Воздушный нанобетон — материал улучшенной структуры, усовершенствованная форма бетона!

Воздушный нанобетон — материал улучшенной структуры, усовершенствованная форма бетона!

Научно-технический прогресс с нанотехнологиями проникает во все сферы медицины, биомеханики, косметологии, электроники, телекоммуникаций, производства. Не минул он и строительной отрасли. Не так давно в строительстве появился нанобетон. Это – усовершенствованная форма бетона, изготовленная на основе новейших разработок.

В состав этого материала включены такие же составные компоненты и пластификаторы, как и в обычном бетоне. Различия заключаются в особенной форме переработки составных частиц новых бетонов на молекулярном уровне с помощью специального оборудования новейшего образца. Благодаря включению в состав наномодифицированных бетонов углеродных нанотрубок, диоксида титана, оксида кремния, базальтового волокна, фуллеренов, улучшаются характерные признаки материала и его способности.

Свойства воздушного нанобетона

Нанобетон, как и другая нанопродукция, обладает уникальными свойствами и характеристиками, которые дают простор для творчества архитекторам и проектировщикам. Воздушный нанобетон можно применять для строительства новых зданий и для реконструкции имеющихся построек, которые под действием времени и осадков утратили свой вид и форму. Такой бетон может проникать во все поры, заполнять пустоты, которые образовались от металлической коррозии, усадки грунта. Важным свойством нанобетона является его небольшая масса, которая дает широкие возможности для разностороннего применения в высотном строительстве. Устойчивость к изменениям температур и морозу позволяет возводить строения в условиях разных климатических условий. Наномодификаторы повышают прочность и долговечность строений. Срок службы зданий из такого материала повышается до 100-500 лет с планом в 1000 лет.

Размеры анкерных болтов по бетону для промышленности и дома.

Виды наномодифицированных бетонов

В понятие воздушного нанобетона входит нескольких разновидностей наномодифицированных бетонов, которые отличаются уровнем прочности и другими характеристиками. В основном наномодифицированные бетоны подразделяются на:

• легкие;
• средние;
• высокопрочные и сверхвысокопрочные.

Из легких наномодификаторов возводят индивидуальные дома и внутренние перегородки.

Нанобетоны среднего уровня плотности наделены большой прочностью, что позволяет их применение при производстве дорог, аэродромных покрытий.

Наномодификаторы повышенной прочности применяют в строительстве высотных зданий и перекрытий, мостов, несущих конструкций, перекрытий, ферм.

Добавка в бетон для водонепроницаемости – лучшее решение проблемы его разрушения с течением времени.

Что нас ожидает?

Благодаря нанобетону, планируется создание таких строений, которые будут в буквальном смысле слова «дышать» и способствовать выводу вредных компонентов наружу. Но в тоже время такие строения будут сохранять благоприятный микроклимат и тепло в помещении. Введение в бетон полимерных наночастиц будет препятствовать разрушению строений при землетрясениях, военных действиях. Уникальные свойства нанобетонов приведут к тому, что строения смогут самовосстанавливаться в различных условиях. К тому же повысится срок службы таких конструкций до 1000 лет.

Применение

Такое ожидает нас в будущем, а сегодня воздушный нанобетон дает возможность для строительства:

• высотных зданий и небоскребов с каркасом из монолитного бетона;
• частных домов любого формата;
• подземных парковок;
• метрополитенов и подземных переходов;
• большепролетных висячих мостов;
• больших торговых и выставочных комплексов, павильонов, рынков;
• шахт лифтов;
• платформ для нефтедобычи и газодобычи;
• гибридных строительных конструкций;
• дорог и подъездных путей, покрытия аэродромов.

Вывод

Воздушному нанобетону принадлежит будущее. Его применение часто связано с использованием отходов железорудной и металлургической промышленности, угледобычи, переработки камня, других материалов. Сырьевой утиль удешевляет стоимость готового наноматериала, параллельно решая вопросы экологии и безопасности. Наномодификаторы снижают состав цемента и других составных компонентов в бетонной смеси.

