Создание строительных композитов многоуровневого строения при введении нанодобавок типа «снизу-вверх»

ассмотрены перспективы создания строительных композитов многоуровневого строения при введении нанодобавок «снизу– вверх», а также принципы метода молекулярного наслаивания (МН), его синтетические возможности при создании наноструктур заданного состава и строения на поверхности твердых тел.

Основная идея метода МН состоит в последовательном наращивании монослоев структурных единиц заданного химического состава и строения на поверхности твердофазной матрицы за счет реализации химических реакций между функциональными группами твердого тела и подводимыми к ним реагентами в условиях максимального удаления от равновесия.

Схема процесса химической сборки наноструктур на поверхности твердого тела методом МН представлена на рис. [1].

Анализ имеющихся экспериментальных данных свидетельствует о том, что методом МН можно как синтезировать на поверхности твердофазной матрицы наноструктуры различного химического состава монослои, в том числе, многокомпонентные, так и осуществлять поатомную химическую сборку поверхностных нано-, микро- и макроструктур путем многократного чередования химических реакций по заданной программе. Подчеркнем, что главным требованием при проведении воспроизводимого синтеза по методу МН является осуществление различных стадий взаимодействия реагентов (AC4, AB4, NB4, NC4, MC4) с функциональными группами (ФГ) твердого тела (B, C) в условиях максимального удаления от равновесия (см. рис.).

Эти слои могут быть активными, адсорбционными, водными, пограничными, контактными, диффузионными, барьерными, гидратированными, изоляционными, промежуточными и ионообменными.

Формирование наноструктур на поверхности твердых тел позволяет не только стабилизировать их состояние за счет, например, образования прочных химических связей с матрицей, но и придать необходимые функциональные свойства конечной многоуровневой структуре строи-

Рис. Нанотехнология молекулярного наслаивания (МН)

тельного конгломерата. То есть строительный композит, как макро-, микро-, так и наноразмерный с химически связанными на поверхности наноструктурами (в виде функциональных групп, кластеров, пленок и др.), фактически, представляет собой новое вещество с необходимыми атрибутами – заданным составом, строением и свойствами.

Исследование свойств продуктов, полученных методом МН, позволило обнаружить ряд фундаментальных закономерностей, отличающих новую технологию от традиционных приемов синтеза подобных структур:

• 1)    эффект монослоя, т.е. резкое, скачкообразное изменение свойств матрицы после нанесения 1–4 монослоев новых структурных единиц;

• 2)    эффект перекрывания подложки, когда образуется слой толщиной свыше 4–6 монослоев, физически экранирующий поверхность;

• 3)    эффект взаимного согласования структуры поверхности подложки и наращиваемого слоя;

• 4)    эффект многокомпонентной системы.

  

В.П. КУЗЬМИНА Создание строительных композитов многоуровневого строения...

Инновационные направления работ по созданию строительных композитов многоуровневого строения с нанодобавками системы «снизу–вверх» [2–11]

Патент РФ № 2355656.

ООО «Научно-технический центр прикладных нанотехнологий» (RU)

Бетонная смесь, включающая цемент, наполнитель, базальтовое волокно и воду, отличается тем, что в качестве базальтового волокна смесь содержит волокно диаметром 8–10 мкм и длиной 100–500 мкм. Данное волокно модифицировано веществом, выбранным из группы, включающей полиэдральные многослойные углеродные наноструктуры фуллероидного типа и многослойные углеродные нанотрубки. Такие углеродные наноструктуры имеют определённые характеристики: межслоевое расстояние 0,34–0,36 нм, средний размер частиц 60–200 нм и насыпную плотность 0,6–0,8 г/см3. Указанные наноструктуры вводят в количестве 0,0001–0,005 мас.ч. на одну массовую часть базальтового волокна. В качестве наполнителя смесь содержит компонент, выбранный из группы, включающей смесь гравия с песком и смесь гравия с алюмосиликатными микросферами. Дополнительно смесь содержит полинафталинметиленсульфонат натрия в качестве пластификатора при следующем соотношении компонентов, мас.%: цемент 24–48 / наполнитель 30–60 / модифицированное базальтовое волокно 2–6 / пластификатор 0,9–1,1.

Патент РФ № 2307809.

Сухая строительная смесь.

ООО «Органикс-Кварц»

Строительные материалы возможно изготовить на основе сухой гипсовой шунгитовой смеси с функциональными добавками. Такие материалы обладают оптимальными эксплуатационными характеристиками, заменяющими несколько разных строительных материалов с моносвойствами. Например, предлагаемые сухие гипсовые шунгитовые смеси обеспечивают защиту от электромагнитных излучений и ан-тиэлектростатическую искробезопасность. Покрытие, выполненное из

В.П. КУЗЬМИНА Создание строительных композитов многоуровневого строения...

предложенной гипсовой шунгитовой смеси, обладает повышенными адгезионными свойствами и вязкостью за счёт многоуровневой структуры.

