Вплив наномодифікаторів на фізико-механічні властивості гіпсових в’яжучих
Ключові слова:
гіпсові в'яжучі, наномодифікатори, вуглецеві нанотрубки, нановолокна, нанокомпозити, концентрація, міцність, вуглецева коміркаАнотація
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.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
Ліцензія
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
Автори залишають за собою право на авторство роботи та передають журналу право першої публікації на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, яка дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
Автори мають право самостійно укладати додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження наукової роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
Політика журналу передбачає можливість розміщення авторами рукопису в мережі Інтернет (наприклад, у електронних сховищах інформації або на веб-сайтах), оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
Договір про передачу авторського права