Воздушный нанобетон

Ключевая роль в строительстве отводится выбору материалов. Общеизвестно, что одним из наиболее часто используемых является бетон и некоторые его модификации. Одной из разновидностей является нанобетон, который заполнил рынок с развитием нанотехнологий. Специальные наноинициаторы (добавки) влияют на структуру вещества, наделяя его дополнительными качественными характеристиками.

Структура

Нанобетон — собирательное название, которое включает в себя некий перечень материалов. Они изготавливаются благодаря различным комбинациям, которые влияют на:

Состав обычного бетонного вещества: вяжущее средство, заполнитель, вода, некоторые добавки (пластификаторы). При создании нанобетона пластификаторы заменяют наноинициаторами. Изменения происходят на молекулярном уровне и целиком меняют структуру смеси. После использования подобной техники исключается потребность в армировании бетона. Он приобретает устойчивость к щелочи, кислотам.

Наноинициатор — полимерная углеродная труба (толщина стенки составляет всего несколько атомов). Прочность нанобетонов- 100 гигапаскалей. Чаще всего в качестве инициаторов выступают:

Разновидности

Классификация воздушного нанобетона базируется на различиях прочности и веса. Основное разделение:

• легкие (применяются в постройках частных жилых домов, внутренних перегородок зданий);
• средние (для производства дорог, покрытий для аэродромов);
• высокопрочные (для высотных зданий, ферм, перекрытий, мостов, несущих сооружений);
• сверхвысокопрочные (для вокзалов, мостов, аэродромов).

Вернуться к оглавлению

Свойства

• Особенность нанобетона — его прочность. По данному параметру он в полтора раза превосходит обычный бетон. Соответственно, качество, долговечность, условия эксплуатации также будут на стороне современного воздушного материала.
• Морозостойкость увеличивается вполовину, сравнительно с прочими видами.
• Температурный порог: минус 180 градусов — плюс 800 градусов (выдерживает экстремальное нагревание).
• Гигиеничность, бактерицидность (компонент, входящий в структуру, при контакте с кислородом образует и выделяет специальные вещества, имеющие антисептическое действие).
• Отсутствие потребности в воде как в важной составляющей вязкости.
• Масса бетонных конструкций уменьшается в несколько раз.
• Отсутствие возможности надломов, трещин и прочее.

Вернуться к оглавлению

Сфера применения

Нанобетоны используются для базовых индивидуальных построек, преграждения помещений. В более масштабном строительстве применяются:

• в укладке дорожного полотна;
• для аэродромных покрытий;
• для спортивных трасс;
• в местах с повышенной сейсмической активностью (поскольку смесь является устойчивой к землетрясениям);
• для несущих элементов;
• в лифтовых шахтах;
• для подземных объектов в мегаполисах.

Нанобетон в строительстве дорог.

С их помощью укрепляют дома, возводят новые здания, наращивают опоры и сечения, используют вдавливаемые сваи в фундамент. Благодаря перечню качественных характеристик материала, покрытие будет более долговечным, качественным, устойчивым к механическим повреждениям, безопасным. К примеру, подобный материал был задействован при подготовке трасс к Олимпиаде в Сочи.

Наука не стоит на месте. Ученые разных стран и континентов пытаются усовершенствовать уже имеющийся материал либо найти ему более достойную замену. Не исключено, что через несколько лет воздушный материал уступит сверхпрочному лидирующие позиции.

Заключение

Нанобетоны являются наиболее высокопрочными материалами современности, которые используются в строительстве. Ряд характеристик, отличающих его от аналогов был приведен выше. Благодаря воздушному нанобетону, постройки могут “дышать” самостоятельно, выводить вредные компоненты наружу, сохранять свои внешние и структурные параметры на протяжении многих лет. Эксплуатационный срок данных конструкций возрос к тысяче лет. Разумеется, цена является соответствующей, и не каждый сможет позволить себе приобретение.

Микроклимат, который устанавливается в зданиях, возведенных или укрепленных нанобетоном, характеризуется эргономичными, теплосберегающими, влагоотталкивающими показателями. К тому же, любые повреждения, которые могут быть нанесены зданию, “затягиваются” сами собой (функция регенерации). Введение даже некоторого процента вещества в смесь улучшит ее показатели в несколько раз. Использование нанобетонов ограничивается только их стоимостью.

