vestniktgasuВестник Томского государственного архитектурно-строительного университетаVestnik Tomskogo gosudarstvennogo arkhitekturno-stroitel'nogo universiteta. JOURNAL of Construction and Architecture1607-18592310-0044Tomsk State University of Architecture and Building10.31675/1607-1859-2024-26-6-133-145MWDHCVvestniktgasu-1923Research ArticleСТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯCONSTRUCTION MATERIALS AND PRODUCTSТерагерцовая спектроскопия строительных материаловTerahertz Spectroscopy of Construction Materialshttps://orcid.org/0000-0001-9439-1994СаркисовЮ. С.SarkisovYu. S.

Саркисов Юрий Сергеевич, докт. техн. наук, профессор

634003, г. Томск, пл. Соляная, 2

Yuriy S. Sarkisov, DSc, Professor

2, Solyanaya Sq., 634003, Tomsk

sarkisov@tsuab.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6237-4353ГорленкоН. П.GorlenkoN. P.

Горленко Николай Петрович, докт. техн. наук, профессор

634003, г. Томск, пл. Соляная, 2

Nikolay P. Gorlenko, DSc, Professor

2, Solyanaya Sq., 634003, Tomsk

gorlen52@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3657-2273СаркисовД. Ю.SarkisovD. Y.

Саркисов Дмитрий Юрьевич, канд. техн. наук, доцент

634003, г. Томск, пл. Соляная, 2

Dmitry Y. Sarkisov, PhD, A/Professor

2, Solyanaya Sq., 634003, Tomsk

milandd@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3621-3836ЗубковаО. А.ZubkovaO. A.

Зубкова Ольга Александровна, канд. техн. наук, доцент

634003, г. Томск, пл. Соляная, 2

Olga A. Zubkova, PhD, A/Professor

2, Solyanaya Sq., 634003, Tomsk

zubkova0506@mail.ruТомский государственный архитектурно-строительный университетРоссияTomsk State University of Architecture and BuildingRussian Federation202402012025266133145Copyright © Саркисов Ю.С., Горленко Н.П., Саркисов Д.Ю., Зубкова О.А., 20252025Саркисов Ю.С., Горленко Н.П., Саркисов Д.Ю., Зубкова О.А.Sarkisov Y.S., Gorlenko N.P., Sarkisov D.Y., Zubkova O.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.tsuab.ru/jour/article/view/1923

Актуальность. Импульсная терагерцовая спектроскопия получила широкое распространение в научных исследованиях быстропротекающих процессов в различных структурах на нано-, мезо- и макроуровнях. В строительных технологиях терагерцовое излучение до самого последнего времени практически не применялось. С развитием теории и практики терагерцовой спектроскопии ее способы могут успешно дополнять классические методы физико-химического анализа строительных материалов различного технического назначения, особенно теплоизоляционных в широком диапазоне плотности и электроизоляционных свойств. Наиболее актуальны данные исследования в настоящее время в связи с разработкой составов и технологий эффективных теплоизоляционных материалов на основе отходов целлюлозно-бумажной промышленности, в том числе различных видов некондиционного сырья.Цель работы – обосновать применение терагерцовой спектроскопии в изучении механизмов формирования структур твердения строительных материалов различной природы.Методы. При проведении исследований для изучения механизма протекающих процессов использован метод терагерцовой спектроскопии и структурно-механические методы анализа.Результаты. Установлено, что наиболее высокими эксплуатационными характеристиками обладает система на основе модифицированного полиуретана и бумажного наполнителя. Показано, что наиболее сильное поглощение терагерцового излучения в исследуемых образцах наблюдается в области частот выше 1–2 ТГц.По результатам проведенных исследований сделан вывод о существовании корреляции между величиной теплопроводности и коэффициентом поглощения образца.

