БЕТОН И СТОМАНОБЕТОН - ИЗДЕЛИЯ
Нанонаука. Нанотехнологии. Нанобетони
Автор: V.A. Войтович, кандидат на техническите науки, заместник генерален директор Регионален център за наноиндустрия в Нижни Новгород Н-Новгород
И така, какъв вид фетиш е това, NT?
Нека започнем отговора с терминология, тъй като това ще е необходимо за по-нататъшно недвусмислено разбиране на това, което ще бъде представено в статията. Все още няма общоприето определение на това понятие, така че нека дадем своето: НТ е метод за получаване на наноструктури с цел подобряване на физико-механичните, органолептични и редица други свойства на различни материали: бетон, керамика, лакове и бои, лепила, козметика, лекарства, метали, както и създаването на различни наноустройства и наномеханизми. Наноструктурите (NS) са обекти (тела), в които поне едно от измеренията във всяка посока има стойност от един до сто нанометра (NM). Тези тела се наричат наноразмерни. Спомнете си, че NM е равно на 10-9m.
Към наноструктурите принадлежат следните обекти: • Наночастици (NP). Това са тела, които са наноразмерни и в трите посоки. • Нанотръби (NTR). Това са цилиндри с наномащабен диаметър и много по-голяма дължина. • Нанофилми (NP). Това са свободни филми, които имат само наномащабна дебелина. • Нанопокрития (NPC). Това са филми, фиксирани върху субстрат, които имат само нанометрова дебелина. • Наносуспензии (NS). Това са суспензии на твърди НЧ в течност. • Наноемулсии (N.?E.). Това са суспензии на течни НЧ в течност, в която са неразтворими.
Друга индикация за значимостта на този проблем може да бъде броят на публикациите, посветени на NT. Към днешна дата вече са се появили няколкостотин хиляди от тях, а в цивилизованите страни се публикуват списания, посветени на NT. В България първото специализирано списание е Нанотехника,излиза от 2004 г. От 2006 г. започва да излиза списание "Български нанотехнологии", а от 2007 г. - "Наноиндустрия". Понастоящем почти всяко професионално списание редовно публикува статии за NT, а списанието "Бетонни технологии" дори въведе специална подзаглавие, посветено на тази тема. Нека разгледаме някои конкретни примери за внедряване на нанотехнологиите в конкретния бизнес.
Както е известно, обикновеният портланд цимент (PC) има специфична повърхност от около 2500 cm2/g. Частиците, които съставляват такъв цимент, влизат в химическа реакция с вода само една четвърт от обема си. Останалата част от обема на частиците изпълнява функцията на инертен добавъчен материал във втвърдената циментова смес. Очевидно е, че такава ситуация, при която скъпият цимент замества евтиния пясък в бетоновата смес, е много скъпа за строителите. За да се елиминира, поне частично, този недостатък, се предлага PC частиците да се смилат до възможно най-малкия размер непосредствено преди употреба. Въпреки това, доскоро тази техника практически не беше използвана, тъй като цената на повторно смилане беше почти същата като ползата, получена от използването на повторно смилане на цимент. Причината за неефективността е използването на гравитационни мелници за окончателно смилане, които са фундаментално неподходящи за получаване на фини прахове, особено наноразмерни.
