Перспективы применения нанотехнологий в строительном материаловедении

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки РФ

Казанский государственный архитектурно - строительный университет.

Кафедра ТСМИК

Реферат

На тему: «Перспективы применения нанотехнологий в строительном материаловедении»

Казань, 2015 г.



Содержание

• Введение
• 1. Свойства и классификация наноматериалов
• 2. Способы получения наноматериалов
• 3. Строительно-технические свойства нанобетонов
• 4. Перспектива применения наноматериалов
• 5. Применение наноматериапов в строительстве
• Список литературы



Введение

Перспективность применения нанотехнологии в строительном материаловедении обусловлена общностью природы процессов, происходящих при синтезе нанообъектов, и при производстве большинства строительных материалов. Применительно к задачам материаловедения нанотехнология является технологией управления структурообразованием на молекулярном уровне наноматериал строительный бетон кинетика

Последняя - вне зависимости от используемой терминологии - с необходимостью привлекается (и привлекалась) при разработке строительных композитов.

В то же время результаты анализа многочисленных информационных источников свидетельствуют, что в настоящий момент многие исследователи-материаловеды понимают нанотехнологию как разрозненный набор методов введения в композицию нанообъектов исходя лишь из предположения о возможном их положительном влиянии на свойства материала. Такое понимание нанотехнологии восходит к трактовке строительного материаловедения как преимущественно эмпирической дисциплины, центральная роль в которой принадлежит экспериментальному исследованию зависимостей «состав-технология-свойство».

Не умаляя достоинств указанной трактовки, плодотворность которой применительно к задачам практики подтверждена многовековым опытом, констатируем, что целенаправленное управление свойствами должно опираться на результаты, полученные и на основе анализа структурных моделей. Получение последних -- и их анализ, как правило, выполняемый численно - требует привлечения соответствующей приборной базы.

Подразделение, оснащенное требуемой инструментальной составляющей - научнообразовательный центр по направлению «нанотехнологии» - сформировано в Московском государственном строительном университете при выполнении мероприятий ФЦП «Развитие инфраструктуры наноиндустрии в Российской Федерации на 2008-2011 годы».

Исследовательское и учебное оборудование центра представлено системами пробоподготовки, исследования структурных, физико-химических, реологических, механических, теплофизических и эксплуатационных свойств. Исследования структурных параметров могут выполняться на рентгеновском и ИК порошковых дифрактометрах, азотном порометре, оптических и зондовых микроскопах, спектрометре комбинационного рассеяния. Для исследования физико-химических свойств (в частности - кинетики реакций в минеральных вяжущих) предназначены сканирующий калориметр и ЯМР- релаксометр. Реологические свойства систем - от маловязких до грубозернистых - допускают исследование на ротационном и вибрационном вискозиметрах. Для исследования механических свойств макроскопических образцов предназначены сервогидравлические системы. Механические свойства поверхностных слоев могут быть исследованы с помощью наномеханического комплекса. Для исследования теплофизических характеристик доступны дилатометр и анализатор теплопроводности. Для оценки эксплуатационных показателей предназначены климатические камеры.

Решение задач моделирования структурообразования и прогнозирования свойств выполняется с привлечением авторского программного обеспечения как на собственных вычислительных средствах научно-образовательного центра, так и на кластере МГСУ.

Формируется методическая база для подготовки инновационно- научных кадров высшей квалификации. Разрабатываются программы спецкурсов и практикумов затрагивающие основные аспекты применения нанотехнологии в материаловедении



1. Свойства и классификация наноматериалов

Термин «нано» представляется, максимально раскрученным для привлечения инвестиций и рекламирования товаров, якобы обладающих новыми необычными свойствами и повышенным качеством, с целью сбыта их по завышенным ценам. Появляются такие товары, как нанобетон, нанораствор, наностройсмеси, наноизол. наногрунтовка, наногазобетон и т.п. [1-14]

Разберёмся, какие технологические процессы в строительстве можно отнести к нанотехнологиям? В настоящее время в строительстве под нанотехнологией понимают использование нанодобавок и нанопримесей, то есть нанообъектов в виде специально сконструированных наночастиц, частиц наномасштаба с линейным размером менее 100 нм [1].

Более приемлемыми для модифицирования технологии и свойств строительных композитов оказываются наночастицы и нанопорошки, такие как, например:

• углеродные нанотрубки;

• природные фуллерены шунгит-шунгизит, шунгитовый углерод, углеродсодержащие минералы:

Шунгит - необычная углеродсодержащая порода. Её необычность - в структуре и свойствах шунгитового углерода, и характера его взаимодействия с силикатными компонентами цемента.

