Наноиндустрия

Строительство

Фотогалерея

I Международная научно-практическая online-конференция «Применение нанотехнологий в строительстве»

Научный Интернет-журнал «Нанотехнологии в строительстве» и интернет-портал NanoNewsNet провели I Международную научно-практическую online-конференцию «Применение нанотехнологий в строительстве». Предлагаем посетителям ознакомиться с ответами на вопросы участников конференции.

B online-конференции приняли участие ведущие ученые и специалисты Российской инженерной академии, Российской академии архитектуры и строительных наук, Московского государственного строительного университета, ГК «РОСНАНО», Научно-технического центра прикладных нанотехнологий (г. Санкт-Петербург), Международной инженерной академии, Международного союза экспертов и лабораторий по испытанию строительных материалов, систем и конструкций (РИЛЕМ) и др.

Материалы конференции в режиме вопрос-ответ

Вопрос

В Санкт-Петербурге планируется строить новый цементный завод, вот только подрядчиками будут китайцы…

Планируется ли внедрение на новом заводе, при производстве продукции, нанотехнологий?

DevelopMen

А.Н. Пономарев

По этому вопросу мне ничего не известно. Возможно, имеется в виду нечто иное — не завод по производству цемента (экологически сложное производство, маловероятно его расположение в городской черте, особенно в рамках новых требований к санитарно-защитным зонам), а бетонный завод — т.е растворно-бетонный узел (РБУ). Такие РБУ строятся далеко не в единичном объеме и всегда максимально приближенно к месту использования товарного бетона, а затем переносятся на место нового строительства. Именно это собираются делать китайские подрядчики в рамках строительства кварталов «Балтийской жемчужины» и это совершенно не противоречит возможной необходимости получения, например, наноструктурированных товарных бетонов различных марок, если такое предусмотрено проектной документацией.

Вопрос

1. Какие виды нанотехнологий возможно применить в строительстве? Не блеф ли это все, что бы получить деньги госкорпорации?

2. Сертификация нанопродукции?

3. Хотел узнать мнение по вопросу безопасности и охране здоровья потребителей нанотехнологичных продуктов. Как по мнению экспертов надо это обеспечивать?

Евгений

Б.В. Гусев

1. Могут применяться вакуумные, лазерные, криогенные технологии, но это дорого, учитывая необходимость использования дешевых продуктов для массового строительства.

В настоящее время представляется важным сосредоточится на химических процессах типа «золь-гель» и технологиях, использующих механические принципы и методы микровзрывов.

С.Ф. Коренькова

1. Развитие нанотехнологий связано с созданием теоретических и практических основ и их использованием в материале. Считаю, что наиболее реальным является применение наномодификаторов в бетонных композициях, керамических и силикатных материалах, так как некоторый научный задел по этим направлениям на сегодня уже имеется.

В.И. Теличенко

1. Одним из центральных направлений исследований и разработок Московского государственного строительного университета в области нанотехнологий является решение фундаментальных отраслевых проблем нанобезопасности или наноэкологии помещений и исследования ранее малоизученных процессов влияния нанодефектов на разупрочнение строительных материалов и на ускоренный износ строительных конструкций.

Особая острота и сложность этой проблемы заключается в том, что ее решение возможно только при условии нетривиального объедения результатов фундаментальных и прикладных исследований в целом ряде новейших направлений науки, в том числе в области физики и химии нанометрических процессов, механики твердого тела, квантовой молекулярной динамики, нанометрических дефектов разупрочнения поверхности, тонких методов экспериментальных исследований и измерений, нанобиоэкологии и целого ряда других смежных направлений.

А.Н. Пономарев

Уважаемый Евгений! Вы задаете хорошие вопросы, но очень крупные по объему возможных ответов, если отвечать точно и подробно. Я постараюсь ответить, по возможности, кратко, поэтому не судите меня слишком строго.

1. Само слово «нанотехнология», или «нанотехнологии» появилось чисто исторически и пришло оно из истории развития технологии микроэлектроники, когда проектирование планарных устройств перешло на уровень размеров элементов этих устройств, существенно меньший одного микрона. Для такого перехода каждый раз требовалась полная замена состава технологических линеек оборудования, пригодного до этого лишь для изготовления устройств с размерами элементов предшествующего уровня проектных норм. И этот процесс — именно развитие технологии изделий до уровня нанотехнологии, поскольку именно в этом диапазоне размеров стали осуществляться все необходимые технологические операции. В этом примере сохраняется существенность иерархической связи ЕСКД и ЕСТД — сначала конструкция — и только потом технология, позволяющая эту конструкцию создать.

Разговорная же практика последних лет нарушает эту логику, поскольку на самом деле и, чаще всего, имеется в виду совершенно иное — имеются в виду те возможности, которые нам дают новые знания о физике «мезоструктуры» вещества. То есть можно говорить о совершенно междисциплинарной «нанонауке» и о практическом применении ее достижений в материаловедении вообще и, в частности, в строительном материаловедении. И это совершенно не означает, что строить здания теперь кто-то будет с помощью лазерного скальпеля, или с помощью электронных, или ионных пучков, сфокусированных до единиц и долей нанометра в сечении. В свою очередь, современная «нанонаука» достаточно богата на новые открытия и новые, интересные для строительной практики результаты. Эти результаты касаются и полимерных композиционных материалов ( которые начинают играть существенную роль в строительных конструкциях и технологиях) и композиций на основе минеральных вяжущих ( к которым относится большинство строительных материалов). Спектр новых материалов, создаваемых с использованием методов нанотехнологии (к моему глубокому сожалению, приходится применять эту неподходящую, но устоявшуюся терминологию) новых конструкций на их основе и новых технологий применения этих материалов весьма широк (новые бетоны, новые герметики, новые клеи, новые методы управления подвижностью бетонных смесей и их водоредуцирование, нанокомпозитная арматура и т.д.).

