Союз нанотехнологий и строительства часть 2

Проектировщики новых исследовательских центров используют в своей работе опыт, накопленный в области микротехнологий полупроводниковой промышленности, а также серию руководств и рекомендаций под названием Labs21, разработанных Агентством по защите окружающей среды совместно с Министерством энергетики США. Значительно продвинулись в проведении исследований и практических разработках ученые и специалисты других стран, в т.ч. Японии, Германии, Израиля, Китая. Создание венчурных фирм в Китае уже принесло первые успехи. После многих лет подавления инициативы появились талантливые специалисты, способные к творческой, инновационной деятельности. Более того, в страну стали возвращаться высококвалифицированные специалисты, уехавшие в свое время за рубеж, главным образом в США. Все это способствовало появлению в Китае нового поколения инновационно-способных кадров. Процесс этот в последнее время приобрел достаточно широкий размах. Так, например, в прошлом 2008 г. стартовый капитал таких фирм в Китае достиг $4 млрд (в США, для сравнения, эта цифра в том же году составила более $20 млрд).

Строительство, хотя и в значительно меньшей мере, чем другие отрасли, также является потребителем достижений нанотехнологий. Пользуясь достижениями новой технологической области, получены защитные материалы с удивительными свойствами. Химический процесс под названием sol-gel позволяет осуществлять направленный синтез нанокомпозитов и придавать бетонным поверхностям индивидуальные специфические эффекты. Такие многофункциональные защитные материалы уже появились на рынке стройматериалов. Диапазон их действия довольно широк – от защитных функций за счёт легкого удаления пыли, грязи и рисунков граффити, до предотвращения появления высолов на бетонных поверхностях.

В лабораторных условиях получены бетоны прочностью на сжатие до 500 Н/мм2, т.е. материал прочнее обычной стали. Но с использованием достижений нанотехнологий, уже применямых в других отраслях науки и промышленности, для увеличения плотности в структуру бетона могут быть введены наночастицы, а вяжущее усовершенствовано на квазиатомном уровне. Это придаст бетону новые, совершенно уникальные свойства, позволит создать так называемые бездефектные бетоны. Канадский институт исследований в строительстве при Национальном

В.П. ТРАМБОВЕЦКИЙ Союз нанотехнологий и строительства. Часть 2

Совете по исследованиям (NRC-IRC) организовал группу специалистов разного профиля для разработки на наноуровне защитных покрытий для строительных материалов. Но главные их усилия направлены на создание малоэнергоемких цементов, нанокомпозитов, фибрового армирования бетонов нанотрубками и повышение долговечности бетонных конструкций, объем применения которых в Канаде превышает $16 млрд в год.

Использование атомно-силовой микроскопии позволяет исследовать на наноуровне процессы взаимодействия и механизмы реакции гидратации цемента, химических добавок, заполнителей и пуццолано-вой реакции микронаполнителей. Определённый оптимизм вызывают результаты опытов по применению фибр в виде углеродных нанотрубок с целью упрочнения цементной матрицы. Нанотрубки, как известно, были изобретены в Японии в 1991 г., их прочность на разрыв, по некоторым данным, почти в 100 раз превосходит прочность стали. Появление нанотрубок с такой прочностью, кстати, стимулировало создание международного проекта «Космический лифт», который находится ныне в стадии разработки под эгидой NASA. Но эти трубки, помимо высочайшей прочности, обладают и чрезвычайной устойчивостью к проявлениям коррозии, что также представляет значительный интерес и для конструкций из бетона. Проведенные предварительные опыты показали, что введение даже сравнительно небольшого количества нанотрубок в качестве нанофибр оказывает положительный эффект на механические характеристики композита. Работы будут продолжены в направлении улучшения сцепления нанофибр с матрицей и выбора оптимальных разжижителей поликарбоксилатного типа с разной длиной боковых цепей.

