Статья: СОЗДАНИЕ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИТОВ С МИНЕРАЛЬНЫМИ НАПОЛНИТЕЛЯМИ (2025)

Введение. Рассматривается возможность производства во Вьетнаме строительных материалов на основе техногенных отходов, обладающих низким углеродным следом и способных поглощать углекислый газ, для достижения к 2050 году нулевого выброса парниковых газов. До настоящего времени поискам решения этой проблемы уделялось недостаточное внимание. Методы и материалы. Были проведены исследования с целью оценки возможности получения «зеленого» бесцементного бетонного материала, используя для этого местные промышленные отходы и отходы переработки продукции сельского хозяйства в виде золы-уноса и донного шлака мусоросжигательной электростанции «Green Star», шламовых отходов производства глинозема, керамических отходов, известкового порошка и кокосового волокна в сочетании со специальным активирующим щелочным раствором. Среднюю плотность, прочность на сжатие и водопоглощение разработанного бесцементного бетона определяли на образцах-кубах размером 100x100x100 мм в соответствии с требованиями действующих вьетнамских стандартов. Способность полученного бетона поглощать углекислый газ оценивали с помощью разработанного метода путем измерения массы углекислого газа, поглощенного бетонными образцами. Результаты и обсуждение. Средняя плотность разработанного бетона составляет 1950 кг/м3; прочность на сжатие в возрасте 28 суток - 7,5+11,5 МПа; водопоглощение - 8+10% масс. К основным достоинствам применения бесцементного бетона разработанного состава относятся снижение углеродного следа благодаря отказу от использования портландцемента, способность бетона поглощать углекислый газ и возможность утилизации многотоннажных техногенных отходов при его изготовлении. Заключение. Результаты проведенных исследований показывают, что использование разработанного бесцементного «зеленого» бетона для изготовления строительных изделий и конструкций во Вьетнаме позволит утилизовать порядка 1,1 т многотоннажных промышленных отходов в расчете на 1 кубический метр и в ходе эксплуатации поглотить 10-13 кг углекислого газа. Это будет способствовать реализации намеченного курса на «зеленую» трансформацию экономики Вьетнама в устойчивую экономику замкнутого цикла.

Введение. При строительстве жилых домов и промышленных зданий большую роль играет анализ подземных слоев земли, на котором стоит фундамент объекта. В связи с некачественной геологоразведкой поверхности земли при постройке жилых домов и промышленных зданий обнаруживается проблема карстовых провалов. В работе предлагается провести работы по укреплению водонасыщенных и неустойчивых грунтов для того, чтобы предотвратить обрушение при строительстве и эксплуатации объектов различного назначения. Бурение скважин в зоне карстообразования и нагнетание укрепляющего материала является основным способом защиты от проявления карстовых явлений. В работе исследуются газожидкостные слои (карстовые путоты) с содержанием нанокристаллов, которые находятся в газообразной или жидкостной среде. Изучение гидродинамических полей является актуальной задачей, имеющей значительное влияние на проектирование и эксплуатацию объектов. Методы и материалы. Наиболее эффективным способом защиты от карстовых явлений для уже построенных или вновь возводимых зданий и промышленных объектов является бурение скважин в зоне карстообразования и нагнетание укрепляющего материала. В результате исследования, проведенного после введения нанокремнезема в цементный раствор, было установлено, что время затвердевания цемента сокращается с