Сега се появиха такива мелници
Те се наричат планетарни. Те правят възможно смилането на персонални компютри до наномащабни частици без загуба на електроенергия. Планетарни мелници се произвеждат и в България. Така че използването на компютър, смлян до наночастици, може да се счита за първия начин за получаване на нанобетон. Този метод обаче все още е в начален стадий. Но вторият метод е въвеждането на така наречените наномодификатори в циментовите смеси? вече се използва в notableобеми. Може би най-широко използваният наномодификатор в момента е микросилика (MF)? вещество, образувано като страничен продукт при производството на феросилиций, силициев метал [1,2]. В света MK се използва повече от 30 години и заедно с окончателното шлайфане на PC. Една от областите на използване на такава смес е изграждането на високи сгради. В MC има забележимо количество частици с наноразмери, въпреки че това е основно продукт с частици, чийто размер е в колоидния диапазон (10-5 × 10-7 m). Авторът предлага да се използва като наномодификатор не МК, а наносиликат, който се образува директно в циментови смеси, когато в тях се въведе поливинилацетатна дисперсия, в която от своя страна се въвежда етилсиликат-32 или етилсиликат-40. Този метод реализира зол-гел технологията [3,4] за получаване на частици от силициев диоксид, при това със специфична повърхност от 960 m2/g, което не е постижимо с други методи, и няма проблеми с въвеждането им. Тук трябва да се отбележи, че при въвеждането на фини прахове в циментовите смеси възникват редица проблеми - като: образуване на прах, трудността да се осигури равномерно разпределение на микрочастиците в циментовата смес на конвенционално смесително оборудване, особено когато дозата е малка.
Фулерените и фулероидите могат да бъдат поставени на второ място по отношение на обема на използване за производството на нанобетон. Фулерените са вещества, въпреки че са много ефективни като втвърдители на циментови материали, но са много скъпи и поради това не се използват в широката практика. Но фулероидите - вещества, подобни на фулерени, много по-евтини от фулерените, вече се използват широко. Очевидно първият български изследовател, успял да синтезира фулероиди, е оправдан заупотреба в циментови материали, беше A.?N. Пономарев. Заедно с V.?A. Никитин, той разработи [5] технологията за синтез и организира промишленото производство на фулероиди под марката "Astralens". С въвеждането на 1–10 g от това вещество на 1 тон цимент, ударната якост на бетона се увеличава 2–3 пъти, а якостта на натиск се увеличава с 15% [6].
Като електропроводим, шунгитът предотвратява появата на електростатични заряди.
Различни изследователи са открили, че има NP в такъв естествен минерал като хризотил азбест. Съдържа нанотръби. Може би отчасти наличието на нанотръби може да обясни толкова силното укрепващо действие, което азбестът има върху циментовата матрица, което направи възможно производството на такива отлични строителни материали като азбестови шисти, азбестоциментови тръби и др. Между другото отбелязваме, че всички обвинения за канцерогенност на продуктите, направени от хризотил азбест, са отпаднали. Той не е виновен за рака. Съдържа нанотръби и минерала серпентинит. На базата на този минерал, натрошен до наномащабно състояние, сега се правят така наречените ремонтно-възстановителни състави (RVS), които ви позволяват да възстановите износени метални повърхности, триещи се в различни механизми. Едно от забележителните им свойства е, че възстановяването на износени части може да се извърши без разглобяване и спиране на самия механизъм, чрез добавяне на RVS към смазката [11]. Тези вещества направиха възможно прилагането на нов принцип за увеличаване на ресурса на триещите се двойки, самоорганизираща се автогенна нанотехнология за микромодификация на повърхността на основния материал по време на неговата работа. RVS, въведени в смазката под въздействието на енергията, освободена по време на триене, образуват активни центрове на нуклеация и растеж на техните частицинанокристални структури под формата на микропокрития, изглаждащи триещите се повърхности, възстановяват оригиналните размери на детайлите. Това води до изчезване на биенето и вибрациите във фрикционните възли. След това процесът на вграждане на серпентинита в частите спира [12]. Необичайна посока на изследване в създаването на нанобетон е работата [13] Ю.?В. Пухнаренко, което показва, че предварителното въвеждане на някои наномодификатори във водата за смесване в количество само 10–7 (по отношение на цимента) позволява един и половина пъти да се намали вискозитета на циментовата смес и да се запази за дълго време, да се увеличи якостта, водоустойчивостта на бетонните продукти. Заедно с това е възможно да се намали цената на бетонната смес с 300 рубли / m3 (по цени от 2007 г.).