Виды нанобетонов и их назначение

Класс нанобетонов включает несколько категорий:

1. Легкие нанопенобетоны рекомендованы для использования в индивидуальном строительстве и для возведения перегородок в помещениях разного назначения.
2. Нанобетоны средней плотности применяются в строительстве объектов, к которым выдвигаются требования повышенной прочности (мосты, дорожные и аэродромные покрытия и т. п.).
3. Нанобетоны высокой, сверхвысокой прочности подходят для строительства несущих конструкций в жилых домах, в коммерческих зданиях, в сооружениях промышленного сельскохозяйственного назначения (обустройство лифтовых шахт, изготовление балок, ферм и др.).

Чтобы получить новые свойства материала, в состав бетона добавляются наночастицы оксида кремния, поликарбоксилата, диоксида титана, углеродные нанотрубки и фуллерены. Сейчас в России успешно развивается производство бетона с добавками базальтового фиброволокна и углеродными нанокластерами.

Нанотехнологии в строительстве: прогнозы на будущее

Эксперты считают, что при разработке новых строительных материалов на основе нанотехнологий стоит уделить больше внимания не повышению прочности бетона, которая и так достаточно высокая, а регулированию других параметров, например долговечности. Минеральные вяжущие, в частности портландцемент, имеют довольно ограниченный срок годности. По истечении короткого срока годности или при небольших отклонениях от стандартов хранения портландцемент становится непригодным для дальнейшего применения. Увеличить срок хранения сухого бетона или других строительных смесей можно с применением нанотехнологий.

Аналитики строительного рынка подсчитали, что при массовом производстве в России нанобетонов конечная стоимость новой продукции по сравнению с обычными бетонами будет выше всего на 10–20%. Но по своим потребительским свойствам новые материалы будут превосходить традиционный бетон в четыре-шесть раз. Начало промышленного производства наномодифицированного бетона должно начаться в 2015–2016 году.

Получили ответ на свой вопрос?

Поделитесь с друзьями и коллегами с помощью кнопок соц. сетей. Спасибо!

Нанобетон – новое слово в строительных технологиях

Сегодня в связи с бумом в сфере загородного домостроительства, в нашей стране разрабатываются все новые и новые строительные материалы. Однако их ассортимент растет так быстро, что новоявленному застройщику, и даже профессиональному строителю очень трудно сориентироваться в этом многообразии. Но так как часто многие производители выпускают не совсем качественные материалы, доверие потребителя к инновационным технологиям не так высоко, как предполагается. Застройщики предпочитают использовать традиционные, проверенные материалы, а мимо многих новых, вполне достойных разработок проходят, не обращая на них внимания. Однако есть сегодня материал, мимо которого не стоит проходить частному застройщику, если он хочет построить себе надежный дом за относительно небольшие деньги. Таким материалом является нанобетон.

Итак, любой современный дом, как правило, начинается с бетона, и с этим трудно не согласиться. Для возведения жилых зданий и сооружения прочих строительных объектов применяются самые разные марки бетонных смесей. Сегодня для улучшения характеристик бетона в него добавляют самые разные присадки, помимо вяжущей части, воды и заполнителей, и многие из них состоят из так называемых нано частиц. Такие присадки называются нано присадками. С добавлением в состав нано присадок бетонная смесь получает множество очень полезных свойств. Так, в полученной бетонной смеси снижается потребность воды как вяжущей составляющей. До этого строители использовали разные пластификаторы, но эти пластификаторы часто в целом ухудшали качество бетона, а не улучшали его.

Всё о наноприсадках

Нано присадки, в отличие от пластификаторов, на бетон не влияют в отрицательном плане. При их использовании улучшаются такие характеристики бетонных сооружений, как сроки службы, стойкость к щелочи и кислотам, перепадам температур. Органические и неорганические элементы нано присадок производят адсорбцию в цементе, снижая необходимое количество жидкости в растворе, что убыстряет схватывание бетона и сокращает сроки строительства. При этом качество постройки улучшается весьма заметно.