По информации сайта http://www.inmoment.ru/magic/healing/shungit.html уникальные свойства камню шунгиту придают фуллерены - молекулы, состоящие из нескольких десятков атомов углерода. Единственное месторождение шунгита в России находится в Кижах.

• Серпентинитовые и магнезиальные породы: хризотил - Mg₆ (OH) ₈Si₄O₁₀, антигорит - Mg₃ (ОH)₄Si₂0₅;

• Таурит - новый казахстанский минерал, это своего рода природный полимер кластерного типа, имеющий в своей структуре как органическую, так и минеральную части, не похожий на уже известные углеродсодержащие ископаемые минералы. В своем составе он содержит глобулярный "неграфитизируемый" углерод с метастабильной надмолекулярной структурой кремнистого или карбонатного типа. В силу произошедших с ним геологических метаморфоз он не стал ни графитом, ни алмазом. Таурит не магнитен, но электропроводен. Размеры глобул тауритового углерода составляют до 10 нм, с внутренними порами, который образует в минерале матрицу с равномерно распределенными тонкодисперсными силикатами со средним размером частиц до 10-20 мкм. ТУ 1900 РК 39646043 ТОО-003-2003.

Применение в строительной индустрии Таурита обусловлено его свойствами. Это стойкий черный природный минеральный пигмент и наполнитель в производстве различных строительных материалов в т.ч. со специально придаваемыми свойствами (черепица, кирпичи, тротуарная и фасадная плитки, краска от серого до черного цветов).

• диоксиды металлов, которые представляют собой первое поколение продуктов с использованием нанотехнологий, освоенных промышленностью [2,3].

Для цементных композитов нанообъектами первого уровня являются частицы с размером от 1 до 20 нм, и второго уровня - от 21 до 100 нм.

2. Способы получения наноматериалов

Комохов П.Г. [2] приводит принципы построения строительных наносистем включающие три способа получения материалов:

1. «Сверху-вниз» - диспергирование, измельчение, глазурование.

2. «Сверху-вниз» - конденсационный, система «золь-гель», образование геля с частицами до 20нм через золь с атомно-молекулярными размерами частиц.

3. Применение природных фуллеренов и/или комплексных добавок на их основе с нанотрубками.

Типичным примером самоорганизации наносистемы являются, например, природные фуллерены шунгит-шунгизит в радиационно-стойком цементном бетоне и углеродные нанотрубки, обладающие уникальными свойствами. В отличие от алмаза и графита они растворимы в органических растворителях и после обработки в водной среде становятся гидратированными.

Атомы углерода имеют природную способность образовывать различные аллотропические формы, способные удовлетворить невероятные запросы органической и неорганической природы. Это известные с незапамятных времен сажа, графит и алмаз.

Различие физических свойств алмаза и графита обусловлено строением их кристаллических решеток. Графит и алмаз превращаются друг в друга по схеме:

103 Па * 1000 °С Алмаз ? Графит 1010 Па * 2000 °С Графит ? Алмаз

В последние годы XX столетия синтезированы новые аллотропные соединения углерода: фуллерены, углеродные нанотрубки и нановолокна.

Последние особенно привлекают внимание, как структуры, способные произвести революционные преобразования в области применения нанообъектов в строительных технологиях.

К органическим минералам относятся углеродсодержащие соединения за исключением карбонатов и карбидов, которые причисляются к неорганическим, минералам.

Рассмотрим принцип воздействия фуллерена на цементные продукты.

Гидратированный фуллерен C«)HyFn прочно удерживает на своей поверхности слой ориентированных молекул воды толщиной 20 - 80 нм. Этим, а также структурирующим действием HyFn объясняется повышенная подвижность и прочность цементных растворов и бетонов.

Стоимость углеродных нанотрубок и фуллеренов очень высока, несмотря на сотые и даже тысячные доли процентов (от массы цемента) содержания в бетоне. Так стоимость чистого фуллерена С₆₀ достигает на мировом рынке 100 $ за один грамм, а смеси С₆₀ и С₇₀ - 50 - 70$. Высокая стоимость фуллеренов обусловлена не столько повышенной исходной стоимостью графита и малым выходом (10-20%) фуллеренов при его сжигании, сколько сложностью выделения и очистки фуллеренов из углеродистой сажи. По мнению специалистов, снизить стоимость фуллеренов ниже 5$ за 1г. не удастся. Качество их при этом резко снижается, что предопределяет рациональные области их применения [1].