Что касается денег госкорпорации — то, не исключено, что есть люди, желающие получить их, в том числе, и с помощью очередного жульничества. Но эти жульничества могут быть любого рода и совсем необязательно из области физики мезоструктур. Почему-то складывается так, что жульничества в технике начинаются там, где забываются законы сохранения, законы термодинамики и просто основы естествознания. Чтобы не «попасть» в лапы жуликов такого сорта, надо просто лучше изучать основы физики и химии в школе и в ВУЗе.

2. Сертификация нанопродукции — это обычная сертификация (подтверждение объявленных параметров), весьма отработанная процедура в каждой соответствующей отрасли производства конкретной продукции. Строительные материалы — не исключение. Центры соответствующие есть, некоторые из них (например, в МГСУ) оснащены первоклассным оборудованием и испытательной техникой мирового уровня.

3. Вопрос об охране здоровья — очень важен для нашей многострадальной Родины, заваленной отходами техногенного происхождения за последнее столетие. Поэтому внимание к качеству строительных материалов, особенно в жилищном строительстве, должно быть максимально пристальным. Но сказанное вовсе не означает, что надо следовать печально известному европейскому опыту, когда после того, как кто-то заявил о канцерогенности (в какой концентрации — все равно) нанодобавок (каких — все равно), европейская общественность, чрезмерно беспокоясь за показатели своих физических кондиций и крайне озабоченная своим здоровьем, стала бояться одной только приставки «нано». Так что, если вернуться на здравую точку зрения, вопросы полезности, либо вредности должны рассматриваться не в абсолютном филологическом плане (просто назвали — и все стало плохо), а в соответствии с известными, либо изучаемыми концентрационными зависимостями и, конечно, тех нанокомпонентов, которые действительно могут представлять какую-то опасность. Вспомните про ПДК, которыми руководствуется вся химическая и металлургическая промышленность и не только они.

Вопрос

Давно уже слышно про нанобетоны. А какие существуют и создаются альтернативные строительные материалы?

Антон

А.Н. Пономарев

Уважаемый Антон! Термин «нанобетон» — опять же из разряда чисто филологических, но никак не технических словосочетаний. Все же лучше называть эти бетоны наноструктурированными (не измеряются же размеры изделий из бетона нанометрами, маловатые будут изделия), но еще более точно подойдет такое определение: композиции для строительных материалов на основе наномодифицированных минеральных вяжущих, т.е это такие композиции, у которых в состав минеральных вяжущих введены некоторые наноразмерные добавки — наномодификаторы. И таких модифицированных бетонов — великое множество, ровно как и наномодификаторов. Поэтому об альтернативе можно ставить вопрос только в смысле композиционных материалов на основе не минеральных вяжущих, а полимерных связующих — но их тоже много различных видов, точно также, как и много модифицирующих эти связующие наноразмерных добавок.

С.В. Калюжный

Тема создания новых конструкционных материалов для нужд строительной индустрии — задача важная и очень актуальная. И, конечно же, все не ограничивается исключительно созданием модификаторов для бетонов и вяжущих. В современной строительной индустрии применяется огромное многообразие материалов, часть из которых создана с использованием нанотехнологий. Это теплоизоляционные материалы, новые краски, лаки, эмали и многое, многое другое. Отдельного внимания заслуживают конструкционные композиты. В настоящее время это весьма широкий класс конструкционных материалов с полимерной, металлической, интерметаллидной или керамической матрицей. В отличие от металлических сплавов, трещиностойкость которых определяется пластическим течением, трещиностойкость композитов определяется образованием множественных микротрещин в матрице, волокне и на поверхности раздела. Это позволяет использовать в качестве основных компонентов конструкционных материалов высокомодульные вещества с потенциально высокой прочностью (бор, углерод в различных формах), соединения с ковалентной и ионной связью. Типичным примером композитов являются углепластики — композиты с хрупкой полимерной матрицей и хрупкими углеволокнами.

Вопрос

Сейчас за рубежом в СМИ часто появляются новости о энергосберегающих домах, домах, на крышах которых устанавливают солнечные панели и т.д. Получается так, что все идет к так называемому «умному дому», с автономным энергообеспечением. Как обстоят дела с этим вопросом в нашей стране? Каковы перспективы автономного энергообеспечения высотных зданий?

Сергей Иванович
А.Н. Пономарев

Уважаемый Сергей! «Умный дом» — не мечта, а реальность в виде большого числа уже созданных систем, различных как по конструкциям, так и по используемым материалам и комплектующим, а также по видам программного обеспечения. Про высотные здания с автономным энергоснабжением мне ничего не известно.

