все записи



Дата: 24.08.2011
«Вестник строительного комплекса» № 76
Рубрика: ***

Нано-эра строительной отрасли


Инновационные материалы уже находят применение в современном строительстве, постепенно формируя архитектуру будущего. Благодаря нанотехнологиям здания смогут противостоять разрушениям во время землетрясений и даже самовосстанавливаться за счет уникальных свойств бетона, которые он приобретает при введении в его состав полимерных наночастиц. Благодаря нанотехнологиям в десятки раз может быть повышена стойкость красок и внешних покрытий. При использовании теплоизоляции на основе нановолокон повысится комфорт помещений за счет того, что стены начнут дышать и выводить вредные вещества наружу, сохраняя тепло. Уже получены конструкционные композиционные материалы с уникальными прочностными характеристиками, нержавеющие стали для армирования конструкций и реставрации, срок службы которых оценивается в 200-1000 лет, уникальные нанопленки для покрытия светопрозрачных конструкций, самоочищающиеся и износостойкие покрытия, паропроницаемые и гибкие стекла.

Фантастически выглядят перспективы дальнейшего развития отрасли. Так, основания зданий будут иметь саморегулирующую систему компенсации усадок грунтов, несущие конструкции –
осуществлять мониторинг собственного напряженно-деформированного состояния. Ограждающие конструкции и кровли смогут аккумулировать энергию солнца, а покрытия (в том числе и фотокаталитические) – реагировать на психофизическое состояние жильцов… Все это должно стать основой «умного дома» нового поколения.

Без применения нанотехнологий невозможна и полноценная реализация проектов так называемого энергонезависимого «пассивного дома». Основной особенностью «пассивного дома» (от англ. passive house) является малое энергопотребление и практически полная энергонезависимость, что обеспечивается использованием всего спектра возможностей сохранения тепла и самопроизводства энергии.

Уже в настоящее время планируются и проводятся теоретические и экспериментальные исследования, направленные на разработку методов наноструктурного модифицирования материалов. Однако несмотря на то, что новые технологии и материалы уже внедряются в строительную отрасль, их доля еще достаточно мала – менее 1% в общем объеме материалов строительного сектора.

Одним из новейших достижений в строительной отрасли является разработка и создание высококачественных бетонов с длительным сроком службы (от 100 до 500 лет). В XX веке технология бетона прошла длинный путь от материалов с ограниченными возможностями к многокомпонентным структурам с самыми разными свойствами, намного расширившими области применения бетонов, их номенклатуру, достигаемый технический и экономический эффект.

Новые бетоны в полной мере отвечают требованиям рыночной экономики, в то же время их качество позволяет решать большинство строительных задач. Кроме того, их применение способно решать важные экологические задачи, так как позволяет использовать вторичные техногенные продукты, отходы промышленности и энергетики.

При проектировании и строительстве конструкций выбор бетона играет существенную роль. От него будет зависеть прочность, надежность конструкций и сооружения в целом. Техника производства бетона непрерывно развивается, и сам бетон становится все более и более усовершенствованным, причем особое внимание в настоящее время в этом смысле уделяется нанотехнологиям.

В последние годы в строительном лексиконе все чаще употребляется термин «нанобетон» для обозначения строительного материала, при производстве которого используются нанотехнологии. Нанобетон, характеризующийся высокими физико-механическими показателями, открывает новые возможности развития отрасли и обладает теми или иными преимуществами благодаря своей особой структуре, задаваемой на наноуровне. Нанобетонами могут являться и быть названы бетоны различных классов и марок. При этом разработка рецептур и технологий, использующих новый подход, находится в настоящее время на начальной стадии.

Термин «нанобетон» объединяет целый класс специализированных бетонов, включающих легкие нанопенобетоны для индивидуального строительства и возведения легких перегородок в помещениях различного назначения, нанобетоны средней плотности, обладающие повышенной прочностью для использования в строительстве мостов, дорожных и аэродромных покрытий, нанобетоны высокой и сверхвысокой прочности для несущих конструкций в жилищном и промышленном строительстве.

