Строительство и архитектура/ 4. Современные строительные материалы

К.т.н. Рахимова Г.М., Куркумбаева Р.М., Иманов Е.К.

Карагандинский государственный технический университет, Казахстан

Перспективы развития наносиликатов

в технологии строительных материалов

В настоящее время перед строительной отраслью стоит задача создания таких материалов, как особо прочные, легкие, устойчивые в агрессивных средах бетоны для высотного и промышленного строительства, оборонных целей, добавок, расширяющих возможности применения местного сырья в строительстве зданий, сооружений, дорог в неблагоприятных условиях. Решение этих задач требует изучения материалов на новом метрическом уровне (наноуровне) и применения новых подходов к конструированию материалов с заданными свойствами.

В этой связи следует отметить, что для повышения эффективности технологий строительных материалов и их качества необходимо глубокое изучение поверхностных явлений на границах раздела фаз, на которых происходят химические реакции и образуются продукты их взаимодействия, возникают и развиваются коагуляционные, конденсационные и кристаллизационные контакты, обеспечивающие требуемые свойства материалов. Именно на границах раздела фаз проявляются элементы нанотехнологий, затрагивающие атомно-молекулярную природу и структуру поверхностных слоев реагирующих веществ. Процессы, происходящие на поверхности взаимодействующих фаз, определяются природой, концентрацией и геометрическим расположением химических элементов. В большинстве случаев концентрация атомов и упорядоченность их расположения в поверхностных слоях всегда существенно меньше, чем в объеме, что требует привлечения чувствительных методов структурного и элементного анализов[1].

Использование наносиликатов с удельной поверхностью не менее 180 м²/г, на порядок превышающей удельную поверхность микрокремнезема, и новых диспергаторов-гиперпластификаторов на основе поликарбоксилатов специального молекулярного дизайна обеспечивает достижение кардинально новых показателей прочности и структуры цементного камня, создает предпосылки для дальнейшего развития порошковых композитов с прочностью на сжатие около 800 МПа и прочностью на растяжение при изгибе около 100 МПа. Дополнительный потенциал для развития намного более прочных, более жестких и более долговечных конструкционных материалов предоставляют наночастицы, углеродные нанотрубки и нановолокна, которые сегодня производятся в промышленном масштабе многими компаниями.

Переход на нанометрический уровень феноменологического анализа дает принципиально новые возможности поромеханического изучения цементных систем, например (глобул геля С-S-H, включая внутриглобулярную и межглобулярную пористость ( рисунок 1).

Рисунок 1 – Цементные композиты, модифицированные

«наноуглеродными» материалами

В этой связи на наш взгляд, уместно отметить главные научные направления в технологии строительных наноматериалов, которые уже определились и включают:

- высокотехнологичные конструкционные материалы (наноструктурные модификации стали/металлов, керамики/стекла, полимеров, цемента/бетона, композитов), получаемые через управление производственным процессом с использованием наночастиц, нанотрубок и нанодобавок;

- понимание явлений в наношкале - наноструктурах и их проявлениях в процессах и свойствах (например, в гидратации, усадке, старении и т.д.);

- функциональные тонкие пленки/покрытия, многократно повышающие качество материалов, например, их оптические, тепловые свойства, долговечность, истираемость, сопротивляемость воздействиям, обеспечивающие самоочищаемость, препятствующие нанесению надписей на стенах и т.д.;

- новые датчики, устройства и быстродействующие приборы, обеспечивающие улучшенный контроль за состоянием конструкций и условиями окружающей среды, а также способность самоприведения в действие и т.д. [2, 3].

Можно сделать вывод, что применение различных модификаторов позволяет изготовлять бетонные смеси и бетоны, которые соответствуют современным строительно-технологическим требованиям.

Новые методы испытаний и исследований и выявление новых закономерностей, создают значительный потенциал для создания высокотехнологичных продуктов, отличающихся гарантированными показателями надежности, развивают принципы получения современных «суперматериалов».

Действенные шаги в решении проблем финансирования исследований предпринимаются Правительством Казахстана, Национальной инженерной Академией, Ассоциацией предприятий индустрии и торговли РК.

Литература:

1. Король Е.А. Использование нанотехнологий в строительстве и производстве строительных материалов//Строительные материалы, оборудование, технологии ХХI века.- Москва, 2008, № 2.

2. Минько Н.И., Нариев В. М. Методы получения и свойства нанообъектов. -Белгород: Изд-во БГТУ им. Шухова. 2005. -105 с.

3. Кулибаев А.А., Соловьев В.И., Нурбатуров К.А., Де И.М. Ультрадисперсные наполнители для наномодификаторов // Вестник НИА РК.- 2007.- № 4.- С.121-126.