Поместить атом или химическое соединение нановещества внутрь молекулярного контейнера - идея сама по себе очень заманчивая и, конечно, не лишенная перспектив. В роли «хозяев» рассматриваются целые классы структур: цеолиты и карцеранды (carcerand, лат. career - темница, тюрьма). Однако среди всего этого многообразия особое место занимают эндоэдральные комплексы на основе фуллеренов.

Сравнительно новый способ получения открытых фуллеренов основан на так называемой «молекулярной хирургии», когда посредством серии химических реакций в углеродном остове образуется отверстие.

Исследователи из Йельского университета (США) использовали в своей работе именно такие, химически «вскрытые» фуллерены с двадцати - и шестнадцатичленными кольцами. Цель работы заключалась в анализе реакций внедрения и выхода атомов благородных газов (Ne, Аг, Кг) и малых молекул (СО, N2).

ИНСТИТУТ НЕФТЕХИМИИ И КАТАЛИЗА РАН (RU) является патентообладателем трёх патентов на изобретение «СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИГИДРО[60]ФУЛЛЕРЕНОВ»: №№ 2348601,2348602,2348603.



Предлагаемые изобретения относится к способу получения полигидро[60]фуллеренов формулы (1) характеризующихся тем, что фуллерен С₆₀ подвергают взаимодействию с диизобутилалюминийхлоридом (i-Bu₂AlCl) в присутствии катализатора цирконацендихлорида (Cp2ZrC12), взятыми в мольном соотношении С₆₀: i-Bu2AlCl:Cp2ZrC12=l:(55-65):(0.15-0.25), предпочтительно 1:60:0.20, в атмосфере аргона в отсутствие света при температуре 60-100°С и атмосферном давлении в среде толуола в течение 1-5 часов, с последующим гидролизом реакционной массы. Применение данного способа позволяет получать полигидро[60]фуллерены с общим выходом после гидролиза реакционной массы 77-91%.

Закрытое Акционерное Общество "АСТРИН", Научно-исследовательский центр 26 Центрального научно-исследовательского института Министерства Обороны РФ является патентообладателем технологии «КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ», заявка № 2000127644.

Композиция для получения строительных материалов на основе минерального вяжущего, включает минеральное вяжущее, выбранное из группы: цемент, известь, гипс или их смеси, и воду, и отличается тем, что она дополнительно содержит углеродные кластеры фуллероидного типа с числом атомов углерода 36 и более, при следующем соотношении компонентов в композиции, мае. %:

Минеральное вяжущее-33-77

Углеродные кластеры фуллероидного типа-0,0001 - 2,0

Вода-Остальное

Композиция может отличаться тем, что в качестве углеродных кластеров фуллероидного типа она содержит полидисперсные углеродные нанотрубки, полиэдральные многослойные углеродные наноструктуры с межслоевым расстоянием 0,34-0,36 нм и размером частиц 60-200 нм. или смесь полидисперсных углеродных нанотрубок и фуллерена С₆₀.

Композиция может дополнительно содержать технологические добавки, взятые в количестве 100-250 мас. ч. на 100 мае. ч. минерального вяжущего.

3. Строительно-технические свойства нанобетонов

Высокопрочный бетон может быть использован для изготовления изделий в гражданском и промышленном строительстве, а также при возведении сооружений специального назначения. Технический результат - повышение прочности при сжатии в проектном возрасте, понижение ползучести. Высокопрочный бетон содержит портландцемент, песок, щебень, воду и комплексную добавку состава, мас.%: соль гидрооксида железа (III) Fe(OH) ₃ с плотностью =1,021 г/смЗ, pH 4,5-84,85-85,20; гексоцианоферрат (II) калия K4Fe(CN)6] - 0,80-0,85;суперпластификатор С-3 -14,00-14,30 при следующем соотношении компонентов бетона, мас.%: портландцемент 20,60-27,40; песок 21,80-24,70; щебень 43,10-44,90; указанная добавка 0,60-0,80; вода 7,10-9,00.