Какие принципиальные отличия нано модифицированного бетона, появившегося относительно недавно, можно выделить? В составе такого бетона имеется так называемая минеральновяжущая составляющая. Пластификаторы уступают место нано инициаторам, представляющим собой очень мелкие пустотелые цилиндры (или трубки) углеродных полимеров всего в несколько атомарных прослоек. Их поперечное сечение составляет чуть больше нескольких микрон, при этом материал обладает невероятно высокой стойкостью и прочностью. Также они игнорируют щёлочи и кислоты, то есть не вступают с ним в реакцию, таким образом, нанобетон, в отличие от бетона обычного, становится химически нейтральным. Вступая с цементом во взаимодействие и являясь точками кристаллизации, нано трубки способствуют армированию бетона, меняя кристаллическую решётку на молекулярном уровне.

Итак, использование нано инициаторов улучшает как химические, так и физические свойства материала, увеличивает его стойкость к высоким температурам. Запас прочности возрастает почти на 100%, а холодоустойчивость увеличивается на 50%. Надо сказать, что материал не теряет своих свойств при термическом воздействии до 800 С, то есть такой бетон можно использовать даже при строительстве печей. Нано трубки, входящие в кристаллическую структуру облицовочных плиток из нано модифицированного бетона, обладают бактерицидными свойствами, что улучшает экологическую чистоту строения.

Значительное снижение количества воды, необходимой для вяжущей составляющей, достигается изменением физической структуры нанобетона, что помогает снизить вес конструкций из бетона в семь раз, и при этом ликвидировать возможность появления трещин. Ведь не секрет, что трещины в бетоне образуются из-за воды, которая остается в бетоне даже после полного его высыхания, и особенно эта проблема актуальна для северных регионов нашей страны.

Кроме того, нано инициаторы увеличивают сцепление бетона с металлом, а армирование на уровне кристаллической решётки облегчает конструкцию за счёт уменьшения необходимости использования арматуры. Расчеты и строительный опыт показали, что здания, построенные из нанобетона, весят меньше, чем здания, построенные с помощью легкой композитной арматуры, и при этом гораздо прочнее их.

Следует добавить еще вот что: высокая прочность нанобетона позволяет использовать меньшое количество раствора примерно на 30%. Данный материал рекомендуется использовать при сооружении конструкция из железобетона от 80 метров, объектов с высокими требованиями к сейсмоустойчивости и пожарной безопасности. В гидроизоляции сооружения при использовании нанобетона нет необходимости. Такой бетон сам становится гидроизолятором, не пропуская влагу через себя, что несвойственно практически всем видам современного бетона.

Для конструкций, выполненных из нанобетона, не требуется мощного фундамента, а это позволит очень существенно снизить расходы на весь комплекс строительства, включая и трудозатраты. Как уже упоминалось выше, изделия из такого материала имеют преимущество в весе перед конструкциями, выполненными из обычного бетона.

Назначение различных классов нано модифицированных бетонов и их категории

Нано модифицированные бетоны разделяются на: лёгкий нано модифицированный пенобетон, нано улучшенный бетонный раствор нормальной консистенции и нано модифицированные бетоны высокой и сверхвысокой прочности. Существуют некоторые рекомендации по применению нано материалов в разных отрослях строительства.

Лёгкие нано пенобетоны хорошо применяются для индивидуального жилищного строительства, для строительства помещений различного предназначения и возведения межкомнатных стен.

Для строительства таких объектов как мосты, гоночные трассы, аэродромны и дороги, и тому подобные сооружения, требуется повышенный запас прочности. Для их возведения применяют нано модифицированные бетоны средней плотности.

При возведении больших сооружениях различной направленности применяется нано модифицированный бетон высокой и очень высокой прочности. Для изготовления ферм, блоков и несущих конструкций требуется применение очень прочного материала, и нанобетон высокой прочности подходит для этого лучше всего.

Создание нано материалов

Разработки нано модифицированных строительных материалов впервые начались в конце прошлого столетия. В России разработки таких материалов начались в 1993-м году. Ведущими компаниями, специализирующимися в нано конструировании, были взяты лучшие зарубежные образцы, изучены их свойства и возможности. В проекте приняли участие множество учёных со всех городов страны. Произошло разделение проекта на два направления – создание материалов для реконструкции старых объектов и материалов для строительства новых. В результате были получены технологии, значительно превышающие западные по эффективности.