Создание экологически безопасных покрытий зданий обеспечивается за счет применения в строительных смесях шунгитовых пород. Шунгит является уникальным природным минералом, содержащим аллотропную модификацию углерода – фуллерен.

Изучая различные добавки, ученые определили, что размер молекул в добавке является критическим в случае использования ее как диффузионного барьера. Большие молекулы, например, целлюлоза, увеличивают вязкость, но не улучшают диффузионный барьер. Маленькие молекулы размером менее, чем 100 нанометров, уменьшают скорость диффузии.

Нанодобавки могут быть напрямую смешаны со строительной смесью. Также получается лучший результат, если добавки замешаны в гипсобетон с влажными абсорбентами и мелким песком.

Модификация и оптимизация структуры контактной зоны между искусственным камнем и заполнителем

Патент РФ № 2233254.

Композиция для получения строительных материалов.

ЗАО «АСТРИН» СПб,

НИЦ 26 ЦНИ института Мин. обороны РФ

Нанокомпозитная некорродирующая арматура в виде различных нанотрубок, в том числе переменного состава (Mg, Fe)3Si2O5(OH)4, со структурой хризотила применяется для фотодинамической самостерилизации композиции, повышения её устойчивости к биологической коррозии и улучшения физико-механических свойств конечного продукта.

Данная группа наноструктур есть комбинация из первых двух в целях создания синергического эффекта. Синергия означает совместное и однородное функционирование элементов системы «снизу–вверх» плюс «сверху–вниз».

В.П. КУЗЬМИНА Создание строительных композитов многоуровневого строения...

Создание обычных и декоративных высокопрочных гипсов для реставрационных и отделочных работ [2–8, 10, 11]

Несомненный интерес представляет механохимическая технология получения цветного гипса. Процесс ведётся в две стадии. Сначала дроблёнку из кристаллического гипсового камня слегка орошаем водой, затем раздавливаем, измельчаем и окрашиваем кислотостойкими пигментами. Процесс происходит в секционных барабанах единственной виброцентробежной мельницы. Кристаллическая природа гипса сохраняется в любых размерах частиц и играет роль каркаса в получаемых пигментах.

На втором этапе порошкообразную смесь строительного полуво-дного белого или серого гипса и полученного механоактивированного пигмента подвергаем механоактивации, и цветной строительный гипс высокого качества получен. Пределов развития технологии не существует. Она подчиняется законам образования материи в вихревых потоках Вселенной.

При механоактивации целесообразно ввести в смесь «Frem nano-gips» по ТУ 5745-005-78356600-09. Это даст снижение водогипсового отношения и повышение в 3-6 раз прочностных характеристик получаемых гипсовых изделий и материалов, при дополнительных положительных эффектах: регулировании сроков схватывания, снижении во-допоглощения, деформационных усадок, трещиноватости, повышении водостойкости, поверхностной твердости и адгезии к различным другим материалам.

Данная технология позволяет получать традиционные и цветные гипсы любого заданного цвета и открывать новую страницу в декоративной отделке фасадов и интерьеров зданий.

Модификация пластификаторов с целью управления реологическими свойствами строительных смесей

Патент РФ № 2233254.

ЗАО «АСТРИН» СПб, НИЦ 26 ЦНИ института Мин. обороны РФ

Изобретение относится к наномодифицированным составам на основе воздушных или гидравлических минеральных вяжущих матери- алов, таких как гипс или его смеси, и может найти применение в промышленности строительных материалов при изготовлении гипсобетона, фиброгипсобетона, гипсоволокнистых строительных материалов, штукатурки, отделочных покрытий, в том числе лепнины.

Введение в сухие строительные смеси наноразмерных зародышей ставит своими целями направленную кристаллизацию гипсового камня за счёт динамического дисперсного самоармирования, управление подвижностью и водоредуцированием гипсобетонных смесей за счет модификации пластификаторов.

Анализируя рассмотренные выше исследования, можно сделать вывод, что в Российской Федерации продвинутые фирмы создали прецедент развития новых инновационных технологий в области строительства в части создания строительных композитов многоуровневого строения при введении нанодобавок типа «снизу–вверх».

Уважаемые коллеги!

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

Кузьмина В.П. Создание строительных композитов многоуровневого строения при введении нанодобавок типа «снизу–вверх» // Нанотехнологии в строительстве: научный Интернет-журнал. М.: ЦНТ «НаноСтроительство». 2012, Том 4, № 5. C. 88–96. URL: (дата обращения: ______________).

Dear colleagues!

The reference to this paper has the following citation format:

Kuzmina V.P. Creation of building multilevel structured composites by introducing of nanoadditives of type «from below–upwards». Nanotechnologies in Construction: A Scientific Internet-Journal, Moscow, CNT «NanoStroitelstvo». 2012, Vol. 4, no. 5, pp. 88–96. Available at: (Accessed _____________). (In Russian).