Разнообразные методы и средства формирования свойств высококачественных бетонов с применением наноматериалов и сопутствующих технологий открывают совершенно новые возможности для перехода строительного материаловедения на принципы создания материалов с заданными свойствами в диапазоне очень высоких значений параметров.

Это позволит в самое ближайшее время обогатить возможности проектировщиков в принятии изящных и экономически оправданных конструкторско-технологических решений при проектировании зданий и сооружений новых типов (в первую очередь – высотных), а также для строительства сооружений в регионах повышенной сейсмической активности и в широко развивающемся в мегаполисах подземном строительстве.

Возможных «нано» инструментов для создания высококачественных бетонов найдено уже довольно много. Подходы эти весьма разнообразны и позволяют реализовать инновационные конструкторско-технологические решения, полезные для самых различных областей строительства.

Вот только основные направления технологии нанобетонов:

 применение активных наноразмерных наполнителей;

 введение наноразмерных элементов-зародышей направленной кристаллизации цементного камня;

 динамическое дисперсное самоармирование;

 управление подвижностью и водоредуцированием бетонных смесей за счет модификации пластификаторов;

 применение нанокомпозитной некорродирующей арматуры с высокими физико-механическими свойствами.

В первое десятилетие текущего века появилась возможность управлять не только свойствами бетонной смеси, но и активно воздействовать на структурообразование бетона на всех этапах его производства. Современное строительство связано с производством и переработкой значительных объемов бетонных смесей, от которых требуется высокая удобоукладываемость (чаще всего – высокая подвижность), сохраняемость достигнутого уровня реологических характеристик во времени, возможность повышения прочности бетона при одновременном снижении расхода цемента. В этом направлении особенно перспективным представляется использование наномодификаторов.

Рассматривая бетон в качестве композита, сформированного из крупного и мелкого заполнителя, цементного камня, воды и воздушных пор, можно сформулировать основную задачу наномодифицирования как управление процессом формирования структуры материала от наноуровня к макроструктуре бетонной смеси и кинетикой всего спектра химических реакций, сопровождающих процесс твердения.

Применение наномодификаторов позволяет сократить количество цемента в бетонной смеси при сохранении всех необходимых характеристик по удобоукладываемости, прочности, долговечности и, что самое главное, трещиностойкости. Таким образом, основная идея использования наномодификаторов не только в существенной экономии средств (порядка 200 руб. на 1 куб. м
бетонной смеси), но и, в первую очередь, в создании высококачественного бетона даже при крайне низком качестве цемента, которое сегодня является одной из ключевых проблем для производителей бетона. В результате наномодифицирования повышается прочность бетона или при сохранении заданной прочности существенно сокращается расход дорогостоящего цемента. Особенно эффективным оказалось применение фуллероидных наноинициаторов в сочетании с базальтовой микрофиброй.

Использование наносиликатов в производстве бетона позволяет не только заметно улучшить упаковку его составляющих – цемента, наполнителей, заполнителей, снизить пористость, но и значительно повысить прочность и другие строительно-технические характеристики бетона, например, его усадку и ползучесть.

И все же, по мнению специалистов, наномодифицирование – это лишь более высокая культура производства бетонов. Необходимо повышать профессиональный уровень персонала предприятий-производителей, оснастить заводы современным управляемым оборудованием с системами автоматического и точного дозирования, возможностью изменения схемы загрузки компонентов и т. д., то есть реализовать все то, что должно быть нормой для любого бетонного производства.

Доля и роль высококачественных бетонов (high performance concretes) в мировой строительной индустрии стремительно растет и сопровождает развитие архитектурных форм и функционально новых видов сооружений. В то же время нанобетон, обладающий высокими физико-механическими показателями, открывает новые возможности для проектирования и строительства. 

Алексей Спрудэ


Полная или частичная перепечатка материалов - только с письменного разрешения редакции!


«« назад