eng
Автор статьи был одним из инициаторов создания в МЭИ наноцентра, в котором в настоящее время осуществляется лицензированная подготовка специалистов по направлению "Наноиндустрия и наноматериалы". Значительное внимание в работе Центра уделяется созданию прикладных нанотехнологий, в частности, разработке нанобетонов.
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 и другими качествами, делающими их перспективными для использования в строительстве мостов, дорожных и аэродромных покрытий и т.д.;
нанобетоны высокой и сверхвысокой прочности для лифтовых шахт, балок, ферм, других несущих конструкций в жилищном и промышленном строительстве.
В табл.1 приведены усредненные характеристики некоторых вышеперечисленных нанобетонов.
Не раскрывая все запатентованные нюансы, стоит отметить лишь две важнейшие технологические особенности изготовления нанобетонов.
Первая: во всех нанобетонах в качестве армирующего материала используются промышленные отходы базальтовой фибры, производимой из расплава базальтовых пород (ГОСТ 4640) и измельченной на специальной лепестковой мельнице. В табл.2 приведены характеристики базальтовых волокон, используемых для армирования нанобетонов.
Вторая, самая важная особенность нанобетонов, – перед упаковыванием измельченной базальтовой фибры в бумажные мешки в ее состав вводят натр едкий 0,05–0,1%, воду 0,3–0,5% и фуллероидный материал, получивший название "Астрален" (табл.3 и рис.). В зависимости от того, какой нанобетон необходимо изготовить, концентрация астралена варьируется от 0,0001 до 0,01% от массы фибры.
Обычно в базальтовой модифицированной микрофибре (МБМ) содержатся следующие элементы, %:
Вата базальтовая измельченная 99,3–99,6
Наномодификатор (астралены) 0,0001–0,001
Натр едкий 0,5–0,1
Вода 0,3–0,5
Срок хранения МБМ – не более 3 месяцев. После его истечения требуется повторное измельчение фибры.
Технология изготовления нанобетонов не требует нового технологического оборудования. Замес осуществляется в стандартных смесителях, причем в начале (не менее 10 мин) цемент и МБМ смешиваются "всухую", затем подаются вода, наполнители и различные добавки.
В зависимости от вида и назначения нанобетона содержание МБМ варьируется в пределах 1,5–20% от массы вяжущего материала, в качестве которого могут быть использованы цементы разных марок, кислотно-зольные смеси, гипсы и т.д.
Важно отметить, что преимущества нанобетонов обусловлены особой структурой, формируемой вследствие самоорганизации цементного камня на наноуровне.
Существует несколько гипотез самоорганизации цементного камня в присутствии астралена или других фуллероидных материалов.
Основная идея сводится к тому, что фуллероидные материалы обладают весьма значительным дипольным моментом и в присутствии воды выстраивают зерна цементного камня по цепочкам от фуллероида вдоль векторов диполя. Астралены (см. рис.) имеют, в отличие от линейных нанотрубок, кольцевую, объемную, многополярную ориентацию. В результате цементный камень "растет" вокруг астралена звездообразно, проникая в толщу наполнителей своеобразным дополнительным наноармирующим многополярным связующим.
В настоящее время продолжаются полупромышленные эксперименты по использованию нанобетонов: с использованием нанобетонов средней плотности с повышенной термо- и влагостойкостью завершилось строительство и сдан в эксплуатацию мост через Волгу у г. Кимры, продолжаются испытания нано-асфальтобетонов в дорожном строительстве на Московской кольцевой дороге и магистрали №4 "Дон", в Наноцентре МЭИ исследуется динамика развития цементного камня в присутствии астраленов при затворении раствора водопроводной и дистиллированной водой.
Следует отметить, что в настоящее время десятки промышленных организаций и фирм проводят собственные испытания изделий с применением материалов и рекомендаций Наноцентра. Некоторые фирмы, используя публикации и выставочные экспозиции сотрудников Центра, ведут самостоятельные исследования нанобетонов.
В табл.4 приведены, например, параметры углеродных нанотрубок марки "Таунит", производимых в ТГТУ. По рекомендации Наноцентра Калининградский комбинат ЖБИ использовал "Таунит" в качестве наностимулятора и получил нанобетоны, прошедшие положительную аттестацию в НИИ ЖБК.
Все это позволяет надеяться, что уже в обозримом будущем произойдет промышленное внедрение нанобетонов, которое позволит получить значительный экономический эффект, поскольку при увеличении потребительских характеристик нанобетонов в 4–6 раз их стоимость выше обычных не более чем на 10–20%.