Аналогичными инновационными разработками по созданию новых стройматериалов занимаются не только русские учёные, но и их западные коллеги и во многих странах. Не настолько успешно, но эти разработки вполне имеют право на существование в современных строительных реалиях. Дело в том, что западные ученые разрабатывали свои материалы для нормальных климатических условий, которые совершенно не подходят для строительства в сложных условиях. Отечественные разработки выдерживают очень низкие температуры, в чем значительно превосходят продукт, разрабатываемый за рубежом.

Впрочем, модифицированный с помощью нано присадок бетон и сегодня не столь доступен, как обычные смеси. В связи с очень малым сроком хранения в сухом виде имеется много проблем с использованием этого материала. Однако необходимо отметить, что разработки по улучшению характеристик таких материалов в данный момент направлены больше на улучшение долговечности и сроков хранения в сухом виде. По характеристикам прочности модифицированный бетон намного опережает обычные растворы, поэтому он очень востребован в современном строительстве. Остаётся надеяться на то, что в ближайшем будущем эти технологии приобретут массовое распространение, и станут доступны всем.

Цена на нанобетон

Рассмотрим с Вами таблицу с примерными ценами нанобетона

Строительство

Углепластиковый мост у художественного музея г. Сочи. Прозрачные поручни моста включают наноалмазы, износостойкое покрытие содержит углеродные волокна и нанокарбиды. Мост – подарок фирмы «АпАТэК» будущей олимпийской столице.

Наномодификаторы бетона

В XX веке технология бетона прошла длинный путь от материалов с ограниченными возможностями к многокомпонентным структурам с самыми разными свойствами, намного расширившими области применения бетонов, их номенклатуру, достигаемый технический и экономический эффект.

Особенно заметный шаг был сделан в последние десятилетия текущего века, когда появилась возможность управлять не только свойствами бетонной смеси, но и активно воздействовать на структурообразование бетона на всех этапах технологии.

Новая эра в строительстве

Появление высококачественных и других новых видов бетона открыло эру нового поколения зданий и сооружений:

• небоскребов с каркасом из монолитного бетона,
• большепролетных мостов,
• железобетонных платформ для добычи нефти и газа на океанических шельфах,
• подземных мини-городов,
• архитектурного железобетона

и многих других сооружений, отвечающих требованиям XXI века.

Новые бетоны в полной мере отвечают требованиям рыночной экономики, а их качество позволяет решать большинство строительных задач. Кроме того, их применение способно решать важные экологические задачи, поскольку оно позволяет использовать вторичные техногенные продукты, отходы промышленности и энергетики.

Наномодификаторы бетона

Современное строительство связано с производством и переработкой значительных объемов бетонных смесей, от которых требуется высокая удобоукладываемость (чаще всего – высокая подвижность), сохраняемость достигнутого уровня реологических характеристик во времени, возможность повышения прочности бетона при одновременном снижении расхода цемента. Именно в этом направлении особенно перспективным представляется использование наномодификаторов.

Рассматривая бетон в качестве композита, сформированного из крупного и мелкого заполнителя, цементного камня, воды и воздушных пор, можно сформулировать основную задачу наномодифицирования как управление процессом формирования структуры материала снизу вверх (от наноуровня к макроструктуре бетонной смеси) и кинетикой всего спектра химических реакций, сопровождающих процесс твердения.

Особое значение в ряду модификаторов приобретают материалы фуллероидной структуры с максимальными размерами частиц от нескольких десятков до нескольких сотен нанометров. Но учитывая многозвенность химико-технологических переходов и текущую высокую стоимость исходного сырья, исключительный интерес представляют те направления строительного материаловедения и технологий, в которых для достижения промышленно значимых макроэффектов достаточно использования наноматериалов в микродозах.

Так, используя нанодисперсный модификатор, причем в концентрациях близких к 10 -7 (что обусловлено не только экономией, но и агрегативной устойчивостью фуллероидов), возможно управлять кинетикой взаимодействия цемента с водой затворения и добиваться максимальных положительных эффектов на стадиях:

• растворения цементных зерен, получая заданную реологию;
• коллоидации, обеспечивая требуемую сохраняемость подвижности во времени;
• кристаллизации, усиливая гетерофазные границы контактных зон и, таким образом, повышая прочность, водо- и морозостойкость бетона.