увеличением количества наночастиц нанокремнеземов, т. е. наночастицы обладают большей скоростью реакции гидратации по сравнению с цементом. Усиленный нанокремнеземом цементный раствор добавляется в породу карстовой зоны, образуя нижний изолирующий слой и верхний стабилизирующий слой, предотвращающий проникновение глубинных вод в карстовую зону и стабилизирующий поверхность карстовой породы. На стадии карстообразования, расположенной в границах призмы обрушения и соответствующей ширине нижнего слоя, создаются два слоя верхнего и нижнего поддерживающего слоя. Каналы стока грунтовых вод от водосборов к зонам разгрузки формируются между опорными слоями толщиной в породу и изолирующими стабилизаторами, которые поддерживают естественный гидрогеологический режим толщи пород, содержащих карстовые слои воды. В результате повышаются защитные свойства горной породы при проявлении признаков карста, улучшаются физико-химические и несущие свойства грунта, повышаются прочностные свойства грунта и снижается вероятность возникновения оползней. Результаты. Теоретически изучены гидродинамические поля при фильтрации наногазированных жидкостей в карстовых пустотах. Обсуждение. Установив на контрольную скважину постоянную автоматизированную систему контроля датчиков движения, давления и температуры жидкости и газа в карстовых пустотах, мы сможем контролировать динамику основных гидродинамических параметров карстовых пустот, позволяя оценивать текущий режим карстовых пустот и при возникновении опасности сигнализировать об этом экстренные службы и жильцов дома. С помощью мониторинга работы датчиков с применением искусственного интеллекта возможно прогнозировать возникновение и развитие критических ситуаций. Выводы. Добавление наночастиц кремнезема в цементный раствор изменяет реологические свойства раствора, влияя на его вязкость и текучесть. Каналы стока грунтовых вод от водосборов к зонам разгрузки формируются между опорными слоями толщиной в породу и изолирующими стабилизаторами, которые поддерживают естественный гидрогеологический режим толщи пород, содержащих карстовые слои воды.

Введение. Кратко обсуждается состояние научных исследований в области математического моделирования физических систем с распределенными параметрами. Математическое моделирование в теории упругости. Сформулирована начально краевая задача линейной теории упругости. Показано, что с использованием измеряемых и неизмеряемых переменных можно составить положительно определенное энергетическое соотношение, которое позволяет не только использовать вариационную технику для нахождения приближенного решения, но и строить объективные оценки его качества. Двумерная задача теории упругости (статический случай). На примере решения двумерной статической задачи линейной упругости детально обсуждаются преимущества предлагаемого подхода. Математическое моделирование в теории жидкости. Сформулирован вариационный принцип в теории жидкости. Оптимальное управление давлением. На примере решения задачи управления движением идеальной и вязкой жидкости в трубопроводных системах обсуждаются вопросы нахождения приближенного решения и оценки его точности. Энергетический принцип в задаче теплопереноса. Cформулирован вариационный принцип в линейной задаче теплопереноса. Двумерная задача теплопереноса. Подробно обсуждены особенности построения решения задачи управления в двумерной теории теплообмена. Обобщающий принцип. Сформулирован обобщающий принцип действительного состояния физической системы, который может быть эффективно применен для детального описания и анализа физических процессов.

