By this author

Ice reinforced with aerogels from nano/microfibrillated cellulose

Issue number 1 from 01.02.2025

В статье предложен новый подход для повышения прочности льда, заключающийся в формировании ледяных нанокомпозитов простым замораживанием аэрогелей из нано/микрофибриллярной целлюлозы, предварительно наполненных водой. Предложенное решение позволяет устранить основной недостаток льда – хрупкость, ограничивающую его использование в качестве строительного материала, основы дорог и переправ в зимнее время в труднодоступных северных регионах с продолжительной зимой. В настоящее время укрепление достигается за счет введения различных добавок – опилок, полимеров, бумаги, кремнезема, базальтовых волокон. Однако формирование таких ледяных композитов является трудоемким процессом, так как часто проводится последовательным намораживанием ряда слоев, в которых макродисперсии оседают, плохо смачиваются, что приводит к формированию механически менее прочных гетерогенных структур. Предложенный подход отличается простотой, так как заключается в одностадийном заполнении пор водой в легко смачиваемой гидрофильной аэрогельной матрице, образованной из однородной трехмерной сетки многочисленных нано/микрофибрилл. целлюлозы. Аэрогели характеризуются небольшим удельным весом (0.1–0.001 г см^–3) и большим объемом (до 99 об. %) взаимосвязанных пор. Установлено, что механические свойства нанокомпозитов на участке упругой деформации определяются льдом. Упрочнение льда аэрогелями обусловлено изменением механизма разрушения от хрупкого к пластичному. В отличие от льда, раскалывание которого на части происходит через хрупкое растрескивание по сформировавшимся макротрещинам, в ледяных нанокомпозитах образуются микротрещины, развитию которых препятствует трехмерная сетчатая структура из нано/микрофибриллярной целлюлозы. Постепенно нарастающее их число приводит к локальным растрескиваниям, а после достижения критического уровня к разрушению материала.

6 0