Рассматриваются вопросы применения наноматериалов в строительстве.
Ключевые слова: наноматериал, нанотехнологии, строительство.
Современное развитие строительных материалов тесно связано с внедрением различных наноматериалов — созданием новых и развитием существующих, способов их переработки, созданием изделий с новыми свойствами.
Используемые материалы, изготовленные на основе нанотехнологий:
— наномодифицированный бетон;
— наномодифицированная сталь;
— наномодифицированные покрытия;
— конструкционные композиты;
— антибактериальное наностекло.
Наномодифицированный бетон делится на следующие типы: легкий наномодифицированный пенобетон, наноулучшенный бетонный растров нормальной консистенции, а также наномодифицированные бетоны высокой прочности. Легкие пенобетоны используются в качестве жилищного строительства и возведения межкомнатных стен. Для возведения мостов, дорог и подобных сооружений требуется высокий запас прочности, поэтому в данном случае применяют наномодифицированные бетоны средней плотности. При возведении больших сооружений, например небоскребов, используют нанобетон высокой и очень высокой прочности [1].
Наномодифицированная сталь отличается очень высокой прочностью и вязкостью. На данный момент она не имеет аналогов по данным параметрам. Применение наностали для строительства различных гидротехнических и дорожных объектов, является самым идеальным вариантом из существующих. В наше время нанотехнологии в строительстве дают возможность создавать полимерные и композитные нанопокрытия для стальных конструкций, что позволяет повысить стойкость к коррозии и, в общем, увеличить срок службы металла в агрессивных средах в десятки раз.
В настоящее время в строительстве применяются новые теплоизоляционные материалы, что достигнуто благодаря выдающимся свойствам наноматериалов, красок, эмалей, лаков, эпоксидных смол и многого другого. Самым главным открытием в сфере нанопокрытий стала «имитация эффекта лепестков лотоса», которые в свою очередь неуязвимы для воды. После данного достижения в Китае построили здание в виде яйцеобразного купола, который создан из стекла и титана, а также обработан нанопокрытием. Оно устойчиво к загрязнениям и абсолютно гидрофобно. Также одним из актуальных направлений применения наноматериалов является энергосбережение. Очень актуальным направлением является применение наномодифицированных покрытий в сфере энергосбережения. К примеру, полупрозрачные нанопокрытия имеют свойство накапливать солнечную энергию. Эти пленки применяют на окнах и стенах зданий, что придает фасадам помимо стильного вида энергоэффективность. В данном случае нанопокрытия работают как солнечные батареи, которые в значительной мере снижают расходы на электрическую энергию [2].
Существуют такие наноматериалы, как аэрогели (прозрачные наногели). Они обладают такими характеристиками, как звуко- и теплоизоляция. Их применяют в кровле в домах со вторым светом.
Большим спросом среди нанопокрытий пользуются самоочищающиеся покрытия и краски для стен, которые очень устойчивы к агрессивным климатическим перепадам. Она способна восстанавливать нанесенные повреждения, что делает ее практически вечной.
Есть такие конструкционные материалы, которые имеют полимерную, металлическую или керамическую матрицу. Известный пример таких композитов — это углепластики, которые являются композитами, имеющими углеволокна с полимерной матрицей.
Отдельно хочется обратить внимание на наномодифицированное стекло, которое способно убивать попадающие на него микробы и грибки. Происходит это из-за того, что в слои стекла, которые находятся на поверхности, внедрены ионы серебра. Контактируя с ними, у микроорганизмов разрушается обмен веществ и они погибают. По статистике данное стекло убивает более 99 % бактерий, которые устойчивы к антибиотикам. Главное преимущество стекла, что со временем свойства стекла не исчезают. Данный наноматериал актуален для использования в больницах, ванных комнатах и домах, которые расположены вблизи заводов или оживленной дороги. При напылении специального состава с наночастицами TiO2 на не остывшее флоат-стекло, то после того, как оно остынет, покрытие будет обеспечивать гидрофилизацию. Стекло не будет загрязняться. Эти наностекла применяют в Европе, хотя их стоимость очень высока.
Анализируя структуру наноматериалов и их связь с токсичностью, создается проблема экологии. Отсюда следует, что очень необходимо принимать во внимание то, как повлияют на наноматериалы в течение жизненного цикла химические, физические, а также различные биологические факторы. Надо понимать, как это может влиять в плане хронического воздействия на организмы. Весьма важно изучать наноматериалы и их стабильность в различных условиях, проверить влияние окружающей среды на токсичность. К примеру, наночастицы, которые входят в состав различных строительных материалов, не должны вымываться и впоследствии распыляться в воздух после дождя или от влаги.
Будущее строительной индустрии очень связано с развитием нанотехнологических подходов, то есть от внедрения процессов формирования структуры современных строительных материалов, который заключается в контролируемом и управляемом воздействии на структурообразование, начиная с наноразмерного уровня. Результатом данного подхода будет получение новых по составу и качественно отличающихся по структуре и свойствам конструкционных, теплоизоляционных, отделочных и других материалов, которые отвечают современным тенденциям развития архитектурных форм, конструктивных решений и технологии возведения объектов промышленного и гражданского назначения [3].
Таким образом, отсюда можно сделать вывод, что огромную роль играет применение наноматериалов в строительстве не только из-за улучшения свойств, но и с точки зрения экологии и энергосбережения. В развитых странах большое количество энергии потребляется промышленными зданиями и жилыми домами, а наноматериалы в свою очередь способны повысить их энергоэффективность. Наноматериалы упрощают жизнь и могут применяться для улучшения термических свойств, повышения эффективности передачи энергии, освещенности. К энергосбережению косвенным путем приведет и увеличение срока службы материалов за счет улучшения их прочностных характеристик.
Литература:
- Источник: jurnalstroyka.ru/nanobeton
- Источник: scienceforum.ru/2019/article/2018013897
- Источник: scienceforum.ru/2016/article/2016024354