Е. Колесов

В качестве примера решения проблемы энергосбережения можно снова привести информацию о достижении китайской наноиндустрии: способности специального нанопокрытия накапливать солнечную энергию в течение дня и после отключения электропитания в течение длительного времени излучать свет. Это открытие может с успехом применяться в обычных квартирах. Причем в качестве «солнечных батарей» могут использоваться окна помещения.
Одно из главных преимуществ технологии — более низкая цена по сравнению с дорогостоящими «обычными солнечными батареями».

Вопрос

Как расчитываеться мощность строительной организации?

Как расчитать мощность строительной конструкции из новых материалов?

Александр, математик-экономист

А.Н. Пономарев

Уважаемый Александр! Мне сложно понять, какой ответ Вас интересует ввиду неопределенности словосочетаний «мощность строительной организации» и «мощность строительной конструкции». Если под мощностью строительной организации еще можно представить себе показатели ее производительности, то как определить мощность строительной конструкции — я не представляю себе.

Вопрос

Легко ли внедряются новые разработки в устоявшиеся производства?

Сергей Тельцов

А.Н. Пономарев

Уважаемый Сергей Тельцов! Внедряются новые разработки нелегко. Для облегчения этого процесса разработчики стараются создать такие технологии, в которых возможно задействовать максимальное количество стандартных типов оборудования. Тогда легче преодолеть опасения производственников в том, что что-то не получится, можно свести и к минимуму затраты на переобучение персонала.

С.В. Калюжный

Сложно, и это происходит не только нашей стране.

Что касается строительной индустрии, то все мы хотим жить в теплых, уютных, надежных домах, потребляющих минимум энергии и т.п. Глупо будет предположить, что строители этого не понимают и игнорируют появление новых материалов. Ключевое слово в приведенном выше перечне — «надежный». Приведу один показательный пример. Многие, наверное, помнят, что при строительстве Метромоста в зимний период для ускорения твердения бетона использовали соль. Очень скоро станция, построенная за 15 месяцев, начала разрушаться под воздействием вибрации от движения поездов и сырости от протекающей под ней реки. При сильном ливне или таянии снега на самой станции тоже текли потоки воды. Соль, добавленная в бетон, отлично впитывала воду, что вызвало быструю коррозию арматуры. Таким образом, к 1984 году, спустя двадцать шесть лет после открытия станции, Москва лишилась «Ленинских гор».

Каждый материал, который предполагает использование в строительстве, да и не только в строительстве, должен пройти ряд испытаний. В ряде стран, например в Германии, для этого созданы очень хорошие условия, поэтому она является одним из мировых лидеров в области инноваций в постановке на производство новых материалов и не только для строительства. Мы же этим похвастать не можем, дополнительные сложности создают морально устаревшие строительные нормы и правила, которые нуждаются в серьезной переработке. Мы эту проблему видим и работаем над ее решением.

Вопрос

Мне много приходилось читать о различных видах красок:

  • теплоизоляционные краски, слой которой приравнивается к нескольким сантиметрам традиционного теплоизолятора
  • самовосстанавливающиеся краски, которые самостоятельно «залечиваются» при повреждении и сохраняют свои свойства много лет
  • т.н. противопожарные краски, которые не просто не горят, но и способны затушить возгорание за счет имеющихся в ее составе микрокапсул со специальным веществом

Хотелось бы узнать, насколько реальны эти разработки? О каких еще возможных свойствах красок вам известно? И, самое главное, возможно ли создание одного вида краски, который сочетал в себе все вышеперечисленные свойства?

Карпенко Алексей, NanoNewsNet

А.Н. Пономарев

Уважаемый Алексей Карпенко! Все указанные Вами направления разработок новых лакокрасочных материалов реальны, и в значительной степени уже воплощены. При этом абсолютно универсальных решений, как показывает опыт, в технике практически не бывает, поэтому не стоит и требовать, чтобы один и тот же лакокрасочный материал был и самозалечивающимся и теплоизолирующим и самозатушивающимся. Но одно важное свойство может передано любым лакокрасочным материалам любой природы и любого назначения: это повышенный эксплуатационный ресурс. И обеспечивается он как раз за счет введения незначительного количества гиперароматических углеродных нанокластеров, которые рассеивают в тепло энергию возбуждения молекул окружающей их среды, лишают подвижности свободные радикалы и ингибируют реакции фотоокислительной, термоокислительной и радиационно окислительной деструкции.

Е. Колесов

Одним из примеров успешного применения в Китае нанотехнологий в строительстве является использование нанопористого покрытия для стен, позволяющего сохранять тепло в помещении зимой и кондиционерную прохладу летом. Изобретение представляет собой полупрозрачную пленку, обладающую высокими изоляционными свойствами и способную обеспечить так называемый «эффект термоса». По замыслу создателей предполагается использовать это покрытие в основном в крупномасштабном строительстве. Так, например, подобным материалом покрыты стены Шанхайского музея науки и технологии площадью почти 3000 кв. м. Планируется также использовать эти методики в выставочном зале Немецкого национального павильона. Специалисты считают, что уже в самом ближайшем будущем наноизоляционные покрытия «придут» в жилые районы, обеспечивая дополнительную экономию энергии и защиту окружающей среды.