Введение. Важным вопросом в технологии приготовления бетонной смеси является поиск путей эффективного использования свойств заполнителей (наполнителей) в твердеющих поликомпонентных системах. Самой распространенной вяжущей композицией является смесь вяжущей системы с измельченным кварцсодержащим полиминеральным песком. Известно, что микрокремнезем относится к активным минеральным добавкам (наполнителям), свойства которых принято характеризовать по количеству поглощенных из насыщенного известкового раствора ионов Ca2+. Сейчас известны прямые аналитические методы определения пуццолановой активности, которые отслеживают изменение содержания Ca(OH)2 во времени в ходе протекания пуццолановой реакции, и косвенные, которые направлены на определение физико-механических характеристик, отражающих способность исследуемого материала связывать свободный оксид кальция в устойчивые гидратные соединения. Ранее была подтверждена применимость потенциометрического метода анализа с использованием ион-селективного электрода с рCa-функцией для оценки пуццолановой активности высокодисперсных материалов. Следует отметить, что этот метод, функционально связанный с концентрацией определяемого компонента в испытуемом растворе, являются весьма эффективным с точки зрения экспрессности и трудоемкости. Поэтому целью исследований является апробация метода для микрокремнеземных систем, полученных способом механического помола полиминеральных песков различных месторождений. Для выполнения экспериментов были использованы пески месторождений Архангельской области. В качестве эталонного объекта для установления характера изменения функциональной взаимосвязи измеряемого потенциала электродной системы от объема добавляемого раствора Ca(OH)2 был выбран кварцевый песок (КП). Методы и материалы. Полиминеральный песок месторождения «Краснофлотский-Запад» относится к аллювиально-морским современным четвертичным отложениям (am IV). Песок месторождения «Холмогорское» - это кварцево-полевошпатовый песок, который относится к аллювиальным современным четвертичным отложениям (a IV). Минералогический состав полиминеральных песков определен полуколичественным методом с помощью бинокулярного микроскопа МБС-1. Тонкодисперсные порошки песков получали методом сухого механического помола на планетарной шаровой мельнице Retsch PM100. Удельную поверхность порошков определяли методом газопроницаемости Козени-Кармана на установке ПСХ-10а. Для проведения потенциометрического анализа была собрана установка, представляющая собой электродную пару из измерительного электрода с pCa-функцией и электрода сравнения, подключенных к иономеру Эксперт-001-3.0.1 и погруженных в стеклянный стаканчик вместимостью 100 мл. Перемешивание реакционной системы осуществлялось с помощью магнитной мешалки. Калибровку электрода проводили по стандартным растворам хлорида кальция с разной концентрацией. Для определения сорбционной способности кремнеземсодержащего сырья предварительно готовили раствор извести и суспензию из проб тонкодисперсных порошков песков. В полученную суспензию последовательно добавляли известковый раствор и проводили измерение ЭДС (потенциал) системы при постоянном перемешивании. Далее рассчитывали концентрацию ионов кальция Сф по предварительно установленной калибровочной зависимости. Для определения активности строили зависимость между значениями задаваемой концентрации ионов кальция в растворе извести при добавлении ее определенного объема в суспензию исследуемых песков и значениями концентрации, полученными потенциометрическими измерениями. Результаты и обсуждение. Полученные тонкодисперсные порошки кварцсодержащих полиминеральных песков имели следующие значения удельной поверхности: кварцевый песок - 1020±31 м2/кг, Краснофлотский Запад» - 465±14 и «Холмогорское» -450±14 м2/кг. Приведенные данные позволяют проводить сравнительный анализ экспериментальных потенциометрических измерений. Вместе с тем зависимость измеряемого потенциала от концентрации ионов кальция в растворе для суспензии кварцевого песка может быть использована в качестве некоторого эталона в связи с значительно более высокой удельной поверхностью порошка, а следовательно, более ярко выраженной зависимостью Е = f(VROf). Полученная зависимость измеряемого потенциала электродной системы от объема добавляемого раствора Ca(OH)2 в суспензию кварцевого песка (в качестве эталонного образца) и дистиллированную воду (в качестве холостого опыта) показали, что характер изменения функциональной взаимосвязи анализируемых двух образцов (КП и H2O) различен, что свидетельствует о достаточной чувствительности используемого ион-селективного электрода к уровню задаваемых концентраций извести в растворе. Вместе