ПРИМЕНЕНИЕ НАНОТЕХНОЛОГИЙ В АРХИТЕКТУРЕ И СТРОИТЕЛЬСТВЕ

Жамбылова Назерке Женискызы

студентка 2 курса, КазГАСА, г. Алматы

Е-mail: nazik_the_best@mail.ru

Ким Татьяна Эдуардовна

научный руководитель, магистр наук, ассистент проф. КазГАСА,

г. Алматы

В статье рассмотрены наиболее применяемые нанотехнологии в современном строительстве. Выбрано пять материалов. В данной статье видна необходимость введения нанотехнологий в современное строительство, так как использование нанотехнологий расширяет возможности в строительстве и архитектуре.

Строительный сектор имеет дело с огромным количеством сырья и различные инновационные материалы уже находят применение в современном строительстве и начинают вносить свою долю в формирование архитектуры будущего. Но пока фактическое использования нанотехнологий в строительстве является довольно ограниченным, поскольку инновационные идеи в большинстве своем ориентированы на поверхностные эффекты, а не на формирование новых структур строительных матералов. Тем не менее, достижения фундаментальных исследований в области нанотехнологий постепенно находят свой путь в строительную отрасль. Уже используются конструкционные композиционные материалы с уникальными прочностными характеристиками, новые виды арматурных сталей, уникальные нанопленки для покрытия светопрозрачных конструкций, самоочищающиеся и износостойкие покрытия, паропроницаемые и гибкие стекла и многое другое. Нанотехнологии уверенно завоевывают мир. Сегодня по всему миру один за другим создаются новые нанотехнологические центры, обладающие мощной материально-технической и финансовой базой.

Одним из актуальных направлений разработок является применение ультрадисперсных, наноразмерных частиц для создания высокопрочных и долговечных бетонов. Работы здесь проводят крупнейшие европейские компании – «Зика» (Швейцария), BASF (Германия), «Майти» (Япония), «Элкем» (Норвегия) [3].

Т1. Углеродная лента FibARM Tape Twill- двунаправленная углеродная ткань для системы внешнего армирования. Уникальные свойства углеродного волокна — высокие прочностные характеристики и абсолютная стойкость ко всем агрессивным средам — дали принципиальную возможность разработать инновационную систему усиления. Она позволяет восстанавливать и увеличивать несущую способность конструкции в сжатые сроки и меньшими трудозатратами по сравнению с традиционными способами, а также значительно увеличивает срок службы конструкции. Возможно изготовление углеродной ткани плотность 240, 300 и 450 г/м2.

Основные достоинства: обширная область применения, универсальна в применении, в том числе в угловых соединениях, а так же на закругленных поверхностях; легкость, система усиления не создает дополнительной нагрузки на конструкцию; исключительная стойкость к коррозии; тонкий слой, даже если ткань наносится в несколько слоев, минимальные трудовые и временные затраты на проведение работ; возможность выполнения ремонтных работ без прекращения эксплуатации усиливаемого здания или сооружения; отсутствие дополнительных затрат при последующей эксплуатации.

Метод получения. Ткани FibARM Tape делают из углеродных волокон, получаемых путем высокотемпературного воздействия в инертной среде на органические волокна. Двунаправленные или, как их еще называют, равнопрочные ткани представляют собой переплетение углеродных нитей по основе и утку под углами 0° и 90° с повторяющимся рисунком.

Применение. Система усиления конструкций на основе углеродного волокна, наносимая снаружи с пропиткой на эпоксидной основе. Увеличение несущей способности конструкций из железобетона, кирпича и дерева.

Лента должна аккуратно укладываться на слой предварительно нанесенного адгезива без складок и излишнего натяжения. После укладки осуществляется прикатка ленты в обоих направлениях укладки волокон. Поскольку в процессе прикатки происходит пропитка ленты, она должна осуществляться равномерно по всей поверхности ленты. Не допускается наличие складок и отслоений. После пропитки лента должна быть слегка липкой на ощупь, но без явно видимого присутствия адгезива. Излишки адгезива необходимо аккуратно удалить.

Таблица 1.

