А.А. Свистунова,
Студентка ЭУИС 3-8
Научный руководитель-проф. М.В.Фомина
Современное состояние и перспективы применения фулероидных наноструктур в цементных композициях
Исследование современных тенденций внедрения новых строительных технологий и материалов в развитых странах мира позволяет утверждать, что основой внедрения в практику на ближайшие 10-20 лет станут материалы и технологии, полученные на основе достижений и разработок нанотехнологий. нанотехнологий. Ученые прогнозируют что к 2015 году стоимость нанотехнологической продукции в общемировом промышленном производстве должна составить 1 трлн. долларов. Быстрое развитие нанотехнологий, во- первых предполагает использование достигнутых результатов фундаментальных исследований в прикладных областях строительной науки, а во- вторых- само развитие нанотехнологий невозможно без новых подходов к проектированию и строительству объектов.[1]
И правда, производство нанотрубок или любых других нано- объектов невозможно разместить в зданиях, предназначенных для стандартных промышленных производств. Производственные нанотехнологии ставят необычные задачи перед и строителями всех специальностей. Строгие физико- механические требования -ставят новые требования к проектированиюзданий,их конструктивному и объемно-планировочному решениям, а также к выбору материалов и технологий, применяемых при возведении зданий. [2]
Большие возможности открывает применение в технологии бетона наноматериалов. Это вещество с размером от 0,1 до 100 нм, в которых изменение размеров частиц приведет к возникновению нового качества материала. Технология получения таких частиц и дальнейшая работа с ними относится к нанотехнологиям. Наночастицы содержаться в ряде минерального сырья для бетона и возникают в процессе его приготовления. В производстве бетона используют различные дисперсные порошкообразные материалы. Если их использовать в комплексе при формировании структуры бетона, то можно получить очень плотную и прочную структуру материала. Очень важно применение не столько разного по размерам сырья, а использование материалов, способных к взаимодействию друг с другом, которые создают плотную и прочную
контактную зону на поверхности частиц твердой фазы. Для бетона и порошковых строительных композитов гидратационного твердения уже используют наноматериалы: наносиликаты, фуллерены и другие.[3]
Важная задача стоит перед строительной отраслью-создания новых материалов, таких как особо прочные, легкие , устойчивые в агрессивных средах бетоны для применения в высотном и промышленном строительстве, в оборонных целях; добавок, расширяющих возможности применения местного сырья в строительстве зданий, сооружений, дорог. Бетон является уникальным материалом, формирование которого развивается на молекулярном и субмолекулярном уровне, т. е. на уровнях нанодисперстных систем и их композиций. На всех этапах его производства от затворения до строуктурно-химической деградации в бетоне происходят молекулярные обменные процессы, вызванные метастабильностью слагающих его компонентов и реагирующих на внешние воздействия окружающей среды. [2]
В настоящее время в России ведутся разработки в области строительного материаловедения на базе нанотехнологий. И на данный момент достигнуты определенные успехи.
Как сообщает Nano News Net ,российские ученые из Санкт-Петербурга ,Москвы и Новочеркасска создали новый бетон, который превосходит обычный по всем параметрам. Этот бетон очень прочный, сверхлегкий и легко переносит перепады температур . Он разработан с применением нанотехнологий. Специальные добавки — наноинициаторы -значительно улучшают его физические качества. Прочность нанобетона на 150% выше прочности обычного, морозостойкость выше на 50 %,а вероятность появления трещин в три раза ниже. Особого внимания требует то, что вес конструкции, изготовленной из такого бетона, снижается приблизительно в 6 раз. Строительство новых объектов с помощью этого бетона становится в 2-3 раза дешевле. [4]
Сейчас новый нанобетон используется в строительстве моста через Волгу в городе Кимры, которое будет завершено в ближайшее время. Объемный вес наномодифицированного бетона составил 1,5 т/м, в то время как обычный бетон имеет объемный вес 2,4 т/м. В состав наномодифицированного бетона вводятся микросферы ,базальтовая микрофибра и нанодисперсный модификатор. Еще в 2007 г. на межрегиональной конференции в международном деловом центре «Нептун» в Санкт-Петербурге тему применения современных пенобетонов в
строительстве обсуждали ученые, ведущие специалисты и руководители компаний. На этой конференции самой актуальной темой был нанобетон, перспективы его применения. Отмечалось ,что новейшие нано материалы которые входят в состав минеральных вяжущих веществ позволяют управлять физико- механическими свойствами и подвижностью бетонных смесей. На этой конференции также говорилось об использовании в пенобетонах базальтовой микрофибры, модифицированной нанодобавками фуллероидов.[5]
