Внедрение нанотехнологий в строительстве

Основным и перспективным направлением в развитии строительной индустрии являются разработки и внедрение достижений нанотехнологий. Ученые-теоретики и специалисты-практики утверждают, что нанотехнологии в ближайшем будущем могут значительно изменить современные технологии индустрии строительных материалов.

В настоящее время нанотехнологии уже активно применяются не только для улучшения эксплуатационных и технологических свойств традиционных строительных материалов, но и для создания материалов с совершенно новыми качествами. На основе нанотехнологий разработаны лакокрасочные материалы с новыми уникальными свойствами, аналогичные технологические приемы используются при производстве минеральных вяжущих веществ, в том числе и при изготовлении портландцементного клинкера для получения новых видов бетона.

При изменении температуры обжига и давления получается полуводный гипс новых модификаций, которые различаются размерами кристаллов и свойствами. При разных режимах обжига двуводного гипса получаются 8 модификаций материала с различным строением кристаллической решетки и различными свойствами. Аналогичные явления происходят при получении строительной воздушной извести. Разработаны электропроводящие нанокраски, которые могут использоваться для более эффективного обогрева помещений. Если нанести такие краски на стены и подвести к ним электри­ческий ток, то в помещениях не понадобится устанавливать радиаторные батареи. Свойство электропроводности латексной краске на водной основе придают углеродные нановолокна. Количество выделяемого тепла зависит от количества введенных в полимерную матрицу углеродных нановолокон, толщины и площади покрытия.

На сегодняшний день уже разработаны различные виды наногелей (их называют также аэрогелями), использование которых позволяет создавать материалы, обладающие новыми свойствами. Они эффективно применяются при получении нанокомпозитов из таких материалов, которые ранее считались несовместимыми. Например, на основе аэрогелей созданы новые теплоизоляционные материалы с минимальной теплопроводностью. Аэрогели могут эффективно применяться в стеклопакетах, светопрозрачных кровельных конструкциях. В пространство между стеклами вводится полупрозрачный легкий и светопроницаемый аэрогель, который обеспечивает надежную тепло- и звукоизоляцию. В такой конструкции дневной свет рассеивается равномерно вглубь помещения, аэрогель при этом не нагревается, что повышает энергоэффективность конструкции.

Новый материал под названием «наногвозди» обладает способностью отталкивать любую жидкость. «Наногвозди» внешне похожи на ультрамикроскопические кремниевые структуры, которые по форме напоминают обычные гвозди, отсюда и возникло такое название данного материала. «Наногвозди» могут менять свои гидрофильные и гидрофобные (отталкивающие) свойства под действием электрического тока. По мнению разработчиков, новый материал может применяться для создания самоочищающихся и устойчивых к загрязнению поверхностей. Применение «наногвоздей» может также способствовать уменьшению сопротивления при движении различных жидкостей в трубопроводах.

 

С применением нанотехнологий разработан новый вид сверхлегкого бетона, который при этом обладает особо высокой прочностью и стойкостью к резким перепадам температуры. Как показала практика, прочность нового вида бетона более чем в 2 раза выше показателя прочности обычного бетона, морозостойкость больше на 50%, при этом значительно выше уровень трещиностойкости (почти в 3 раза), а вес конструкции, изготовленной из такого бетона, уменьшается примерно в 6 раз. В процессе ремонтных или восстановительных работ нанобетон наносится на железобетонную конструкцию, заполняет все микропоры, микротрещины и полимеризуется, восстанавливая прочность конструкции. Новый бетон также вступает в реакцию с коррозийным слоем, образовавшимся в ремонтируемой конструкции, замещает его и восстанавливает, таким образом, сцепление бетона с арматурой.

В настоящее время продолжаются эксперименты по применению нанобетонов средней плотности с повышенной термо- и влагостойкостью, а также испытания наноасфальтобетонов в дорожном строительстве. Десятки промышленных организаций и фирм проводят собственные разработки и испытания изделий с применением наноматериалов. Промышленное внедрение нанобетонов должно позволить получить значительный экономический эффект. По расчетам специалистов, при улучшении качественных характеристик нанобетонов в 4–6 раз их стоимость выше обычных не более чем на 10–20%.

С помощью нанотехнологий можно получать новые материалы, которые сочетают в себе эластичность и высокую твердость, а также материалы, стойкие к большинству агрессивных сред и обладающие высокой гидрофобностью. Все наноматериалы, которые производятся сегодня, можно разделить на 4 группы:

1) оксиды металлов;

2) сложные оксиды (состоящие из двух или более металлов);

3) порошки чистых металлов;

4) смеси.

Нанопорошки, такие как дендримеры, фуллерин, нанотрубки, нанопрокладки и нанопоры, получают сегодня из нескольких видов сырья, в то время как их можно производить из многих других материалов. В настоящее время производятся несколько сотен новых строительных материалов, полученных с помощью нанотехнологий, во всем мире свыше тысячи предприятий освоили производство нанопродукции для строительной индустрии.