CC BY
17УДК 693.542.4:539.2
тематический раздел журнала «Строительные Материалы»
В.А. ЕЗЕРСКИЙ, д-р техн. наук, Белостокский технический университет (Республика Польша); П.В. МОНАСТЫРЕВ, д-р техн. наук, Н.В. КУЗНЕЦОВА, канд. техн. наук, И.И. СТЕРХОВ, инженер, Тамбовский государственный технический университет
Перспективы применения наномодифицированного бетона
Задача инновационного развития строительного комплекса Российской Федерации позволила сформулировать перспективные направления исследований в строительной науке. Одним из важнейших направлений в строительном материаловедении является разработка бетона нового поколения, сверхплотного и высокопрочного, ультрапористого, высокотеплоэффективно-го, особокоррозионно-стойкого и др. Выбор такого направления обусловлен экстремальными эксплуатационными воздействиями на здания и сооружения, а именно: постоянно возрастающей высотностью строящихся зданий; разнообразной динамикой нагрузок; необходимостью строительства в сейсмоопасных районах; необходимостью эксплуатации в широком температурном диапазоне и при подверженности различным химико-физическим воздействиям [1].
Как известно, бетон нового поколения представляет собой высокотехнологичные бетонные смеси и бетон с добавками, приобретающий и сохраняющий требуемые свойства при твердении и службе в любых эксплуатационных условиях. Отличительной особенностью бетона нового поколения является многоком-понентность, что подразумевает использование разнообразных минеральных дисперсных компонентов, двух-трехфракционного мелкого и крупного заполнителя, комплексных химических добавок, комбинаций полимерной и стальной фибры [2].
Проектный уровень прочности и эксплуатационных свойств бетона нового поколения достигается качественным подбором состава, выбором технологии изготовления, уходом за бетоном, доведением качества бетонных изделий до требуемого уровня технического состояния на стадии эксплуатации. Однако для получения высокотехнологичного бетона необходимо направленное формирование структуры [3].
Наряду с традиционными способами регулирования структуры бетона нового поколения перспективной также является модификация бетона наноразмерными частицами, при введении которых в минеральную матрицу вяжущего происходит ее структурирование; в результате получаются наномодифицированные материалы с совершенно новыми свойствами.
В настоящее время получены различные виды нано-частиц. Молекулярные углеродные кластеры представляют частицы размером 10—100 нм и имеют упорядоченную пространственную структуру из атомов углерода, связанную посредством сил молекулярного взаимодействия.
Можно ожидать, что введение в состав бетона нано-частиц приведет к улучшению структуры цементного камня, повышению его трещиностойкости, динамической вязкости. Нанотрубки ведут себя в цементном растворе как центры кристаллообразования, но поскольку они имеют не точечную, а протяженную форму, кристаллы образуются вытянутые. Разрастаясь, кристаллы переплетаются, частично прорастают друг в друга и об-
разуют пространственную сеть, пронизывающую и связывающую в единое целое весь цементный камень.
Основной проблемой создания наномодифициро-ванных бетонов является равномерное распределение наноматериала в объеме цементной матрицы, что особенно важно в случаях добавления модификатора в микроколичестве. Для решения этой проблемы необходима дополнительная среда, образующая в композите непрерывную фазу. Эту функцию может выполнять жидкая или дисперсная фаза.
В настоящее время существует несколько способов введения и равномерного распределения наноматериала: использование слабых растворов или суспензий, получаемых методами последовательного разбавления для введения в связующее; использование слабых растворов или суспензий для обработки поверхности объектов перед нанесением защитных пленочных покрытий; приготовление водной суспензии в гидродинамическом ультразвуковом диспергаторе и смешивание с основным материалом связующего с использованием стандартного оборудования; обработка поверхности высокодисперсного наполнителя перед его введением в композиционный материал; введение наноструктурированной добавки в бетонную смесь при совместном их перемешивании [4, 5].
Авторами проводились исследования модифицированных бетонных материалов с использованием углеродных нанотрубок «Таунит», разработанных ООО «Тамбовский инновационный технологический центр машиностроения». Введение нанотрубок в цементную матрицу выполнялось путем диспергирования в воде затворения с помощью ультразвуковых источников. Результаты экспериментальных исследований наномодифицированного бетона показали зависимость прочностных характеристик от количества вводимого углеродного наноматериала (см. рисунок). Прочность при сжатии возрастала на 30—90% при изменении количества углеродного наноматериала «Таунит» в пределах от 0,008 до 0,032% массы цемента [6].
Один из первых примеров использования легкого конструкционного фибробетона на основе базальтовой микрофибры, модифицированной нанокластерами
70
научно-технический и производственный журнал
сентябрь 2011
тематический раздел журнала «Строительные Материалы»
ноу
углерода, — реконструкция моста через Волгу в г. Кимры в 2006—2007 гг., что позволило существенно уменьшить толщину плиты с 20 до 13 см и отказаться от ее гидроизоляции.
