Нанотехнологии в строительстве. Использования наномодифицирующих добавок для строительных материалов

В образцах без добавки максимальная высота рельефа поверхности (шероховатость) наноструктурных элементов раствора составила 465 нм, а в образцах с комплексной наномодифицирующей добавкой, включающей УНТ «Таунит», – 146 нм. Это свидетельствует о том, что в образцах с нанодобавкой наблюдается более равномерная наноструктура гидросиликатов кальция с минимальной шероховатостью поверхности минералов, ведущая к уплотнению цементного камня в отдельных участках его структуры [1]. Увеличивающееся скопление плотных гидросиликатных частиц оказывает возрастающее давление на окружающие участки структуры из менее плотных первичных гидросульфоалюминатов. Это увеличивающееся давление способствует переходу кристаллов (эттрингит) в более плотные образования [9].
В результате экспериментов установлено, что образцы бетона, модифицированные углеродным наноматериалом «Таунит», на 50 % быстрее набирают прочность и в проектном возрасте имеют прочность на 20–25 % больше, чем образцы обычного бетона. Предварительные расчеты по структуре затрат на получение бетонов с улучшенными характеристиками показали, что удельные дополнительные затраты на увеличение прочности строительных материалов в случае использования комплексной добавки на основе наноструктурированного материала «Таунит» будут меньше, чем при использовании других добавок [11]. Анализ современного состояния отрасли стройматериалов показывает, что переход от стадии научных исследований к промышленному производству перспективных материалов затруднен вследствие значительной инерции потребителей при принятии решений о покупке и приверженности традиционным строительным технологиям, детерминированной ключевыми особенностями продукции строительства: длительностью ее изготовления и потребления, низкими возможностями апробации, технической сложностью, высокой капиталоемкостью и важностью для покупателя [13]. Названные обстоятельства, а также недостаток опыта отечественных строительных предприятий при внедрении инноваций приводят к отсутствию рынка инновационной строительной продукции, что негативно сказывается на конкурентоспособности самой отрасли.

Рисунок 1. Набор прочности бетона, модифицированного добавкой УНМ «ТАУНИТ»

Таблица 1. Затраты на изменение прочностных характеристик

Эффективность реализации инновационных проектов в строительной отрасли предполагает разработку обобщенной модели коммерциализации достижений нанотехнологий при производстве строительных материалов, способствующей вовлечению интеллектуальной собственности в значимый хозяйственный оборот строительной индустрии [12]. Целью данной модели является сокращение времени между проведением научных исследований и промышленным производством, увеличение объемов продукции, выпускаемой с использованием инновационных подходов. В процессе коммерциализации необходимо учитывать основные проблемные моменты, а именно: консерватизм покупателей, узкость внутреннего спроса на высокотехнологичные продукты, отсутствие оборудования промышленных масштабов, недостаточная квалификация персонала, неразвитые системы связей и обеспечения информацией, высокая стоимость прогрессивных продуктов. Основная деятельность в процессе коммерциализации будет направлена на создание устойчивой схемы взаимодействия между учеными в области нанотехнологий, инновационными предприятиями и самой отраслью строительных материалов [14-16]. Активное внедрение разработанных способов улучшения свойств строительных материалов при использовании в качестве добавки наноматериалов в соответствии с разработанной моделью должно позволить российским производителям получать высококачественные строительные материалы, способные принципиально на новом уровне удовлетворять потребности динамически развивающейся экономики страны.


5. РЕШЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ С ПОМОЩЬЮ ПРГРАММНОГО КОМЛЕКСА









6. Заключение

1. Было выявлено, что добавка модификатора в зависимости от концентрационного содержания углеродного наноматериала влияет на реологические свойства бетона, такие как водонепроницаемость, усадка, теплопроводность, прочность, огнестойкость.
2. Предварительные расчеты по структуре затрат на получение бетонов с улучшенными характеристиками показали, что удельные дополнительные затраты на увеличение прочности строительных материалов в случае использования комплексной добавки на основе наноструктурированного материала «Таунит» будут меньше, чем при использовании других добавок.
3. Доказано, что применение комплекса тонкодиспесных добавок и пластификаторов является эффективным методом влияния на формирование структуры тяжелых бетонов как на стадии пластического состояния дисперсных систем, так и на стадии твердого состояния.