с тем, можно отметить, что добавление раствора извести в воду приводит к практически постоянному росту значений измеряемого потенциала, величина которого пропорциональна -/gCCa, при этом начальный потенциал электродной пары (до ввода раствора извести) соответствует значению фоновой концентрации ионов кальция в растворе. Изменение потенциала электродной пары в суспензии порошка кварцевого песка имеет характер, отличный от вышеотмеченного для воды. Данную функциональную зависимость можно разделить на три периода. Первый - индукционный период, когда электродный потенциал линейно возрастает с увеличением концентрации Ca(OH)2 в растворе. Наличие второго периода функциональной зависимости, на котором наблюдается стабилизация значений потенциала при добавлении в реакционную систему гидроксида кальция, связан непосредственно с адсорбционным (пуццолановым) эффектом тонкодисперсного кварца. Третий заключительный период характеризуется ростом величины потенциала электродов за счет появления избытка ионов Ca2+ в растворе. Полученные данные показывают, что наибольшую пуццолановую и адсорбционною активность по отношению к ионам кальция проявляет порошок месторождения «Краснофлотский Запад». Такая зависимость имеет ярко выраженный трехстадийный характер, фиксируемый нами при проведении аналогичного эксперимента с порошком кварцевого песка. Учитывая, что высокодисперсные кварцсодержащие порошки проявляют свойства сорбентов, разница в зависимостях может указывать также на количественное отличие в активных центрах адсорбции у исследуемых порошков и, как следствие, на разницу в их степени заполнения. Данный факт является кинетическим фактором процесса твердофазного концентрирования определяемых катионов. Используя алгоритм расчета параметров активности порошков по данным потенциометрии, были определены емкость поглощения оксида кальция и коэффициент гидравлической активности. Полученные результаты показали, что сорбционная емкость по отношению к оксиду кальция у полученных порошков исследуемых месторождений песков практически одинакова, однако характер функциональной зависимости изменения определяемой концентрации гидроксида кальция в растворе относительно добавляемого ее значения различается. Данные факт может свидетельствовать о разном механизме сорбционных процессов. Заключение. Показано, что потенциометрический метод определения сорбционной емкости по отношению к оксиду кальция может быть использован в качестве экспресс-способа для порошков кварцсодержащих полиминеральных песков. Для корректного расчета определяемых параметров при полностью повторяющихся условиях опытов необходимо проведение эксперимента с суспензией кварцевого песка и эксперимента сравнения, в котором в качестве объекта измерений используется вода растворения. Функциональную зависимость изменения определяемой концентрации гидроксида кальция в растворе относительно добавляемого ее значения можно использовать для сравнительной оценки механизма сорбционных процессов для порошков различной вещественной природы.

Введение. Текстильные материалы технического назначения в виде многослойных пакетов находят широкое применение в качестве теплоизоляционных покрытий в строительстве. Одной из функциональных характеристик такого рода материалов является их эффективная работа в условиях интенсивного обдува ветром. Теплоизоляционные характеристики текстильных теплоизоляционных материалов зависят от величины их воздухопроницаемости, при этом минимальное термическое сопротивление наблюдается со стороны обдува. Материалы и методы исследования. В статье предложена методика, позволяющая рассчитать термическое сопротивление многослойного пакета, состоящего из текстильных строительных материалов в условиях обдува. Показано, что теплоизоляционные свойства материалов, входящих в состав пакета, зависят от их воздухопроницаемости. Результаты и обсуждение. Рассматриваемая в работе математическая модель по определению термических сопротивлений ограждающих конструкций, содержащих теплоизоляционные пакеты на основе текстильных материалов, включает данные по воздухопроницаемости отдельных слоёв, а также по толщине их воздушных прослоек. В работе приведена схема теплоизоляционных слоев, включающая температурные кривые. В качестве исходной информации по распределению температур в слоях приняты условия неподвижной среды, а также предположение, что повышение скорости воздуха при обдуве пакета влияет на уменьшение его термического сопротивления. Заключение. В работе приведены уравнения по определению термических сопротивлений теплоизоляционных слоев и прослоек ограждающих конструкций, с учетом их воздухопроницаемости при обдуве воздушным потоком разной степени интенсивности.

