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

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.