О НАНОГЕРМЕТИКАХ И НАНОБЕТОНЕ

Во многих НИИ в основном с целью получения инвестиций ведутся новомодные исследования бетонов с нанодобавками и сообщают о результатах весьма обнадеживающих. Но это только на первый взгляд. Если в привычную бетонную смесь, которая через 28 суток будет иметь прочность на сжатие 350-400 кгс/см[1] [2], ввести микрокремнезем1? Прочность образцов — кубиков повышается аж в два раза и плотность, и твердость резко возрастают. Но это на образцах. А теперь попробуем такой же эффект получить в цехе изготовления бетонных изделий. Сразу встает первый вопрос: как отмерять и засыпать микрокремнеземную пыль в мешалку? Эта пыль, состоящая из сверхтвердых мельчайших частиц, уже присутствует в воздухе, а в цехе работают люди, им надо дышать. Точно известно, что пыль подобного рода опасна. А оборудование готово ли к абразивному воздействию этих сверхтвердых частиц? А одежда работающих, впитывая эту пыль, не будет ли опасна для здоровья? Вероятно. Значит, наноматериалы сами по себе опасны, а нанотехнологии потенциально рисковые.

Стоит ли спешить с натурными экспериментами? Тем более что без принципиального изменения технологий и существующего оборудования домостроительных комбинатов и бетонных заводов можно изготавливать бетоны в 2—3 раза более прочными, чем среднестатистические. Иначе говоря, делать бетоны и растворы такие, какие давно производят развитые страны Европы, Америки, Японии и даже Китая. К примеру, еще в 1958 г. П.Л. Нерви разработал технологию и исполнил в натурных условиях железобетонные конструкции прочностью 2500 кгс/см[2]. В 1962-1965 гг. в научно-исследовательском институте г. Ташкента (САНИИРИ) в лаборатории сборных конструкций с успехом изготавливали оболочки, плиты и трубы из армоцемента, прочность которого достигала 1800-2200 кгс/см[2]. В основу этой технологии торкрет-армоцемента были положены исследования знаменитого итальянского изобретателя П.Л. Нерви[2]. Однако, прогрессивная технология так и осталась невостребованной. В НИИЖБ разработаны бетоны, армированные базальтовым волокном, обеспечивающие повышение прочности при сжатии 590—690 кгс/см[2] и при значительном росте трещиностойкости.

В Пензенском государственном университете архитектуры и строительства разработаны бетоны прочностью до 1100 кгс/см[2].

Автором во ВНИИЖТ еще в семидесятые годы прошлого века разработаны коррозиостойкие полимербетоны на полиизоцианатном связующем прочностью более 1500 кгс/см[2]. Но и эти, и многие другие эффективные разработки, проверенные в натурных условиях, так и остались в единичных экземплярах.

Нанотехнология позволила делать японцам чудо-керамику, превосходящую по прочности и надежности металлы. А у нас беда: плитка «кабанчик» разрушается через 2—3 года в средней полосе РФ (выдерживает всего 10 циклов замораживания-оттаивания). Может быть, вводить наночастицы при ее изготовлении? Но в европейских странах давным-давно изготавливают керамическую плитку, которая без изменения свойств выдерживает более 300 циклов «замораживания-оттаивания» и, соответственно, долговечность ее превышает 20 лет.

Кирпич у нас плохой. Солдаты разбивают его рукой, а старшины — головой. Так может быть начинять кирпич наночастицами? Конечно, нет! Пора бы изготавливать кирпич такой, какой был на Руси издавна, когда купец 3-й гильдии на каждом кирпиче ставил свое личное клеймо. И служит этот кирпич и сто, и двести лет, а когда рушат старые кирпичные здания, то хозяйственные наши соотечественники собирают этот старый кирпич и строят из него самые ответственные конструкции (печи, камины и фундаменты). Значит всего-то надо возродить хорошо забытое старое и без опасных наночастиц.

Очевидно, не изменяя оборудования, пора бы и облицовочные плитки, и кирпич делать по европейским технологиям и наноматериалы не потребуются.

С древесиной в ЖКХ проблема: гниет (стропильные и половые изделия) и древоточцы пожирают, да и огнестойкость низкая. Но и эту проблему можно успешно решить без наночастиц. Например, в ГАСИС разработаны технологии защиты деревянных конструкций полиизоцианатными составами — Лукарами, которые защищают от влаги и древоточцев, повышая огнестойкость в 10 раз. Эти разработки утверждены Госжилинспекцией и включены в нормативные документы.