Следует также отметить создание специального покрытия для стройматериалов с помощью нанотехнологий, способного противостоять загрязняющему воздействию водяных и нефтяных капель. В итоге достигается так называемый «эффект лотоса», когда капли скатываются с поверхности листа в силу его особого строения, как шарики ртути, смывая одновременно всю грязь, никогда не оставляя следов и сохраняя его всегда чистым и сухим. Самая масштабная область применения открытия — Большой национальный театр в Пекине.

С.В. Калюжный

Эти разработки абсолютно реальны, многие уже активно применяются. В Вашем вопросе достаточно много неточностей. Только ряд из перечисленных красок имеет отношение к нанотехнологиям. Современные покрытия могут обеспечить все перечисленные свойства. Можно ли собрать все их воедино? Скорее всего, можно, вопрос в цене и необходимости этого.

Вопрос

Кто-нибудь следит за тем как ведут себя новостройки и мосты из нанобетона?

Крет

А.Н. Пономарев

В системе организации транспортного строительства, также, как и в промышленном и гражданском строительстве есть служба технического надзора. И функционирует эта служба очень качественно, слишком ответственными являются объекты. Первый автодорожный мост, дорожная плита в конструкции которого была выполнена из легкого наноструктурированного бетона, введен в эксплуатацию в конце 2007 г. Это мост через р. Волга в городе Кимры Тверской губернии. Наблюдение за состоянием дорожной плиты регулярно проводят, в том числе, специалисты МО-90, который выполнил реконструкцию этого мостового перехода. За прошедшее время в состоянии плиты каких-либо нарушений не выявлено.

Вопрос

  • Хотелось бы знать, в какой стране наиболее продвинуты работы в данной области (использование НТ в строительной индустрии)?
  • То же самое — в нашей стране?
  • И ведёт ли кто-нибудь соответствующую статистику, компилирует базу данных и т.п.?
Николай Степанов, NanoNewsNet

А.Н. Пономарев

Уважаемый Николай Степанов! Во многих странах информация о последних разработках очень тщательно оберегается, поскольку эти разработки являются собственностью конкретных компаний, а не государства. Поэтому очень сложно точно оценить последние достижения, например, Японии, в которой первые опыты в области введения нонодобавок в бетоны были предприняты еще в конце 20 века. В целом, очень высокий уровень строительного материаловедения и соответствующей промышленности поддерживается в Германии, Италии, США и Франции, в которых в данном направлении действуют очень крупные концерны. Однако, именно в нашей стране впервые был получен эффект направленной кристаллизации цементного камня при введении в состав бетонной смеси астраленов (дисперсное самоармирование бетона) и это техническое решение защищено международной патентной заявкой РСТ. Интерес к отечественным разработкам проявляют самые развитые станы Евросоюза, Азии и Тихоокеанского региона. И вопрос только в том — кто быстрее и мощнее равернется в промышленном воплощении этих решений.

Е. Колесов

В последние годы Китай уделяет большое внимание разработке нанотехнологий, как одному из приоритетных направлений развития науки страны. Более того, КНР сегодня подошла к той стадии, когда от научного исследования и развития наноотрасли начинается переход к массовому внедрению и применению ее продуктов. По прогнозу Китайской ассоциации нанотехнологий, к 2012 г. стоимость производимых в Китае продуктов с использованием нанометодик достигнет $2,2 млрд, а к 2014 г. стране будет принадлежать 15% мирового рынка в этой области.

Говоря об успешном применении нанотехнологий в производстве китайских строительных материалов, создаваемых при заинтересованности, участии и поддержке правительства, можно выделить много достижений. Например, создание антибактериальных керамических продуктов на основе использования антибактериальной функции наночастиц с применением инфракрасного излучения. Проведенные китайскими учеными исследования доказали, что выпускаемые таким способом керамические продукты способствуют улучшению кровообращения, повышению иммунитета и даже останавливают преждевременное старение, что переводит изобретение в категорию «очевидное — невероятное» и обещает широкое научное и общественное признание в ближайшем будущем.

Вопрос

Какие учебные являются наиболее прогрессивными и перспективными в плане подготовки специалистов-нанотехнологов в области строительства?

Сечин Ваня

В.И. Теличенко

В МГСУ сформирована материально-техническая база для ведения научно-образовательного процесса в области нанотехнологий и наноматериалов. Разработан учебно-методический комплекс по дисциплине «Основы нанотехнологий в строительстве. Подготовлены рабочие программы по специализациям «Технология строительных наноматериалов» для специальности 270106 и «Безопасность строительных объектов наноиндустрии» для специальности 270102. В этой работе принимает участие ряд кафедр следующих институтов и факультетов: Институт фундаментального образования, факультеты Строительно-технологический, Промышленного и гражданского строительства, Теплоэнергетического строительства, Водоснабжения и водоотведения.

А.Н. Пономарев

Наиболее полный учет показателей уровня высшего образования в стране, в том числе по направлению строительного материаловедения ведут специалисты МИНОБРНАУКИ. По моим представлениям и наблюдениям очень серьезный уровень работ и, соответственно, преподавания в данной области можно выделить в МГСУ, в СПбГПУ, в ПГУПС, в Воронежском Строительном Университете, в Белгородском Университете, в Мордовском Университете, в Пензенском Университете и в других научно-образовательных центрах Российской Федерации.

Вопрос

А что скажут участники про строительство дорог? Есть ли шанс у России решить хотя бы одну свою проблему?

