Современные научные исследования в дорожном и строительном производс

количестве (0,4 %), добиваясь при этом показателей, удовлетворяющих требованиям ГОСТ 31015–2002. У добавки «Кама» более низкая отпускная цена, чем у СД-2 (СД-2 – 28–31 руб./кг; «Кама» – 25–28 руб./кг), что позволяет снизить затраты на приготовление ЩМА.

Таким образом, к применению стабилизирующих добавок для ЩМА необходимо подходить, предварительно изучая свойства применяемых каменных материалов, их взаимодействие со стабилизирующими добавками. Приведенный выше пример ни в коем случае не может быть распространен на составы ЩМА из других материалов. Вполне вероятно, что при каком-то другом составе ЩМА лучше будет работать добавка СД-2 или другая добавка. Для достижения экономии при одновременном удовлетворении показателей требованиям ГОСТа необходимо на стадии подбора состава ЩМА изготавливать образцы с применением различных добавок, выявлять, при каком процентном содержании они работают наилучшим образом, после чего определять экономическую выгоду.

Список литературы

1.ГОСТ 31015–2002 Смеси асфальтобетонные и асфальтобетон щебеноч- но-мастичные. Технические условия.

2.ТУ 5422-002-57448909–2005 Наполнитель волокнистый для асфальтобетонных щебеночно-мастичных смесей, производства ЦБК «Кама».

3.ГОСТ 12801–98 Материалы на основе органических вяжущих для дорожного и аэродромного строительства. Методы испытаний.

241

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МОДИФИКАТОРЫ

С.В. Дудынóв, Д.Ю. Александров, С.А. Асаев, К.В. Хаванская

Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева, г. Саранск, Россия

В последние годы в строительном материаловедении наблюдаются большие изменения как рецептурного, так и технологического характера. Не остались в стороне от этого процесса и цементные системы. Например, изменения произошли в составах смесей, неизменным компонентом которых теперь являются добавки-модификаторы. В качестве последних выступают как индивидуальные вещества, так и комплексы соединений. Причем среди многочисленных и разнообразных модификаторов «особняком» расположились пластифицирующие добавки – разжижители.

Помимо основного действия – пластификации цементной смеси – они, как правило, обладают и мощными побочными эффектами. Например, известный пластификатор ЛСТ (лигносульфонаты технические) оказывает сильное влияние на процесс структурообразования и выступает одновременно эффективным замедлителем твердения. Среди негативных последствий этого явления следует отметить существенный сдвиг прочностных показателей готового бетона во времени, хотя общая тенденция к постепенному нарастанию прочности сохраняется.

Другой разжижитель – суперпластификатор на основе продуктов конденсации нафталинили меламинсульфокислоты и формальдегида, известный под аббревиатурой «С3» обладающий высоким разжижающим действием, при всех своих достоинствам относится к третьему классу опасности (способствует возникновению экземы), что не добавляет преимуществ к числу его характеристик.

Начатый перечень можно продолжить, и у любого из существующих модификаторов обнаружатся серьезные изъяны. Общим же недостатком, объединяющим известные пластификаторы, является их искусственное происхождение. Обычно это соединения химического синтеза, не существующие в природе, тогда как в наши дни экологическая составляющая выступает как доминирующий фактор в любой технологии. В связи с этим для полноценного производства экологически безвредных продуктов необходимы большие финансовые вложения на строительство предприятий по их производству, разработке технологий получения товарной продукции, оснащения соответствующим технологическим оборудованием с выполнением монтажных и пусконаладочных работ. Как видно, пере-

242

чень мероприятий, предшествующих выпуску готовой продукции, весьма обширный и насыщенный. Кроме того, отлаженное производство, за редким исключением, невозможно переориентировать на выпуск другой продукции (без затрат сопоставимых с новым производством). В итоге складывается тупиковая ситуация, разрешение которой без финансовых потерь невозможно.

