Автор: 
Нанобетон.
Нанобетон – разновидность бетона, получаемого с применением нанотехнологий – добавлением специальных добавок – наноинициаторов, которые существенно улучшают физические качества бетона. Они увеличивают его механическую прочность на 150%. Наноинициаторы, взаимодействуя с цементом, кристаллизуются, армируют бетон и на молекулярном уровне изменяют его структуру.
Нанобетон
Свойства и преимущества нанобетона
Виды нанобетонов и их назначение
Читайте также: Какой фундамент дешевле ленточный или свайный
Технические характеристики нанобетона
Применение нанобетона
Ссылки на источники
Что такое нанобетон в строительстве
Уникальный нано бетон появился на строительном мировом рынке совсем недавно, внешне он почти не отличается от обычной смеси бетона. А состоит он из минерального стандартного вяжущего, простой воды и ряда заполнителей, а вместо стандартных пластификаторов в него добавляют нано инициаторы придающие бетону особенные общие свойства. Такими наноинициаторами служат полые микроскопические трубки диаметр которых составляет обычно 1 микрон и более но зато прочность такого бетона удивительно большая и составляет более чем 100 гигапаскалей.
Современный нано бетон отличается уникальной невосприимчивостью к кислотам и различным щелочам, что очень важно для любого строительства. Используемые нано инициаторы при взаимодействии с цементом будут кристаллизоваться образуя при этом армирование бетона изменяющего общую структуру материала на молекулярном уровне. Нанобетон отличается достаточно значительной стойкостью к высокой общей температуре, он сохраняет свои общие характеристики даже при температурах +800С и более.
Нанобетон:
Нанобетон – разновидность бетона, получаемого с применением нанотехнологий – добавлением специальных добавок – наноинициаторов.
Наноинициаторы при добавлении в бетон существенно улучшают его физические качества. Они представляет собой микроскопические полые нанотрубки в несколько атомарных слоев углеродных полимеров. Диаметр этих нанотрубок – всего несколько единиц микрон, но их прочность больше 10 ГПа. Кроме того, их достоинством является невосприимчивость к щелочам и кислотам.
Когда наноинициаторы взаимодействуют с цементом, они кристаллизуются, армируя бетон и на молекулярном уровне изменяя его структуру. Исходя из этого, требования по армированию конструкций при использовании наноинициаторов снижаются.
Наноинициаторы также повышают сцепление бетона с металлом, при этом они на молекулярном уровне взаимодействуют даже со слоями, подвергшимися коррозии. Соответственно применение нанобетона возможно в двух направлениях: в качестве материала для реконструкции старых сооружений и для возведения новых зданий.
При нанесении на железобетонную конструкцию нанобетон имеет свойство заполнять ее микропоры, при этом данный стройматериал полимеризуются и восстанавливает прочность конструкции. Кроме того, нанобетон вступает в реакцию с коррозийным слоем проржавелой арматуры и восстанавливает ее сцепление с бетоном.
Нанотрубки, находящиеся в структуре облицовочных плиток из нанобетона, выделяют под воздействием кислорода атомарный кислород, имеющий бактерицидные свойства.
В качестве наноинициаторов используются наночастицы оксида кремния, поликарбоксилата, диоксида титана, базальтового фиброволокна, углеродные нанотрубки, фуллерены. На 1 тонну бетона необходимо добавить 5 грамм наноинициатора.
Нанобетон относится к легким типам бетона.
Читайте также: Пол в гараже — варианты ремонта и укладки
Этот современный материал применялся, например, в Сочи при подготовке трасс к зимней Олимпиаде-2014, при строительстве моста через Волгу в городе Кимры.
Всё о нано присадках
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 наномодифицированного бетона, появившегося относительно недавно, можно выделить? В составе такого бетона имеется так называемая минеральновяжущая составляющая. Пластификаторы уступают место наноинициаторам, 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 наноинициаторов 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 наномодифицированного 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, наноинициаторы 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.
Свойства и преимущества нанобетона:
– механическая прочность нанобетона на 150% выше, чем обычного,
– долговечность,
– морозостойкость выше на 50%, чем у обычного,
– устойчив к высоким температурам, свои характеристики он сохраняет при температуре до 800 оС,
– устойчив к низким температурам (минус 150-180 оС),
– измененная структура нанобетона резко уменьшает потребность в воде вяжущей составляющей, что в 6-8 раз уменьшает массу бетонной конструкции и вероятность возникновения трещин,
Читайте также: Балка для опалубки перекрытий. Ригель, Ростов-на-Дону
– благодаря плотной легкой однородной структуре нанобетон не нуждается в гидроизоляции,
– т.к. готовые сооружения из нанобетона имеют меньший вес, чем конструкции из обычного бетона, для них не требуется мощный фундамент, что позволят сократить стоимость строительства и трудозатраты,
– высокая прочность материала позволяет уменьшить объемы укладки нанобетона на 30%,
– снижение весовых нагрузок на фундамент в 6-8 раз,
– низкая теплопроводность.