Георгий , маркетолог

А.Н. Пономарев

Уважаемый Георгий! Могу адресовать Вас в МАДИ — там проводятся очень интересные работы по созданию оригинальных технологий, материалов и оборудования для дорожного строительства. Только до того, как все эти новации смогут дойти до практики и до нас, пользователей дорог, необходимо очень много откорректировать в области нормативной базы, методов экономического стимулирования качества, а не валовых показателей, и решить проблемы коррупции в стране. Впрочем, от этого зависит вообще всё.

С.В. Калюжный

Недавно мы запустили проект по налаживанию производства добавки для асфальтобетонных покрытий «Унирем». Добавка представляет собой композиционный материал на основе активного порошка дискретно девулканизованной резины, получаемого методом высокотемпературного сдвигового измельчения отработанных автопокрышек. Использование этой добавки позволит повысить долговечность дорожных покрытий, улучшить сопротивление скольжению в условиях обледенения и сопротивление растрескиванию, увеличить стойкость к знакопеременным перепадам температуры, ударопрочность покрытий и снизить шумность. Применение для этой цели резиновой крошки отработанных автопокрышек является целесообразным как с точки зрения существенного улучшения свойств битума и асфальтобетонного покрытия, так и с точки зрения утилизации многотоннажных отходов шинной резины. Конечно, это не решение проблем качества всех дорог в нашей стране, но, надеюсь, где-то нам удастся поправить ситуацию.

Вопрос

Какие материалы в строительстве наиболее перспективны для наноструктурирования?

Ю.В. Сидоренко, канд. техн. наук, доцент кафедры «Строительные материалы» Самарского государственного архитектурно-строительного университета

Б.В. Гусев

Наноструктурировать желательно материалы массового применения, такие как бетон, металл, композиционные материалы на основе волокон (углеродных, арамидных, базальтовых и других). Хотя это пока сложно, но над этой проблемой надо работать.

Наиболее эффективным направлением в настоящий момент является накопление знаний и опыта по получению нанодисперсных эмульсий и суспензий. Это позволит разрабатывать принципы нанодиспергирования для получения нанодисперсных покрытий и однородных нерасслаивающихся эмульсий, которые могут быть первичными составляющими для лаков, красок и широкого спектра защитных материалов (огнезащитных, защитных от радиации и т.д.).

А.Н. Пономарев

Уважаемый Ю.В.Сидоренко! Частично я уже ответил на Ваш вопрос в предыдущих обсуждениях. Но, главное, стоит сначала добиться высокой технологической дисциплины в производстве работ, особенно в ПГС, и только уже потом применять те, или иные высокачественные материалы и добавки. А иначе приходится сталкиваться с ситуацией такого рода: — «Вы требуете обязательно ПЦ500Д0? Где же мы его возьмем, давайте нам такую нанотехнологию, чтобы можно было бы получать высокие марки бетона вне зависимости от того, какой цемент мы применяем! И количество цемента в бетонной смеси зачем еще контролировать, а вода — какая есть, такую и используем, зачем нам ее анализировать!» К сожалению, разговор такого рода вовсе не редкость.

Вопрос

Какие прочностные показатели для бетонов могут быть получены при применении нанотехнологий?

Н.И. Пашинцев

Б.В. Гусев

Думаю, что в течение ближайших 5 лет может быть достигнута прочность порядка 300 МПа. Это почти в 10 раз превышает среднюю прочность конструкционных бетонов. По долговечности можно предположить показатели по морозостойкости более 3000 циклов замораживания и оттаивания. Такие бетоны с минимальной пористостью даже в морской воде могут прослужить более 100 лет.

А.Н. Пономарев

Методы нанотехнологии, как эффективные дополнительные инструменты, позволяют изменить весь набор свойств бетонов и их взаимное сочетание. Улучшение показателей прочности (на сжатие, растяжение при изгибе и т.п.) лишь одна возможность из многих для получения уникальных сочетаний параметров наноструктурированных бетонов. За счет повышения эффективности водоредуцирования и введения наноразмерных добавок в виде активной золы уноса легко можно получить прочность на сжатие 250 МПа и более. Но что Вы скажете, если при этом показателе можно будет одновременно обеспечить и водонепроницаемость на уровне W20 и снизить удельный вес бетона и повысить его дуктильность с увеличением полной работы разрушения вдвое?

Вопрос

Во многих исследовательских центрах рассматривают возможность использования углеродных нанотрубок для армирования композиционных материалов, в том числе и строительных. Однако высокая стоимость нанотрубок осложняет их внедрение в строительные продукты массового применения. Рассматриваются ли процессы снижения себестоимости углеродных нанотрубок и крупнотоннажного производства с целью их массового использования в строительных материалах?

Андрей Симаков, профессор, Департамент Нанокатализа. ИЦ «Нанонаука и нанотехнология» Национального Независимого Университета Мексики

А.Н. Пономарев

Дело в том, что вопрос об углеродных нанотрубках и углеродных наночастицах различного вида, а также о перспективах их применения в различных композитах является одним из основных направлений нашей работы в последние десять лет. И я сразу могу Вам сообщить, что говорить об углеродных нанотрубках вообще в некотором смысле некорректно. Существует четыре основных вида технологий получения углеродных нанотрубок, тридцать девять типов хиральности образующей трубки графеновой поверхности, много видов различных дефектов и, в зависимости от них, нанотрубки могут быть проводниками, длиэлектриками и полупроводниками. Поперечные размеры нанотрубок могут изменяться от 1 нм до 10000 нм. Собственно, в последнем случае о нанотрубках уже и говорить нельзя. Естественно, что результаты от введения этих различных материалов в композиты будут сильно различаться.

Однако, несмотря на все вышесказанное, я могу сообщить Вам также о том, что существует еще один тип углеродных наночастиц, взаимодействие которых с полимерной матрицей композита, либо с минеральным вяжущим, может носить ярко выраженный экстремальный характер. Речь идет об астраленах — многослойных углеродных наночастицах фуллероидного типа тороидальной формы. Для такой топологии частиц обнаружена возможность реализации гигантских резонансов коеффициента усиления поля на их поверхности. Это приводит к невероятно высокому уровню значений дисперсионных сил и к возможности высокоэффективной модификации композиционных материалов с приданием им нелинейности всех групп их свойств — физико-механических, электрофизических, оптических и теплофизических. По этому поводу существует довольно много публикаций, Вы можете с частью из них познакомиться на нашем сайте www.nanoteh.ru.

В связи с вышесказанным, количество вводимых астраленов в композит может быть чрезвычайно малым и вопрос о проблеме их стоимости и вопрос о проблеме их массового производства или отпадает, или разрешается сам собой. Если говорить о других, также очень эффективных по отношению к композициям на минеральных вяжущих, углеродных наноматериалах, то возможно их тоннажное производство в упрощенном варианте и существует лишь проблема в созревании строительного рынка для перехода к широкому потреблению новых наноструктурированных бетонов.

А.А. Кетов

В настоящее время действительно существует ряд технологий, позволяющих производить углеродные нанотрубки с высокими структурно-механическими характеристиками. Однако, Вы совершенно правильно отметили, что основной проблемой массового использования нанотрубок в композиционных строительных материалах остается их высокая себестоимость. Производство нанотрубок осложнено невысокими скоростями роста и высокой энергозатратностью.

Проведенные в нашей лаборатории исследования по каталитическому пиролизу углеводородов при использовании в качестве катализаторов пиролиза наночастиц переходных металлов позволили получать углеродные нанотрубки при относительно невысокой температуре, но с высокой производительностью. Армирование полученными нанотрубками композитов на основе портландцемента и полимеров дает возможность надеяться на экономическую целесообразность производства такого заполнителя для массового производства.

Вопрос

На прошедшем в октябре Международном форуме по нанотехнологиям был представлен проект по производству теплоизоляции на основе вспененного стекла, о котором г-н А.Чубайс упоминал как о прорывном в области строительных материалов. Но ведь технология пеностекла известна давно. В чем нанотехнологическая составляющая проекта и вообще зачем снова «открывать» известный материал?

В.Н. Гусаренко, преподаватель, г. Оренбург

А.А. Кетов

Действительно, пеностекло, как материал, известно еще 30-х годов двадцатого века. С тех пор технология практически не изменилась, она морально и физически устарела. Это, на мой взгляд, явилось причиной остановки всех заводов пеностекла на территории России.

Разработанная нами технология принципиально отличается от известной классической прежде всего тем, что на поверхность частиц стекла наносится пленка реагентов толщиной в десятки (примерно до 100 — 120 нм) нанометров. Эта пленка приводит к схватыванию, отверждению массы порошка — аналогично цементной массе. В полученной монолитной массе пленка между частицами стекла не только удерживает их как в жестком каркасе, но и при нагревании выделяет газообразные компоненты, формируя пеностекло. Таким образом, пленка, имеющая наноразмерную величину, придает материалу два новых свойства — способность к схватыванию и газовыделение при повышенных температурах. Это позволило осуществить действительно качественный прорыв в технологии пеностекла — существенно улучшить экономические показатели технологии, разработать целый ряд новых продуктов и применять в качестве сырья обычный несортовой стеклобой.

Вопрос

Нам давно интересна тема пеностекла как одного из наиболее универсальных и эффективных теплоизоляционных строительных материалов. Производство подобного материала существует и в Беларуси. В последние годы можно было услышать о множестве проектов по созданию таких же производств во многих городах России. Нам стало известно, что Роснано была поддержана разработка из г. Перми. Чем это предложение отличается от других?

В.М. Капцевич, А.Н. Леонов, БГАТУ

А.А. Кетов

Выше я уже отвечал на вопрос о принципиальных отличиях нашей технологии от классической порошковой, и о наносоставляющей предложенного процесса. Но решить эту проблему было бы невозможно без богатого научного и технологического опыта нашего коллектива. К моменту подачи заявки в ГК Роснано на счету у нас были не только десятки публикаций, патентов и несколько защищенных диссертаций, но и созданное, реально действующее производство. Поэтому проблему разработки эффективной технологии пеностекла мы решали системно — исходя из физико-химических свойств компонентов и оптимизации инженерных решений, а не привычным, к сожалению, созданием технологии «методом тыка». При этом не могу согласиться и с руководителем ГК Роснано, что преподаватель должен уметь создавать бизнес. По моему убеждению, наш проект изначально обладал высоким потенциалом, потому что в сложившемся коллективе преподаватели Пермского технического университета могли поставить и решать коммерческие задачи в рамках своей специальности (например, улучшение теплообмена заготовки для снижения себестоимости продукции), а бизнесмены понимали «граничные условия» в научных вопросах, но не пытались их решить.