Заявляемая совокупность существенных признаков проявляет новое свойство в присутствии комплексной добавки, представленной золем гидрооксида железа (III) Fe(OH) ₃ с плотностью равной 1,021 г/см³, pH 4,5, гексоцианоферратом (II) калия K₆4[Fe(CN) ₆] и суперпластификатором С-3, а именно уменьшает водопотребность сырьевой смеси на 23%, повышает прочность при сжатии в проектном возрасте на 61%, до значения 51,70 МПа, понижает относительную деформацию ползучести на 30%, до значения п(180сут)=175*10-⁵ по сравнению с контрольным бездобавочным составом (См. табл.1).

Таблица 1

Строительно-технические свойства нанобетонов с комплексной добавкой

№ образца	Состав высокопрочного бетона, мае. %	Прочность при сжатии в возрасте 28 сут.Rсж*, МПа / %	Относительная деформация ползучести Еп (180 сут)*10 3
	Портландцемент М400 Д20	Заполнитель	Добавка	Вода
		Песок с Мкр.=2,2	Щебень, фр. 5-10 мм	Золь H2 SiO3 с плотностью р=1,014г/см3	Калий железистосинеродистый К4 [Fe(CN)6	Кол-во комплексной добавки
						Золь Fe(OH) 3 с плотностью р = 1,021 г /см3и рН=4,5	Суперпластификатор С-3	Суперпластификатор C-3	Общее кол-во, %
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
1 прототип	45,33	15,06	26,77	0,26	0,46	-	-	-	-	12,12	42,60	220
2 контрольный	24,00	23,25	44,00	-	-	-	-	-	-	8,75	32,10	250
3	20,60	24,70	44,90	-	-	84,850	0,850	14,30	0.8	9,00	50,70	179
						85,200	0,800	14,00		9,00	50,80	178
						85,025	0,825	14,15		9,00	50,90	180
4	27,40	21,80	43,10	-	-	84,850	0,850	14,30	0,6	7,10	51,50	176
						85,200	0,800	14,00		7,10	51,70	175
						85,025	0,825	14,15		7,10	51,40	177
5	24,00	23,25	44,00	-	-	84,850	0,850	14,30	0,7	8,05	50,20	181
						85,200	0,800	14,00		8,05	50,60	180
						85,025	0,825	14,15		8,05	50,30	182

Нанодисперсии, входящие в состав золя, способствуют уплотнению искусственного камня за счет блокирования пор сопоставимого размера. Нанодисперсии обладают повышенной поверхностной энергией и, соответственно, обладают большей подвижностью, в результате этого они вовлекают большее количество частиц цемента в гидратационные процессы и препятствуют возможному образованию перенапряжений в твердеющей системе, а также равномерно распределяются во всем объеме твердеющей системы, диспергируя частицы цемента.

Изменение свойств бетонов связанны со снижением уровня собственных напряжений, т.е. усадочных напряжений и их деструктурирующего влияния, а также с поглощением энергии деформации при торможении процесса трещинообразования в процессе нагружения.

Разработка способа получения цементного нанобетона, выполненная с участием Президента НТО строителей СПб и Ленинградской области, академика РААСН, д.т.н., профессора Комохова Павла Григорьевича (СПб), выявила неоднозначное влияние нанодобавки «золь-гель» на прочность бетона во времени (см. табл. 2). Получены нанобетоны из портландцемента ПЦ 400 Д20 (доменный шлак) класса В90 в 28 суток, с медленной кинетикой нарастания прочности во времени. Тяжёлый жёсткий нанобетон имеет характерный вещественный состав бетонной смеси, отличающийся от рядового бетона Ц+П+Щ+В=324+570+1340+186 повышенным втрое расходом цемента и пониженным в три раза и более содержанием кварцевого песка. Водо-цементное отношение 0,23-0,25 характерно для рядовых пластифицированных бетонов. Объёмная масса сравнима с бетонополимерами [5].

Таблица 2

Кинетика изменения прочности нанобетона нормального твердения

Номер серии	Расход материала на 1 м3, кг	В/Ц	О.К., см	Вязкость п/з	Прочность при сжатии, МПа% к конст.
	Ц	П	Щ	Добавка, %	В				Возраст, сут
									3	7	28	45	60
1	950	181	1036	-	295	0.31	1,0	306.7	38/100	47/100	76/100	68	62
2	950	184	1049	H4 SiO4 0.6	237	0.25	1.0	320.9	57/121	20	83/109	90	94
3	950	184	1049	H4 SiO4+ K4[Fe(CN) 6] 0.75	223	0.23	1.0	306.9	62/163	74/157	106/139	113	118

