Нанотехнологии в строительстве: новые возможности для рынка

С приветственным словом к участникам обратился ведущий круглого стола директор Департамента научно-технической экспертизы, член Правления ГК «Роснанотех» доктор химических наук, профессор Сергей Владимирович Калюжный:

«Мы решили организовать этот круглый стол, потому что начали приходить проекты именно по данной тематике. Так как ГК «Роснанотех» является финансовым инвестором, мы решили собрать специалистов в этой области и обсудить проблемы. У нас запланированы доклады и время для дискуссий».

Ведущие ученые, руководители и специалисты организаций и предприятий выступили со следующими докладами.

Олег Федорович Очин, научный руководитель Инновационной компании «Протинус», доктор экономических наук – «Кризис – время для инноваций в стройиндустрии»;

Андрей Викторович Владимиров, генеральный директор ООО «СтройБетонСервис» – «Опыт применения наномодифицированных добавок в бетоны»;

( к содержанию 3

Л.А. ИВАНОВ Нанотехнологии в строительстве: новые возможности для рынка

Борис Эммануилович Юдович, заместитель генерального директора по науке ООО «ИНТЕХСТРОМ», канд. техн. наук – «Пенобетон с наноструктурированными элементами субмикроструктуры»;

Вадим Израилович Рахов-ский, заместитель генерального директора Аналитического центра «НАНОТЕХ» по исследованиям и разработкам, доктор физико-математических наук, профессор – «Создание автоматизированного комплекса по производству домов из неавтоклавного, гидрофобизированного в объеме пенобетона»;

Евгений Валерьевич Николаев, коммерческий директор завода «Базальтовые технологии «Гален» – «Композитная наномодифициро-ванная арматура RockBar и ее применения в строительстве»;

Александр Анатольевич Кетов, консультант по науке ЗАО «Пено-ситал», доктор технических наук, профессор – «Производство новых теплоизоляционных материалов на основе нанотехнологических принципов переработки несортового стеклобоя»;

Богдан Иосипович Лазоряк, НПО «Унихимтек», профессор – «Использование нанотехнологий в разработке и производстве новых огне-, теплозащитных материалов и высокопрочных конструкций»;

Виктор Иванович Иванюк, генеральный директор ООО «Авангард-стройматериалы» – «Наномодифицированные сухие строительные смеси и жидкие композиции»;

Александр Александрович Сафонов, начальник отдела математического моделирования ООО «НТЦ АпАТэК-Дубна» – «Опыт применения наноструктурированных композиционных материалов в мостостроении»;

Л.А. ИВАНОВ Нанотехнологии в строительстве: новые возможности для рынка

Мария Силакова, менеджер ООО «Кинпро-Систем» – «Нанотехнология КИНПРО Нано-Систем в стабилизации грунтов».

В ходе обсуждения выступили:

Борис Владимирович Гусев, президент РИА, академик РИА и МИА, член-корреспондент РАН, заслуженный деятель науки РФ, лауреат Государственных премий СССР и Правительства РФ, главный редактор электронного издания «Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал», доктор технических наук, профессор;

Андрей Геннадьевич Алексенко, академик Международной АН ВШ и АЭН РФ, руководитель Наноцентра МЭИ, Герой социалистического труда, доктор технических наук, профессор;

Валерий Яковлевич Сирота, генеральный директор ООО «Кинпро-Систем» и др.

Все доклады и сообщения вызвали у участников живой интерес, но, ввиду ограниченного объема статьи, приведём только один из них.

А.А. Кетов – «Производство новых теплоизоляционных материалов на основе нанотехнологических принципов переработки несортового стеклобоя»:

«Я хотел бы рассказать не только о полученных результатах, но и о пути создания целого поколения материалов, которые без понимания нанотехнологических принципов модифицирования поверхности дисперсных силикатов были бы невозможны. Отмечу, что выбор именно теплоизоляционных материалов был непрост, так как именно этот рынок растёт наиболее быстрыми темпами.

К 2015 году в Европе планируется 20-процентное снижение энергопотребления. Наибольший интерес среди теплоизоляционных материалов представляют те изделия, которые имеют плотность менее 300 кг/м3. Это в основном полимерные, волокнистые материалы, пеностекло. В отличие от других материалов пеностекло обладает такими преимуществами как пожароустойчивость и долговечность. Это обусловлено его механической структурой. Ячейки изначально оплавлены и имеют жесткую структуру, что обуславливает высокие потребительские свойства материала.

^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^™ 83 ( к содержанию3

Л.А. ИВАНОВ Нанотехнологии в строительстве: новые возможности для рынка

Пеностекло изначально было изобретено в СССР академиком Китайгородским. Его производством занимались три российских завода. На сегодняшний день работает только одно из этих предприятий, оставшееся со времен СССР, на территории Белоруссии. Монополистом в этой области является американская компания Pittsburgh Corning.

Мы проанализировали, почему в России с её климатическими условиями производство пеностекла оказалось на таком низком уровне. Прежде всего, технология не была обеспечена системной научной поддержкой и устарела. Одной из основных наших задач был поиск технологических решений, которые позволили бы создать эффективную технологию пеностекла и расширить сырьевую базу производства. Рассмотрим схему изготовления пеностекла по классической технологии.