Также 23-26 апреля на территории московского выставочного комплекса ЗАО «Экспоцентр» проходил 8 Международный форум «Высокие технологии 21-ого века»(«ВТ ХХI -2007»). В числе направлений реализаций нанотехнологических проектов- здравоохранения, ракетно-космическая отрасль, автономная энергетика, морской и воздушный транспорт, ЖКХ. Формирование благоприятного инвестиционного климата для комплексных капиталовложений в нанотехнологии возможно и в рамках СНГ, что послужит стимулом инновационного и интеграционного развития региона. Подробное рассмотрение вопросов развития наноиндустрии состоялось на секционном заседании «Микро- и нанотехнологии: приоритетные направления и актуальные разработки» В докладе отмечено, что взаимосвязь вопросов, поднимавшихся при создании и внедрении в серийное производство МНТ, повышает ответственность специализированных изданий, разъяснявших становление и развитие отечественной наноиндустрии.[6] Усовершенствование традиционных материалов наноструктурами приводит к созданию новых материалов с повышенными эксплуатационными параметрами.[5]
Так же за рубежом удалось создать высокоподвижные высокомарочные смеси при полном сохранении прочностных свойств бетона, хорошей морозостойкости и водонепроницаемости, но при этом достигается существенное сокращение его себестоимости.[5]
Нанодисперсное армирование пенобетонов. В качестве высокопрочной дисперсной арматуры при изготовлении бетона используют разработанные углеродные нанотрубки. Они используются в композиционных кристаллогидратных материалах для улучшения физико- химических свойств цементных безавтоклавных пенобетонов. При усовершенствовании цементных пенобетонов добавкой углеродных нанотрубок теплопроводность пенобетона понижается на 20 % , его механиче
ская прочность повышается в 1,7 раза, структура пенобетона стабилизируется по размерам пор, а его средняя плотность снижается. [7]
Из выше сказанного делаем вывод, что использование углеродных нанотрубок для приготовления цементных пенобетонов позволяет повысить физико-механические свойства пенобетона. Отмечено также повышение однородности структуры пор, отсутствие фильтрации стенок пор в пенобетоне. Возможна экономия портландцемента при производстве пенобетона с добавлением ультрадисперсной арматуры на основе углеродных нанотрубок при сохранении проектной прочности нанобетона.[7]
Однако по заявлениям ведущих российских и зарубежных ученых в области нанотехнологий сдерживающим фактором для успешной разработки и многотонажного производства строительных наноматериалов и использования нанотехнологий является отсутствие достоверных сведений о закономерностях, действующих непосредственно в процессе их изготовлении и эксплуатации, динамике структурных изменений, напряженного состояния деформируемых миктро-, мезо- и мактрообъемов. Обычно используемые методы исследования наноструктур здесь не применимы – они позволяют лишь фиксировать конечный результат.[5]
Россия отличается от зарубежных стран в области развития нонтехнологий. Особый вклад в исследования вносят некоторые промышленные компании. Их разработки основываются на фундаментальных исследованиях крупных научных центров.
В настоящее время российские строительные компании не в состоянии инвестировать научные исследования в одиночку, хотя и понимают необходимость этого. Поэтому нужно вкладываться в создание инфраструктуры, которая будет доступна как для разработчиков, так и для потребителей новых строительных материалов и технологий. Но тем не менее уже первые результаты научных исследований и разработок в области нанотехнологий и наноматериалов являются одними из наиболее значительных достижений современной науки. Эти материалы широко используются и занимают достойное место.[5]
Список литературы.
- Е.А.Король.,А.П.Пустовгар МГСУ.Проблемы применения нанотехнологий в строительстве //Сборник докладов участников круглого столя «Наносистемы в строительстве и производстве строительных материалов».-2007.-C.51-53.
- В.В.Рамнев. МГСУ. Основные направления внедрения внедрения нанотехнологий и наносистем в строительстве //Сборник докладов участников круглого столя «Наносистемы в строительстве и производстве строительных материалов».-2007.-С.81.
- Ю.М. Баженов. МГСУ. Нанотехнологии в строительстве и производстве строительных материалов //Сборник докладов участников круглого столя «Наносистемы в строительстве и производстве строительных материалов».- 2007.- C.12-13.
- Фиговский О.Л.,Бейлин Д.А.,Понамарев А.Н.Успехи применения нанотехнологий в строительных материалах // Нанотехнологии в строительстве: научный Интернет-журнал. 2012. № 3. С.6-12.
- Е.А.Король., М.С.Хлыстунов. МГСУ. Перспективы и проблемы применения нанотехнологий строительстве //Сборник докладов участников круглого столя «Наносистемы в строительстве и производстве строительных материалов».-2007.- С.6-9.
- Л.Раткин.Приоритетные направления и актуальные разработки в микро- и анотехнологиях на VIII Международном форуме «Высокие технологии XXI века» //Журнал: Ноноиндустрия.- 2007.-№3.- С.16-21.
- Г.И. Яковлев. Нанодисперстная арматура в цементном бетоне //Журнал: Технологии бетонов .- 2006.-№3.- С.68-71.
Автор публикации