Характеристики долговечности высокопрочного нанобетона

Номер сессии	Расход материала на 1 м3, кг	П/Я	O.K.,	Призменная прочность, МПа	Модуль упругости, МПа |	Водопоглашение %	Водонепронецаемость, атм.	Морозостойкость, цикл
	Ц	П	Щ	Добавка, %	В
1	950	181	1036	H4 SiO4 0.6	237	0,25	1,0	63	3,9	2,9	18	800
2	950	184	1049	H4 SiO4+ K4[Fe(CN) 6] 0.75	223	0,23	1.0	75	4,8	2,5	20	900

Размещено на http://www.allbest.ru/

Показатели (см. табл. 3) водопоглощения, модуля упругости и призменной прочности характерны для бетонополимеров с заполнением порового пространства полиметилметакрилатом в количестве 4 %.

Характеристики усадочных деформаций нанобетона (см. рис. 1) имеют идентичный характер с бетонополимером.

Рис. 1 Характеристики усадочной деформации высокопрочного бетона с добавками на основе золя H₄ SiO₄

Рассмотрим свойства бетона из механоактивированного портландцемента.

При механохимической активации согласно А.А. Герасименко и А.А. Михайловой [6] промежуточное активное состояние материала наступает при мгновенном перераспределении механической энергии удара в макромолекуле. В соответствии с химической природой вещества в цементных фазах преобразование механической энергии (до 300 кДж/моль или 3 эВ) происходит с разрушением ионного кристалла и захватом примесных электронов в узле решётки, соответствующем вакансии отрицательного иона (F, F - центр) или положительного иона (V - центр). В качестве примесных электронов целесообразно использовать наночастицы, т.е. совместить две современные технологии формирования строительных композиционных материалов: механохимию и нанохимию.

При увеличении разрушающей нагрузки от 3 10² кДж/моль до 3 10⁶ кДж/моль или от 1 эВ до 10⁴ эВ, происходит электронная эмиссия с нарушением контакта между фазами с различной электронной плотностью при высоких значениях силы кавитации и трения.

Практика показала [10, 11], что при создании ускорения в мельнице, равном 10 g, происходят все заданные процессы активации. Дальнейшее увеличение ускорения нецелесообразно. Активные молекулы цементных минералов возникают при разрушении молекулярных упаковок на участках дефектов и разрыхлений метастабильной фазы при декомпенсации межмолекулярных сил. Процесс сопровождается изменением кинетики твердения портландцемента (см. табл. 4). В сутки достигается 50 % от марочной прочности на сжатие (49,0 МПа), с трое суток - 70 % (58,8 МПа), в семь суток - 90 % 79,4, в 28 суток (88,2 МПа).

Таблица 4.

Строительно-технические характеристики механоактивированного особо быстротвердеющего цемента общестроительного назначения

Условия Твердения	Предел прочности, МПа хх) ГОСТ 310.4 п.2.1.5; Ц:П=1:1
	При изгибе в возрасте:	При сжатии в возрасте:
	6 ч.	1 сут.	3 сут.	28 сут	б ч.	1 сут.	3 сут.	28 сут
ГОСТ 310 П. 2.2.5,2.2.6	2,9	5,4	7,8 6,9***}	9,8 ***}	19,6 -	49,0 -	58,8 49,0***}	88,2 68,6***}
ГОСТ 310 п. 2.2.6-1 далее тверд, в холод. Камере Т= +5° до +10 °С	2,9	5,4	6,9	8,8	19,6	39,2	49,0	78,4

*) При пропаривании: Rсж = 50,0 МПа, Rизг = 6,0МПа; **) Осадка стандартного конуса не менее 10 см. при соотношении П:Ц=1:1; ***) испытание цемента по ГОСТу в цементном растворе Ц:П=1:3.

Механохимическая активация [6] способствует значительному увеличению удельной поверхности портландцемента и, как следствие, водопотребности цемента, в присутствии пластифицирующей добавки её можно снизить до 17 % нормальной густоты портландцемента.

Портландцемент особобыстротвердеющий литьевой, М «700» получают механоактивацией портландцемента ДО М «400» с суперпластификатором С-3. Такой цемент обладает литьевым свойством при затворении с водой, при стандартном В/Ц=0,4 расплыв стандартного конуса превышает 220 мм., при малейшей вибрации бетон из механоактивированного цемента приобретает повышенную текучесть, хорошо транспортируется бетононасосом, легко заполняет формы и не требует пропаривания для ускоренного твердения.

При нормальном расплыве стандартного конуса В/Ц=0,24

Технологии получения бетонополимеров позволяют получить аналогичные результаты [5].

В технологии бетонополимеров реализуется идея улучшения свойств бетона на основе модифицирования пористости. Наибольшее распространение получила технология пропитки бетона мономером с последующей его полимеризацией в порах бетона. Резкое снижение общей пористости цементного камня, уплотнение структуры бетона в целом обусловливают повышение прочности, морозостойкости, стойкости в агрессивных средах и других характеристик бетона. Прочность бетонополимеров возрастает по сравнению с исходным бетоном в несколько раз.

Бетонополимер имеет смешанную структуру. Поровое пространство заполняется полимером синтезированным в порах бетона. Это достоинство материала по мнению некоторых авторов [1] создаёт «омертвление» цементного камня в силу блокировки и консервации непрогидратировавшегося клинкера. В структуре бетонополимера навсегда нереализованным остается до 20 -- 30% цементных зёрен.

Определенным недостатком технологии пропитки являются трудности изготовления крупноразмерных несущих конструкций. Пропитка значительно усложняет и удорожает технологию производства бетонных изделий. Именно поэтому технология получения бетонополимеров не нашла распространения для рядовых целей упрочнения. Практическая ее реализация в настоящее время связана в основном с производством изделий и конструкций для зданий и сооружений с агрессивными средами, изделий с повышенными требованиями по водонепроницаемости и долговечности

В докладе рассмотрены различные технологии уплотнения структуры цементных продуктов и бетонов на их основе: нанохимический, механохимический, с применением полимеров.

Результаты воздействия на уплотнение структуры бетонов проявлены в свойствах полученных материалов. Для всех из них характерна высокая прочность при сжатии, 100 МПа и выше, а также ускорение кинетики твердения бетона. Улучшается его атмосферостойкость, коррозионная стойкость к щелочам и кислотам.

Однако, прочность на растяжение при изгибе увеличивается не пропорционально увеличению прочности при сжатии. Изменяется кинетика разрушения бетона, ползучесть (см. рис. 1). Исчезают остаточные деформации. Разрушение приобретает взрывчатый характер. Неоднородность изменения свойств уплотнённого бетона не позволяет воспользоваться высокими прочностями при сжатии.

4. Перспектива применения наноматериалов

Применение новых технологий сдерживается очень длительными традиционными натурными испытаниями эксплуатационных свойств изделий нового поколения в лабораториях научно-исследовательских институтов, которые не готовы выполнять работы на современном уровне и практически перекрыли доступ новым технологиям в строительство.

Применение новых бетонов в промышленном и гражданском строительстве влечёт за собой изменение всех технологических приёмов и способов производства в смежных отраслях.

Рассмотрим данное утверждение на конкретном примере. Всем известны проблемы электрокоррозии железобетонных изделий, применяемых при строительстве и эксплуатации железных дорог.

В огромных цехах с мощными фундаментами перемещают металлические массивные формы с бетонными опорами, формируемыми в этих формах способом центрифугирования.

Бетоны нового поколения позволяют легко и изящно формовать аналогичные опоры простым способом нагнетения пластичной высокопрочной бетонной смеси в стационарную форму с сердечником в качестве пустотообразователя опоры. Форма должна стоять вертикально, как ракета, перед пуском. Залили бетон, получили распалубочную прочность 20МПа через шесть часов твердения, раскрыли две створки металлической формы, далее перемещаем изделие на площадку естественного твердения (см. табл. 2), а в форму заливаем следующее изделие.

На практике оказалось, что мы не смогли обеспечить горизонтальность формовочной площадки в цеху. Бетон формирует изделие без принудительного уплотнения. Геометрические размеры изделия зависят от точности размеров формы и правильной её установки в пространстве. На маленьких размерах всё просто, а промышленные формы не смогли изготовить, не смогли установить. Так и работают по старинке!

Кроме того, безопасная эксплуатация опор линий электропередач вдоль железнодорожного полотна обусловлена обеспечением безопасности жизни людей. Это условие накладывает на новые разработки непомерные временные испытания.

ВЫВОДЫ:

1. На основании выполненного сравнительного анализа трёх направлений развития строительных технологий, просматривается прорывное направление работ по получению нового цементного искусственного конгломерата на стыке трёх направлений научных разработок: механохимии, нанохимии и химии полимеров.