Зёрна стекла обладают определённой окислительной способностью за счёт использования сульфатного стекла, углерод между зёрнами взаимодействует с сульфат-ионом. Основным газом, который расширяет всю композицию, является выделяющийся сероводород. Это говорит сразу о двух проблемах, которые имеет данная технология: обязательное образование сероводорода и, кроме того, невозможность использования в качестве сырья обычного стекла. Классическая технология не предполагает возможности использования другого стекла, кроме специально сваренного сульфатного.

Известно, что в ходе варки обычного стекла происходит значительное выделение газов. Нельзя ли соединить процесс синтеза стекла, варки и пенообразования? При синтезе обычного стекла зёрна кварца растворяются, происходит газовыделение, конечной задачей стекловарения является избавление от газовых включений. В нашем случае при синтезе пеностекла стоит противоположная задача – сохранить выделяющиеся газы внутри массы стекла. Однако при температурах варки стекла вязкость расплава достаточно низкая и газы свободно выходят. Поэтому для того, чтобы газы остались в расплаве, необходимо повышение вязкости, то есть снижение температуры. Такие процессы возможны при синтезе стекла из аморфного оксида кремния. На практике известна технология синтеза стекла из аморфных горных пород при температурах ниже тысячи градусов Цельсия. Шихтой для такого процесса является высокомодульное жидкое стекло, полученное гидротермальной обработкой аморфного оксида кремния природного происхождения. При использовании различных горных пород и даже некоторых сортов

Л.А. ИВАНОВ Нанотехнологии в строительстве: новые возможности для рынка глин возможно получение материала, который по структуре практически неотличим от классического пеностекла. Однородный гель высокомодульных полисиликатов при нагревании выделяет пары воды, и процесс пенообразования идёт параллельно с синтезом стекла. В результате могут быть получены пеносиликаты, о которых я говорил раньше. Они ни внешне, ни по структуре не отличаются от пеностекла. Таким образом, стекловарение возможно при более низких температурах и процесс сопровождается газовыделением. Этот процесс может быть положен в основу целого ряда продуктов нового поколения.

Стекло может быть модифицировано за счёт его химической активности. Обычно стекло не рассматривают, как активный компонент, но это не относится к дисперсному стеклу. Именно ионообменные свойства могут быть положены в основу нанесения на поверхность такого дисперсного стекла, плёнок, обладающих требуемыми свойствами, которые могут быть использованы для создания необходимых продуктов.

Если мы смешаем обычное стекло с растворимыми полисиликатами, такая композиция может в течение неограниченного времени находиться в какой-то ёмкости и прочность не будет возникать, потому что не происходит никаких процессов. Но если мы используем в качестве основы Н-стекло, то на поверхности образуется плёнка, величина которой может быть от нескольких десятков до нескольких сотен нанометров. Под Н-стеклом в таком случае следует понимать ионно-модифицированное дисперсное стекло, часть ионов натрия на поверхности которого замещена на кислотные ионы водорода. Получаемая на поверхности ионно-модифицированного стекла пленка полисиликатов за счет кислых свойств Н-стекла осуществляет золь-гель переход, что на макросвойствах мы фиксируем как рост прочности получаемых изделий. Прочность композиции возрастает до 80–90 МПа. Свойства пленки мы можем регулировать в процессе синтеза. Полученные материалы на основе дисперсного стекла могут быть изготовлены в любой форме по технологиям, типичным для бетона. Эти изделия не содержат цемента, только стеклянный порошок.

Достаточно ли будет той плёнки дисперсных полисиликатов для того, чтобы газовыделение обеспечило вспенивание композиции до величин, которые приемлемы для пеностекла? Простейший расчет показывает, что достаточно. В качестве иллюстрации приведем условную модель образования пеностекла по предложенной технологии: поверх-

Л.А. ИВАНОВ Нанотехнологии в строительстве: новые возможности для рынка ность стекла покрыта наноразмерной плёнкой, которая сама по себе является сырьём для синтеза стекла при низкотемпературном процессе. Так как композиция является газоплотной, то при повышенных температурах и переходе силикатов в пиропластичное состояние композиция раздувается и образуется материал, который по внешним признакам практически неотличим от пеностекла. За счёт выделения паров воды, как основного компонента, мы можем модифицировать композицию восстановителями, и в результате плотность готового материала может очень сильно отличаться из-за увеличения газовыделения.

При таком понимании процессов предложенная технология соответствует тем критериям, которые определяются характером нанотехнологий. В результате возможно получение не только обычного пеностекла, но и новых продуктов с новыми потребительскими свойствами. В основе этой технологии, которая в настоящее время освоена Пермским заводом пеностекла, лежит получение полупродукта в виде химических гранул, при термообработке в замкнутом объёме получаются блоки. Однако полуфабрикаты можно заливать в любые формы. Мы кладём заготовку той формы, которая нам нужна и при нагревании она увеличивается. Можно получить пеностекло любой формы, с любым барельефом, любым изображением, любого цвета. При дроблении полуфабриката и термообработке полученных гранул, получаем мелкий пеностеклянный гранулят.

Основные преимущества предложенных нанотехнологических принципов заключаются в расширении сырьевой базы, возможности получения новых востребованных продуктов, крайне необходимых для задач энергосбережения».

С заключительным словом выступил ведущий круглого стола Сергей Владимирович Калюжный, который поблагодарил собравшихся за активное участие в мероприятии.

Редакция электронного издания «Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал» приглашает участников круглого стола и всех специалистов к публикации информации о своих достижениях.