Нанотехнологии в мировом строительстве.
Мировое строительство и нанотехнологии.
В настоящее время нанотехнологии являются причиной сильнейшего прорыва во многих сферах науки. В нашей жизни масса продуктов, в изготовлении которых применяют нанотехнологии. Мы сталкиваемся с ними ежедневно: телекоммуникации, бытовая техника, медицина и пр. Не удивительно, что сегодня нанотехнологии применяют в производстве строительных материалов . В Японии, США, Китае и странах Европы, порядка 20% строительных компаний используют материалы, в производстве которых применяли нанотехнологии. Посмотрим, что же могут нам представить западные производители, можно ли эти материалы использовать в строительстве в нашей стране и какие успехи у Российских ученых в изучении и внедрении нано.
Материалы будущего прямо сейчас
Применяемые нанотехнологии меняют стандартные свойства стройматериалов , улучшая их качество и структуру.
Для изготовления высокопрочного и долговечного бетона применяют ультрадисперсные, наноразмерные частицы. Исследования и разработка в данной области является наиболее актуальной в наши дни. Крупнейшие фирмы-производители работают над этим материалом: «Майти» (Япония), BASF (Германия), «Зика» (Швейцария), «Элкем» (Норвегия).
Срок службы бетона с наночастицами предположительно составляет 500 лет. Такой материал используют для строительства атомных реакторов, защитных оболочек, большепролетных мостов , небоскребов и прочих массивных и капитальных сооружений.
Ученые создали высокопрочную сталь, такой прорыв в наномодификации сделал значительный шаг вперед, ведь на сегодняшний день нет более прочного материала, с подобными показателями вязкости. Высокопрочная сталь идеальна для сооружения гидротехнических и дорожных объектов. Увеличивают службу таких конструкций полимерные и композитные нанопокрытия. Они повышают коррозийную стойкость покрываемых материалов, и увеличиваю их срок службы, независимо от окружающей среды.
«Самой главной задачей для удовлетворения потребителей и строителей – создание новых материалов и конструкций для строительной области. Материалы, созданные с использованием нанотехнологии, выходят на первый план, строительные компании и мастера все чаще прибегают к использованию именно этих материалов. Лаки, краски , смеси для отделки помещений , теплоизоляционные материалы и прочее – это небольшой перечень «наноматериалов».
Конструкционные композиты заслуживаю особого внимания. Это конструкционные материалы с металлической, керамической или полимерной матрицей, широкого класса. Углепластик – это типичный пример таких материалов, который изготовлен с полимерной матрицей и углепластиком», — поделился С. Калюжный, директор Департамента научно-технической экспертизы ГК «Роснано», на конференции «Применение нанотехнологий».
Вильгельм Бартлотт, немецкий ботаник, в 1990 году открыл всему миру «эффект лотоса». В цветке лотоса есть железы, которые вырабатывают воскообразно вещество, которым покрыты лепестки цветка. Цветок, покрытый таким веществом, неуязвим для влаги и воды. Ученые Китая взялись за разработки подобного нанопокрытия. После долгих годов совершенствования они добились успеха в изучении «эффекта лотоса» и начали производить этот материал. В Пекине, при строительстве большого национального театра, было использовано это вещество. Яйцеобразный купол, что возвышается над театром, изготовлен из стекла и титана. Его покрыли наноматериалом. Благодаря чему он не подвержен воздействию воды, влаги и не загрязняется.
Водонепроницаемые, фасадные краски – это материалы, которые в ближайшее время будут иметь колоссальный спрос в строительной отрасли, считают эксперты в области нанотехнологий.
Заместитель начальника производственно-технического отдела СК «КварталСтрой», Владимир Николаенко, сказал: «Перед введением нового наноматериала на производственную ленту ученые проводят ряд испытаний и экспериментов. Проверяют их эксплуатационные показатели, прочность, износостойкость и безопасность для человека. Многие продукты, которые изготавливают в лабораториях не проходят проверки для использования в реальной жизни. Важным остается работа ученых в команде со строителями , которые могут делиться опытом и поведением материала. В области строительства ученые сделали огромный шаг вперед. Новые дома, в строительстве которых применяют нанотехнологии, будут служить порядка 400 лет».
Экономия с наноматериалами.
Энергосбережение – еще одно направление в развитии и применении нанотехнологии. В Шанхайском центре науки и технологии был разработан весьма интересный продукт. Полупрозрачное покрытие, которое накапливает солнечную энергию. Такую пленку наносят на стенды зданий, окна и двери, одновременно украшая поверхность зданий, покрытие выполняет работу накопительной батареи (солнечной), и помогает экономить электроэнергию.
В тихоокеанском колледже, в Стоктоне (штат Калифорния), американский ученый Сэмюэль Кистлер, в начале ХХ века сделал невероятное открытие – прозрачный наногель (аэрогель). Свойства этих материалов удивляют и сейчас, их активно используют в энергосберегающих кровельных системах. Наногель и аэрогель обладает высокими тепло- и звукоизоляционными характеристиками .
Инновационное покрытие Cool-Colors создано для защиты цветных окон из ПВХ от инфракрасных (тепловых) излучений. Такая пленка обладает особым пигментом и она способна «отбивать» порядка 80% инфракрасных лучей, тем самым не дает конструкции перегреться.
«В ясный день, при температуре +25°С, цветное окно может нагреться до 50°С. К деформации и разгерметизации оконной системы может привести такой перегрев светопрозрачных конструкций под солнечными лучами» — сказал Л. Минуллин, директор по развитию компании PROPLEX (первый и крупнейший российский разработчик и производитель оконных систем ПВХ по австрийским технологиям).
Такая пленка защитит любое помещение от перегрева, а сами окна от воздействия солнечных лучей. Срок службы окна значительно увеличивается, и снизятся затраты на кондиционирование помещений .
Компания PROPLEX активно занимается разработкой оттенков этой пленки и ее реализацией. На данный момент компания может предоставить модельный ряд из шести оттенков ПВХ-профиля: махагони, болотный дуб и золотой. Для изготовления профиля «серебристый металик» используют инновационную пленку. Визуальный 3-D эффект придается оконной системе после ламинации пленки на профиле. Бриллиантовые краски, которые входят в состав пленки, придают такой эффект. Такие краски имеют уникальные свойства, под разным углом освещения меняется цвет и колер краски чистый и насыщенный. Инновационная пленка воссоздает шлифованную поверхность металлического цвета, имитируя серебро, а сама оконная рама имеет трехмерный вид.
Поверхность окна на ощупь напоминает шагрень за счет используемых бриллиантовых красок. На поверхности пленки образуются микропоры. В ходе ламинации ПВХ-профиля пленка полностью покрывает конструкцию, повторяя сложные геометрические формы продукта.
Нанотехнологии в России.
В России пока немного достижении в области нанотехнологий, несмотря на большую популярность этой темы во всем мире. Основные разработки в прикладном строительстве и нанотехнологий, за рубежом, базируются на исследованиях крупнейших научных центров. Строительные компании РФ не в состоянии профинансировать исследования самостоятельно. Государственную корпорацию «Роснано» создали для финансирования научных разработок, прикладных проектов, изучения нанотехнологий.
Нанокомпозитные трубы – проект, который разработан в России. Успешный проект, продукт которого можно использовать в системах отопления , газоснабжения и водоснабжения . Совместно с учеными МГТУ имени Баумана, компания «Экструзионные машины» занимается разработкой нанокомпозитных труб. Такие трубы в десятки раз выше по техническим и эксплуатационным характеристикам, чем их аналоги. Новые трубы также отличаются своей невысокой стоимостью.
Направление, которое также стоит отметить – разработка и производство стеклопластиковой композитной арматуры. Такой продукт может стать альтернативой традиционному для многих стальному аналогу. Компания «Компарм» является лидеров по производству стеклопластиковой композитной арматуры. Инновационный материал прошел ряд тестов, ученые выявили ряд уникальных свойств данного материала. Небольшой вес (в 5 раз мене чем сталь), химическая стойкость и высокая прочность. Новый металл является диэлектриком, имеет низкую теплопроводность и не подвергается коррозии. В любом виде строительства можно использовать новый нано-продукт.