Вопрос

Тема нанотехнологий стала чрезвычайно «модной» в последнее время — можно услышать и про нанокраски, и про нанолекарства, и чуть ли не нановоздух. Но с точки зрения атомно-молекулярного строения мира многие структуры имеют наноразмерные величины — в любом процессе или изделии можно найти «наносоставляющую». Так, для большинства технических кристаллических материалов длина ребра элементарной ячейки составляет 0,3–0,5 нм, длина молекул полимеров измеряется десятками нанометров, средний размер мицелл 1–100 нм, длина волны ультрафиолетового и видимого света от 200 до 760 нм. Получается, что практически любой процесс можно отнести к нанотехнологиям. Какими принципами Вы руководствуетесь при определении процесса как нанотехнологии?

А.Л. Жолобов, канд. техн. наук, доцент кафедры технологии строительного производства Ростовского государственного строительного университета

А.Н. Пономарев

Частично я уже осветил эту проблему в предыдущих дискуссиях. Однако считаю необходимым и важным остановиться на ней еще раз. Дело, как мне представляется, совсем не в слове «нанотехнология» и не в точных диапазонах размеров, измеряемых в нанометрах. Скорее всего, суть дела совсем в ином: мы с Вами являемся макротелами, имеем дело с макротелами, взаимодействуем с ними и вполне удовлетворяемся выводами и законами нерелятивистской механики Ньютона. Однако все макротела — являются еще и очень крупными ансамблями частиц, их образующих — клеток (живые объекты), поликристаллических зерен (металлы и сплавы), крупных молекул и блоков из этих молекул (полимеры) и т.д. И для понимания процессов, происходящих с ними, для всех макротел необходимы еще и законы термодинамики. Для отдельного атома, или молекулы также справедливы законы нерелятивистской механики, но их температуру и энтропию нельзя даже определить. Для каких-то их ансамблей, даже из многих тысяч молекул, пользоваться понятиями и законами термодинамики весьма затруднительно. Т.е. законы термодинамики неприменимы в каком-то диапазоне размеров кластеров вещества, пока эти кластеры не станут достаточно большими для того, чтобы стать макротелами. Но взаимодействие этих кластеров все равно происходит, и результаты этого взаимодействия крайне важны для свойств макротел, создаваемых из этих кластеров вещества. Вот на познании законов взаимодействия объектов, которые и не «макро-» и не «микро-», а, скорее всего, «мезо-» и сфокусирована физика этих «мезоструктур», или «нанонаука».

При этом в результате познания законов «мезомира» человечество получает чрезвычайно мощные инструменты для изменения своего «макромира», поскольку при «правильном» устройстве мезоструктуры вещества его основные характеристики могут измениться на 4–5 порядков, хотя бы только по физико-механическим параметрам. И это уже достаточно привлекательная цель для того, чтобы нанонаука стала важным этапом развития техносферы обитания человека. Куда входит и строительное материаловедение.

А.А. Кетов

На мой взгляд, определяющим нанотехнологии является даже не размер, кратный нанометрам или ангстремам. Принципиальным является понимание того, как управлять процессами преобразования вещества с уровня молекул и кластеров и вплоть до макроразмеров, причем именно структуры микромира (ионы, молекулы, кластеры и пр.) определяют технологические особенности процессов и, в конечном счете, свойства и характеристики готового продукта. В этом смысле определение нанотехнологий, сформулированное на сайте ГК Роснано, полностью справедливо, на мой взгляд, только в части обязательного влияния структур наномасштамного размера на макросвойства продуктов — «получение объектов с новыми химическими, физическими, биологическими свойствами». Ведь практически в любом материальном объекте можно найти структуры (кластеры, поры, фазовые включения и пр.), которые имеют наномасштабный размер. Но при этом крайне мало можно найти технологий преобразования вещества, когда бы управление наноразмерными структурами позволило бы направленно получать макрообъекты с заданными свойствами. И только в последнем случае можно говорить о нанотехнологиях.

Вопрос

Каковы ресурсные резервы наносырья для строительной индустрии в настоящее время?

Козаев Р.С., инженер, Украина, Харьковская обл.

А.Н. Пономарев

Ресурсные запасы сырья для получения тех, либо иных нанодобавок к строительным материалам в настоящее время никак не лимитируют объемы применения наномодифицированных строительных материалов. Сейчас проходят этапы апробации, строительство опытных объектов и опытных серий, и только начинается подход к созданию специализированной нормативной базы, без которой массовое строительство невозможно. На ближайшее время проблемы сырья не встанет, даже, если масштабы производства наномодифицированной продукции возрастут в сотни раз.

С.Ф. Коренькова

В ближайшие годы это может быть всестороннее использование природного наносырья (например, высокопластичных глин), а также техногенного сырья (например, шламовых отходов промпредприятий). Возможно, «ревизия» существующих отходов и попутных продуктов различных предприятий позволит пополнить банк нанодобавок и корректирующих компонентов.

Вопрос

Каков механизм действия нанодобавок в составе бетонов и цементных растворов?

