Рассматриваются вопросы актуальности использования наноматериалов в строительстве.
Ключевые слова: наноматериал, нанотехнологии, строительство.
Одним из увлекательных использований нанотехнологий является производство строительных материалов, но, в научно-популярной литературе, в силу дороговизны углеродных наноматериалов, целесообразность этого направления остается под вопросом.
Главным и перспективным направлением в развитии строительной индустрии являются разработки и внедрение достижений нанотехнологий. Ученые-теоретики и специалисты-практики утверждают, что нанотехнологии в ближайшее время могут значительно изменить современные технологии индустрии строительных материалов.
В последнее время нанотехнологии стали инновациями в некоторых сферах жизни — от телекоммуникаций до медицины. Также они нашли применение в строительстве. Поэтому задействование нанотехнологий позволяет создавать материалы для домов, построив которые простоят от 300 до 400 лет.
Почти пятая часть компаний, которые занимаются строительством за рубежом, применяет материалы, полученные с помощью нанотехнологий. Хотелось бы проанализировать «наноарсенал» зарубежных разработчиков и возможности использования этих инноваций в строительной отрасли России.
Использование нанотехнологий позволяет придать обычным строительным материалам беспрецедентные свойства. Одно из направлений развития — использование ультрадисперсных наночастиц для создания прочных высокопрочных бетонов. Бетон, изготовленный на основе фуллеренов имеет срок годности до 500 лет. Данные материалы используются при строительстве мостов, небоскребов, защитных оболочек ядерных реакторов и др. Другое направление развития — это исследования в области наномодификации металлов и сплавов. Благодаря этому была получена высокопрочная сталь, не имеющая аналогов в России. Новый металл не сравним с другими металлами по прочности и стойкости. Материал подходит для строительства дорог и гидротехнических сооружений. Кроме того, покрытие стальных конструкций композитными и полимерными нанопокрытиями позволяет ощутимо повысить коррозионную стойкость, а также продлить их срок службы даже в суровых условиях.
Наноструктурные покрытия обладают комплексом уникальных характеристик, обусловленных особенностями их структуры, высокой объемной доли границ раздела отдельных зерен, отсутствием внутризеренных дислокаций, присутствием межкристаллитных аморфных прослоек. Эти особенности позволили обеспечить рекордные значения физико-химических и механических свойств.
Также, одним из актуальных направлений применения наноматериалов является энергосбережение. Фасадные водонепроницаемые краски с применением нанотехнологий будут пользоваться в ближайшем будущем большим спросом в строительстве [1].
Ключевое направление, где применяют наноматериалы, — энергосбережение. Одним из примеров служат полупрозрачные нанопокрытия, которые накапливают солнечную энергию. Они были разработаны в Шанхайском центре науки и нанотехнологий. Суть действия очень схожа с солнечными батареями, однако пленка наносится прямо на окна и не мешает проникновению света в здание. Это уменьшает издержки, связанные с электроэнергией. Второй пример — прозрачные наногели (аэрогели), изобретенные Сэмюэлем Кистлером. Они обладают высокими тепло- и звукоизоляционными характеристиками, поэтому также нашли свое применение в энергосберегающих кровельных системах мансардных окон [2].
Покрытие Cool-Colours — еще одно нововведение, для защиты поливинилхлорида, который используется при изготовлении окон. Суть действия заключается в следующем: пленка со специальным пигментом наносится на окно и тем самым предотвращается прогрев помещения и конструкций. Пленка способна отразить до 80 % тепловых лучей. Защита от инфракрасного излучения продлевает срок службы каркаса тем самым снижая затраты на ремонтные работы систем кондиционирования воздуха.
Один из успешных проектов, реализованных в России, — создание нанокомпозитных трубок для инженерных систем, которые не только превосходят аналоги по рабочим характеристикам, но и имеют невысокую стоимость.
Как мы можем видеть из примеров разработок в области нанотехнологий, в основном создаются новые марки сталей, бетона, инновационные покрытия для светопрозрачных конструкций и самоочищающиеся покрытия. Их использование в современной строительной индустрии безоговорочно существенно, так как они успешно показывают свою результативность. Междисциплинарный характер нанотехнологий и динамичный рост дают основания полагать, что РФ сумеет преодолеть отставание в области применения нанотехнологий.
Одним из увлекательных использований нанотехнологий является производство строительных материалов, но, в научно-популярной литературе, в силу дороговизны углеродных наноматериалов, целесообразность этого направления остается под вопросом.
Например, развитие прочностных параметров бетонов, модифицированных наноразмерными частицами, определяется повышением общего уровня поверхностной энергии частиц твёрдой фазы материала, обусловливать иную кинетику и результат процессов структурообразования, а также посредством возможности получения плотной структуры камня. Это обусловлено снижением вязкости цементного теста при общем воздействии на цементную систему суперпластификаторов и наноразмерных частиц [3].
Большой рост плотности бетона, структура которого модифицирована наноразмерными частицами, обусловлена тем, что частицы ускоряют процесс гидратации клинкерных минералов цемента. Введение в структуру бетона наноразмерных частиц позитивно сказывается на факторе развития и устранения трещин в непрочном теле бетона при его деформировании.
В настоящее время применение нанотехнологий является ограниченным. Инновации затрагивают только оболочку наноиндустрии, а формирование новых структур строительных материалов остается в стороне. Тем не менее, достижения основательных исследований в области нанотехнологий сыщут свой путь в строительную индустрию [4].
Можно сделать вывод, что при использовании наноматериалов в строительстве создаются и улучшаются эксплуатационные свойства материалов, а это в свою очередь, сопровождается увеличением срока службы, что может окупить использование дорогостоящих нанодобавок. Несмотря на то, что сейчас идет активное внедрение наноматериалов в строительную отрасль, их процентное соотношение в общем объеме материалов по-прежнему мала — менее 1 %. Направление исследования и разработки строительных нанотехнологий позволяет усовершенствовать строительство при минимизации вреда на окружающую среду. Данное направление финансируются самыми различными организациями, преследующих одну цель — создание безопасного жилья для человека.
Литература:
- scienceforum.ru/2019/article/2018013897
- eremont.ru/enc/build/other1/nanotekhnologii_v_stroitelstve.html
- scienceforum.ru/2018/article/2018000132
- cyberleninka.ru/article/n/primenenie-nanotehnologichnogo-materiala-pri-proektirovanii-zdaniy-i-sooruzheniy/viewer
