Способы введения нанодобавок и механизмы их воздействия на строительные материалы

настоящее время разработчики все большее внимание уделяют не только фундаментальным научным исследованиям, но и развитию на их основе прикладных технологий, связанных с конкретными свойствами новых наномодифицированных строительных материалов различного функционального назначения.

Существует анализ предлагаемых подходов для создания наноструктур [1, 2].

Он позволяет выделить несколько особенностей. Во-первых, все процессы формирования наноструктур можно разделить на четыре основные группы нанотехнологий: 1) «снизу–вверх»; 2) «сверху–вниз»; 3) синергия через совместное разрушение; 4) через матрицу – воду, которая есть везде только в разных количествах и форме.

В.П. КУЗЬМИНА Способы введения нанодобавок и механизмы их воздействия на строительные материалы

Получили дальнейшее развитие и фундаментальные представления в нанонауке, например, нанотермодинамика [3].

Первые процессы «снизу–вверх» связаны со сборкой наносистем (нанокластеры, пленки, функциональные группы) из атомов и молекул преимущественно на поверхности носителей (в том числе и на наноматрицах).

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 системе. То есть твердое тело (как макро-, так микро- и наноразмерное) 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.

Инновационные направления работ по созданию наноструктур по системе «снизу–вверх».

Создание многофункциональных материалов со специальными свойствами [1, 4]

Патент РФ № 2307809. ООО «Органикс-Кварц»

Сухая строительная смесь

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 анти-электростатическую искробезопасность. Покрытие, выполненное из предложенной гипсовой шунгитовой смеси, обладает повышенными адгезионными свойствами и вязкостью.

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

В.П. КУЗЬМИНА Способы введения нанодобавок и механизмы их воздействия на строительные материалы

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 с гипсобетонной смесью. Также получается лучший результат, если добавки замешаны в гипсобетон с влажными абсорбентами и мелким песком.

Вторая группа «сверху–вниз» включает приемы воздействия на макрообъекты с постепенным их разделением вплоть до наночастиц: механическое разрушение, механохимические методы, лазерные нанотехнологии и др. [5, 6].

Инновационные направления работ по созданию наноструктурпо системе «сверху–вниз»

Первый базисный аспект: при разработке нанотехнологии создают базовые основы, которые позволяют применять их для получения целой группы наноматериалов различного функционального назначения.

Второй базисный аспект: при разработке и получении материалов с заданными характеристиками имеется цель получить продукт с характеристиками, соответствующими характеристикам исходных компонентов.

Модификация и оптимизация структуры контактной зоны между искусственным камнем и заполнителем

Патент РФ № 2233254

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

Композиция для получения строительных материалов

Нанокомпозитная некорродирующая арматура в виде различных нанотрубок, в том числе переменного состава (Mg, Fe)3Si2O5(OH)4, со структурой хризотила применяется для фотодинамической самосте-рилизации композиции, повышения её устойчивости к биологической

В.П. КУЗЬМИНА Способы введения нанодобавок и механизмы их воздействия на строительные материалы коррозии и улучшения физико-механических свойств конечного продукта.

Патент РФ № 2204540

ООО «ВЕФТ». Сухая растворная смесь

• 1.    микрокремнезем – 0,1–30,0;

• 2.    пластификатор – 0,5–3,0;

• 3.    доломитовая или известняковая мука – 40,0–92,0;

• 4.    водорастворимый эфир целлюлозы – 0,1–3,0;

• 5.    редисперсионный порошок в виде сополимеров поливинилацетата или акрилата – 0,3–24,0;

• 6.    заполнитель включает, мас. %: песок кварцевый 99,9–85,0 с модулем крупности мкр. не более 1,5 и пылевидный кварц 0,10–15,0 при следующем соотношении компонентов смеси, мас. %:

• •    вяжущее – 25–35;

• •    заполнитель – 55–74;

• •    модифицированная добавка – 1,0–10,0.

