жк днепропетровская 37 евродвушка
жк днепропетровская 37 евротрешка
жк днепропетровская 37 квартиры

Актуальное

Бетон будущего

За открытие наночастицы фуллерена в 1984 г. американским ученым спустя 12 лет присудили Нобелевскую премию по физике. Фуллерен – полая частица, похожая на оболочку футбольного мяча, состоящая из 20 шестиугольных углеродных циклов и 12 пятиугольных с общим количеством атомов углерода, равным шестидесяти, – стал знаковой фигурой нанотехнологий – НТ.

Сейчас в наибольших масштабах нанотехнологии используют в электронике, биологии, медицине, энергетике, охране природы, материаловедении. Но одна из самых многообещающих сфер применения НТ – производство строительных материалов нового поколения. Уже сегодня в мире при помощи НТ производят цемент, керамику, металлические сплавы, пластмассы, лакокрасочные и многие другие материалы с уникальными свойствами.

Однако в России таких производств почти нет. Наше государство только начинает обращать внимание на развитие нанонауки, тогда как в США, Японии и Европе она давно уже стала приоритетной. Отставание от того уровня внедрения нанотехнологий, которое уже сегодня существует на Западе, специалисты оценивают в 10–15 лет.

Проникновение в молекулу

Тем не менее российские ученые уже долгое время работают в сфере нанотехнологий. Опубликован ряд исследований по применению их в производстве стройматериалов, и в том числе бетона.

– Развивая идеи нанотехнологии на уровне современных знаний, задача повышения качества бетона как композита может быть решена за счет максимального использования энергетических возможностей цемента, резервы которого, как правило, используются не полностью, – считает петербургский ученый доктор технических наук, профессор Павел Комохов. – Это происходит в силу возникающих в твердеющей системе бетона внутренних напряжений, ограничивающих его расход.

Решение этой проблемы может быть достигнуто использованием добавок определенной природы. Такими свойствами могут обладать золи, имеющие коллоидный (нано-) размер частиц (1–100 нм) и характеризующиеся особыми свойствами фрактальной поверхности – высокой поверхностной энергией.

Павел Комохов называет три основных технологических способа использования наноструктур при производстве бетона:

· «сверху вниз» – диспергирование, измельчение, глазурирование и др.;

· «снизу вверх» – конденсация, объединение атомов, ионов, молекул, концепция «золь-гель»;

· применение природных фуллеренов как родственных структур нанотрубок – шунгит-шунгизит и др.

Ученый представляет экспериментальные данные, полученные по методу «золь-гель» на марке цемента Ц400 Д20. Согласно этим исследованиям использование 20%-й минеральной добавки доменного шлака позволяет получить бетон классом В90 и более в возрасте 28 суток. А в возрасте 56 суток класс бетона превышал В100.

Основная идея применения золя как добавки в бетон состоит в использовании структуры золя для создания дополнительного структурного элемента в бетонной смеси. Этот элемент представляет собой наночастицу оксида кремния, который со временем в результате реакции с Са(ОН)2 переходит в гидросиликат кальция и способствует сокращению количества пор от размера 1 нм и выше.

За счет этого в структуре бетона происходит заполнение пор частицами золя и продуктами его взаимодействия. Таким образом, использование добавок на наноуровне значительно повышает прочность и пластичность бетона.

Однако, по мнению профессора Комохова, о применении метода «золь-гель» на российских производствах говорить пока рано: ни технологически, ни морально они к этому не готовы.

Мельче частицы – больше бетона

На преодоление дефицита бетона некоторые специалисты смотрят пессимистично: из-за изношенности оборудования цементная промышленность не может увеличивать производство в тех объемах, какие нужны для интенсивно развивающейся строительной отрасли. Однако именно с помощью нанотехнологий ситуацию можно разрядить, считает В. А. Войтович, к. г. н. ННГАСУ, опубликовавший результаты исследований в области применения НТ в строительстве.

В частности, одна из его работ касается первого способа использования нанодобавок в бетоне – то есть измельчения. Для этого ученый предлагает организовывать домол портландцемента

перед его использованием до наноразмерных частиц. Таким образом увеличивается доля вещества, вступающего в реакцию с водой.

У обычного портландцемента, удельная поверхность которого около 3000 кв. см/г, в реакцию вступает лишь третья часть объема его частиц, преимущественно с поверхности, остальной объем выполняет в готовом изделии функцию инертного заполнителя. У домолотого цемента частицы реагируют с водой на 80–90% их объема. Следовательно, на получение заданного изделия цемента потребуeтся меньше.

– Кроме того, домолотый цемент обеспечивает получение более прочных бетонных изделий, – считает В. Войтович. – Это обстоятельство позволяет еще более снизить расход цемента. По-видимому, учитывая эти обстоятельства, в США домол цемента производится в больших масштабах, несмотря на отсутствие дефицита в нем.

В России еще 2–3 года назад идея домола цемента была бы обречена на провал. И не столько из-за отсутствия в то время дефицита в нем, сколько из-за того, что не было помольного оборудования, способного измельчать твердые частицы до наноразмеров. Теперь такое оборудование есть. Это планетарные мельницы.

Подсластим бетон

Еще одно направление, позволяющее экономить цемент, – добавление в него нанодисперсных модификаторов, особенно таких, которые являются отходами.

В мире уже около 30 лет, а в России – лет десять используют так называемый микрокремнезем, образующийся как отход при получении кремния и ферросилиции. Его введение в цементные смеси позволяет повысить прочность бетонов.

Получить нанодисперсный кремнезем некоторые ученые предлагают из геотермальных вод, которые в нашей стране начинают использовать для теплоснабжения. А при обработке известью сточных вод гальванического производства получается еще один полезный вид отходов – гальваношлам, который также можно использовать в качестве наномодификатора.

Удивительные сладкие добавки также предлагают взять на вооружение. Недавно ученые провели исследования по использованию в качестве заполнителя в пенобетонах отходов (дефекатов), образующихся в больших количествах на сахарных заводах при переработке сахарной свеклы.

Проведенные эксперименты показали, что пенобетон, содержащий сладкий дефекат, оказался более трещиностойким. Полученные блоки размерами 390х188х190 обладали плотностью 250 кг/м3 и прочностью 0,5 МПа, тогда как при использовании лишь цемента (М400 производства ОАО «Мордовцемент») прочность пенобетона не привышает 0,3 МПа.

Волшебный камень шунгит

Из всех предлагаемых учеными нанотехнологий быстрее всего развивается использование в производстве строительных материалов шунгита – природного минерала, содержащего в своем составе фуллереноподобные наночастицы. Шунгит – минерал, содержащий от 75 до 97% чистого углерода, получил свое название от местечка Шуньга на берегу Онежского озера, где впервые был обнаружен. В промышленных масштабах шунгит добывают только в Карелии, но его залежи обнаружены в Красноярском крае и в Казахстане.

Шунгит считается самостоятельным строительным материалом и может быть использован как наполнитель для производства электропроводящего бетона (именно таким свойством обладает эта порода), вспененных наполнителей для легких бетонов, для изготовления токопроводящей краски, для устройства наливных полов, материала для производства абсолютно инертных фильтров, очищающих воду и т. д.

Стоимость стройматериалов на основе шунгита (цемент, кирпич) в 3–4 раза выше обычной, но они обладают совершенно уникальным свойством – экранировать электромагнитные излучения высоких и сверхвысоких частот. Материалы на основе шунгита могут применяться в индивидуальном строительстве, а также при строительстве помещений, требующих защиты конфиденциальной информации.

Разработана рецептура бетонной смеси, из которой получается камень, стойкий к гамма-лучам. Такой бетон рекомендован исследователями для изготовления хранилищ радиоактивных отходов и отработанного ядерного топлива, и он уже применяется в этой сфере.

Опытно-промышленный участок по производству шунгитовой крошки был сооружен в Москве еще два года назад. В Нижегородской области на Пешеланском гипсовом заводе «Декор-1» налажено производство пазогребневых гипсовых плит, содержащих шунгит для устройства радионепрозрачных перегородок.

В составе петербургской промышленно-строительной группы «Альфа-Пол» создан Испытательный исследовательский центр защиты от электромагнитных полей. Предприятие выпускает сухие строительные смеси, предназначенные для изготовления штукатурок и покрытий пола, предохраняющих от проникновения в помещения или из него электромагнитных излучений.

Начинаются первые попытки производства наиболее перспективных разновидностей фуллеренов – нанотрубок, несмотря на то что это еще очень дорого. Экспериментально доказано, что использование нанотрубок для приготовления цементных пенобетонов значительно повышает их физико-механические свойства, а затраты на добавку с лихвой компенсируются возможностью экономить цемент.

Подготовила Светлана Ивачева

Другие материалы по теме

Другие материалы по теме не найдены.
X