НАНОТЕХНОЛОГИИ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

Прогресс строительных технологий не стоит на месте, каждый год на рынке появляются новые технологии и материалы, одним из направлений развития являются нанотехнологии. Нанотехнологии - (от приставки «нано», используется в системе СИ для обозначения размеров частиц 1х) комплекс технологических способов, позволяющих получить новые свойства материалов используя размерные свойства нано частиц. На данный момент это направление науки малоизучено и является перспективным и имеет финансирование на государственном уровне. Какое применение могут иметь нанотехнологии в строительстве? Высокопрочный бетон. Обыкновенный бетон представляет собой три основных компонента: - Вяжущее вещество – субстанция (в нашем случае цемент), которая способна затвердевать в ходе физико-химической реакции, скрепляет собой мелкий и крупный заполнитель, образуя прочный камневидный материал - бетон. – Вода - Заполнитель - сыпучие материалы (до 80-85% от общей массы бетона), образующие жесткий скелет бетона, который позволяет выдерживать большие нагрузки и имеет низкий коэффициент усадки. Заполнитель различают крупный и мелкий. Мелкий заполнитель имеет размеры частиц от 0.16 до 5мм, выполняет функцию устранения зазоров между крупными фрагментами бетонной смеси. Чаще всего мелкий заполнитель представлен песком и его производными. Важным фактором, влияющим на качество песка, является отсутствие глины и других пылевидных частиц. Крупный заполнитель чаще всего представлен гравием и щебнем, также используются: пемза, туф, вулканический шлак, керамзит, вермикулит, перлит, аглопорит, металлургические шлаки. Крупный заполнитель экономит расход цемента и придает бетону необходимые качества: прочность, теплостойкость, жаростойкость, пористостью и тд. Для получения определенных свойств, в бетон добавляют пластификаторы. Пластификаторы – это вещества придающие бетонной смеси пластичность и повышающие удобоукладываемость, а также могут наделять раствор необходимыми качествами, снижают расход цемента и воды.

Всеми этими компонентами обладает и нанобетон, единственным отличием в его составе является присутствие, так называемых, наноинициаторов в качестве пластификатора. Наноинициаторы являют собой полые нанотрубки (как мы помним, их размеры колеблются в районе  м), состоящие из углеродных полимеров, уложенных в несколько слоев. Радиус таких трубок всего 1 микрон, но их прочность превышает 100 гигапаскаль (это примерно 1,02 килограмма силы на квадратный сантиметр). Также достоинством этих трубок является толерантность к агрессивным средам: кислотам и щелочам. После введения нанотрубок в бетонную смесь, они начинают вытягиваться и образуют вытянутые кристаллы, в процессе разрастания они переплетаются друг с другом, проникают друг в друга и образуют прочную сеть по всему пространству бетонируемого объекта [1, с.45] (рисунок 1).

Рисунок 1. Электронно-микроскопическое изображение цементного камня при 6000 кратном увеличении.

а — обычный цементный камень; б — цементный камень после введения нанотрубки

Такая добавка позволяет повысить физико-механические свойство бетона, а именно: - повысить прочность до 150% - повысить термостойкость - бетонные изделия изготовленные с добавлением нанотрубок способны сохранять свою несущую способность до 800⁰ С.- морозоустойчивость до 50%. Изменение пространственной структуры бетона позволяет снизить расход воды, что в свою очередь может снижать вес готового изделия до 6 раз. Характерная особенность полученной структуры бетонного камня многократно уменьшает вероятность появления трещин и деформаций, что в свою очередь снижает необходимый процент армирования конструкции. Наноинициаторы повышают адгезию бетонной смеси с арматурой и заполнителем [2, с.56]. Применяется «нанобетон» в строительстве уникальных зданий и сооружений, а также при возведении небоскребов и зданий с требованиями к повышенной пожаростойкости. По причине повышенной прочности материала, снижается общий вес возводимой конструкции, что в свою очередь приводит к заложению меньшего фундамента и серьезной экономической выгоде мероприятия.

Впервые положительные результаты, по созданию нанотрубок в качестве пластификаторов бетона, были получены еще в 1993г. под руководством Андрея Пономарева, в настоящее время исследования продолжаются, как в России, так и за рубежом. Преимуществом «нанобетона» разработанным на территории РФ является возможность его использования не только для возведения новых зданий и сооружений, но и реконструкции старых. При нанесении «наносостава» на обветшавшую железобетонную конструкцию, он проникает в малейшие ее поры и укрепляет ее несущую способность и прочность конструции. Данное свойство также разрешает нанесение инновационного бетона на арматуру, пораженную ржавчиной, способность бетона проникать в мельчайшие поры, увеличивает сцепление бетонного камня даже с ржавой арматурой [3, с. 50-51]. «Нанобетон» классифицируют: - Легкий нанобетон – используют в индивидуальном и малоэтажном строительстве. Благодаря повышению прочности и снижению веса конструкции, в условиях, где обычный тяжелый бетон позволял возвести одноэтажный дом, теперь с использованием «нанобетона» можно отстроить до 6 этажей с прежней нагрузкой на фундамент. - Средней плотности нанобетон – для строительства объектов с требованиями повышенной прочности и надежности. - Тяжелый нанобетон – для строительства уникальных зданий и сооружений. В России уже есть опыт использования нанобетона в строительстве. В 2007г. при реконструкции моста в г. Кимры стояла задача снижения веса конструкции при сохранении несущей способности. В качестве решения проблемы был использован легкий «нанобетон» (рисунок 2).

Рисунок 2. Мост с использованием легкого нанобетона в г. Кимры

После удачного прецедента использования инновационного бетонного состава, следующим на очереди стал реконструируемый мост через р. Вятка, который также был успешно введен в эксплуатацию в 2008г. (рисунок 3).

Рисунок 3. Реконструируемый мост через р. Вятка с использованием дорожных плит из легкого нанобетона.

Список литературы:

1. Елецкий А.Н. Углеродные нанотрубки. // Успехи физических наук. Т. 167, № 9. — М: РТЦ «Курчатовский институт», 1997.
2. Композиция для получения строительных материалов: Патент РФ на изобретение № 2233254, приоритет от 26.10.2000. // М.Н. Ваучский, А.Н. Пономарев, В.А. Никитин и др.
3. Юдович М.Е., Пономарев А.Н. Наномодификация пластификаторов. Регулирование их свойств и прочностных характеристик литых бетонов. / «СтройПРОФИль», № 6, 2007.