Нанобетон — строительный материал нового поколения
26 Августа 2020 Немного истории
Первые результаты по разработке и практическому применению нанобетона были получены в 1993 году исследователем Андреем Пономаревым из Санкт-Петербурга. К работе подключились коллеги из других городов, и сегодня этим материалом занимаются ученые из питерского НТЦ «Прикладные технологии», новочеркасских НПО «Полимерстрой» и ООО «Нанотроника», а также «Наноцентр» МЭИ (Москва).
В Кемеровской области, например, при производстве нанобетонов стали использовать то, что находится в изобилии буквально под рукой, точнее, под ногами, — уголь. Углеродную добавку назвали Kemerit; ее успешно применяют в материалах для возведения жилья, дорог и мостов.
Вообще совершенствование нанобетона развивается в двух направлениях: применение его в строительстве новых объектов и для восстановления разрушающихся сооружений.
Конечно, исследованием этого стройматериала занимаются и ученые в других странах. Но отечественный нанобетон, в отличие от зарубежных аналогов, способен, например, «вылечивать», казалось бы, погибающие железобетонные конструкции. При нанесении на такую конструкцию нанобетон заполняет не только ее микротрещины, но и микропоры, при этом полимеризируясь. А если проржавела арматура, этот замечательный материал вступает в реакцию с коррозирующим слоем и, замещая его, обеспечивает сцепление бетона с арматурой. Таким образом, прочность конструкции восстанавливается. К тому же российские нанобетоны значительно дешевле зарубежных.
Состав нанобетонов
Термин «нанобетон» является собирательным, он включает в себя целый ряд специализированных бетонов. При их изготовлении применяются в различных комбинациях наноматериалы, изменяющие структуру, плотность и другие свойства бетонов.
В состав традиционного бетона входят вяжущее вещество, заполнитель и вода, а также пластифицирующие добавки, улучшающие свойства стройматериала.
При производстве нанобнтонов вместо обычных пластификаторов применяют наноинициаторы, изменяющие (армирующие) структуру бетона на молекулярном уровне. Вследствие этого снижается потребность в дополнительных армирующих материалах.
Наноинициаторы — это полые полимерные углеродные трубки диаметром в несколько микрон и с толщиной стенок в несколько атомов. Но их прочность — более 100 гигапаскалей. К тому же наноинициаторы устойчивы к действию щелочей и кислот.
В качестве наноинициаторов используют также оксид кремния и диоксид титана.
Свойства нанобетонов
Прочность нанобетона в полтора раза выше, чем обычного. Высока и долговечность этого материала.
Его морозоустойчивость выше на 50%: ему не страшны температуры до минус 150-180 ºС. Нанобетоны могут выдерживать нагрев до 800ºС.
Под воздействием солнечных лучей наночастицы диоксида титана становятся фотокатализатором, который преобразует пары воды и атмосферный кислород в атомарный кислород, обладающий бактерицидным действием.
Читайте также: История, применение, перспективы развития преднапряженного бетона
Измененная структура нанобетона резко уменьшает потребность в воде вяжущей составляющей, что в 6 раз уменьшает массу бетонной конструкции и вероятность возникновения трещин.
Сфера применения
Свехлегкие нанопенобетоны применяются в основном в индивидуальном строительстве и при устройстве перегородок в различных помещениях.
Наноструктурированные бетоны, средние по плотности, обладают высокой прочностью и великолепными эксплуатационными качествами. Их используют при возведении мостов, в дорожном строительстве и при укладке аэродромных покрытий. Этот современный материал применялся, например, в Сочи при подготовке трасс к зимней Олимпиаде-2014. Новое бесшовное долговечное дорожное полотно обладает не только прочной основой, но и гораздо более безопасно при землетрясениях.
Разработаны и сверхпрочные наноструктурированные бетоны, применяющиеся для сооружения несущих элементов зданий, лифтовых шахт.
Сегодня проектировщики рассматривают возможность применения нанобетонов при возведении зданий в сейсмически активных зонах, а также для укрепления домов, уже имеющихся в этих зонах. Предлагается наращивать опоры, сечения, использовать вдавливаемые сваи в фундаменте, существенно повышая его надежность.
Вероятно, нанобетоны будут применяться и при строительстве подземных объектов в современных мегаполисах.
Виды нанобетонов и их назначение:
– легкие нанопенобетоны. Рекомендованы для использования в индивидуальном строительстве и для возведения перегородок в помещениях разного назначения;
– нанобетоны средней плотности. Применяются в строительстве объектов, к которым выдвигаются требования повышенной прочности (мосты, дорожные и аэродромные покрытия и т. п.);
– 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.).
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.
Вернуться к оглавлению
Применение нанобетона:
– промышленное и гражданское строительство,
– строительство железобетонных конструкций от 74 м и при возведении объектов с повышенными требованиями к пожаробезопасности и сейсмоустойчивости,
– мостостроение,
– теплоизоляция трубопроводов,
– пожаростойкая теплоизоляция зданий,
– пожаростойкие теплоизоляционные перегородки и переборки на транспорте,
– теплоизоляционная облицовка зданий,
– ограждающие конструкции.
