Теоретические предпосылки исследований пористого сырья в составе асфальтобетона

Отрасль дорожно-строительного материаловедения можно по праву считать одной из самых материалоёмких. Прибавляя к этому большую территорию страны, различия в климатических, геологических и экономических условиях в различных регионах, имеем серьёзный дефицит качественных дорожно-строительных материалов в большинстве субъектов Российской Федерации.

Данный дефицит обусловлен, в первую очередь, отсутствием или дороговизной качественного сырья, используемого для получения строительных материалов, в том числе, органоминеральных композитов. Поэтому, зачастую дорожники в ряде регионов страны вынуждены использовать местное, как правило, низкокачественное или вовсе некондиционное сырьё при производстве асфальтобетонных смесей. В ход идёт всё, начиная от низкомарочного щебня, заканчивая инертной пылью электрофильтров металлургического производства в качестве минерального порошка. В результате, получаемые из таких смесей асфальтобетоны обладают низкими физико-механическими показателями свойств. А учитывая повсеместные нарушения в технологии укладки смесей, которые накладываются на изначально низкое их качество, получаемые покрытия позволяют, разве что, дифференцировать грунтовые автомобильные дороги и дороги с твёрдым покрытием.

Исходя из вышеизложенного, поиск и изучение альтернативных сырьевых материалов, пригодных для использования в качестве компонентов в асфальтобетонных смесях, является важной научно- практической задачей, решение которой для многих регионов страны даст дорожникам возможность осмысленного выбора материалов для получения качественных органоминеральных композитов. Учитывая важную роль минерального порошка в асфальтобетонной смеси [2-3, 18, 30, 39-40, 70], поиск сырья, пригодного для замены карбонатных наполнителей, являющихся во многих регионах привозными, можно определить приоритетной задачей.

В настоящее время, большое число работ различных научных школ [41-46, 56-62, 65-67] посвящено исследованию пористых дисперсных материалов, рассматриваемых в качестве минеральных порошков для асфальтобетонных смесей. Многие исследователи отмечают положительные эффекты при использовании пористых наполнителей, заключающиеся в увеличении температурного интервала работы асфальтобетона, повышении его сдвиго- и теплостойкости, а также, в некоторых случаях, и коррозионной стойкости.

На наш взгляд, отдельного внимания заслуживают цеолитсодержащие горные породы, представленные зачастую туфами различных месторождений [71-74]. Наличие уникальных свойств цеолитов [48] в последнее время инициировало процесс активного их использования и изучения. Они применяются в промышленности нефти и газа, в химической промышленности, в качестве эффективных адсорбентов различных веществ, а также в сельском хозяйстве [75-81]. В публикациях зарубежных исследователей [82-87] всё чаще рассматриваются синтетические цеолиты, их применение в качестве сорбентов радиоактивных веществ, для молекулярного разделения и очистки газовых смесей.

Рассматривая передовой опыт зарубежных научных школ, в последнее время цеолиты получают всё большее распространение в области наноматериалов. Дело в том, что высокая пористость алюмосиликатного каркаса цеолитов обусловлена развитой системой каналов, входные отверстия которых имеют строго нормированный для конкретного типа цеолита размер. В среднем, размеры входных окон колеблются от 0,3 до 1 нм. Эта особенность позволяет использовать цеолиты в качестве молекулярных сит, позволяющих, например, задерживать молекулы, размеры которых меньше размера входного окна молекулярного сита, и отбросить молекулы другого вещества, большие по размерам.

Химикам, работавшим под руководством Доминика Эдера (Dominik Eder) удалось разместить фрагменты графена в порах титаносиликатного цеолита TS-1 (рис. 1). Цеолиты представляют собой большую группу близких по составу и свойствам минералов, из подкласса каркасных силикатов. Отличительной чертой цеолитов является их пористое строение и высокое значение площади поверхности. Это свойство делает цеолиты идеальными кандидатами для создания каталитических систем. Внедрение титана в каркас цеолита придаёт цеолитам новое свойство - фотокаталитическую активность.

Титаносиликатный цеолит TS-1

Рис. 1. Титаносиликатный цеолит TS-1

Гибридизация графена с титансодержащими цеолитами увеличивает их фотокаталитическую активность. Графен, один из наиболее изучаемых в настоящее время материалов, отличается исключительными физическими свойствами, в том числе и способностью принимать электроны в результате фотовозбуждения. Ранее ряд гибридных материалов типа «наносистема- неорганическое вещество» уже продемонстрировали перспективные

фотокаталитические свойства, однако о фотокаталитически активных гибридах типа «графен-неорганическое вещество» практически не сообщалось.

Эдер поясняет, что исследователи из его группы впервые смогли провести гибридизацию графена с цеолитом, при этом полученная гибридная система характеризуется беспрецедентным увеличением фотокаталитической активности, значительно превосходя, например, ранее полученные фотокатализаторы на основе гибридного материала «нанотрубки-цеолит

TS-1». Также было изучено, каким образом графен влияет на морфологию частиц цеолита, их форму и архитектуру пор.

Рассел Хоув (Russell Howe) из Университета Абердина, эксперт по проявляющим фотокаталитическую активность титаносиликатам отмечает, что самым значительным результатом исследования Эдера является значительное влияние, которое оказывает графен на размеры и морфологию кристаллов цеолита TS-1. Он добавляет, что производительность новой фотокаталитической системы значительно превышает использующуюся в качестве стандарта активность фотокаталитической системы на основе оксида титана Р25, и лишь небольшое количество существующих в настоящее время фотокаталитических систем превосходят её по производительности.

Также, в работах [88, 89] освещается возможность создания наноразмерной оболочки вокруг частицы вещества на основе эффекта нанокапсулирования. Это позволяет кардинально повысить физико- механические свойства материала, а также придать ему ряд новых, уникальных характеристик. Так, например, при исследовании нанокапсуляции цементных зёрен, отмечается повышение марочной прочности, снижение гидрофильности, увеличение сроков хранения без потери исходных показателей качества.

В работах [90-92] рассмотрено применение наноразмерных добавок и модификаторов для повышения качества сырьевых компонентов, используемых для приготовления асфальтобетонных смесей.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >