Надо – значит «нано»
27.04.2008
Курс на инновационный путь развития, который задан руководством страны, не может обойти стороной и строительную отрасль. Одним из символов грядущего процветания считаются нанотехнологии. Повысить с их помощью эксплуатационные качества бетонов – весьма заманчивая задача.
Используя наноматериалы, специалисты учатся управлять набором свойств бетонных строительных композиций.
Дорогое удовольствие
Нанобетон, по мнению специалистов, вряд ли можно считать каким-то определенным устоявшимся составом. Он может иметь в своей основе различные минеральные вяжущие – вовсе не обязательно цементные, например кислотно-зольные, на основе гипсов и т.д. Объединяет все разновидности нанобетонов обладание свойствами, заданными их особой структурой, создаваемой на наноуровне. Несмотря на то что работы по разработке таких рецептур и технологий ведутся во всем мире достаточно активно и начались они «не вчера», вопросов пока остается больше, чем готовых решений. Сейчас одним из самых актуальных операционных переходов в технологии нанобетонов считается использование процесса самоформирования цементного камня (в цементных бетонах). Этот процесс запускается специально вводимыми в состав бетона наночастицами-наноинициаторами. Кроме задачи по «обузданию» развития цементного камня при созревании бетона, также принципиальным является обеспечение равномерного распределения наночастиц-инициаторов в объеме бетонов. При этом сам выбор наиболее эффективных нанодобавок должен основываться на результатах объемных экспериментальных исследований или на корректном моделировании закономерностей. Объем такой информации еще далек от исчерпывающей. Нельзя игнорировать и финансовую составляющую, так как исключительно высокая стоимость собственно наноматериалов может поставить под сомнение экономическую целесообразность практического использования нанобетонов.
И все-таки, хотя отсутствует пока рентабельное тоннажное производство фуллеренов и углеродных нанотрубок, их свойства (в том числе и по механической прочности протяженных структур в сотни ГПа) вызывают у специалистов исключительно высокий интерес. Пока акцент делается на подробном анализе физических свойств протяженных углеродных наноструктур.
ОптимистиЧные прогнозы
Фуллерены и фуллереноподобные материалы (фуллероиды) представляют собой гигантские каркасные однослойные либо многослойные молекулы, составленные из сочетания углеродных гексагонов и пентагонов. При этом размеры фуллероидов (диаметр фуллерена С-60-0,67 нМ, характерные диаметры нанотрубок – 1-3 нМ для однослойных, 10-40 нМ – для многослойных, размеры астраленов колеблются от 30 до 150 нМ) позволяют отнести их к ряду классических наноматериалов, от применения которых в ближайшем будущем столь многое ожидается. Анизотропия и высокие механическая и термодинамическая устойчивость формы большинства фуллероидов определяют стабильность одноосной, либо двухосной анизотропии их свойств. А их весьма значительные, по сравнению с обычными органическими молекулами, размеры (измеряемые десятками и сотнями нМ) предопределяют их способность превращаться во внешних полях в аномально большие диполи. Фуллероидные наночастицы, располагаясь на поверхностях фрагментов наполнителя в поляризованном состоянии, направленно воздействуют на процесс гидратации минеральных вяжущих, формируя при этом фибрилярные микроструктуры уже многомикронного порядка. Отечественные специалисты предпринимают исследования с целью тщательного анализа величины и динамики изменения физико-механических характеристик получаемого таким образом строительного материала. Так, удалось зафиксировать, что оптимизируя концентрацию фуллероидов в водном коллоиде, для полномасштабных тестовых образцов низкомарочных строительных бетонов с заполнителем фракции 5-10 мм, прочность на сжатие (определяемой по ГОСТ 10180) возросла на 12-16 процентов относительно контрольных серий. Хотя значение величины этого упрочнения относительно невелико, но статистически достоверно и связано исключительно со структурными изменениями цементного камня. Справедливость подобного вывода основывается на том факте, что для бетонов на более крупном заполнителе (щебень с фракциями 20-40 мм) достигаемое упрочнение не превышает 5 процентов. При этом для низкомарочных мелкозернистых бетонов, в которых прочность определяется не параметрами заполнителя, а в основном свойствами цементного камня, упрочнение может быть двукратным, а для высокомарочных составляет 20-30 процентов от исходной прочности. Наиболее вероятным направлением, на котором можно ожидать скорых практических результатов (в промышленном объеме) по внедрению упомянутых методов наноструктурирования бетонов, специалисты считают производство наноструктурированных пено- и газобетонов (ячеистых нанобетонов). Подобные оптимистические прогнозы специалисты делают, исходя из результатов экспериментальных работ по получению стандартных блоков из ячеистого нанобетона плотностью с 300-800 кГ/куб. м. Например, удалось зафиксировать, что модификация и дисперсное армирование таких композиций позволила заметно увеличить долю качественных блоков в условиях реального производства, благодаря существенному повышению их трещиностойкости и прочности на сжатие, сокращению производственного цикла, а также снижению плотности пенобетона на 8-10 процентов при одновременном повышении физико-механических показателей.
Вообще специалисты отмечают, что чем выше класс бетона (то есть чем больше при его производстве используется цемента), тем выгоднее применение наномодификаторов, так как они позволяют снизить расход цемента, а следовательно, и себестоимость бетона (до 30 процентов). Кроме того, с помощью нанодобавок можно создавать высококачественные бетоны даже при низком качестве цемента.
Автор: Андрей Мельников
Используя наноматериалы, специалисты учатся управлять набором свойств бетонных строительных композиций.
Дорогое удовольствие
Нанобетон, по мнению специалистов, вряд ли можно считать каким-то определенным устоявшимся составом. Он может иметь в своей основе различные минеральные вяжущие – вовсе не обязательно цементные, например кислотно-зольные, на основе гипсов и т.д. Объединяет все разновидности нанобетонов обладание свойствами, заданными их особой структурой, создаваемой на наноуровне. Несмотря на то что работы по разработке таких рецептур и технологий ведутся во всем мире достаточно активно и начались они «не вчера», вопросов пока остается больше, чем готовых решений. Сейчас одним из самых актуальных операционных переходов в технологии нанобетонов считается использование процесса самоформирования цементного камня (в цементных бетонах). Этот процесс запускается специально вводимыми в состав бетона наночастицами-наноинициаторами. Кроме задачи по «обузданию» развития цементного камня при созревании бетона, также принципиальным является обеспечение равномерного распределения наночастиц-инициаторов в объеме бетонов. При этом сам выбор наиболее эффективных нанодобавок должен основываться на результатах объемных экспериментальных исследований или на корректном моделировании закономерностей. Объем такой информации еще далек от исчерпывающей. Нельзя игнорировать и финансовую составляющую, так как исключительно высокая стоимость собственно наноматериалов может поставить под сомнение экономическую целесообразность практического использования нанобетонов.
И все-таки, хотя отсутствует пока рентабельное тоннажное производство фуллеренов и углеродных нанотрубок, их свойства (в том числе и по механической прочности протяженных структур в сотни ГПа) вызывают у специалистов исключительно высокий интерес. Пока акцент делается на подробном анализе физических свойств протяженных углеродных наноструктур.
ОптимистиЧные прогнозы
Фуллерены и фуллереноподобные материалы (фуллероиды) представляют собой гигантские каркасные однослойные либо многослойные молекулы, составленные из сочетания углеродных гексагонов и пентагонов. При этом размеры фуллероидов (диаметр фуллерена С-60-0,67 нМ, характерные диаметры нанотрубок – 1-3 нМ для однослойных, 10-40 нМ – для многослойных, размеры астраленов колеблются от 30 до 150 нМ) позволяют отнести их к ряду классических наноматериалов, от применения которых в ближайшем будущем столь многое ожидается. Анизотропия и высокие механическая и термодинамическая устойчивость формы большинства фуллероидов определяют стабильность одноосной, либо двухосной анизотропии их свойств. А их весьма значительные, по сравнению с обычными органическими молекулами, размеры (измеряемые десятками и сотнями нМ) предопределяют их способность превращаться во внешних полях в аномально большие диполи. Фуллероидные наночастицы, располагаясь на поверхностях фрагментов наполнителя в поляризованном состоянии, направленно воздействуют на процесс гидратации минеральных вяжущих, формируя при этом фибрилярные микроструктуры уже многомикронного порядка. Отечественные специалисты предпринимают исследования с целью тщательного анализа величины и динамики изменения физико-механических характеристик получаемого таким образом строительного материала. Так, удалось зафиксировать, что оптимизируя концентрацию фуллероидов в водном коллоиде, для полномасштабных тестовых образцов низкомарочных строительных бетонов с заполнителем фракции 5-10 мм, прочность на сжатие (определяемой по ГОСТ 10180) возросла на 12-16 процентов относительно контрольных серий. Хотя значение величины этого упрочнения относительно невелико, но статистически достоверно и связано исключительно со структурными изменениями цементного камня. Справедливость подобного вывода основывается на том факте, что для бетонов на более крупном заполнителе (щебень с фракциями 20-40 мм) достигаемое упрочнение не превышает 5 процентов. При этом для низкомарочных мелкозернистых бетонов, в которых прочность определяется не параметрами заполнителя, а в основном свойствами цементного камня, упрочнение может быть двукратным, а для высокомарочных составляет 20-30 процентов от исходной прочности. Наиболее вероятным направлением, на котором можно ожидать скорых практических результатов (в промышленном объеме) по внедрению упомянутых методов наноструктурирования бетонов, специалисты считают производство наноструктурированных пено- и газобетонов (ячеистых нанобетонов). Подобные оптимистические прогнозы специалисты делают, исходя из результатов экспериментальных работ по получению стандартных блоков из ячеистого нанобетона плотностью с 300-800 кГ/куб. м. Например, удалось зафиксировать, что модификация и дисперсное армирование таких композиций позволила заметно увеличить долю качественных блоков в условиях реального производства, благодаря существенному повышению их трещиностойкости и прочности на сжатие, сокращению производственного цикла, а также снижению плотности пенобетона на 8-10 процентов при одновременном повышении физико-механических показателей.
Вообще специалисты отмечают, что чем выше класс бетона (то есть чем больше при его производстве используется цемента), тем выгоднее применение наномодификаторов, так как они позволяют снизить расход цемента, а следовательно, и себестоимость бетона (до 30 процентов). Кроме того, с помощью нанодобавок можно создавать высококачественные бетоны даже при низком качестве цемента.
Автор: Андрей Мельников
рубрика:
Городская среда
