CC BY
7Н Ш лч
наука
УДК 6-022.532
И.В. ЖЕРНОВСКИЙ, канд. геол.-мин. наук, В.В. СТРОКОВА, д-р. техн. наук, Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова
Некоторые вопросы понятийного аппарата наносистемного строительного материаловедения
Non sunt entia multiplicanda praeter necessitatem. Не нужно множить сущности без необходимости.
Уильям Оккам
Современная работа в области методологии научного познания уделяет функциональному языку науки недостаточно внимания. В классических методологических моделях развития научного знания К. Поппера, Т. Куна, И. Лакатоса, В.С. Степина и др. лингвистический аспект не рассматривается. Однако терминологический багаж научного знания — это весьма важная его составляющая.
При анализе развития науки с точки зрения формирования ее понятийного аппарата выясняется, например, что вдруг исследователи на каком-то этапе сталкиваются с проблемой хаоса в профессиональной терминологии. По существу этот хаос выражает возникновение рассогласования между содержательным планом научного знания и его выражением, между концептуальным содержанием области научного знания и используемым языком [1]. В результате возникает необходимость переключения с привычного оперирования фрагментами знания на упорядочение используемого языка. На практике из-за отсутствия соответствующего опыта и смелости обычно переход и уточнение терминологического аппарата затягивается, что парализует всю работу.
В научном языке действует непреложное правило: одно понятие — один термин.
В истории науки известны периоды, когда в той или иной области знания возникала терминологическая путаница или изобилие терминов для обозначения одного и того же явления и пр. Например, во времена А. Лавуазье для сульфата меди существовало четыре названия, для карбоната магния — десять и т. д. Возникала путаница и недопонимание между учеными.
В настоящее время производством нового знания занимаются чаще всего группы исследователей, в которых могут существовать уже определенные традиции, а также творческие коллеги, работающие параллельно. В результате может возникнуть так называемая терминологическая избыточность в виде синонимов терминов и разброс в структурировании концептуального содержания науки. Кроме того, многозначность терминов может порождаться отставанием понятийного аппарата от более быстро развивающихся знаний. На порождение терминологической избыточности порой работает простое желание не очень продуктивных групп ученых создать впечатление новизны результатов своей работы простым введением искусственных терминов.
Подобная ситуация наблюдается в строительном материаловедении, которое совсем недавно было признано прикладной наукой фундаментального характера [2], особенно в той его части, которая исследует нанораз-мерные системы.
18 октября 2011 г. Комиссия Евросоюза по направлению «Нанонаука и нанотехнологии» представила рекомендации по определению понятия «наноматери-ал» [3]. Согласно принятым рекомендациям наномате-риалами признаются природные, побочные или искусственные материалы, содержащие частицы в свободном или связанном состоянии в виде агрегатов или агломератов. При этом содержание частиц, с одним или более геометрическим размером, находящихся в диапазоне 1—100 нм, составляет не менее 50%. В отдельных случаях и с целью охраны окружающей среды, здоровья, безопасности или конкурентоспособности предельное содержание наночастиц может быть смещено в область 1—50%.
Казалось бы, появление нового определения нано-материалов должно способствовать построению логически обоснованного понятийного аппарата наносистем-ного строительного материаловедения. Тем не менее, следует признать, что применение приставки нано для обозначения специфических особенностей строительных материалов, как правило, выполняет скорее маркетинговую функцию и никоим образом не способствует формированию смысловой нагрузки употребляемых терминов. На этом основании следует ожидать массового появления в специальной литературе таких терминологических приобретений последнего времени, как «на-нобетон», «нанокирпич» и т. д.
Не будет большим откровением утверждение, что основная масса строительных материалов является на-носистемной по своей сущности. Так, формирование прочностных свойств при твердении любых неорганических вяжущих формируется именно на наноразмер-ном уровне при гидратационном (композиционные материалы) либо высокотемпературном (керамические материалы) минералообразовании и переходе вяжущих в кристаллическое или твердое консолидированное состояние матрицы композита.
В частности, при твердении портландцемента прочностные свойства формируются наноразмерными образованиями гидросиликатов кальция, концентрация которых в цементном камне на поздних сроках твердения может достигать 50% [4]. Уже на этом основании можно считать обычный цементный камень естественным на-номатериалом и без применения различных «нанодоба-вок», «наномодифицирования» и пр.
В связи с этим логично поставить вопрос: имеет ли смысл применять приставку нано для обозначения строительных материалов, уже содержащих в своем составе
наносистемы в концентрационных пределах, соответствующих определению наноматериалов, данного Комиссией Евросоюза? Скорее всего такой необходимости нет.