Третья группа процессов есть комбинация из первых двух в целях создания синергического эффекта. Синергия означает совместное и однородное функционирование элементов системы «снизу–вверх» плюс «сверху–вниз» . Это проникновение наноструктуры «снизу–вверх» в дефекты структуры «сверху–вниз» при совместном разрушении.

Создание обычных и декоративных высокопрочных гипсов для реставрационных и отделочных работ [7]

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.

В.П. КУЗЬМИНА Способы введения нанодобавок и механизмы их воздействия на строительные материалы

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 NANOGIPS» 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 водопоглощения, 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.

Четвёртый путь к созданию наноструктур – «через матрицу», т.е. воду «золь-гель» .

На вопрос о возможности управления структурой цементного камня в фибробетоне ответ был получен при опытном затворении цементно-песчаной смеси коллоидной системой вода–углеродные нанотрубки и (или) астралены.

Модификация пластификаторов с целью управления реологическими свойствами строительных смесей

Патент РФ № 2233254

ЗАО «АСТРИН» СПб,

НИЦ 26 ЦНИ института Мин. обороны РФ

Композиция для получения строительных материалов

Композиция для получения строительных материалов – мас. %:це-мент, известь, гипс (или их смеси), вода – отличается тем, что она дополнительно содержит углеродные кластеры фуллероидного типа с числом атомов углерода 36 и более:

В.П. КУЗЬМИНА Способы введения нанодобавок и механизмы их воздействия на строительные материалы

• •    минеральное вяжущее – 33–77;

• •    углеродные кластеры фуллероидного типа – 0,0001 – 2,0;

• •    вода – остальное.

В качестве наномодифицирующих добавок представлены: фуллерены и астралены.

Для создания самоочищающихся поверхностей использовали фотокатализ на поверхности искусственного камня, модифицированного нанодиоксидом титана [8].

В процессе эксплуатации гражданских и, особенно, промышленных зданий на поверхности фасадов скапливаются загрязнения самой различной природы. Это могут быть бактерии, споры бактерий, плесень, грибок и просто пыль, которой покрыты стены любого здания.

При освещении зданий и их остекления солнечными лучами частицы нанодиоксида титана начинают работать в качестве катализатора. Под их воздействием поверхностный слой фасада разлагается на воду, кислород и соли в присутствии катализатора.

Водную суспензию нанодиоксида титана под маркой nanoYo можно применять как для получения поверхностного покрытия, так и с водой затворения строительной смеси для получения самоочищающегося фасада.

Таким образом, бетон с наночастицами периодически сам себя моет. Происходит это за счёт снижения угла смачиваемости поверхности на-номодифицированного гипсового камня от 80 до 0о. При этом поверхность фасада становится гидрофильной, т.е. вместо образования капель вода равномерно по ней растекается. Гидрофильность поверхности фасада сохраняется до двух дней, а затем угол смачиваемости начинает постепенно увеличиваться до 80о. Поверхность становится водоотталкивающей, а накопившаяся за это время вода скатывается, увлекая за собой частички грязи.

Изобретение относится к наномодифицированным составам [9] на основе воздушных или гидравлических минеральных вяжущих материалов, таких как гипс или его смеси, и может найти применение в промышленности строительных материалов при изготовлении гипсобетона, фиброгипсобетона, гипсо-волокнистых строительных материалов, штукатурки, отделочных покрытий, в том числе лепнины.

В.П. КУЗЬМИНА Способы введения нанодобавок и механизмы их воздействия на строительные материалы

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

Уважаемые коллеги!

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

Кузьмина В.П. Способы введения нанодобавок и механизмы их воздействия на строительные материалы // Нанотехнологии в строительстве: научный Интернет-журнал. М.: ЦНТ «НаноСтроительство». 2012, Том 4, № 4. C. 75–83. URL: (дата обращения: ______________).

Dear colleagues!

The reference to this paper has the following citation format:

Kuzmina V.P. The ways of nanoadditives introduction and mechanisms of their influence on building materials. Nanotechnologies in Construction: A Scientific Internet-Journal, Moscow, CNT «NanoStroitelstvo». 2012, Vol. 4, no. 4, pp. 75–83. Available at: (Accessed _____________). (In Russian).