Pulsed terahertz spectroscopy is widely used in scientific research of fast processes in various structures at nano-, meso- and macrolevels. Terahertz radiation has not been not applied in construction technologies until very recently. With the development of terahertz spectroscopy, it successfully complements classical methods of physical and chemical analysis of building materials for various engineering purposes, especially for heat-insulating materials in a wide range of density and electrical insulating properties. These studies are currently relevant for the development of compositions and technologies of effective thermal insulation materials based on wastes of the pulp and paper industry, including various types of substandard raw materials.Purpose: The aim of the work is to substantiate the application of terahertz spectroscopy in studying the formation of curing structures of building materials of different nature.Methodology: Terahertz spectroscopy and strength analysis to study ongoing processes.Research findings: It is found that the system based on modified polyurethane and paper filler, has the highest performance characteristics. It is shown that the highest absorption of terahertz radiation in the samples occurs in the frequency range above 1 to 2 THz.

терагерцовая спектроскопиястроительные материалытеплоизоляционные материалыполиуретановые полимерыкартон типа МС-5Бнаноразмерные добавкипрочностьводостойкостьплотностьterahertz spectroscopybuilding materialsthermal insulationpolyurethane polymersMS-5 cardboardnanoscale additivesstrengthwater resistancedensityReferencesMonte M. C., Fuente Е., Blanco А., Negro С. Waste management from pulp and paper production in the European Union // Review Waste Manag. 2009. P. 293–308. URL: https://doi.org/10.1016/j.wasman.2008.02.002Monte M.C., Fuente Е., Blanco А., Negro С. Waste Management from Pulp and Paper Production in the European Union. Waste Management. 2009; 29 (1): 293–308. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2008.02.002Эковата – утеплитель из бумаги. Особенности, характеристики и свойства. URL: https://ekovata-msk.ru/stati/ekovata-uteplitel-iz-bumagi/ (дата обращения: 17.06.2024).Ecowool – insulation made of paper. Features, characteristics and properties Available: https://ekovata-msk.ru/stati/ekovata-uteplitel-iz-bumagi/ (accessed June 17, 2024).Bang J., Choi H.Y., Ahn K.-S., Yeo H., Oh. J.-K., Kwak H.W. Sustainable cellulose nanofiber/hydrophobic silica nanoparticle coatings with robust hydrophobic and water-resistant properties for wood substrates // Appl. Surf. Sci. 2024. V. 654. 159419. URL: https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2024.159419Bang J., Choi H.Y., Ahn K.-S., Yeo H., Oh. J.-K., Kwak H.W. Sustainable Cellulose Nanofiber/Hydrophobic Silica Nanoparticle Coatings with Robust Hydrophobic and Water-Resistant Properties for Wood Substrates. Applications of Surface Science. 2024; 654: 159419. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2024.159419Kunam P.K., Anushikha, Gaikwad K.K. Water resistant paper based on natural rubber latex from Hevea brasiliensis andbutyl stearate hydrophobic coating for packaging applications // Industrial Crops and Products. 2023. V. 205. 117480. URL: https://doi.org/org/10.1016/j.indcrop.2023.117480Kunam P.K., Anushikha, Gaikwad K.K. Water Resistant Paper Based on Natural Rubber Latex from Hevea Brasiliensis and Butyl Stearate Hydrophobic Coating for Packaging Applications. Industrial Crops and Products. 2023; 205: 117480. https://doi.org/org/10.1016/j.indcrop.2023.117480Иванова Н.В. Математическая обработка ИК-спектра // Журнал прикладной спектроскопии. 1989. 51. № 2. С. 301–306.Ivanova N.V. Mathematical Processing of IR Spectrum. Journal of Applied Spectroscopy. 1989; 51 (2): 301–306.Moghadam S.G., Momen G., Bakhshandeh E., Jafari R. To be or not to be a hydrophobic matrix? The role of coating hydrophobicity on anti-icing behavior and ions mobility of ionic liquids // Chemical Engineering Journal. 