Как мы полагаем, перспективные пути решения проблемы с модификаторами строительного назначения следует искать в кооперации возможностей, предоставляемых смежными областями научных знаний. Так, задача может быть успешно решена при выявлении природных продуктов способных пластифицировать цементные системы. Кроме того, с большой долей уверенности можно утверждать, что в природе существует многочисленная группа соединений, которые могут разжижать строительные смеси на самых разнообразных вяжущих как по происхождению – неорганических, органических, комбинированных, так и по твердению – воздушных, гидравлических, низких или высоких температурах и влажности и т.д. [1, 2, 3].

Относительно технологической составляющей процесса получения модификаторов мы предлагаем следующее решение. Поскольку любая передовая технология со временем устаревает и потребуется модернизация производства, следовало бы по максимуму использовать имеющееся оборудование, а не отправлять его на переработку. Такие процессы наблюдаются в биотехнологии. Следовательно, производство добавок-модификаторов строительного назначения целесообразно базировать на биосинтезе.

Главной составляющей биосинтетических производств является «правильная» культура-продуцент. Поэтому глубокая модернизация биопроизводства возможна без кардинальной смены оборудования, посредством простой замены микробной культуры, изменения состава питательной среды либо параметров технологического процесса, например температуры или рН и др. Большим плюсом биотехнологии является также возможность организации широкомасштабного производства в любой климатической зоне, без существенных затрат и в кратчайшие сроки [4, 5].

Таким образом, из-за массовости применения цементных систем следует использовать модификаторы, отличающиеся экологической безвредностью, т.е. это должны быть природные соединения или продукты, составленные из фрагментов природных веществ. Причем технология получения также должна основываться на процессах, «характерных для природы», поскольку они отличаются высоким коэффициентом полезного действия и исключают образование вторичных продуктов – так называемых отходов. Подобные условия характерны, и этим требованиям соответствуют технологии, основанные на микробном синтезе.

Беглый анализ наиболее известных, широко распространенных и относительно изученных природных веществ неизменно подводит к соединениям протеиновой группы. Сюда входят белки, их производные и комплексы с липидами, углеводами и другие.

243

С химической точки зрения протеины интересны тем, что известные природные белки составлены двадцатью аминокислотами, т.е. зная свойства аминокислот, в некоторой степени можно прогнозировать и свойства синтезируемых из них белков. Как белки, так и их производные и комплексы представляют собой типичные полимеры.

К числу важнейших характеристик протеинов, которая и определяет их свойства, относится их структурная организация. У белков чрезвычайно сложная структура. Не детализируя строение белков, отметим лишь, что здесь присутствует принцип «структура в структуре», когда низшая структура является основой для более высокой; при этом белки очень компактны.

Нас в первую очередь интересует первичная структура, представленная аминокислотной цепью. Сопоставляя ее со строением наиболее эффективных пластификаторов цементных систем, нетрудно заметить принципиальное сходство обеих. Кроме того, присутствуют и боковые цепи, представленные некоторыми аминокислотами. Причем эти боковые цепи могут быть как гидрофильными, так и гидрофобными. Поэтому, расширяя поле зрения, можно предположить, что на протеиновой основе вполне реально создать не только разжижители, но и другие модификаторы, например гидрофобизаторы, регуляторы процесса твердения, противоморозные добавки для цементных систем.

Список литературы

1.Финкельштейн А.В. Физика белка. – М.: Университет, 2002. – 376 с.

2.Координационная химия природных аминокислот. – М.: ЛКИ, 2008. –

240 с.

3. Биосинтез, структура и функция биополимеров. – Киев: Наукова думка, 1971. – 215 с.

4.Ленинджер А. Молекулярные основы структуры и функции клетки. –

М.: Мир, 1974. – 957 с.

5.Грачева И.М. Технология микробных белковых препаратов, аминокислот и биоэнергия. – М.: Колос, 1992. – 383 с.