Эти примеры и зарубежный опыт ясно говорят о том, что нам давно пора использовать бетоны прочностью выше 600-800 кгс/см2. Это позволит снизить затраты на строительство на 30—60% без использования опасных наночастиц.

В лабораторных условиях были проведены эксперименты по введению наночастиц, предоставленных центром нанотехнологий, в уретановый герметик. Естественно, что работы выполняли в малых объемах. Результаты вовсе не обрадовали, так как резко увеличилась прочность герметика и снизилось относительное удлинение. А именно относительное удлинение — деформативность — это главный показатель долговечности герметизации швов. Прочностные показатели сегодняшней товарной продукции герметизирующих материалов на основе тиоколов, уретанов и силиконов в полной мере отвечает требованиям строительства, а надежность герметизации швов в основном определяется качеством работ по подготовке основания (субстратов), приготовлению и нанесению герметиков.

Анализируя публикации о модификации полимерных материалов наночастицами (фуллероидов, нанотрубок и астраленов) можно констатировать, что наномодификаторы позволяют улучшить отдельные механо- технологические свойства.

В частности, лабораторные исследования, проведенные в ЗАО «Астрал ен-Холдинг», показали, что введение нанотрубок (NTA) в вулканизующий агент (дибутилфталат) тиоколового герметика У-ЗОМЭС-5 способствовало повышению адгезии и прочности на 10—15%. Однако, следует отметить, что потребовалось в корне изменить, вернее усложнить, технологию приготовления двухкомпонентного герметика (использование ультразвуковой установки для перемешивания ингредиентов), и это при том, что масса образцов была в пределах 100 г. При этом авторы исследования «методом проб и ошибок» ни словом не обмолвились о том, как подобный эксперимент выполнить в стандартных мешалках объемом 1,5-2,5 т.

Представляется полезным в настоящее время не методом «тыка» опробовать наномодификаторы, а глубже изучить природу наночастиц. Это позволит вести исследования целенаправленно.

Кстати, заметим, что уже в настоящее время производят герметики, в частности, тиоколовые с повышенными физико-механическими свойствами, чем У-ЗОМЭС-5 и ВИТЭФ-1.

Даже отечественная промышленность, хотя и отстающая от развитых западных, выпускает уретановые и тиоколовые герметики, в полной мере отвечающие требованиям строителей, реставраторов и машиностроителей. А качество «страдает» не от герметиков, а от тех, кто их использует.

Большая вероятность эффективного использования наночастиц в технологии изготовления клеев (для склеивания металлических и бетонных конструкций) и антикоррозионных покрытий, т.е. тех материалов, которые используются в малых объемах, и требуется их высокая прочность. Однако существующее оборудование (краскотерки, мешалки, вальцы и т.п.) не выдерживает воздействия высокопрочных наночастиц.

Весьма непросто ввести наноматериалы при изготовлении любых герметизирующих, клеевых, антикоррозионных и лакокрасочных композиций, так как оборудование действующих предприятий не приспособлено к герметичной дозировке и перемешиванию ингредиентов.

Мешалки-реакторы объемом от 0,5 до 2,5 т. Представьте, как в такую емкость всыпать нанопорошок, чтобы он равномерно перемешался в высоковязкой массе.

К сожалению, сегодня исследования ведутся методом «тыка» и свойства предлагаемых рынком наночастиц не достаточно изучены.

В заключение следует отметить, что, проводя лабораторные испытания и получая обнадеживающие результаты, необходимо продумать возможность воплощения этих результатов на стандартном оборудовании.

В тех случая, когда введение наночастиц обеспечивает экономичность и новые полезные свойства материалов, надо внимательно продумать всю цепочку их изготовления, начиная с обустройства защиты людей, помещений, оборудования (дозиметры, трубопроводы, мешалки), а также приборов для испытания новых материалов.

  • [1] Микрокремнезем — порошок с высокой степенью дисперсности, т.е. мельчайшаяпыль.
  • [2] Автор в то время трудился в этой лаборатории и принимал участие в экспериментальных работах.
  • [3] Автор в то время трудился в этой лаборатории и принимал участие в экспериментальных работах.
  • [4] Автор в то время трудился в этой лаборатории и принимал участие в экспериментальных работах.
  • [5] Автор в то время трудился в этой лаборатории и принимал участие в экспериментальных работах.
  • [6] Автор в то время трудился в этой лаборатории и принимал участие в экспериментальных работах.
  • [7] Автор в то время трудился в этой лаборатории и принимал участие в экспериментальных работах.
  • [8] Автор в то время трудился в этой лаборатории и принимал участие в экспериментальных работах.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >