштабный уровень является размер массового дефекта в материале. Основной принцип реализации нанотехнологии

Пример реализации

Базовые положения Формирование плотной малодефектной структуры материала в композитной системе возможно при снижении величины внутренних напряжений Снижение величины внутренних напряжений возможно посредством нивелирования различий в физических свойствах дисперсной фазы и матричного материала Технологически снижение величины внутренних напряжений достигается посредством нанесения на дисперсные фазы слоя прекурсора, претерпивающего физические изменения в процессе изготовления материала

Толщина слоя прекурсора Вещество Удельная поверхность дисперсной фазы, S уд, м 2 /кг Толщина слоя (нм) при концентрации прекурсора, % от массы вяжущего 0,2 (10% * )0,6 (30%) 1,0 (50%) Прекурсор (раствор органического вещества в растворителе)

Кинетика выделения акустической эмиссии

Средняя плотность и пористость

Механические и деформативные свойства Экспериментально-статистические модели – для модуля упругости, МПа, – для прогиба при максимальной нагрузке, мм, 321у 2027,6515,96311,615225ХХХE ,6 2,1 4,1050ХХХl, max б) при сжатииа) при изгибе Х1 – продолжительность изотермической выдержки, ч; Х2 – концентрация раствора аппрета, %; Х3 – объёмная доля кварцевого наполнителя

Основные свойства наномодифицированного композита Наименование показателя Значение показателя Химически стойкого бетона по ГОСТ ** Разработанного композита Пористость, % –4,15 Предел прочности при изгибе, МПа 316,3 Предел прочности при сжатии, МПа –51,3 Коэффициент трещиностойкости –0,32 Модуль упругости, МПа Коэффициент интенсивности напряжений, МПа·м 0,5 –0,56 Коэффициент теплопроводности, Вт/(м·К)0,581,12 Водопоглощение по массе, %не более 60,25 Коэффициент диффузии, м 2 /с–0, Коэффициент химической стойкости: – в воде – в растворе соляной кислоты – в растворе серной кислоты – в растворе азотной кислоты – в растворе хлорида натрия – в растворе сульфата магния – в бензине – в дизельном топливе – 0,8 1,00 1,11 0,98 0,99 1,28 1,30 1,00 0,96 Марка по морозостойкости, циклыне менее Сопротивление истиранию, г/см 2 не более 0,40,19

Спасибо за внимание! НОЦ «Нанотехнологии» , ноцнт.рф г. Москва, Ярославское ш., г. ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» Научно-образовательный центр «Нанотехнологии»