244

ПРИМЕНЕНИЕ НАНОТЕХНОЛОГИЙ В ТРАНСПОРТНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ

В.С. Зиновьев

Саратовский государственный технический университет, Россия

В секторе строительства применяется огромное количество разнообразного сырья и материалов. В список уже известных строительных материалов можно добавить и инновационные материалы, нашедшие широкое применение и начавшие играть свою роль в формировании архитектуры будущего.

Но в настоящее время применение инновационных материалов и нанотехнологий в строительстве ограничивается лишь поверхностным эффектом и не направлено на формирование новых структур строительных материалов. Тем не менее результаты исследований и разработок в области нанотехнологий находят свое применение в строительстве. Среди них можно отметить новые композитные материалы с уникальными прочностными характеристиками, новые виды арматурных сталей, нанопленки для покрытия светопрозрачных конструкций, гибкие и паропроницаемые стекла, самоочищающиеся и износостойкие покрытия*.

В наши дни планируются и проводятся теоретические и экспериментальные исследования, цель которых направлена на разработку методов наноструктурного модифицирования материалов, изучение изменения их количественных и качественных свойств, разработку технологии получения новых и модификации уже известных видов строительных материалов, конструкций, физико-механические характеристики которых будут заметно улучшены по сравнению с уже существующими аналогами.

Необходимым условием создания и отработки нанотехнологий является открытые новых центров, лабораторных корпусов при университетах, научноисследовательских институтов, оборудованных новейшим оборудованием, способным проводить измерения геометрических размеров очень высокой точности, изготавливать изделия с толщинами, соизмеримыми с молекулами, и площадями, измеряемыми квадратными нанометрами.

На сегодняшний день бетон является одним из самых распространенных строительных материалов, поэтому при проектировании и строительстве объектов большую роль играет выбор конкретного типа бетона. Техника производства бетона непрерывно совершенствуется, улучшаются характеристики бетонов,

* Материалы сайта «Российская национальная нанотехническая сеть» http://www. rusnanonet.ru/

245

причем применение нанотехнологий нашло здесь широкое применение. Нанобетон, обладающий более высокими физико-механическими показателями, открывает новые горизонты для строителей.

Термин «нанобетон» объединяет целый класс бетонов со специальными свойствами, включающих:

•легкие пенонанобетоны, применяемые для индивидуального строительства и возведения перегородок в строениях различного назначения;

•нанобетоны средней плотности, обладающие повышенной прочностью

идругими эксплуатационными характеристиками, что делает их перспективными при строительстве мостов больших пролетов, дорожных и аэродромных покрытий и т.д.;

•нанобетоны высокой и сверхвысокой прочности для применения в самых ответственных частях сооружений.

К настоящему времени наноинструментов для создания бетонов с высокими физико-механическими характеристиками найдено достаточно много, подходы эти весьма разнообразны, и они открывают пути к реализации самых смелых инновационных конструкторско-технологических решений, полезных для самых разнообразных областей строительства.

Можно выделить основные направления технологии нанобетонов:

–оптимизация в сочетании наполнителей различной дисперсности, в том числе и нанодисперсных;

–применение активных нанодисперсных наполнителей;

–модификация и оптимизация структуры межфазных границ;

–введение наноразмерных элементов-зародышей направленной кристаллизации цементного камня;

–динамическое дисперсное самоармирование;

–управление подвижностью и водоредуцированием бетонных смесей за счет модификации пластификаторов;

–применение нанокомпозитной некорродирующей арматуры с высокими физико-механическими свойствами;

–повышение устойчивости бетонов к биологической коррозии методами фотодинамической самостерилизации.

Втаблице представлены известные физические идеи, которые направлены на применение в бетонах каких-либо наноматериалов и каких-либо нанотехнологий.

Нанотехнологии уже находят свое конкретное применение в строительной отрасли, в частности, в дорожном строительстве и мостостроении.