Одним из перспективных направлений использования наномодифицированного бетона является производство комплексных сухих добавок, позволяющих использовать многокомпонентную комплексную добавку в условиях стандартного оборудования бетонных заводов. Введение в эксплуатацию в 2008 г. специализированной полуавтоматической линии мощностью до 800 т смеси в месяц позволило перейти к другому проекту с использованием высокопрочного наномодифицированного бетона при реконструкции моста через р. Вятку, который был принят в эксплуатацию в 2008 г.
Анализ современных тенденций исследования новых строительных технологий и материалов в экономически развитых странах мира позволяет утверждать, что основой динамичного внедрения в практику на ближайшие 10—20 лет станут материалы и технологии, полученные на основе достижений и разработок в области нанотехнологий. По прогнозам ученых-экономистов, к 2015 г. стоимость нанотехнологической продукции в общемировом промышленном производстве должна составить 1 трлн долларов.
Несмотря на то что начался период внедрения в производство разработок, связанных с наномодифициро-ванным бетоном, следует отметить тот факт, что появившееся направление в бетоноведении требует больших дополнительных исследований особенностей структуро-образования; условий повышения эксплуатационных свойств; определения вида наномодификатора и его носителя; разработки способов введения наномодифика-тора, обеспечивающих его однородное распределение на границе раздела фаз; технико-экономической оценки
эффективности нанотехнологий в производстве бетона
и изделий из него.
Ключевые слова: бетон нового поколения, наномодифи-
цированный бетон, наночастицы, модификация структуры.
Список литературы
1. Чернышов Е.М. К проблемам развития исследований и разработок в области материаловедения и высоких строительных технологий: основные акценты: В сб. «Достижения и проблемы материаловедения и модернизации строительной индустрии». Казань, 2010. Т. 1. 2010. С. 8-9.
2. Ушеров-Маршак А.В. Современный бетон и его компоненты // Бетон и железобетон. 1999. № 2. С. 20-25.
3. СахибгареевР.Р. Направления и механизмы управления процессами структурообразования цементных композитов: В сб. «Достижения и проблемы материаловедения и модернизации строительной индустрии». Казань, 2010. Т. 1. С. 53-56.
4. Леонтьева А.И., Утробин Н.П., Орехов В.С., Дьячко-ва Т.П. Продукты органического синтеза XXI века и технологии их производства с использованием нано-материалов: В кн. «Фундаментальная наука — Центральной России». Тамбов, 2007. С. 344—346.
5. Леонтьева А.И., ЧерновАА, Манелюк Б.И., Брянкин К.В., Леонтьев Е.А. Исследование сорбционной активности поверхности инертных тел // Химия и химическая технология. 2003. Т. 46. Вып. 7. С. 12-16.
6. Жданов А.А., Кузнецова Н.В., ЖариковВ.В. Получение композиционных строительных материалов с применением наноструктурных углеродных материалов: Материалы I Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. Тамбов, 2009. С. 36.
Мвгпа^ш :.: ;| 11: Ношд Рия^та1ш1ешр(ь2!011>»
I Международный Форум «ЖКХ-Экспо-2011»
I ЖКХ з
экспо
2011
Астана
I' {¡пецналнзираданнал Е1Ы ставка г-НШ-Зшю» V Меицрародная конференция - Шнлщло шмунальнын сектор Республики Назшш: проблемы, решеннл н нерсиекшкы ■
© 1
ткш »идаррклыпн НлаИн-пЖСК
Орцциня
1 (тля о 1та я ком па ния . ^ ЛсЧ V К £ ооо ХибЭкспс€Ьрвис*Нщ И
Г Ноеосйбирсх, тп (383)3356350, ь
а vmjii.ru
wwyv.iei.net.rij Я ^ *
ОФ»1ыо*1нд* пашюрчио: атписно РК по д^лвч строительство » жнлшшю
2-4 ноября
2 4 0\ ! :■. V. :.! •..:
}н!ргос6срвение, Ниншщншые гсммепи. Эмргосибяенне, т? плклзбжеине. Степи вадснавнеш, алдпочнстмн л щюткдвннн Снрнншш иронгшные гешлмнн н материалы. С-нстеня о:огг;нн>. ввнтшцик, нашнщхн. П роенс н^нгез нчб. Сгрднгяшно. Сгронгепыш, номинальная кшнна к лйп^дшмнЕ. Зпннтротениичкное н жнтрооборудовзнне. И и точечные сети, нзммунмщнн. Лнфговое ЮЭЛНСЕВО.
Й0|) И уг или за пня Пыи:-ь:ь * и ЛрОньнШЕЯны! ЯТКОЦО!. Ннфршрунщи. бгаг^ронсш н онптние. Л Л11Л1. фтчь:н днйнн к др*иенг?уоп
КОнЛмуНОлЬН&ГО А<им&* г АСТОмЦ
Ы ®
научно-технический и производственный журнал
сентябрь 2011
71