Осознанное развитие наносистемных подходов (авторы стараются не употреблять термин «нанотехноло-гии») в строительном материаловедении композиционных материалов связано с попытками модифицирования нанодисперсными добавками традиционных вяжущих с целью улучшения отдельных эксплуатационных и (или) экономических показателей.
Можно принять, что наносистемами в строительном материаловедении являются множества (совокупности) взаимосвязанных объектов наномасштабного уровня природного и техногенного (искусственного) происхождения, обладающие эмерджентными* свойствами и находящиеся в состоянии структурных и пространственно-временных взаимосвязей (в парагенетических отношениях) с системами других масштабных уровней [5].
Если рассматривать наносистемы как компоненты строительных композиционных материалов, то неизбежно возникает вопрос об их функциональном назначении. Роль наносистем и характеристики их фазово-размерной гетерогенности имеют весьма индивидуальный характер в строительных композиционных материалах на основе вяжущих различной природы твердения. Тем не менее без потери общности к уже выделенным функциям модифицирующих наносистем [6] — структурообразующей, реакционно-стимулирующей, технологической, экономической и экологической — следует добавить и минера-лообразующую.
Основное внимание отечественных и зарубежных исследований по наносистемному модифицированию традиционных вяжущих направленно на реализацию структурообразующей функции, так как при этом наиболее полно проявляются эмерджентные свойства системы наномодификатор—вяжущее.
В отечественной и зарубежной литературе, посвященной этому вопросу, большую часть работ можно разделить на следующие категории:
— армирование цементного камня нановолокнами;
— применение нанодисперсного кремнезема как активного реагента для преобразования портландита в гидросиликаты кальция;
— применение полученных золь-гель-методом нано-размерных клинкерных минералов.
Формулировка термина наноструктурированное вяжущее в понятийном аппарате строительного материаловедения в настоящее время отсутствует. При этом, учитывая возрастающие масштабы употребления этого понятия в научной литературе, сам термин нанострук-турированное вяжущее начал превращаться в термин свободного пользования, допускающий весьма произвольное его толкование.
Можно ли считать одно из наиболее широко применяемых неорганических вяжущих — портландцемент — наноструктурированным вяжущим? На первый взгляд такая постановка вопроса для многих специалистов, особенно занятых в области исследования, разработки и производства композиционных материалов на основе портландцемента, может показаться по меньшей мере странной. В самом деле, прочностные свойства цементного камня при твердении вяжущего на портландцементной основе являются прямым следствием формирования наноразмерных структур гидросиликатов кальция. При этом на основании беглого рассмотрения причинно-следственных связей, как правило, делается вывод: если в следствии (в цемент-
ном камне) появляется некоторое свойство (в данном случае наноструктурированная система C—S—H), то источник его появления (свойства) безусловно находится в причине (в портландцементе), следовательно, портландцемент является наноструктурированным вяжущим.
Известно, что портландцемент наносистем не содержит. Если, конечно, не принимать за них наноразмер-ные блоки мозаичного строения (кристаллиты) микрокристаллов основных клинкерных минеральных компонентов. Тем более что не эти компоненты, а продукты их гидратации образуют в цементном камне нанораз-мерные и наноструктурные системы.
Основная причина образования наноразмерных гидратных C—S—H образований заключается в высокой степени пересыщения цементного теста по кристаллизуемым компонентам и вследствие этого появлении массовой (лавинной) кристаллизации. В этих условиях размеры кристаллических образований гидросиликатов кальция будут находиться в наноразмер-ной области.
Для того чтобы сформулировать понятие нано-структурированного вяжущего, т. е. вяжущего, содержащего наносистемы, попытаемся применить понятийные подходы, отсутствующие пока в строительном материаловедении, но глубоко развитые и широко применяемые в других областях естествознания. К таким дисциплинам, в которых методологические вопросы возникновения, взаимодействия и эволюции сложно-организованных, полигенных и разномасштабных систем наиболее разработаны, относится, в частности, минералогия.
Примем за временную точку отсчета момент производства (синтеза) вяжущего. Для обозначения временных факторов возникновения наносистем будем использовать греческие временные приставки: прото-(до), син- (одновременно) и эпи- (после).
Если во время производства в объеме вяжущего образуются наносистемы, например вследствие механоак-тивационной диспергации, назовем их сингенетическими наносистемами.
Протогенетическими наносистемами будем называть наносистемы, которые возникли независимо от конкретного вяжущего (основное условие) и до момента его производства, а затем введены в него в качестве инкапсулированного компонента, например нанодисперсный кремнезем.
Только эти два типа наносистем могут содержаться в вяжущем веществе.
Что же касается эпигенетических наносистем, то по смыслу они должны образоваться после образования вяжущего, т. е. при его твердении, и обеспечивать возникновение прочностных свойств материала.
Прото- и сингенетические наносистемы в любом вяжущем должны обязательно обладать полезными функциональными свойствами и быть связаны с эпигенетическими системами парагенетическими (совместное существование) или генетическими (последующие наноси-стемы образуются из предыдущих) связями.
На основании изложенного можно сформулировать определение наноструктурированного вяжущего: нано-структурированными называются вяжущие, содержащие прото- и (или) сингенетические наносистемы, приводящие к формированию эпигенетических наносистем, обеспечивающих прочностные свойства материала в твердом состоянии.
Следует отметить, что в наибольшей степени этим условиям соответствуют силикатные и алюмосиликат-
* Эмерджентность (от англ. emergence — возникновение, появление нового) — наличие у системы целостных свойств, не присущих ни одной отдельно взятой части. Противопоставляется аддитивности.
март 2012
9
1 ffi лч
наука
ные вяжущие поликонденсационно-полимеризацион-ного типа твердения, в котором наноразмерный компонент формируется в процессе производства вяжущего путем постадийного мокрого помола [7]. Портландцемент может представлять собой наноструктурирован-ное вяжущее только в композиции с функциональными протогенетическими наносистемами.
Несомненно, что развитие науки требует соответствующего развития понятийного аппарата, и не только в новых направлениях. Следует внимательно и аккуратно относиться к уже выработанной терминологии и не множить сущности без необходимости. Эта проблема весьма остро стоит в строительном материаловедении. Над развитием и упорядочением понятийного аппарата работают выдающиеся ученые современности [8]. Определенное сдерживание натиска новомодных терминов оказывают опытные научные редакторы традиционных изданий. Но основная работа по очистке и строгому соблюдению терминологической культуры в науке лежит на плечах ученых, особенно в современных условиях, когда в науку проникают непрофессионалы и происходит активное наступление лженаучных идей в СМИ. Решить проблему может только отлаженная система образования на всех уровнях подготовки. Если падает интерес к науке, если размывается система образования, основанного на научных знаниях, то это приведет к разрушению стройного здания науки и подпитке лженаучных идей.
Авторы выражают искреннюю благодарность канд. физ.-мат. наук И.В. Козловой за высказанные ценные замечания и помощь при подготовке рукописи.
Ключевые слова: наносистемы, строительное материаловедение, термины, наноструктурированное вяжущее.
Список литературы
1. Крушанов А.А. Ситуация предстандарта в динамике научного познания // Философия и наука. 2006. № 8. С. 54-66.
2. Материаловедение в строительстве / Под ред. И.А. Рыбьева. М.: Изд. центр «Академия», 2007. 528 с.
3. COMMISSION RECOMMENDATION of 18 October 2011 on the definition of nanomaterial // Official Journal of the European Union. 20.10.2011. № 275. L 38-40.
4. Жерновский И.В., Строкова В.В., Мирошников Е.В., Бухало А.Б., Кожухова Н.И., Уварова С.С. Некоторые возможности применения полнопрофильного РФА в задачах строительного материаловедения // Строительные материалы. 2010. № 3. С. 102-105.
5. Строкова В.В., Жерновский И.В. Некоторые актуальные вопросы междисциплинарного направления «Наносистемы в строительном материаловедении». // Вестник Центрального регионального отделения РААСН. 2011. С. 99-105.
6. Коротких Д.Н., Артамонова О.В., Чернышов Е.М. О требованиях к наномодифицирующим добавкам для высокопрочных цементных бетонов // Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал. 2009. № 2. С. 42-49. URL: http:// www.nanobuild.ru
7. Череватова А.В., Жерновский И.В., Строкова В.В. Минеральные наноструктурированные вяжущие. Природа, технология и перспективы применения. Saarbrucken: LAM LAMBERT Academic Publishing GmbH & Co. KG, 2011. 170 pp.
8. Ушеров-Маршак А.В. Бетоноведение: лексикон. М.: Стройматериалы, 2009. 112 с.
Активатор
измельчение активат*Ш1 синтез
100 ВО
а 60 -
i 40
¡г
20 О
*
5 мин^ в ^
* •• у 1 мин.
1 10 100 диаметр частиц мкм
Для пробоподготовки материалов
Лабораторные мельницы "Активатор" для заводских и исследовательских лабораторий.
100
во
чп
М
ft г 10
го
0
Активатор-4М
■ ■ • 2 мин.
■ • у. * ^ 1 мин,
1 10 100 диаметр частиц, мкм
Для наработки небольших партий материалов
Активатор-25
Для помола материалов в ударном, сдвиговом, вихревом режимах
www.activator.ru »
Новосибирск, Софийская 18, оф 107 630056, Новосибирск 56, а/я 141 Факс: 8 (383) 325-18-49 Тел: 8 913 942 94 81 e-mail; belyaev@activator.ru
Реклама