Результаты изучения и разработки в области нанотехнологий удивляют своим многообразием. Новые виды труб, бетона, стали, инновационные самоочищающиеся покрытия, нано-пленки для прозрачных конструкций – это все успешно используют в современном строительстве.
Россия, страна, которая не отстает от зарубежных коллег в области внедрения нанотехнологий в строительство. Ученые РФ предлагают новые разработки, власти стали уделять больше внимания сегменту научных разработок и развитию прикладных нанотехнологий, инвестируя проекты.
Аспирант Воронежского государственного университета, Александр Герасимов считает: «Для грамотного развития и внедрения нанотехнологий с строительстве необходимы квалифицированные специалисты . Для их подготовки необходимо изменить процесс образования.
Очень динамично стали развиваться нанотехнологии и стали нести междисциплинарный характер. Нашей стране необходимо бесперебойное обучение специалистов в этой области. Вариантом решения такой проблемы может стать создание открытой сети дистанционного обучения.»
Чтобы Россия преодолела отставание в области развития и применения нано, необходимо максимально быстро принять нововведения.
Что такое наноматериалы и как они применяются в строительстве
Из чего только ни строили люди свои дома на протяжении всей истории человечества. Строили из костей животных, снега, земли, камней, дерева, песка и травы. Возводили жилища даже из обожженных на огне продуктов жизнедеятельности крупного домашнего скота. Научно-технический прогресс не стоит на месте.
Более привычными и достаточно долговечными, проверенными временем, материалами для строительства на многие века стали камень и дерево. Но природа не может бесконечно давать естественные материалы для строительства. Каменоломни когда-нибудь опустеют и поредеют леса от тотальной вырубки на нужды цивилизации. Человечество, наконец, задумалось о создании более совершенных строительных материалах. Наноматериалы — вот о чем пойдет здесь речь .
Что такое наноматериалы?
Во-первых , нужно уточнить, что наноматериалы называются так по причине присутствия в их составе наночастиц, то есть настолько мельчайших частиц, которые невидимы даже многими увеличивающими приборами, не то, что невооруженным глазом. Но их невообразимо маленький размер позволяет им демонстрировать свойства, не свойственные классической физике. Такие свойства материалов для обычного человека больше похожи на волшебство, хотя представляют собой вполне объяснимые факты из области физики.
Почему же такие материалы приобретают всё большую популярность в строительстве? Дело в том, что они показывают высокую износоустойчивость, жароустойчивость, эффективные электрофизические свойства. Всё это ведет к тому, что появились новые возможности для разработки и создания новых, экологически чистых, легких, малозатратных, в перспективе своей, строительных материалов.
К примеру , традиционное покрытие для фасадов зданий, в том числе окна высотных зданий, достаточно трудно очистить от загрязнений. Наноматериалы позволяют создать верхнее покрытие для наружной фасадной отделки, которое будет самоочищаемым. Тогда меньше будет хлопот с очисткой высотных зданий, можно будет оставить это под ответственность обычного обильного дождя.
В настоящее время разрабатываются сверхпрочные и сверхлегкие строительные материалы для возведения зданий , ведь территорию многих крупных городов увеличить очень трудно для развития застройки, а вот построить более высокие здания гораздо реальнее.
Безопасны ли наноматериалы для человека?
Несмотря на то что материалы с наночастицами становятся самыми перспективными в сфере строительства, до сих пор до конца не изучено влияние наночастиц на организм человека. Учение понимают , что с открытием новых свойств частиц, появится и ряд проблем, связанных с воздействием малоизученных материалов на окружающую среду. В этом отношении проводятся глубокие исследования, и небольшой процент изученности наночастиц –это единственное что серьезно тормозит их использование в различных сферах деятельности человека, многое, что изобретено и построено сегодня из этих мельчайших частиц,
Но можно быть уверенными, что в ближайшие пару десятилетий наночастицы окончательно потеснят привычные строительные материалы и то, что сегодня все еще напоминает фантастику, в ближайшее время станет повседневной реальностью.