Введение. В настоящее время аддитивные технологии широко используются в различных сферах деятельности. Использование таких технологий в строительстве помогает решить ряд очень важных вопросов. При 3D печати для изготовления малых архитектурных форм очень важно правильно подобрать составы материалов, из которых они будут изготавливаться. Материалы и методы. Для разработки состава в качестве наномодифицирующей добавки применялись синтезированные алюмосиликаты, в качестве вяжущего - портландцемент бездобавочный 52,5Н, мелкий заполнитель - песок кварцевый Ухтинского и Чаадаевского месторождения, комплексная добавка Sika Antifreeze N9, суперпластификатор Axton, суперпластификатор С-3. Водоудерживающую способность составов с применением наномодифицирующей добавки определяли по количеству воды в исследуемом составе до и после проведения испытаний. Кинетика водопоглощения составов определялась в соответствии с методикой, представленной в ГОСТ 5802. Пористость определялась по содержанию свободной и химически связанной воды в цементном камне. Изменение нормальной густоты и сроков схватывания определялось с использованием прибора Вика. Межзерновая пустотность песка вычислялась по значениям истинной и насыпной плотностей мелкого заполнителя. Истинная плотность определялась с помощью прибора Ле-Шателье. Насыпная плотность материалов определялась с помощью методики, установленной ГОСТ 9758. Результаты и обсуждения. Выявлено, что присутствие в составе наномодифицирующей добавки дисперсностью Sуд = 0,69 м2/г и Sуд = 1,03 м2/г повышает прочность составов по сравнению с контрольными (без добавки) от 7% до 17,8% соответственно. То есть наблюдается обратная зависимость между дисперсностью вводимой добавки и изменением прочности образцов. Высокое значение дисперсности вводимой добавки обеспечивает оптимальные для твердения составов условия, что подтверждается исследованиями по водопоглощению составов. В ходе исследований оценивалось влияние количества исследуемой добавки на сроки схватывания цемента, изменение нормальной густоты цементного теста и пористости цементных систем. С целью снижения расхода цемента и увеличения подвижности состава смеси вводится мелкий заполнитель - песок со смешанным зерновым составом. В процессе подбора состава бетонной смеси для 3D-печати малых архитектурных форм учитывались их технологические свойства. Исследовались четыре состава бетонной смеси для 3D-печати с разным количеством содержания наноструктурирующей добавки, песка, цемента. Выводы. Определены составы с оптимальными характеристиками для проведения дальнейших исследований в области подбора разработки составов бетонных смесей для 3D-печати малых архитектурных форм.

Введение. Стоимость анатазных добавок для бетонов можно снизить за счет их синтеза путем нанесения на минеральную подложку, которая может быть активной по отношению к цементу, в частности перспективно нанесение анатаза на минеральные порошки, подобные микрокремнезему. В данной работе описан синтез анатаз-кремнеземистых фотокатализаторов с различным соотношением анатаза и кремнезема и оценена их эффективность для материалов на основе цемента. Материалы и методы. Фотокаталитическая добавка была получена путем нанесения TiO2 на подложку из микрокремнезема с использованием золь-гель технологии. Физико-химические исследования включали рентгенофазовый анализ и электронную сканирующую микроскопию. Для определения самоочищения использовали родамин-тест. Результаты и обсуждения. Увеличение соотношения TiO2/SiO2 увеличивает площадь микрокремнезема, покрытую анатазом, и высоту основных отражений анатаза при рентгенофазовом анализе. Однако увеличение интенсивности рефлексов анатаза не пропорционально изменению соотношения TiO2/SiO2 при близком размере кристаллитов анатаза. С увеличением TiO2 относительно SiO2 эффективность самоочистки возрастает и достигает необходимого уровня при соотношении оксидов в добавке чуть менее 1:1, что соответствует 1 г TiO2 на удельную поверхность подложки 22 м2 и обеспечивает создание эффективной фотокаталитической добавки. Заключение. Путем варьирования количества анатаза по отношению к подложке в диапазоне соотношений TiO2/ SiO2 от 1:2 до 1:0,5 было установлено оптимальное соотношение TiO2/SiO2, равное 1:1. Результаты могут быть использованы при производстве технически и экономически эффективных фотокаталитических добавок для самоочищающихся материалов на основе цемента.