Перспективы применения нанотехнологий в строительном материаловедении - Реферат

Перспективность применения нанотехнологии в строительном материаловедении обусловлена общностью природы процессов, происходящих при синтезе нанообъектов, и при производстве большинства строительных материалов. В то же время результаты анализа многочисленных информационных источников свидетельствуют, что в настоящий момент многие исследователи-материаловеды понимают нанотехнологию как разрозненный набор методов введения в композицию нанообъектов исходя лишь из предположения о возможном их положительном влиянии на свойства материала. Такое понимание нанотехнологии восходит к трактовке строительного материаловедения как преимущественно эмпирической дисциплины, центральная роль в которой принадлежит экспериментальному исследованию зависимостей «состав-технология-свойство». Не умаляя достоинств указанной трактовки, плодотворность которой применительно к задачам практики подтверждена многовековым опытом, констатируем, что целенаправленное управление свойствами должно опираться на результаты, полученные и на основе анализа структурных моделей. Подразделение, оснащенное требуемой инструментальной составляющей - научнообразовательный центр по направлению «нанотехнологии» - сформировано в Московском государственном строительном университете при выполнении мероприятий ФЦП «Развитие инфраструктуры наноиндустрии в Российской Федерации на 2008-2011 годы».Термин «нано» представляется, максимально раскрученным для привлечения инвестиций и рекламирования товаров, якобы обладающих новыми необычными свойствами и повышенным качеством, с целью сбыта их по завышенным ценам. Разберемся, какие технологические процессы в строительстве можно отнести к нанотехнологиям? В настоящее время в строительстве под нанотехнологией понимают использование нанодобавок и нанопримесей, то есть нанообъектов в виде специально сконструированных наночастиц, частиц наномасштаба с линейным размером менее 100 нм [1]. Более приемлемыми для модифицирования технологии и свойств строительных композитов оказываются наночастицы и нанопорошки, такие как, например: • углеродные нанотрубки; По информации сайта http://www.inmoment.ru/magic/healing/shungit.html уникальные свойства камню шунгиту придают фуллерены - молекулы, состоящие из нескольких десятков атомов углерода.Типичным примером самоорганизации наносистемы являются, например, природные фуллерены шунгит-шунгизит в радиационно-стойком цементном бетоне и углеродные нанотрубки, обладающие уникальными свойствами. Различие физических свойств алмаза и графита обусловлено строением их кристаллических решеток. Графит и алмаз превращаются друг в друга по схеме: 103 Па * 1000 °С Алмаз ? Графит 1010 Па * 2000 °С Графит ? Алмаз В последние годы XX столетия синтезированы новые аллотропные соединения углерода: фуллерены, углеродные нанотрубки и нановолокна. Высокая стоимость фуллеренов обусловлена не столько повышенной исходной стоимостью графита и малым выходом (10-20%) фуллеренов при его сжигании, сколько сложностью выделения и очистки фуллеренов из углеродистой сажи.Высокопрочный бетон может быть использован для изготовления изделий в гражданском и промышленном строительстве, а также при возведении сооружений специального назначения. Высокопрочный бетон содержит портландцемент, песок, щебень, воду и комплексную добавку состава, мас.%: соль гидрооксида железа (III) Fe(OH) 3 с плотностью =1,021 г/СМЗ, PH 4,5-84,85-85,20; гексоцианоферрат (II) калия K4Fe(CN)6] - 0,80-0,85;суперпластификатор С-3-14,00-14,30 при следующем соотношении компонентов бетона, мас.%: портландцемент 20,60-27,40; песок 21,80-24,70; щебень 43,10-44,90; указанная добавка 0,60-0,80; вода 7,10-9,00. Заявляемая совокупность существенных признаков проявляет новое свойство в присутствии комплексной добавки, представленной золем гидрооксида железа (III) Fe(OH) 3 с плотностью равной 1,021 г/см3, PH 4,5, гексоцианоферратом (II) калия K64[Fe(CN) 6] и суперпластификатором С-3, а именно уменьшает водопотребность сырьевой смеси на 23%, повышает прочность при сжатии в проектном возрасте на 61%, до значения 51,70 МПА, понижает относительную деформацию ползучести на 30%, до значения п(180сут)=175*10-5 по сравнению с контрольным бездобавочным составом (См. табл.1). Нанодисперсии обладают повышенной поверхностной энергией и, соответственно, обладают большей подвижностью, в результате этого они вовлекают большее количество частиц цемента в гидратационные процессы и препятствуют возможному образованию перенапряжений в твердеющей системе, а также равномерно распределяются во всем объеме твердеющей системы, диспергируя частицы цемента. Разработка способа получения цементного нанобетона, выполненная с участием Президента НТО строителей СПБ и Ленинградской области, академика РААСН, д.т.н., профессора Комохова Павла Григорьевича (СПБ), выявила неоднозначное влияние нанодобавки «золь-гель» на прочность бетона во времени (см. табл.В соответствии с химической природой вещества в цементных фазах преобразование механической энергии (до 300 КДЖ/моль или 3 ЭВ) происходит с разру