Технические характеристики FibARM Twill [2]

Гарантийный срок хранения – 3 года со дня изготовления. По истечении гарантийного срока углеродные ткани могут быть использованы после повторных испытаний на соответствие требованиям технических условий.

Условия хранения и транспортировки. Транспортировка и хранение тканей должны осуществляться в соответствии с требованиями ГОСТ 25388 со следующим дополнением: углеродные ткани должны храниться в упакованном виде при температуре не ниже 10 °С и влажности не выше 85 % [2].

Т2. Композитная арматура ROCKBAR– композиционный материал, состоящий из стеклянного (базальтового) наполнителя и синтетического полимерного связующего. Армирующим наполнителем служат в основном стеклянные (базальтовые) волокна в виде нитей, жгутов (ровингов). Стекловолокно (базальтоволокно) обрабатывается связующим (полиэфирная, эпоксидная смолы и т.д.) для повышения прочности на сдвиг, сопротивляемости влаге и химическому воздействию.

Применение композитной арматуры ROCKBAR® увеличивает срок службы конструкции и межремонтный период за счет: высокой коррозионной стойкости в кислых, щелочных и других агрессивных средах; ддолговечности; высокой прочности при растяжении; низкой плотности; низкой теплопроводности; абсолютной экологичности и пожаробезопасности.

Композитная арматура ROCKBAR® прошла коррозионные и физико-механические испытания в различных университетах мира.

Таблица 2.

Характеристики арматуры ROCKBAR® [2]

В соответствии с проектными решениями арматуру ROCKBAR® следует применять в: жилищно-гражданском строительстве (фундаменты зданий и сооружений, ремонт и усиление несущей способности кирпичных и железобетонных конструкций); промышленном строительстве (армирование бетонных емкостей, хранилищ очистных сооружений, крышек канализационных колодцев, элементы инфраструктуры химических производств, армирование бетонных полов, конструкции гидротехнических сооружений); дорожном строительстве (укрепление дорожного полотна, опоры контактной сети, плиты дорожные, аэродромные, серобетонные); мостостроении и ремонте мостов (плиты мостового настила, мостовые ограждения, пешеходные дорожки, укрепление береговых сооружений); железнодорожном строительстве (в составе бетонных шпал для высокоскоростных поездов и метрополитена).

Т3. Нанопокрытие для дерева и камня «Percenta»– это органическая & неорганическая защита для дерева и камня на водяной основе, разработанная на базе современной нанотехнологии. Самоорганизующиеся антиадгезионные (антиприлипающие) компоненты образуют на поверхности невидимую пленку с гидро – и олеофобными свойствами. «Нанопокрытие для дерева и камня» Percenta можно разносторонне использовать на пористых впитывающих поверхностях.

«Нанопокрытие для бетона и каменных полов» позволяет уже при первой обработке получить невидимую грязеотталкивающую и устойчивую к ультрафиолету защитную пленку, которая защищает обработанную поверхность на длительный период времени. Механический износ поверхности сводится к минимуму.

Преимущества: простое применение; никаких видимых изменений поверхности; срок службы покрытия до 10 лет; поверхности легко очищаются обычной водой; экономия времени и средств; идеальная защита от бактерий; для очистки обработанных поверхностей не нужны химические агрессивные моющие средства.

Области применения: бетонированные въезды; сельское хозяйство; автомастерские; автомойки; производственные помещения и цеха; обелиски, памятники и скульптуры.

Существует два разных вида нанопокрытий для бетона/каменных полов:

1.  Покрытия для бетона и каменных полов (впитывающие поверхности): идеально для всех минеральных камней, которые сильно впитывают воду и подвержены существенной механической нагрузке (натуральный камень, необработанный волокнистый цемент, необработанные песчаник и газобетонные блоки, клинкерный кирпич и облицовочный камень и прочие необработанные каменные плиты и плитки).

2.  Покрытия для бетона и каменных полов (маловпитывающие и невпитывающие поверхности): идеально для всех видов глазурованного минерального камня (глазурованный клинкер, глазурованная черепица, глазурованные каменные плиты и пр.).