Применение наномодификаторов позволяет сократить количество цемента в бетонной смеси при сохранении всех необходимых характеристик по удобоукладываемости, прочности, долговечности и, что самое главное, трещиностойкости. Таким образом, основная идея использования наномодификаторов не только в существенной экономии средств (порядка 200 руб. на 1 м 3 бетонной смеси), но и, в первую очередь, в создании высококачественного бетона даже при крайне низком качестве цемента, которое сегодня является одной из ключевых проблем производителей бетона.

В Санкт-Петербурге существует положительный опыт применения наномодификаторов (ОАО «Объединение 45», ООО «Бетон» и некоторые другие крупные предприятия). В течение 2 лет ООО «Бетон» поставил более 20 000 м 3 наномодификаторов на стройки города. В компании крайне довольны результатами и убеждены, что будущее за наномодификаторами. Тем не менее, говорить об их широком применении, равно как и о многих других не менее эффективных разработках материаловедов, пока рано.

« Если же говорить о каких-то технических сложностях, связанных с применением наномодификаторов, то их как раз нет, — отмечает технолог ООО «Бетон» Анна Юрьевна Ковалёва. — Лишь более высокая культура производства, чем та, к которой мы привыкли. Необходимо повысить уровень специалистов, оснастить заводы современными управляемым оборудованием с системами автоматического и точного дозирования, возможностью изменения схемы загрузки компонентов, то есть всё то, что должно быть нормой для любого бетонного производства».

Уже сегодня в результате лабораторных и производственных экспериментов, проводимых ООО «НТЦ Прикладные Нанотехнологии», установлено, что модифицирование бетонных смесей фуллероидными наночастицами (фуллероиды — это фуллереноподобные вещества, которые значительно дешевле, чем фуллерены) в составе добавок суперпластификаторов приводит к существенному улучшению их реологических характеристик и, следовательно, к снижению трудоемкости и энергоемкости бетонных работ. Кроме того, улучшается сохраняемость свойств бетонной смеси во времени, что также является весьма важным параметром эффективности действия пластификатора. В результате наномодифицирования повышается прочность бетона или при сохранении заданной прочности существенно сокращается расход дорогостоящего цемента.

Особенно эффективными оказалось применение фуллероидных наноинициаторов в сочетании с базальтовой микрофиброй. При этом микрофибра, с одной стороны, сохраняет свои достоинства как удобный для технологии перемешивания материал, что позволяет добиться равномерного распределения крайне малого количества структурирующих добавок по всему объему бетонной смеси, а с другой стороны, каждое отдельное волокно микрофибры в процессе созревания бетона «разрастается» в преимущественном направлении расположения этого конкретного волокна, усиливая эффекты дисперсного армирования. Такой метод можно определить как динамическое дисперсное самоармирование бетона.

Использование наносиликатов

Исследования показывают, что уменьшение размеров структурных элементов, образование специфических непрерывных нитевидных структур, формирующихся в результате трехмерных контактов между наночастицами разных фаз, ведет к коренному улучшению их эксплуатационных характеристик.

Использование наносиликатов с удельной поверхностью не менее 180 м 2 /г, на порядок превышающей удельную поверхность микрокремнезема и новых диспергаторов-гиперпластификаторов на основе поликарбоксилатов специального молекулярного дизайна, обеспечивает достижение кардинально новых прочностей и структур цементного камня и создает предпосылки для развития ультравысокопрочных бетонов с прочностью на сжатие свыше 250 МПа, а также реактивных порошковых композитов с прочностью на сжатие около 800 МПа и прочностью на растяжение при изгибе около 100 МПа.

Наносиликаты в бетоне позволяют не только заметно улучшить упаковку его составляющих — цемента, наполнителей, заполнителей, снизить пористость и значительно (иногда — в несколько раз) повысить прочность, но и контролировать реакции образования и превращения гидросиликатов кальция, ответственных за обеспечение долговечности цементного камня, а также определяющих ряд строительно-технических характеристик бетона, например, его усадку и ползучесть.