Строительная наука и практика, хотя и с некоторым запозданием, но всегда стремились не отставать от достижений фундаментальной науки. Традиционные строительные материалы – бетон и сталь – имеют древнюю историю и применяются в огромных объемах. Так, например, ежегодное мировое производство бетона достигло 12 млрд т и по объёмам использования человечеством он занял второе место после воды. Несмотря на всю чрезвычайную важность этих материалов, их свойства, особенно бетонов, в связи с их сложной природой, изучены крайне мало. Бетон состоит из разнородных частиц и пор, отличающихся по размерам на много порядков, начиная от нанометров. Применение приемов нанотехнологии в исследовании и модифицировании свойств бетона может оказаться чрезвычайно плодотворным. В этом убеждает недавняя совместная публикация ученых из Северо-Западного университета и Массачусетского технологического института США в журнале Nature Materials (апрель 2007 г.), в которой представлены первые результаты изучения структуры C-S-H цемента на уровне 5 нм при помощи специального микроскопа в виде устройства с малоугольным нейтронным рассеиванием лучей. Ученые убеждены, что реорганизация структуры C-S-H поможет существенно повысить эффективность цементов, предсказывать ползучесть и долговременное поведение бетонов. Распознание ДНК бетонов даст возможность в течение ближайших 3–5 лет улучшить их прочностные и экологические характеристики.

Из известных случаев применения нанотехнологии в области строительства следует отметить наномодифицированную стальную арматуру MMFX2, изготавливаемую корпорацией MMFX Steel Corp.USA. Ламинированная структура делает эту сталь по коррозиестойкости похожей на нержавеющую, но со значительно более низкой стоимостью и более высокими механическими свойствами, в том числе по прочности, вязкости и усталостной прочности. Арматура MMFX2 сертифицирована в США и в настоящее время началось её широкое применение на объектах дорожно-транспортного и гидротехнического строительства. Нетрудно себе представить, что могло бы дать дальнейшее улучшение структуры и прочности стали для сооружения подвесного моста через Мессинский пролив в Италии, идею проекта которого стоимостью $4,7 млрд, шириной 60,4 м и пролетом 3,3 км, поддерживаемого парными вантами диаметром 1,2 м, предложили специалисты.

Но уровень научных достижений в области строительства несопоставим, к сожалению, с достижениями в других областях науки и техники. По некоторым данным среднемировые расходы на исследования и разработки в строительстве на порядок ниже, чем по промышленности в целом и на два порядка ниже, чем в полупроводниковой промышленности. Это подтверждает заметное отставание достижений в строительстве от разительных, буквально революционных достижений во многих других областях, например, биотехнологии, информационных технологиях и т.д. Вызывает, естественно, удивление, что современные сверхвысокие и сверхдорогие здания или мосты с невиданными доселе пролетами, от нормального функционирования которых зависит жизнь огромного количества людей, в ходе строительства и эксплуатации управляются сравнительно примитивными единичными системами контроля и мониторинга. Стоимость таких систем несопоставимо мала по сравнению со стоимостью контролируемых ими объектов и жизнями людей, а современные автомобили, которые обеспечивают комфортную и безопасную жизнь всего одного или нескольких человек от силы, буквально напичканы управляющими системами, стоимость которых вполне сопоставима со стоимостью самого автомобиля.

Взрыв интереса к нанотехнологиям в мире вызвал ответную реакцию и в международных организациях по строительству, в т.ч. в Международном союзе экспертов и лабораторий в области строительных материалов, систем и конструкций (РИЛЕМ), в рамках которого создан и функционирует специальный комитет TC-197«Нанотехнологии в строительных материалах». Аналогичный комитет TC 229 «Нанотехнологии» с более широким охватом областей применения функционирует и в рамках крупнейшей международной организации по стандартизации ISO. В 2005 г. Технический комитет CEN/TC 352 «Нанотехнологии» создан и в Европейском комитете по стандартизации.