Фотокатализаторът също е способен да окислява молекули на вещества като бензинови пари, въглероден окис, алдехиди - т.е. това, което автомобилният двигател изхвърля във въздуха, както и унищожават телата на микроорганизмите. По този начин бетонна стена, съдържаща наночастици фотокатализатор в състава на бетона, не само ще се самопочиства, но и ще лекува въздуха в селището. Производството на бетонови продукти с фотокатализатор вече е започнало в редица заводи в Европа. Между другото, отбелязваме, че в България с помощта на такива фотокатализатори е създадено производството на домакински почистващи препарати и дезинфектанти за въздух [19].
1. Чернишов Е.М., Коротких Д.Н. Модифициране на структурата на циментов камък с микро- и наноразмерни частици силициев диоксид. (Въпроси на теорията и приложенията) // Строителни материали, оборудване, технологии. 2008, № 5, С. 30–32 2. Каприелов С.С. Общи закономерности при формирането на структурата на циментов камък и бетон с добавяне на ултрафини материали // Бетон и стоманобетон. 1995, № 4, стр. 16–20. 3.Войтович В.А. авт. Св. СССР № 447361 4. Мовчан Т.Г., Уриев Н.Б., Шилова. О.А. Кинетика на структуриране на зол-гел системи на базата на тетраетоксисилан в присъствието на органични добавки. Част 1. Золи // Физика и химия на стъклото, 2005, № 2, стр. 294–308. 5.Пономарев А.Н., Никитин В.?А. Полиедрични наноструктури от фулероиден тип и метод за получаване. Потупване. България за изобретение № 2196731 6.Пономарев А.Н. Синергия на наноструктуриране на циментови свързващи вещества и анизотропни полимерни добавки в технологията на композитен бетон с подобрени експлоатационни свойства.// Промишленост. 2005, № 2 (40). С. 7–9 7. Пономарев А.Н. Нанобетон – понятие и проблеми. Синергия на наноструктуриране на циментови свързващи вещества и армиращи влакна // Индустрия. 2007, № 1 (48). стр. 63–65. 8. Рожкова Н.Н., Емелянова Г.И., Горелова., Лунин В.?В. Шунгит.// Journal of the Chemical Society. DI. Менделеев. 2004. № 5. С. 102. 9. Александров Н.И., Комохов П.?Г. Наноструктуриран радиационно устойчив бетон и неговата универсалност // Строителни материали, оборудване, технологии на XXI век, 2008, № 5, стр. 38–40 10. Високоефективни добавки от дървесна смола за бетон // Доклади на международната конференция "Химични добавки в бетона". Хортица, 2002, с. 7–18. 11. Червоненко Ю. RVS-технология: няма алтернатива // Индустрия, 2002. № 1, стр. 14-15. 12. Лабунски А. Добавка ARVC// Комунален комплекс на България 2006. № 4 (22). стр. 90–91. 13.Пухнаренко Ю.В. Съвременно състояние и перспективи за използване на фулероидни наноструктури в циментови състави / / Сибирски индустриалец, 2008, № 3. С. 30–31. 14.Раткин Л. Приоритетни направления и съвременни развития в микро- и нанотехнологиите на VIII Международен форум "Височинните технологии на XXI век"//Наноиндустрия. 2007. № 3. С. 16–21. 15. Уестфил О. Нанотехнологии в строителството // Строителни и довършителни материали 2008. № 1 С. 38–40. 16.Раков Е.Г. Състояние на производството на въглеродни нанотръби и нановлакна // Български нанотехнологии 2008. № 9–10, с. 89 17. Яковлев Г.И., Надолов В.А., Крутикова В.А. и др.. Нанодисперсна армировка в циментов нанобетон // Технология на бетона, 2006. № 3, стр. 68–71. 18.Трамбовецки В.П. Перспективи за подобряване на бетона // Бетонни технологии. 2008. № 7 (24). стр. 8–10. 19.Войтович В.А. Фотокаталитични почистващи и дезинфектанти за въздух// Лепила, уплътнители, технологии. 2009. Под печат.