2. Нужен новый подход во всём: в технологиях, в испытаниях, в мыслительном подходе, полном кардинальном изменении строительных технологий. Кто возьмёт ответственность в решении возникших задач кроме нас самих? Иначе, мы так и останемся на уровне достигнутых успехов, заложенных в действующие ГОСТы и СНИПы, которые отражают среднестатистический уровень технических достижений в строительной индустрии.

3. Предстоит большая работа по изменению нормативно-законодательной базы для применения новых бетонов в промышленном и гражданском строительстве.

4. Несмотря на то, что нанотехнология имеет огромный потенциал и, как говорят эксперты, кардинально изменит общество XXI века, ученые должны дать исчерпывающую оценку всем достижениям в этой области и определить, какое влияние они окажут на экосистему и, прежде всего, на здоровье человека.

5. Применение наноматериалов в строительстве

Легкий наноструктурированный бетон для мостостроения

Мостостроение является одной из самых консервативных областей строительной отрасли. Обычно на согласование каких-либо изменений в конструкции моста, касающихся строительных материалов, уходит много лет. Исключением из этого правила стала реконструкция моста через Волгу в районе г. Кимры, которая закончилась в ноябре 2007 года.

Лёгкий наноструктурированный бетон от НТЦ Прикладных Нанотехнологий

К бетонам, как к основному строительному материалу, в различных проектах предъявляются достаточно разнообразные требования. Но практически всегда проектировщик заинтересован в доступе к конструкционным бетонам с минимальным удельным весом при сохранении или даже развитии несущих способностей деталей, выполненных из такого бетона.

В легких и прочных бетонах и, одновременно, в бетонах с высокой климатоустойчивостью (морозостойкостью) заинтересованы проектировщики автодорожных мостов, девелоперы, занятые реконструкцией центров старых городов при повышении этажности и изменении облика зданий, но без замены фундамента, проектировщики высотных зданий и сооружений и т.п.

Задачей создания легкого конструкционного бетона с максимально высокими характеристиками вплотную занялся НТЦ Прикладных Нанотехнологий, начавший экспериментально-исследовательские работы в этой области еще в 1998 году и получивший первый в мире патент на изобретение, связанное с опытами по введению в состав бетона синтетических углеродных наноматериаповфуллероидного типа.

Поставленная задача решалась на основе поиска оптимального сочетания в наборе стандартных (цемент, речной песок, щебень) и нестандартных (активированный микрокремнезем, легкий наполнитель, модифицированная базальтовая микрофибра, модифицированные пластификаторы и т.д.) компонентов.

В нужное время, с нужными характеристиками

Именно в период активной отработки композиции (2006-2007 гг) в ЗАО «Институт Стройпроект» проводилась работа по корректировке проектной документации по реконструкции моста через р. Волга в г.Кимры и строители столкнулись с острой необходимостью обеспечить выравнивание дорожной плиты (с неравномерностью проседания до 1,5 м) в условиях обязательного повышения судоходности за счет увеличения пролетной части. После сокращения числа опор и вызванного им увеличения длины пролетов, оказалось, что, несмотря на наличие вантовых конструкций, покрытие, выполненное из обычного бетона, чрезвычайно утяжелит конструкцию.

Принятое решение о применении легкого конструкционного бетона с отказом от выполнения утяжеляющей гидроизоляции было экспериментальным шагом, но практически единственным. Применение легкого фибробетона класса В30 с увеличенной прочностью на растяжение позволило снизить собственный вес покрытия более чем на треть.

Мост через реку Волга в городе Кимры Тверской области.

Покрытие этого моста выполнено из легкого конструкционного фибробетона на основе базальтовой микрофибры, модифицированной нанокластерами углерода.

Этот прецедент способствовал продолжению работ по совершенствованию технологии легкого нанобетона и расширению спектра его использования. Приготовление бетонных смесей на стандартных растворно-бетонных узлах, даже в условиях достаточно высокой технологической дисциплины, характерной для мостоотрядов, не позволяет вводить в смеси более одного-двух дополнительных компонентов. Таким образом, был поставлен вопрос о создании производства комплексных сухих добавок, позволяющих использовать многокомпонентную комплексную добавку в условиях уже стандартных бетонных заводов. Для решения этой задачи была спроектирована и изготовлена специализированная

полуавтоматическая линия мощностью до 800 тонн добавок в месяц. Линия была введена в эксплуатацию в 2008 г. Это позволило перейти к планированию следующих объектов, одним из которых стал реконструируемый мост через реку Вятка. Мост принят в эксплуатацию в 2008 г.

