КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер 24-23-20103

НазваниеРазвитие научных основ промышленной технологии получения бетонов с улучшенными прочностными и эксплуатационными характеристиками путем их модификации наноразмерными углеродными материалами

РуководительМосеенков Сергей Иванович, Кандидат химических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Федеральный исследовательский центр "Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук", Новосибирская обл

Период выполнения при поддержке РНФ 2024 г. - 2025 г. 

Конкурс№90 - Конкурс 2024 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами» (региональный конкурс).

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах, 03-603 - Фундаментальные основы создания новых металлических, керамических и композиционных материалов

Ключевые словакомпозиционные материалы, дисперсные системы, многостенные углеродные нанотрубки, каталитический волокнистый углерод, суспензии, цементный камень, бетон, прочность на сжатие, водопоглощение

Код ГРНТИ31.15.37

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Предлагаемый проект направлен на решение научной проблемы установления факторов влияния добавок наноразмерных углеродных материалов на структуру и физико-химические свойства керамических композиционных материалов, одним из которых является бетон. К настоящему времени разработано и используется большое количество составов основных компонентов бетона, а также модифицирующих добавок, которые позволяют регулировать его эксплуатационные характеристики: плотность и прочность получаемого материала, его пористость, водопоглощение, устойчивость к высоким и низким температурам и многое другое. Вместе с тем, задача дальнейшего улучшение механических характеристик и устойчивости бетонов всегда актуальна, поскольку это позволяет уменьшить расход материалов при строительстве, строить более долговечные и прочные сооружения в сложных условиях и др. Одним из возможных путей увеличения эксплуатационных характеристик бетонов является их дисперсионное упрочнение, в частности наноструктурированными углеродными материалами (НУМ): нанотрубками или нановолокнами. Большое число исследований показывает, что введение НУМ в структуру бетона увеличивает его прочность за счет уменьшения размера пор и взаимосвязанность каналов, что затрудняет перемещение воды через эти микропоры в результате блокирования каналов, сохраняя при этом прочность каркаса. Кроме этого, НУМ являются множественными центрами кристаллизации гидросиликатов кальция в бетоне, что способствуют повышению дисперсности известково-силикатного вяжущего с высокой кристалличностью и общему повышению кристалличности стенок пор, что приводит к улучшению физико-механических свойств бетона. В литературе имеются противоречивые данные о влиянии модифицированных кислородсодержащими поверхностными группами НУМ на механическую прочность бетонов. Это может быть вызвано образованием прочных вторичных агломератов НУМ в процессе окисления, разрушение которых при дальнейших обработках может быть сильно затруднено. Разработанная авторами проекта газофазная методика окисления НУМ озоном в псевдоожиженном слое позволяет избежать процессов вторичной агломерации НУМ при окислении ввиду отсутствия жидкой фазы. Использование методики газофазного окисления НУМ совместно с НУМ с малыми характерными размерами, как предлагается в данном проекте, приведет к значительному увеличению числа центров кристаллизации гидросиликатов, будет способствовать получению высоких эксплуатационных характеристик бетонов при меньшем содержании НУМ. Другим важным фактором, определяющим актуальность данного проекта является то, что подавляющее числа научных работ, посвящённых получению модифицированных бетонов, проведены либо с использованием НУМ собственного производства исследователей, либо на образцах НУМ получаемых в небольших исследовательских количествах, либо на НУМ зарубежного производства. Таким образом, проводимые работы по модифицированию бетонов НУМ, имеют только научную значимость, а практическое использованием результатов данных исследований затруднено ввиду невозможности приобретения большого количества НУМ с заданными характеристиками по различным причинам. В отличии от этого, в предлагаемом проекте в качестве НУМ будут использованы образцы МУНТ, создание широкомасштабного производства которых планируется в РФ в 2026-2027 гг, что позволит использовать результаты предлагаемого проекта на практике. Таким образом, научная новизна проекта по сравнению с ранее проведенными исследованиями других коллективов заключается (1) в проведении сравнительного исследования влияния системного набора наиболее коммерчески доступных НУМ, производство которых планируется в ближайшие годы в РФ. Кроме этого (2) в работе будут использованы высокопроизводительные методики модификации НУМ (МУНТ) в газовой фазе (псевдоожиженный слой), позволяющие предотвратить протекание вторичной агломерации НУМ при их окислении, а также исключить образование жидких кислотных отходов.

Ожидаемые результаты
В результате выполнения проекта будут получены новые систематические данные о взаимосвязи структура-свойства при модификации бетонов добавками НУМ различных типов и улучшения качества и эксплуатационных характеристик бетонов (плотность и прочность, пористость, водопоглощение, устойчивость к перепадам температур) Будет установлено влияние характеристик НУМ: диаметра и аспектного отношения, функционального состава поверхности на устойчивость получаемых водных суспензий. Будут получены новые данные о стабильности суспензий НУМ и размерах частиц в суспензиях, после окислительной газофазной обработки НУМ озоном. Будет определено влияние добавок различных типов ПАВ и условий получения суспензий НУМ на их стабильность. Будут выявлены наиболее перспективные типы НУМ, суспензии которых будут обеспечивать наибольшее увеличение механических свойств цементного камня. Будет определено влияние добавок таких НУМ на структуру, механические и эксплуатационные характеристики бетонов в процессе набора прочности. Будет проведена оптимизация содержания НУМ в бетоне, для оптимизации содержания НУМ и получения стабильных эксплуатационные характеристик бетона. Будут установлены общие закономерности влияния структурных, функциональных и морфологических характеристик УНМ на эксплуатационные свойства модифицированных бетонов. Будет проведена оценка эконмической эффективности использования НУМ для модификации бетонов. Будет разработан проект технического задания на проведение НИОКР по созданию технологий производства дисперсионно-упрочненных высокопрочных бетонов, модифицированных отечественными углеродными наноматериалами, производство которых планируется в России в 2026-2027 гг, а также разработке концентратов НУМ для упрощения получения модифицированного бетона непосредственно в месте его использования в строительстве. Таким образом, в рамках проекта будет проведено комплексное исследование по определению влияния модификации бетонов суспензиями НУМ на их эксплуатационные характеристики начиная от определения и оптимизации стабильности водных суспензий различных типов НУМ до проведения оптимизации содержания НУМ в бетоне и оценки эконмической эффективности использования НУМ.

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