Содержание

Введение

1. Свойства и классификация наноматериалов

2. Способы получения наноматериалов

3. Строительно-технические свойства нанобетонов

4. Перспектива применения наноматериалов

5. Применение наноматериапов в строительстве

Список литературы

Перспективность применения нанотехнологии в строительном материаловедении обусловлена общностью природы процессов, происходящих при синтезе нанообъектов, и при производстве большинства строительных материалов. Применительно к задачам материаловедения нанотехнология является технологией управления структурообразованием на молекулярном уровне наноматериал строительный бетон кинетика

Последняя - вне зависимости от используемой терминологии - с необходимостью привлекается (и привлекалась) при разработке строительных композитов.

В то же время результаты анализа многочисленных информационных источников свидетельствуют, что в настоящий момент многие исследователи-материаловеды понимают нанотехнологию как разрозненный набор методов введения в композицию нанообъектов исходя лишь из предположения о возможном их положительном влиянии на свойства материала. Такое понимание нанотехнологии восходит к трактовке строительного материаловедения как преимущественно эмпирической дисциплины, центральная роль в которой принадлежит экспериментальному исследованию зависимостей «состав-технология-свойство».

Не умаляя достоинств указанной трактовки, плодотворность которой применительно к задачам практики подтверждена многовековым опытом, констатируем, что целенаправленное управление свойствами должно опираться на результаты, полученные и на основе анализа структурных моделей. Получение последних - и их анализ, как правило, выполняемый численно - требует привлечения соответствующей приборной базы.

Подразделение, оснащенное требуемой инструментальной составляющей - научнообразовательный центр по направлению «нанотехнологии» - сформировано в Московском государственном строительном университете при выполнении мероприятий ФЦП «Развитие инфраструктуры наноиндустрии в Российской Федерации на 2008-2011 годы».

Исследовательское и учебное оборудование центра представлено системами пробоподготовки, исследования структурных, физико-химических, реологических, механических, теплофизических и эксплуатационных свойств. Исследования структурных параметров могут выполняться на рентгеновском и ИК порошковых дифрактометрах, азотном порометре, оптических и зондовых микроскопах, спектрометре комбинационного рассеяния. Для исследования физико-химических свойств (в частности - кинетики реакций в минеральных вяжущих) предназначены сканирующий калориметр и ЯМР- релаксометр. Реологические свойства систем - от маловязких до грубозернистых - допускают исследование на ротационном и вибрационном вискозиметрах. Для исследования механических свойств макроскопических образцов предназначены сервогидравлические системы. Механические свойства поверхностных слоев могут быть исследованы с помощью наномеханического комплекса. Для исследования теплофизических характеристик доступны дилатометр и анализатор теплопроводности. Для оценки эксплуатационных показателей предназначены климатические камеры.

Решение задач моделирования структурообразования и прогнозирования свойств выполняется с привлечением авторского программного обеспечения как на собственных вычислительных средствах научно-образовательного центра, так и на кластере МГСУ.

Формируется методическая база для подготовки инновационно- научных кадров высшей квалификации. Разрабатываются программы спецкурсов и практикумов затрагивающие основные аспекты применения нанотехнологии в материаловедении