Т4. Nanoprof Фотокатализ– это система на базе спирта, защищающая поверхности из стекла и пластмассы при их наружном использовании от налёта (улучшение световой отдачи или соответственно препятствование неконтролируемого капания конденсата). Натирание материалом создаёт на поверхностях тонкую, гидрофильную плёнку в несколько нанометров. Влаголюбивость поверхности создаётся при этом благодаря процессу фотокатализа настоящее время естественным солнечным светом. Поверхностное напряжение в отношении конденсата становится выше значений воздуха / воды, результатом чего является полное прохождение конденсата (растекание) (эффект самоочищения).

Характеристика: разбавление – нет; объём нанесения: около 10–25 мл на кв. м; затвердение / высыхание: минимально коло 1 часа, затем 24 часов для затвердения; температура обработки: + 5 °С до + 25 °С; хранение и стойкость при хранении: смотри сертификат безопасности, оттиск на бутылке или канистре; температура хранения: + 5 °С до + 25 °С; при хранении защищать от прямых солнечных лучей и мороза, хранить хорошо закрытым в оригинальной упаковке. Расход:10 мл. на 1 кв. м.

Т5. Солнечные фотоэлектрические установки (СФЭУ)– предназначены для выработки электроэнергии за счёт фотоэлектрического преобразования прямого солнечного излучения.

Параметрический ряд СФЭУ имеет установленную мощность в диапазоне от 0,5 до 5 кВт. СФЭУ могут быть снабжены инверторами, преобразующими постоянный ток в переменный, и системами накопления электроэнергии.

СФЭУ состоит из концентраторных фотоэлектрических модулей (КФЭМ), расположенных ступенчатым образом на электронно-механической системе слежения за Солнцем, снабжённой датчиком положения Солнца.

Концентраторный фотоэлектрический модуль состоит из фронтальной концентраторной панели, представляющей собой матрицу из линз Френеля, и тыльной электрогенерирующей платы, на которой в фокусах линз расположены фотоэлектрические преобразователи, прикрытые элементами вторичной концентрирующей оптики.

Фотоэлектрические преобразователи изготавливаются из полупроводниковых (соединения А3В5) многослойных наногетероструктур с тремя-пятью каскадами фотоэлектрического преобразования, оптимизированными для эффективного преобразования различных участков солнечного спектра. Наногетероструктуры фотопреобразователей формируются с помощью газофазной эпитаксии из металлорганических соединений.

Конкурентные преимущества продукции: использование фотопреобразователей с КПД более 37 % для преобразования концентрированного солнечного излучения; промежуточное концентрирование до 1000 крат солнечного излучения с помощью линз Френеля с оптическим КПД до 90%, пропорциональное снижение площади и удельной стоимости фотопреобразователей и, как следствие этого, снижение стоимости энергоустановок; увеличение удельного энергосъема до 300 Вт/м2; непрерывное в течение солнечного дня отслеживание положения Солнца с помощью 2-х координатных систем слежения с точностью ±0,1 угл. Град; увеличение более, чем в 2.5 раза количества электроэнергии, вырабатываемой с единицы площади СФЭУ (за счет большей эффективности и слежения за Солнцем) по сравнению со стационарными кремниевыми солнечными батареями; прогнозируемый срок службы систем — более 25 лет [1].

Таблица 3.

Общие характеристики рассматриваемых нано-материалов

Будущее строительного материаловедения во многом связано с применением нанотехнологических подходов – внедрения процессов формирования структуры современных строительных материалов, предусматривающих их сборку или самосборку, то есть дизайн материала или изделия, который заключается в контролируемом и управляемом воздействии на процесс структурообразования, начиная с наноразмерного уровня. Результатом такого подхода будет получение новых по составу и качественно отличающихся по структуре и свойствам конструкционных, теплоизоляционных, отделочных и других материалов, в полной мере отвечающих современным тенденциям развития архитектурных форм, конструктивных решений и технологии возведения объектов промышленного и гражданского назначения.

Несмотря на то, что новые технологии и материалы уже внедряются в строительную отрасль, их доля еще достаточно мала – менее 1 % [2] в общем объеме материалов строительного сектора.

Список литературы:

1. http://www.kz.all.biz(дата обращения: 30.03.12)
2. http://www.nanonewsnet.ru(дата обращения: 04.03.12)
3. http://www.rusnanonet.ru(дата обращения: 10.04.12)