Модернизация научно-исследовательской лаборатории для проведения исследований и внедрения в производство строительных композиционных материалов, модифицированных дисперсиями углеродных наносистем

Проект № ПСР/М2/Н2.2/ЯГИ

Характер исследований:
    прикладное исследование

Ф.И.О. научного руководителя, уч. ст., уч. зв.:
    д.т.н., проф. Яковлев Григорий Иванович

Структурное подразделение, в котором выполняется проект:
    факультет ИС, кафедр ГиСМ

Принадлежность к научной школе:
    Модификация композиционных материалов строительного назначения углеродными нано­системами

Сроки выполнения НИР: начало 01.06.2012 окончание 31.12.2014

Ключевые слова и словосочетания, характеризующие тематику НИР и ожидаемые результаты (продукцию):

Многослойные углеродные нанотрубки, структуризация вяжущей матрицы, гипсовые и ан­гидритовые композиции, физико-химические исследования, растворимое стекло, огнеза­щитные составы, экранирующие свойства; базальто-пластиковая арматура.

Плановый объём средств на проведение НИР: из средств субсидии 1 500 000, софинансирование 1 500 000 (суммарно из календарного плана)

Аннотация проекта: В настоящее время удельная энергоемкость внутреннего валового продукта в нашей стране в среднем в 4 раза выше, чем в развитых промышленных странах. Еще более обострена эта проблема в строительном комплексе, яв­ляющимся одним из наиболее ресурсо- и энергоемких. Из всех процессов создания строи­тельной продукции производство композиционных строительных материалов является наиболее крупным потребителем энергетических ресурсов, при этом наиболее энергоемки­ми являются производства цемента, сборных железобетонных конструкций и изделий, штучных строительных материалов. Проблема требует модернизации способов производ­ства большинства строительных материалов и изделий, не отвечающих современным тре­бованиям по эффективности. Одним из направлений снижения показателя энергоемкости при производстве строительных материалов и изделий является модификация традицион­ных композиционных строительных материалов ведением в технологические процессы на­нотехнологий, принципиально улучшающих физико-технические свойства строительных изделий и конструкций.

Еще одна проблема строительной отрасли связана с вопросами ресурсосбережения, по­скольку производство строительных материалов требует вовлечения огромных ресурсов: минерального сырья. Необходимо внедрение в производство нанотехнологий, позволяю­щих за счет существенного улучшения физико-механических свойств композиционных строительных материалов снижать расход наиболее дорогостоящих компонентов, прежде всего, минеральных вяжущих. При этом возможно уменьшение размеров конструкций, что позволит решить вопросы ресурсосбережения при производстве композиционных строи­тельных материалов.

Однако, применение нанотехнологий требует исследования структуры и свойств моди­фицированных строительных материалов с использованием приборов и оборудования с высоким разрешением, использованием новых методов анализа и регистрации показателей свойств. Для этого, в свою очередь, необходима модернизации существующего лаборатор­ного оборудования, приобретение современного оборудования, способного регистрировать новообразования и физико-химические процессы, происходящие при гидратции и тверде­нии модифицированных минеральных вяжущих на наноуровне, позволяющими регистри­ровать структуры с размерами в несколько нанометров. Это возможно только при наличии растровых электронных микроскопов, совмещенных с микроанализаторами, при наличии лазерных анализатор дисперсности, при использовании дифференциальных термографов, регистрирующих физико-химические процессы в структуре нагреваемого композиционно­го материала.

Значительное внимание потребуют процессы предварительной подготовки компонентов сырья при приготовлении композиционных материалов, прежде всего диспергации исход­ных компонентов до нанометровых размеров, технологии равномерного распределения сверхмалых количеств модифицирующих нанодобавок в объёме строительного композита.

Качественное распределение наночастиц возможно только при смешивании сырьевых компонентов в жидкой фазе, с использованием предварительно приготавливаемых диспер­сий на основе углеродных наносистем. При этом необходимо решать проблемы устойчиво­сти дисперсий во времени, включая их устойчивость при хранении при знакопеременных температурах.

Таким образом, в работе над проектом предстоит решить целый спектр задач, выполне­ние которых невозможно без модернизации лабораторной базы и приобретения приборов и оборудования с улучшенными характеристиками.

Выполнение проекта связано также с большим объемом экспериментальных исследова­ний, которые потребуют длительных испытаний, что позволит обеспечивать воспроизво­димость результатов и гарантировать обеспечение длительного ресурса работы строитель­ных изделий и конструкций в зданиях и сооружениях. Необходимость больших временных интервалов при проведении исследований связана с физико-химическими процессами, ко­торые при гидратации и твердении минеральных вяжущих веществ требуют выдержки из­делий не менее 28 дней, а ряд испытаний, такие как определение морозостойкости изделий, для выявления их долговечности, сопровождаются сотнями циклов испытаний при знако­переменных воздействиях температур.

Предварительные исследования модифицированных углеродными наносистемами ком­позиционных строительных материалов показали значительную эффективность такой тех­нологии. Так, введение углеродных нанотрубок в состав традиционных строительных ком­позитов в пределах 0,0024 - 0,006 % от массы минерального вяжущего, используемого при приготовлении композита, позволяло повысить механические характеристики до трех раз, повысить показатель морозостойкость более чем в два раза, улучшить трещиностойкость

Целевые индикаторы (на период проведения проекта):

Показатели

Плановые значения по годам

2012 год

2013 год

2014 год

Количество планируемых к защите диссертаций, подготовленных в рамках реализации проекта, всего

1

1

1

      на соискание ученой степени кандидата наук

1

1

1

      на соискание ученой степени доктора наук

-

-

-

Количество публикаций:

                    в том числе:

18

20

22

монографии

1

1

1

учебники и учебные пособия

-

1

1

статьи в российских научных журналах из списка ВАК  

4

5

5

статьи в рецензируемых зарубежных журналах

2

2

3

другие статьи, тезисы докладов конференций

11

11

12

Количество заявок на получение охранных документов на результаты интеллектуальной деятельности, полученных в рамках реализации проекта

1

1

2

Объем привлеченного софинансирования (руб./% от средств субсидии)

1500000/100%

2350000/100%

2350000/100%

 

Обновлено 28.11.2012 15:00