Для условий и специфики российского строительства исследования и разработки на наноуровне только в области коррозии и морозоустойчивости могут дать потрясающий эффект, ведь от этого зависит долговечность наиболее дорогостоящих инфраструктурных инвестиций общества. Отрадно отметить, что и российские академические и строительные научно-исследовательские и учебные организации, хотя и с некоторой задержкой, стремятся не отставать от своих зарубежных коллег. Среди них Курчатовский институт, Институт медико-биологических проблем РАН, МГСУ, БГТУ, Научный центр прикладных исследований Объединенного института ядерных исследований в Дубне, Петербургский военный ИТУ и т.д. Для развития отечественной науки в этой сверхчувствительной области первоочередным и чрезвычайно важным является создание и оснащение лаборатории современными приборами и оборудованием и, что ещё важнее – подготовка кадров молодых и амбициозных ученых и специалистов соответствующих областей.

Заявленный в нашей стране курс на инновационное развитие, включая развитие инновационных нанотехнологий, может и должен учесть современный зарубежный опыт инновационной деятельности, в т.ч. и за счет создания венчурных фирм и компаний. Однако при этом необходимо учитывать как особенности отечественной экономики, так и особенности менталитета отечественной рабочей силы. Следует возрождать и поощрять интерес к изобретательской деятельности, основному эле-

Международные конференции и выставки по нанотехнологиям

Название мероприятия Сроки, страна Организатор Nanotech Europe 2009 Крупнейшая ежегодная конференция и выставка по нанотехнологиям 28–30. 09. 2009 Берлин, Германия Tom Crawley 358 (50) 463-71-49 Международная конференция по нанотехнологиям Nanotech India 2010 13–15.08.2010 Кочин, Индия AG Nanotech Impex Pvt 1-я Международная конференция по применению нанотехнологий в производстве цемента и бетона 05–07.05.2010 Ирвин, Калифорния, США Transportation Research Board conferences/2010/ nanotech Международная конференция «Научные исследования, наносистемы и ресурсосберегающие технологии в стройиндустрии» Сентябрь 2010 Белгород Белгородский ГУ Тел./факс: (4722) 55-17-49 Семинар «Керамика и огнеупоры: перспективные решения и нанотехнологии» Февраль 2011 Белгород Белгородский ГТУ Тел./факс: (4722) 55-41-61 Международная конференция «Наносистемы в строительном материаловедении» Октябрь 2011 Белгород Белгородский ГУ Тел./факс: (4722) 55-17-49 менту инновационного развития. Некоторые специалисты предлагают создать в России Объединенный институт нанотехнологий, наподобие института ядерных исследований в Дубне с международным коллективом ученых.

Для скорейшей ликвидации сложившегося пробела представляется целесообразным организовать стажировки молодых российских ученых в наиболее продвинутых научных центрах за рубежом.

Несмотря на значительное увеличение ресурсо- и энергопотребления новейших нанотехнологических лабораторий, повышение стоимости приборов и оборудования по сравнению со стандартными лабораторными помещениями, предполагается, что результаты работы новых

В.П. ТРАМБОВЕЦКИЙ Союз нанотехнологий и строительства. Часть 2 лабораторий сделают жизнь человека существенно лучше, что многократно окупит все вложенные инвестиции.

Для российских специалистов, занятых в сфере нанотехнологий в строительстве, представлен перечень предстоящих в ближайшее время международных и региональных конференций и выставок по этой тематике (см. таблицу).

Сердечно поздравляю авторов и читателей электронного издания «НАНОТЕХНОЛОГИИ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ: научный Интернет-журнал» с Днём строителя! Желаю специалистам строительного комплекса крепкого здоровья, благополучия и успешного внедрения достижений нанотехнологий в строительство!

Уважаемые коллеги!

При использовании материала данной статьи просим делать библиографическую ссылку на неё:

Трамбовецкий В.П. Союз нанотехнологий и строительства. Часть 2 // Нанотехнологии в строительстве: научный Интернет-журнал. М.: ЦНТ «НаноСтроительство». 2009, Том 1, № 2. C. 35–41. URL: magazine/nb/ (дата обращения: ______________).

Dear colleagues!

The reference to this paper has the following citation format:

Trambovetsky V.P. The Union of the nanotechnologies and the construction. Part 2. Nanotechnologies in Construction: A Scientific Internet-Journal, Moscow, CNT «NanoStroitelstvo». 2009, Vol. 1, no. 2, pp. 35–41. Available at: (Accessed __ ___________). (In Russian).