легкие нанопенобетоны для индивидуального строительства и возведения легких перегородок в помещениях различного назначения;
нанобетоны средней плотности, обладающие повышенной прочностью и другими качествами, делающими их перспективными для использования в строительстве мостов, дорожных и аэродромных покрытий и т.д.;
нанобетоны высокой и сверхвысокой прочности для лифтовых шахт, балок, ферм, других несущих конструкций в жилищном и промышленном строительстве.
В табл.1 приведены усредненные характеристики некоторых вышеперечисленных нанобетонов.
Не раскрывая все запатентованные нюансы, стоит отметить лишь две важнейшие технологические особенности изготовления нанобетонов.
Первая: во всех нанобетонах в качестве армирующего материала используются промышленные отходы базальтовой фибры, производимой из расплава базальтовых пород (ГОСТ 4640) и измельченной на специальной лепестковой мельнице. В табл.2 приведены характеристики базальтовых волокон, используемых для армирования нанобетонов.
Вторая, самая важная особенность нанобетонов, – перед упаковыванием измельченной базальтовой фибры в бумажные мешки в ее состав вводят натр едкий 0,05–0,1%, воду 0,3–0,5% и фуллероидный материал, получивший название "Астрален" (табл.3 и рис.). В зависимости от того, какой нанобетон необходимо изготовить, концентрация астралена варьируется от 0,0001 до 0,01% от массы фибры.
Обычно в базальтовой модифицированной микрофибре (МБМ) содержатся следующие элементы, %:
Вата базальтовая измельченная 99,3–99,6
Наномодификатор (астралены) 0,0001–0,001
Натр едкий 0,5–0,1
Вода 0,3–0,5
Срок хранения МБМ – не более 3 месяцев. После его истечения требуется повторное измельчение фибры.
Технология изготовления нанобетонов не требует нового технологического оборудования. Замес осуществляется в стандартных смесителях, причем в начале (не менее 10 мин) цемент и МБМ смешиваются "всухую", затем подаются вода, наполнители и различные добавки.
В зависимости от вида и назначения нанобетона содержание МБМ варьируется в пределах 1,5–20% от массы вяжущего материала, в качестве которого могут быть использованы цементы разных марок, кислотно-зольные смеси, гипсы и т.д.
Важно отметить, что преимущества нанобетонов обусловлены особой структурой, формируемой вследствие самоорганизации цементного камня на наноуровне.
Существует несколько гипотез самоорганизации цементного камня в присутствии астралена или других фуллероидных материалов.
Основная идея сводится к тому, что фуллероидные материалы обладают весьма значительным дипольным моментом и в присутствии воды выстраивают зерна цементного камня по цепочкам от фуллероида вдоль векторов диполя. Астралены (см. рис.) имеют, в отличие от линейных нанотрубок, кольцевую, объемную, многополярную ориентацию. В результате цементный камень "растет" вокруг астралена звездообразно, проникая в толщу наполнителей своеобразным дополнительным наноармирующим многополярным связующим.
В настоящее время продолжаются полупромышленные эксперименты по использованию нанобетонов: с использованием нанобетонов средней плотности с повышенной термо- и влагостойкостью завершилось строительство и сдан в эксплуатацию мост через Волгу у г. Кимры, продолжаются испытания нано-асфальтобетонов в дорожном строительстве на Московской кольцевой дороге и магистрали №4 "Дон", в Наноцентре МЭИ исследуется динамика развития цементного камня в присутствии астраленов при затворении раствора водопроводной и дистиллированной водой.
Следует отметить, что в настоящее время десятки промышленных организаций и фирм проводят собственные испытания изделий с применением материалов и рекомендаций Наноцентра. Некоторые фирмы, используя публикации и выставочные экспозиции сотрудников Центра, ведут самостоятельные исследования нанобетонов.
В табл.4 приведены, например, параметры углеродных нанотрубок марки "Таунит", производимых в ТГТУ. По рекомендации Наноцентра Калининградский комбинат ЖБИ использовал "Таунит" в качестве наностимулятора и получил нанобетоны, прошедшие положительную аттестацию в НИИ ЖБК.
Все это позволяет надеяться, что уже в обозримом будущем произойдет промышленное внедрение нанобетонов, которое позволит получить значительный экономический эффект, поскольку при увеличении потребительских характеристик нанобетонов в 4–6 раз их стоимость выше обычных не более чем на 10–20%.
Отзывы читателей