Мост через реку Вятка с дорожной плитой из лёгкого наномодифицированного бетона.

В настоящее время проходят государственную экспертизу два законченных проекта довольно крупных мостовых сооружений, в которых также предполагается использование лёгкого нанобетона.



Список литературы

1. Бабков В.В., Мохов В.Н., Капитонов С.М., Комохов П.Г.

Структурообразование и разрушение цементных бетонов. -- Уфа, ГУЛ «Уфимский полиграфкомбинат», 2002 г. -- 376 с.

2. Сырьевое обеспечение производства сухих строительных смесей в условиях ожидаемого дефицита полупродуктов. В.П. Кузьмина, (ООО «Колорит- Механохимия», директор, к.т.н.). 14-16 сентября 2005 года «Baltimat» Санкт-Петербург. 5-ая международная конференция для производителей «BaltiMix». «СУХИЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ СМЕСИ ДЛЯ XXI ВЕКА ТЕХНОЛОГИИ И БИЗНЕС».

3. ЗАЯВКА НА ИЗОБРЕТЕНИЕ RU № 2007105402 А С04В24/00 (2006.01). Дата подачи заявки: 2007.02.14. Дата публикации заявки: 2008.09.10. По данным на 03.10.2008 состояние делопроизводства: Формальная экспертиза завершена. СВЯЗУЮЩАЯ КОМПОЗИЦИЯ, СТРОИТЕЛЬНАЯ КОМПОЗИЦИЯ, СОДЕРЖАЩАЯ СВЯЗУЮЩУЮ КОМПОЗИЦИЮ, И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНОЙ КОМПОЗИЦИИ И ЕЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ. Заявитель: МЕГА- тек Холдинг Б.В. (NL). Автор: ДЕ ЛА РОЭЙ Робин (NL).

4. ПАТЕНТ РФ № 2330823 C04B 28/14 (2006.01). C04B 14/16 (2006.01). C04B 111/20 (2006.01). СЫРЬЕВАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГИПСОБЕТОНА. Статус: по данным на 13.08.2008 - действует. Заявка: 2006132934/03. Дата подачи заявки: 2006.09.13. Дата начала отсчета срока действия патента: 2006.09.13. Дата публикации заявки: 2008.03.20. Опубликовано: 2008.08.10. Авторы: Хежев Толя Амирович (RU); ХежевХасанби Анатольевич (RU). Патентообладатель(и):

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова (RU)

5. В.Н. Лысцов, Н.В. Мурзин «Проблемы безопасности нанотехнологий», М., МИФИ, 2007г., 70 с., 22 рис., 9 табл.

6. П. Г. Комохов Применение нанотехнологий в производстве бетонов / Сб. тезисов "Популярное бетоноведение" 22-24 марта 2007 года. С.7-8. СПб. 42 с. (Г. Зеленогорск. Лен. области Первая Международная конференция “Популярное Бетоноведение”).

7. В.П. Кузьмина Нанотехнологии в строительстве // Нанотехнологии в строительстве: Интернет-журнал- № 1/2009. www.nanobuild/ru

8. В.П. Кузьмина Нанобетоны в строительстве // Нанотехнологии в строительстве: Интернет-журнал № 2/2009. www.nanobuild/ru

9. Комохов Павел Григорьевич (Россия, Санкт-Петербург, ПГУПС) «Применение нанотехнологий в строительном материаловедении. Нанотехнологии в производстве ячеистых бетонов»

10. Пат. 2331602 РФ МПК С04В 28/04 (2006.01) С04В 111/20 (2006.01) Высокопрочный бетон/ Коробов Николай Васильевич; Которажук Ярослав Дмитриевич; Старчуков Дмитрий . Сергеевич (RU). № 2007110008/03 заявлено 2007.03.19; опубл. 2008.08.20

11. Кузьмина В.П. Разработка рационального состава и исследование свойств бетонополимера: дисс. канд.техн.наук: 05.23.05. М. 1980. 196 с.

12. Пат. 2094404 РФ С1, 6 С04В7/52 Способ получения пластифицированных цементов/ Кузьмина В.П.; Кузьмина О.Н.; Лоскутов Б.А. № 97100772/03 заявлено 1997.01.270публ. 1997.10.27

13. А.А. Герасименко, А.А. Михайлова Механохимия и защита полимеров при нагрузках/ Защита от коррозии старения и биоповреждений машин, оборудования

Размещено на Allbest.ru

...