Если понравилась статья, ставьте палец вверх и подписывайтесь на наш канал.
Нанотехнологии в строительстве
В последние годы нанотехнологии стали составляющей прорыва во многих сферах жизни — от телекоммуникаций до медицины. Нашлось им применение и в строительстве. Так использование нанотехнологий позволяет строить дома, которые могут простоять 300-400 лет.
Почти пятая часть строительных компаний в развитых странах мира используют в своей работе материалы, полученные с применением нанотехнологий. Интересно проанализировать «наноарсенал» зарубежных девелоперов и возможности применения этих инноваций в российской строительной отрасли.
Использование нанотехнологий позволяет придавать обычным строительным материалам невиданные ранее свойства. Одно из направлений разработок — применение ультрадисперсных, наноразмерных частиц при создании высокопрочных долговечных бетонов. Бетон с применением наночастиц отличается сроком службы до 500 лет. Такие материалы предназначены для строительства большепролетных мостов, небоскребов, защитных оболочек атомных реакторов и др. Исследования ученых в области наномодификации металлов и сплавов позволили получить высокопрочную сталь, не имеющую аналогов по показателям прочности и вязкости. Материал подходит для возведения дорожных и гидротехнических объектов. Композитные и полимерные нанопокрытия стальных конструкций значительно повышают стойкость к коррозии и продлевают срок службы даже в агрессивных средах.
К числу современных материалов, созданных с применением нанотехнологий и применяемых в строительстве, относятся и теплоизоляционные материалы, и новые лаки, краски, эмали. Особого внимания заслуживают конструкционные композиты — материалы с полимерной, металлической или керамической матрицей. Примером композитов являются углепластики — композиты с полимерной матрицей и углеволокнами.
Немецкий ботаник Вильгельм Бартлотт обратил внимание на то, что лепестки лотоса покрыты воскообразным веществом, которое вырабатывается растением, делая его неуязвимым для воды. Китайские ученые сымитировали этот эффект при помощи нанопокрытия, которое использовали при возведении здания Большого национального театра в Пекине. Яйцеобразный купол из стекла и титана благодаря этому покрытию не смачивается осадками и не подвергается загрязнению. Фасадные водонепроницаемые краски с применением нанотехнологий будут пользоваться в ближайшие годы особым спросом в строительстве, считают эксперты.
Актуальное направление использования наноматериалов в строительстве — энергосбережение. Полупрозрачные нанопокрытия, созданные в Шанхайском центре науки и нанотехнологий, могут накапливать солнечную энергию. Пленки, нанесенные на окна и стены здания, работают как солнечные батареи, снижая расходы на электроэнергию. Интересные свойства имеют прозрачные наногели (аэрогели), открытые Сэмюэлем Кистлером. Материалы обладают высокими тепло- и звукоизоляционными характеристиками и широко применяются в энергосберегающих кровельных системах верхнего света.
Еще одна инновация — покрытие Cool-Colors для защиты цветных окон из ПВХ от инфракрасного излучения. Благодаря особым пигментам пленка отражает до 80% тепловых лучей и препятствует перегреву конструкции и помещения, продлевая срок службы рамы, снижая затраты на кондиционирование.
Одним из успешных проектов, реализованных в России, является создание нанокомпозитных труб для инженерных систем, которые не только превосходят аналоги по эксплуатационным характеристикам, но и отличаются невысокой стоимостью.
Стоит отметить и производство строительной стеклопластиковой композитной арматуры, перспективной альтернативы стальному аналогу. Материал имеет малый удельный вес (в 4-5 раз меньше, чем у стали), высокую прочность и химическую стойкость. Композитная арматура является диэлектриком, не подвержена коррозии и имеет низкую теплопроводность.
Результаты разработок в области нанотехнологий — новые виды сталей, бетонов, инновационные покрытия для светопрозрачных конструкций и самоочищающиеся покрытия — успешно применяются в современной строительной отрасли. Междисциплинарный характер нанотехнологий и динамичность развития дают основания надеяться, что Россия сможет преодолеть отставание в области применения нано.
При подготовке частично использованы материалы пресс-службы Проплекс