Вплив наномодифікаторів на фізико-механічні властивості гіпсових в’яжучих

Автор(и)

  • V. M. Derevianko Державний вищий навчальний заклад «Придніпровська державна академія будівництва та архітектури», Ukraine https://orcid.org/0000-0003-4131-0155
  • H. M. Hryshko Державний вищий навчальний заклад «Дніпропетровський державний аграрно-економічний університет», Ukraine https://orcid.org/0000-0001-7046-1177

Ключові слова:

гіпсові в'яжучі, наномодифікатори, вуглецеві нанотрубки, нановолокна, нанокомпозити, концентрація, міцність, вуглецева комірка

Анотація

Постановка проблеми. У найближчі 10 років понад 90 % матеріалів будуть замінені на нові матеріали ‑ нанокомпозити [1]. Застосування нанокомпонентів дасть можливість виробляти матеріали високої міцності зі зниженою собівартістю і забезпечить попит на продукцію [2]. Дослідження, спрямовані на встановлення впливу концентрації наномодифікаторів у вигляді вуглецевих нанотрубок на фізико-механічні властивості гіпсових в'яжучих, актуальні і мають привести до створення конкурентоспроможних міцних наноматеріалів. Мета статті. Дослідження впливу концентрації наномодифікаторів у вигляді вуглецевих нанотрубок (ВНТ) на фізико-механічні властивості гіпсових в'яжучих. Висновок. Аналіз мікроструктури зразків показав, що в структурі немодифікованих гіпсових зразків переважають призматичні і пластинчасті кристали, хаотично розподілені в обсязі матриці. У цьому випадку утворюється структура з підвищеною пористістю, яка є причиною низької механічної міцності зразків. У гіпсовій матриці, модифікованій ВНТ, формується впорядкована й однорідна структура з більшими голчастими кристалами, що зумовлює збільшення площі міжфазної поверхні, зниження пористості і, відповідно, підвищення фізико-механічних характеристик. Експериментально доведено, що за однакового вмісту наномодифікаторів у гіпсовій матриці (0,035 %) максимальний приріст міцності при стисненні досягається у разі використання ВНТ і становить 28–30 %. Методом DFT виконано дослідження взаємодії іонів Ca2 + з графеноподібною вуглецевою поверхнею. Показана можливість ковалентного зв'язування кальцію з гексагональним вуглецевим осередком поверхні в результаті перекривання валентних 3р орбіталей Ca2 + і 2р орбіталей вуглецю.

Біографії авторів

V. M. Derevianko, Державний вищий навчальний заклад «Придніпровська державна академія будівництва та архітектури»

Кафедра технології будівельних матеріалів, виробів та конструкцій, д. т. н., проф.

H. M. Hryshko, Державний вищий навчальний заклад «Дніпропетровський державний аграрно-економічний університет»

Кафедра експлуатації гідромеліоративних систем і технології будівництва, к. т. н., доц.

Посилання

Noguen Chan Hing. Modificirovanie uglerodnyx nanotrubok i nanovolokon dlya polucheniya keramicheskix nanokompozitov dis. kand. texn. nauk: 05.17.02 [Modification of carbon nanotubes and nanofibers for the ceramic nanocomposites production. Dissertation of Cand. Sc. (Tech.): 05.17.02]. Moskva, 2009, 119 p. (in Russian).

Nekrasova N. Nanotexnologii dlya dorog [Nanotechnologies for roads]. Nauka i zhizn' [Science and Life]. 2016, no. 2, p. 60. (in Russian).

Zaporockova I.V. Uglerodnye i neuglerodnye nanomaterialy i kompozicionnye struktury na ix osnove: dis. d-ra fiz.-mat. nauk: 05.27.01 [Carbon and non-carbon nanomaterials and composite structures on their base: dissertation of Dr. Sc. (Phys.-Math.): 05.27.01]. Volgograd, 2005, 119 p. (in Russian).

Ajayan P.M. and Lijama S. Capillarity-induced filling of carbon nanotube. Nature. 1993, vol. 361, pp. 333–334.

Züttela A, Sudana P., Maurona Ph., Kiyobayashib T., Emmeneggera Ch. and Schlapbacha L. Hydrogen storage in carbon nanostructures. International Journal of Hydrogen Energy. 2002, vol. 27, iss. 2, pp. 203–212.

Dillon A.C., Jones K.M., Bekkedahl T.A., Kiang C.H., Bethune D.S. and Heben M.J. Storage of hydrogen in single-walled carbon nanotubes. Nature. 1997, vol. 386, pp. 377-379.

Ebbesen T.W. Carbon nanotubes. Annual Review of Materials Science. 1994, vol. 24, pp. 235–264.

Pederson M.R. and Broughton J.Q. Nanocapillarity in Fullerene Tubules. Physical Review Letters. 1992, vol. 69, iss. 18, pp. 2689–2692.

Eleckij A.V. Uglerodnye nanotrubki [Carbon nanotubes]. Uspexi fizicheskix nauk [Successes in physical sciences.]. 1997, vol. 167, no. 9, pp. 945–972. (in Russian).

Ajayan P.M. and Ebbesen T.W. Nanometre-size tubes of carbon. Reports on Progress in Physics. 1997, vol. 60, no. 10, p. 1025.

Yavor A.A., Zaporockova I.V, Kislova T.V. and Chebotarev A.V. Vliyanie defektnoj struktury v zernax plastichnyx sloev mnogoslojnogo obrazca pri polzuchesti v usloviyax rastyazheniya [Influence of a defective structure in the plastic layers grains of a multilayered sample under creep under stretching conditions]. Fizika i ximiya obrabotki materialov [Physics and chemistry of material processing]. 1987, no. 3, pp. 114–116. (in Russian).

Skvorcov I. Truboprovody pod zashhitoj «nano» [Pipelines under the protection of "nano"]. Nauka i zhizn' [Science and Life]. 2016, no. 2, pp. 61. (in Russian).

Ma R.Z., Wu J., Wie B.Q., Liang J. and Wu D.H. Processing and properties of carbon nanotubes-nano-SiC ceramic. Journal of Materials Science. 1998, vol. 33, іss. 21, pp. 5243–5246.

Chumak A.G., Derevyanko V.N., Petrunin S.Yu., Popov M.Yu. and Vaganov V.E. Struktura i svojstva kompozicionnogo materiala na osnove gipsovogo vyazhushhego i uglerodnyx nanotrubok [Structure and properties of a composite material based on gypsum binder and carbon nanotubes]. Nanotexnologii v stroitel'stve [Structure and properties of a composite material based on gypsum binder and carbon nanotubes]. 2013, no. 2, pp. 27–37. Available at: http://nanobuild.ru/en_EN/journal/Nanobuild-2-2013/27-37.pdf. (in Russian).

Reshetnyak V.V., Vaganov V.E., Petrunin S.Yu., Chumak A.G. and Popov M.Yu. Vzaimodejstvie ionov kal'ciya s karkasnymi uglerodnymi strukturami [Interaction of calcium ions with carcass carbon structures]. Stroitel'stvo, materialovedenie, mashinostroenie [Construction, Materials Science, Mechanical Enginering]. Pridnepr. gos. akad. str-va i arxitektury [Prydniprovs’ka State Academy of Civil Engineering and Architecture]. Dnepropetrovsk, 2013, iss. 67, pp. 261–266. (in Russian).

##submission.downloads##

Номер

Розділ

Наукові дослідження

Статті цього автора (авторів), які найбільше читають