1.2 Особенности применения нанотехнологий в строительной отрасли

Нанотехнологии могут стать мощным импульсом для развития научно-технического прогресса в мире.

Современные нанотехнологии приносят положительные изменения в строительную индустрию: повышение качества материалов, появление новых инструментов, многочисленные проекты. Основное внимание оказано на создание прочных строительных материалов, безопасных как для здоровья людей, так и для окружающей среды.

Предприятия стройиндустрии уже во многом начали добиваться больших успехов, пример тому изготовление новых строительных материалов на основе портландцемента: бетона, железобетона, пенобетона, сухих строительных смесей [20].

Многие ученые заверяют нас в том, что нанотехнологии могут полностью модернизировать строительство. И в будущем будут такие сверхпрочные материалы, структуру которых не сможет разрушить ни вода, ни огонь. На основе нанотехнологических разработок будут создаваться стекло, которое не будет покрываться пылью, и краска, способная к восстановлению после повреждений, и даже стены, которые самостоятельно «заживляют» свои трещины [4].

При использовании нанотехнологических новшеств в строительстве, традиционные строительные материалы модернизируются, их свойства преобразовываются, в результате они функционируют совершенно по-другому. Например, одна из самых главных и актуальных разработок – это высокопрочный бетон. По подсчетам ученых срок его годности может достигать 500 лет. В структуру бетона входят специальные наночастицы. Сейчас именно из такого бетона строят небоскребы, высоких мостов.

Большим успехом и достижением в сфере нанотехнологий является нанопокрытие, которое обладает свойством лепестков лотоса: максимальная способность противостоять загрязняющему воздействию водных и нефтяных капель. Самая большая область применения в Пекине: было построено здание Большого Национального Театра с прозрачными полушариями, купол которого обработан таким нанопокрытием размеров 6000 кв. м, совершенно неподверженному намоканию и загрязнению. На все работы было потрачено около $588,24 млн.

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 разным строением кристаллической решетки и разными 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.

Сегодня уже разработаны различные виды нано- или аэрогелей, использование которых позволяет создавать материалы с новыми свойствами. Они эффективно применяются при получении нанокомпозитов из нескольких материалов, которые ранее считались несовместимыми. Например, на основе аэрогелей созданы новые теплоизоляционные материалы с минимальной теплопроводностью. Нано- или 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 в глубь помещения, аэрогель при этом не нагревается, что повышает энергоэффективность конструкции [3].

Новый материал под названием «наногвозди» обладают 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, «наногвозди» могут быть применены для создания самоочищающихся поверхностей и поверхностей, устойчивых к загрязнению. Применение нового материала 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 повышена трещиностойкость (почти в три раза), вес конструкции, изготовленной из такого бетона, уменьшается примерно в шесть раз. Нанобетон в процессе ремонтных или восстановительных работ при нанесении его 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 [4].

В настоящее время продолжаются эксперименты по применению нанобетонов средней плотности с повышенной термо- и влагостойкостью, продолжаются 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 одновременно эластичность и высокую твердость, материалы стойкие к большинству агрессивных сред и обладающие высокой гидрофобностью. Все наноматериалы, которые сейчас производятся, можно разделить на четыре группы: оксиды металлов, сложные оксиды (состоящие из двух или более металлов), порошки чистых металлов и смеси. Нанопорошки, такие как, дендримеры, фуллерин, нанотрубки, нанопрокладки и нанопоры, получают сейчас из нескольких видов сырья, в то время как, их можно производить из большого числа 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.