Список литературы
ГОСТ Р 7.0.11-2011 «Диссертация и автореферат диссертации. Структура и правила оформления».
Староверов, В. Д. Структура и свойства наномодифицированных цементных систем / В. Д. Староверов и [др.] // Наука и инновации в строительстве «SIB-2008». Современные проблемы строительного материаловедения и технологии : междунар. конгресс. –Воронеж : ВГАСУ, 2008. – Т. 1, кн. 2. – С. 424–429.
Толчков, Ю. Н. Модифицирование строительных материалов углеродными нанотрубками: актуальные направления разработки / Ю. Н. Толчков и [др.] // Нанотехнологии в строительстве :науч. Интернет-журнал. – 2012. – № 6. – С. 57–69. –Гос. регистр. № 0421200108. – Электрон. Текстовые дан. – Режим доступа: http://www.nanobuild.ru. –Загл. с экрана.
Комар А.Г. "Строительные материалы и изделия".-М: Высшая школа 1983.
И.Г. Совалов, Я.Г. Могилевский, В.И. Остромогольский "Бетонные и железобетонные работы" -М.: Стройиздат 1988.
БаженовЮ.М. Технология бетона. – М.: 1987. – 414с.
Ложкин В.П. Пластифицирующие добавки для бетона (специализированный производственно-практический справочник) // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2013. – № 11-1. – С. 108-109;
Коровкин М.О. Эффективность суперпластификаторов и методология ее оценки: монография / М.О. Коровкин, В.И. Калашников, Н.А. Ерошкина – Пенза: ПГУАС, 2012. – 144 с.
Иванов И.А., Калашников В.И., Кузнецов Ю.С., Ишева Н.И. Применение отходов производства антибиотиков в качестве пластифицирующих добавок для бетонов / Бетон и железобетон, №1, 1985. С. 38-39.
Батраков В. Г. Модифицированные бетоны. Теория и практика. М.: Технопроект, 1998. 768 с.
Добавки в бетон: справ. пособие / В.С. Рамачандран, Р.Ф. Фельдман, М. Коллепарди и др.;под ред. В.С. Рамачандрана; пер с англ. Т.И. Розенберг, С. А. Болдырева; под ред. А.С. Болдырева и В.Б. Ратинова. – М.: Стройиздат, 1988. – 575 с.
Власов, В.К. Закономерности оптимизации состава бетона с дисперсными минеральными добавками / В.К. Власов // Бетон и железобетон. –1993. – № 4. – С. 10–12
Красный, И.М. О механизме повышения прочности бетона при введении микронаполнителя / И.М. Красный // Бетон и железобетон. –1987. – № 5. – С. 10–11.
Рistill, М.F. Variability of Condensed SilicaFume from a Canadian Sourse and its Influence onthe Properties of Portland Cement / М.F. Рistill //Cement, Concrete and Aggregate. – 1984. – Vol. 6, № 1. – P. 33–37.
Тарасова, В.Н. Эффективность применения тонкомолотых цементов с различными микронаполнителями и пластифицирующими добавками / В.Н. Тарасова, В.Г. Довжик // Экономия цемента и повышение качества бетона в производстве сборного железобетона. – М: МДНТП им. Ф.Э. Дзержинского, 1990. – С. 65–70;
Холманских, Н. А. Исследование гомогенности многокомпонентных строительных материалов: автореф. дис. … канд. техн. наук: 484 / Н. А. Холманских. – М., 1971. – 16 c.
Елисеева, Н. Н. Пенобетоны неавтоклавного твердения на основе добавок наноразмера: автореф. дис. … канд. техн. наук: 05.23.05 / Н. Н. Елисеева. – СПб., 2010. – 24 с.
Естемесов, З. А. Нанопроцессы при гидратации и твердении портландцемента. Ч. 1, 2 / З. А. Естемесов, А. В. Барвинов, М. З. Естемесов // Технологии бетонов. – 2009. – № 5. – С. 68–70; 2009. – № 6. – С. 56–57.
Старчуков, Д. С. Оценка эффективности действия комплексной добавки на основе гидроксида железа для получения высокопрочного бетона / Д. С. Старчуков // Бетон и железобетон. – 2012. – № 5. – С. 8–9.
Степанова, И. В. Разработка и применение новых зольсодержащих добавок для повышения качества бетона разной плотности: автореф. дис. … канд. техн. наук: 05.23.05 / И. В. Степанова. – СПб., 2004. – 23 с.
Матвеева, Е. Г. Повышение эффективности бетона добавкой нанодисперсного кремнезема: автореф. дис. … канд. техн. наук: 05.23.05 / Е. Г. Матвеева. – Белгород, 2011. – 24 с.
Нелюбова, В. В. Повышение эффективности производства силикатных автоклавных материалов с применением нанодисперсного модификатора / В. В. Нелюбова // Строительные материалы. – 2008. – № 9. – С. 89–92.














4