 |
| Заведующий лабораторией физики и химии горения Андрей Крауклис |
Идеальными кандидатами для применения наноуправления и контроля свойств являются бетоны. Введение нанодобавок обеспечивает максимальную эффективность бетона на стройплощадке и существенно повышает результативность используемого вяжущего с точки зрения предотвращения возникновения трещин и увеличения прочности.
Для получения бетонов с улучшенными эксплуатационными характеристиками Институтом тепло- и массообмена НАН Беларуси совместно с кафедрой «Строительные материалы и изделия» БНТУ проводятся научные исследования «Разработка бетонов нового поколения, модифицированных углеродными материалами». Заглянуть в нанотехнологическое завтра предлагает заведующий лабораторией физики и химии горения Андрей Крауклис.
Особой необходимости в применении новых технологий до недавнего времени не было, так как почти 90% всего бетона выпускалось с прочностью до 30 МПа, что можно получить на «классических» бетонах (цемент, песок, щебень, вода) с использованием цементов общестрои-тельного назначения и заполнителей, отвечающих требованиям
ГОСТов. В «классическом» составе бетона прочность обеспечивалась расходом цемента, водоцементным отношением и рационально подобранным соотношением заполнителей. В последние годы подходы к разработке и назначению составов бетона изменились. При разработке составов бетона класса В25 и выше получили распространение многокомпонентные составы бетона, где кроме цемента и заполнителей в бетонную смесь вводят различные активные минеральные химические добавки типа пластификаторов, ускорителей твердения, воздухововлекающих и др.
Выполненные нашей лабораторией исследования показали перспективность применения в качестве модифицирующих добавок для бетонов углеродных наночастиц. Вводимые в бетонную смесь тонкодисперсные добавки за счет изменения энергии взаимодействия на межфазных границах существенно модифицируют структуру цементного камня и его контактные зоны с наполнителем.
Углеродные наноматериалы обладают целым рядом уникальных физических свойств и во всем мире ведутся работы по использованию их в качестве добавок в различные пластмассы, резины для создания новых композиционных материалов. Наночастицы углерода при введении в бетоны на основе цементных вяжущих улучшают их физико-механические характеристики: повышение прочности, ударной вязкости и значительное повышение энергии, нужной для разрушения. Они позволяют придать новые свойства цементному камню и бетону в целом, существенно повысить его показатели. Есть и еще одно значимое свойство добавок: при производстве цемента значительная часть энергозатрат уходит на помол клинкера (сырья для получения цемента). Небольшие добавки углеродных наночастиц существенно уменьшают время помола.
Мы проводили исследование «Влияние добавок углеродных наноматериалов на свойства цемента», результаты которого показали, что эффективность от введения в цемент углеродной «нанодобавки» проявляется в росте прочности цементного камня до 20% в проектном возрасте, оптимум дозировки составляет 0,05% от массы цемента. В присутствии нанодобавки отмечается усиление эффекта действия ускорителя твердения, но не установлено усиление действия пластифицирующей добавки. И, наконец, введение нанодобавки в сухом виде затруднено: велика вероятность неравномерного распределения ее вещества в объеме цемента (и в еще большей степени - бетона). Поэтому целесообразно апробировать другие способы введения добавок, например в виде суспензии.
В мире углеродные наноматериалы получают разными способами: в электрической дуге, лазерным или солнечным испарением, пиролизом, химическим осаждением паров. В нашей лаборатории (все эксперименты проводятся совместно с кафедрой «Строительные материалы и изделия» БНТУ в лаборатории модифицированного бетона. - Прим. авт.) этот материал получают обработкой газовой плазмой электрического разряда смеси воздуха и углеводородов. Методика является универсальной, так как в качестве источников углеводорода могут служить природный и сжиженный газ, жидкие углеводороды (спирт, керосин и т.п.). Себестоимость получае-мого продукта составляет в настоящее время около ,5 за грамм.
Этот вопрос является очень актуальным на данный момент. Мы работаем в этом направлении, ищем новые технологические подходы в получении материала, способов его очистки и введения в бетоны.
В ближайших планах - проект внед-рения по упрочнению ячеистого бетона на ОАО «Забудова».
Особые надежды для регулирования свойств бетонов возлагаются на мелкодисперсные наноуглеродные добавки с характерными размерами нановолокон диаметром 50-100 нм.
К сожалению, проблемы есть. В Беларуси не предусмотрена система, благодаря которой разрабатывались бы готовые к производству технологии. Обязательно следует затронуть и материальную сторону, поскольку средств на исследования не хватает, а выработка технологий требует значительных затрат.
www.cnb.by