Так, в связи с узким интервалом пластичности и слишком низким комплексом основных свойств, необходимых для создания дорожных покрытий высокого качества, особенно при температурах ниже нуля, асфальтобетоны нуждаются в модификации.

246

Каждый компонент «KINPRO NANO System» является неотъемлемой частью другого. При их совместном действии частицы грунта при механическом уплотнении под давлением настолько сближаются друг с другом, что при этом происходит консолидация грунта, который превращается в монолит.

Принцип действия технологии KINPRO NANO-System состоит в стимулировании ионного обмена между частицами почвы и молекулами воды, содержащейся в самих частицах почвы, окружающей их и удерживающейся за счет действия сил поверхностного натяжения.

В результате применения технологии «KINPRO NANO System» стабилизация грунта увеличивает физико-механические параметры, улучшает гидроизоляционные свойства и защиту от эрозии обработанного и уплотненного грунта.

Главная цель применения данной технологии состоит в стабилизации грунта без использования вяжущих материалов и химических реагентов.

Говоря о мостовых конструкциях, необходимо заметить, что в современных условиях к ним применяются жесткие требования: обеспечение высокого качества и надежности изделий, технологичность и относительно невысокая стоимость, простота и скорость монтажа, гидроизоляционные свойства. Применение стеклопластиковых и углепластиковых композитных материалов в сочетании с современными технологиями способно удовлетворить эти требования.

Большим потенциалом для использования при строительстве цельнокомпозитных пешеходных мостов обладает компьютерно-управляемая пултрузионная технология изготовления разнообразных силовых, в том числе мостовых длинномерных, профилей из одно- и двухосно-армированных и изотропноармированных стеклопластиков.

Пултрузия представляет собой процесс непрерывной вытяжки профиля постоянного сечения путем протяжки пропитанных связующим армирующих стекломатериалов через нагретую формообразующую фильеру.

Стоимость композитного стеклопластикового моста с применением таких профилей оказывается дороже аналогичного стального моста на 10 %, но эксплуатационные затраты заметно снижаются (практически до 10 раз).

Вторым инновационным методом изготовления мостовых конструкций из композитов является вакуумная инфузия. С использованием этой технологии становится возможным изготавливать крупногабаритные композитные конструкции. Примерами таких изделий являются корпуса кораблей, лопасти ветряных установок, арочные мостовые конструкции.

Вакуумная инфузия – это процесс, при котором с применением вакуумной пленки (мешка) создается разряжение в рабочей полости формы, и за счет разницы в давлении происходит втягивание смолы и пропитка армирующих материалов. По сравнению с контактным формованием метод вакуумной инфузии позволяет получать стеклопластики с более высоким коэффициентом армирования и значительно более низким содержанием пор. При этом методе производства стеклопластиков также значительно снижается эмиссия вредных веществ (например, стирола) в воздух рабочей зоны.

249

Внедрение инновационной технологии вакуумной инфузии в серийное производство позволило обеспечить изготовление мостовых конструкций всего за один технологический переход, тем самым минимизировав работы по сборке и существенно снизив себестоимость строительных работ. Применение данной технологии для производства мостовых и других строительных конструкций позволяет создавать свежие, необычные, радующие глаз архитектурные формы, что являлось весьма затруднительным при использовании традиционных технологических методов.

Несмотря на актуальность внедрения в область строительства новых материалов и технологий, доля их в общем строительном комплексе очень мала – менее 1 % от общего объема материалов в строительном секторе.

Низкий уровень инвестиций в научно-исследовательские работы в области строительства тормозит внедрение новых технологий. Это приводит к тому, что в строительстве скорее используются разработки и изобретения, созданные в других отраслях науки и промышленности, чем создаются внутри самой отрасли. Поэтому главными предпосылками развития строительных материалов являются результаты исследовательских работ, проводимых в смежных областях.

250