2024. V. 485. 149696. URL: https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.149696Moghadam S.G., Momen G., Bakhshandeh E., Jafari R. To Be or Not to Be a Hydrophobic Matrix? The Role of Coating Hydrophobicity on Anti-Icing Behavior and Ions Mobility of Ionic Liquids. Chemical Engineering Journal. 2024; 485: 149696. https://doi.org/org/10.1016/j.cej.2024.149696Варепо Л.Г. Исследование свойств бумаги методом ИК-спектроскопии // Фундаментальные исследования. 2007. Т. 12. С. 463–464. URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=4369 (дата обращения: 29.04.2024).Varepo L.G. Study of Paper Properties by IR Spectroscopy. Fundamental'nye issledovaniya. 2007; 12: 463–464. (In Russian)Ешбаева У.Ж., Джалилов А.А. ИК-спектроскопические исследования свойств бумаг со связующими полимерами // Universum: технические науки. 2022. № 1 (94). URL: https://doi.org/10.32743/UniTech.2022.94.1.12936 (дата обращения: 08.06.2024).Eshbaeva U.Zh., Dzhalilov A.A. IR Spectroscopic Studies of the Properties of Papers with Polymer Binders. Universum: tekhnicheskie nauki. 2022; (94) 1. (In Russian)Михалева М.Г. Суперспирализованные анизометрические фазы в системах биомиметиков и целлюлозе : специальность 03.01.02 : диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. Москва, 2017. 135 с.Mikhaleva M.G. Supercoiled Anisometric Phases in Biomimetic Systems and Cellulose. PhD Thesis. Moscow. 2017. 135. 16 p. (In Russian)Grunin Y.B., Grunin L.Yu., Schiraya V.Yu., Ivanova M.S., Masas D.S. Cellulose–water system’s state analysis by protonnuclear magnetic resonance and sorption measurements// Bioresources and Bioprocessing. 2020. V. 7. № 1. P. 1–11. URL: https://doi.org/10.1186/s40643-020-00332-8Grunin Y.B., Grunin L.Yu., Schiraya V.Yu., Ivanova M.S., Masas D.S. Cellulose Water System’s State Analysis by Protonnuclear Magnetic Resonance and Sorption Measurements. Bioresources and Bioprocessing. 2020; 7 (1): 1–11. https://doi.org/10.1186/s40643-020-00332-8. (In Russian)Abina A., Puc U., Jeglič A., Zidanšek A. Applications of terahertz spectroscopy in the field of construction and buildingmaterials // Appl. Spectrosc. Rev. 2014. V. 50. № 4. P. 279–303.Abina A., Puc U., Jeglič A., Zidanšek A. Applications of Terahertz Spectroscopy in the Field of Construction and Building Materials. Applied Spectroscopy Reviews. 2014. 50 (4): 279–303.Abina A., Puc U., Jeglič A., Zidanšek A. Structural characterization of thermal building insulation materials using terahertzspectroscopy and terahertz pulsed imaging // NDT & E Int. 2016. V. 77. P. 11–18. DOI: 10.1016/j.ndteint.2015.09.004Abina A., Puc U., Jeglič A., Zidanšek A. Structural Characterization of Thermal Building Insulation Materials using Terahertz Spectroscopy and Terahertz Pulsed Imaging. NDT&E International. 2016; 77: 11–18. DOI: 10.1016/j.ndteint.2015.09.004Jepsen P.U., Cooke D.G., Koch M. Terahertz spectroscopy and imaging – Modern techniques and applications // Las. Phot.Rev. 2011. V. 5. № 1. P. 124–166. URL: https://doi.org/10.1002/lpor.201200505Jepsen P.U., Cooke D.G., Koch M. Terahertz Spectroscopy and Imaging–Modern Techniques and Applications. Laser and Photonics Reviews. 2011. 5 (1): 124–166. https://doi.org/10.1002/lpor.201200505Yang Y., Wu T.V., Sempey A., Pradere C., Sommier A., Batsale J.-C. Combination of terahertz radiation method and thermal probe method for non-destructive thermal diagnosis of thick building walls // Energy Build. 2018. V. 158. P. 1328–1336. URL: https://doi.org/org/10.1016/j.enbuild.2017.11.029Yang Y., Wu T.V., Sempey A., Pradere C., Sommier A., Batsale J.-C. Combination of Terahertz Radiation Method and Thermal Probe Method for Non-Destructive Thermal Diagnosis of Thick Building Walls. Energy and Buildings. 2018. 158: 1328–1336. https://doi.org/org/10.1016/j.enbuild.2017.11.029

The authors declare that there are no conflicts of interest present.