Билет 1

1. Приведите примеры использования явлений и процессов, развивающихся на нано уровне при производстве цементно-бетонной смесей.

На основе анализа технологий строительных материалов можно выделить ряд процессов, развивающихся в объемах наноразмерного уровня (до100 нм). К их числу относятся адсорбционные и ионообменные процессы при взаимодействии твердого тела с жидкостью, прежде всего с наноструктурированной водой, межфазное взаимодействие в композиционных материалах, твердофазный синтез и др.

Бетон, который является сложной, частично наномасштабной структурой из гидратированных цементных фаз, добавок и заполнителей, является великолепным кандидатом для нано-технологического манипулирования и контроля свойств.

Запроектированный ввод химических добавок в бетон может обеспечить максимальную эффективность на строительной площадке, в то время как армирование цементных вяжущих волокнами и стержнями нанодиаметра могут улучшить характеристики вяжущих материалов в целом, препятствуя образованию и росту трещин.

Применение нанонауки и нанотехнологии может быть разделено на три части:

) приготовление и свойства наноматериалов;

) определение характеристик наноматериалов;

) объяснение уже существующих процессов с точки зрения нанонауки.

Однако, в настоящее время в композиционных цементах используются минеральные добавки наноразмера. Уже был установлен эффект влияния размера частиц доменного шлака и других минеральных добавок на гидратацию портландцемента и было установлено, что более мелкие частицы минеральных добавок реагируют быстрее и приводят к более высоким прочностям.

В настоящее время эти процессы рассматриваются с точки зрения наноуровня с использованием сканирующей электронной микроскопии (SEM), трансмиссионной электронной микроскопии (ТЕМ), силовой атомной микроскопии (AFM) и других методов исследования. какого-либо напыления.

Минеральные добавки наноуровня

Бетон является пористым материалом с порами от воздушных пузырьков до пор наноразмера, образовавшимися в результате гидратации цемента. Эти наномасштабные поры обуславливают свойства C-S-H, который является основным «клеем», склеивающим бетон, поэтому «бетон представляет собой в некотором смысле наноматериал». Введение в бетонные смеси микрокремнезема – побочного продукта производства кремния с наноразмером частиц (обычно диаметром менее 100 нм) обеспечивает значительное повышение долговечности бетона, подверженное действием размораживающих солей. Было установлено, что коллоидный кремнезем, образованный путем его диспергации в воде и стабилизированный дисперсионным агентом, реагирует с гидроксидом кальция намного быстрее, чем микрокремнезем. Площадь удельной поверхности по методу BET микрокремнезема составляет порядка 15-25 м2/г, в то время как коллоидного кремнезема- 80 м2/г.

2. Высокопрочный бетон high performance concrete

Высокопрочный бетон наиболее эффективен в транспортном, энергетическом и других отраслях специального строительства для конструкций, подвергающихся ударным и вибрационным воздействиям (опоры мостов и эстакад, колонны производственных цехов с кранами большой грузоподъемности). Применение высокопрочного бетона в высотном строительстве (рис. 9) обусловлено рядом очевидных преимуществ, связанных с восприятием ветровых нагрузок, более низкой деформативностью зданий с железобетонным ядром жесткости и значительно более высоким пределом огнестойкости железобетонных конструкций по сравнению со стальными. Строительно-технические преимущества высокопрочных бетонов, прежде всего, реализуются при использовании в колоннах высотных зданий вследствие снижения расхода арматуры и уменьшения сечения железобетонных конструкций. В частности, для колонн из бетона класса В30 при коэффициенте армирования μ=0,03 увеличение прочности бетона до класса В40 позволяет снизить расход арматуры вдвое при неизменной несущей способности конструкции, а повышение класса бетона до В60 при μ=0,03 обеспечивает увеличение несущей способности колонны в 1,6 раза.

Характерной особенностью высокопрочных бетонов является высокий темп нарастания прочности в ранний период времени. С увеличением возраста бетона, а также повышения активности цемента отмечается рост уровней напряжений, при которых происходит образование микротрещин.

Так как высокопрочные бетоны характеризуются повышенным расходом цемента, влияние модуля упругости, ползучести и усадки цементного камня на деформативные характеристики бетона становятся более значимыми.

Для получения бетонов с высоким модулем упругости следует применять крупные заполнители, имеющие также большие значения модуля упругости (габбро, диабаз).

Коэффициент призменной прочности высокопрочного бетона достигает 0,8-0,9.

Бтлет 2