Н.И. Пашинцев

А.Н. Пономарев

Значительное разнообразие уже описанных нанодобавок для бетонов и цементных растворов почти не позволяет говорить об унификации понимания механизмов их действия. Я бы хотел остановиться лишь на тех наноматериалах, которыми мы непосредственно занимаемся. Введение астраленов в бетонные смеси приводит к микродисперсному самоармированию цементного камня, образующегося при гидратации цемента вследствие протекания процессов направленной кристаллизации в условиях действия сильных электрических полей, характерных для области, близкой к поверхности тороидальных наночастиц. Одновременное введение растворимых аддуктов нанокластеров углерода в пластификаторы различных типов приводит к повышению водоредуцирующего эффекта и к повышению пластифицирующего эффекта. Моделью может служить представление о поверхности твердой фазы (наполнителя), как о сильно дефектной и сильно искаженной потенциальной поверхности, что связывается с наличием большого числа дефектов структуры наполнителя. Осаждение наночастиц в области искривленного потенциала поверхности впоследствии уменьшает значение работы по перемещению вязкой гетерогенной массы бетонной смеси относительно этой поверхности, что, в конечном счете и приводит к повышению удобоукладываемости.

С.Ф. Коренькова

Нанодисперсные наполнители являются «высокоточными» минеральными веществами, которые активно формируют адгезионную прочность в цементном камне и, соответственно, повышают долговечность бетона (морозостойкость, водонепроницаемость и т.д.). Кроме того, улучшают структурно-реологические свойства цементных растворов и их эксплуатационные характеристики.

Д.Н. Коротких

Механизмы действия наноразмерных модификаторов структуры бетонов различны, поскольку опираются на разные физико-химические явления. Характеризуя механизмы модифицирующего влияния наноразмерных частиц на структурообразование и структуру цементного камня и бетона, следует в общем случае иметь в виду пространственно-геометрический аспект (системы сложения дисперсных частиц, плотные упаковки, пористость и структура пористости, зонирование образования новой фазы), термодинамический и кинетический аспект (энергетическое облегчение процессов гидратации и твердения, их ускорение), кристаллохимический аспект (частицы как кристаллические затравки, как фактор зонирования аморфно-кристаллической структуры, участие субстанции частиц в химико-минералогических процессах фазообразования), и, наконец, технологический аспект (влияние на водопотребность, изменение реологических характеристик формовочных смесей). Ясно, что возможности и мера реализации этих механизмов модифицирования структуры цементного камня будут определяться видом, характеристиками и дозировкой наноразмерных частиц.

Для получения более подробной информации можно обратиться к следующим публикациям:

  • Чернышов Е.М., Коротких Д.Н. Модифицирование структуры цементного камня микро- и наноразмерными частицами кремнезема (вопросы теории и приложений) //Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века, №5, 2008.
  • Коротких Д.Н., Артамонова О.В., Чернышов Е.М. О требованиях к наномодифицирующим добавкам для высокопрочных цементных бетонов // Научный Интернет-журнал «Нанотехнологии в строительстве», №2, 2009.

Вопрос

Что должно измениться в образовательном процессе для успешного внедрения нанотехнологий в строительстве?

С. Пузанов, аспирант Пермского государственного технического университета

В.И. Теличенко

Основным условием успешного внедрения нанотехнологий в строительстве является модернизация образовательного процесса в области строительства. Применение нанотехнологий в строительном производстве увеличивает потребность в высококвалифицированных кадрах. Междисциплинарный характер нанотехнологий и их динамичное развитие определяют новые подходы к образованию и в первую очередь предполагают его непрерывный характер и доступность, что в территориальных масштабах России невозможно без создания открытой сети дистанционного образования.

Новые подходы требуют и новых образовательных стандартов, учебных программ и методик обучения, направленных, в первую очередь, на развитие системного междисциплинарного подхода. Реализация этих идей должна привести к нивелированию образовательных границ между очным, вечерним и заочным обучением и предоставить обучающимся свободный доступ к занятиям с лучшими преподавателями для любого гражданина России, независимо от его места проживания. Данная форма системы дистанционного образования эффективно реализуется на базе открытой сети МГСУ, в которую включены многочисленные вузы — партнёры Ассоциации строительных вузов (АСВ).

Вопрос

Есть ли, по мнению участников онлайн-конференции, необходимый научный потенциал у специалистов материаловедов-технологов в области строительных материалов для рассмотрения проблем нанотехнологий в их сфере?

Е.М. Чернышов, Aкадемик РААСН, доктор техн. наук, профессор, Воронежский государственный архитектурно-строительный университет

В.Р. Фаликман

Вопрос очень важный, но достаточно абстрактный.

В принципе, несомненно, что такой потенциал есть. Об этом, например, свидетельствуют материалы трех симпозиумов по проблемам применения наноматериалов и нанотехнологий в строительстве — NICOM 1 (Пейсли, Шотландия, 2003), NICOM 2 (Бильбао, Испания, 2005) и NICOM 3 (Прага, 2009). Весьма активно работали и работают профильные технические комитеты международных организаций (ТС 197-ТСМ RILEM, подкомитет 236D ACI и др.). Интенсивные исследования ведутся в 28 специализированных научных центрах мира. Успешно реализован европейский проект PICADA, ставивший целью разработку способов контроля загрязнений мегаполисов за счет применения строительных материалов с применением фотокаталитического диоксида титана. Разработаны и успешно реализуются «дорожные карты» Европейского сообщества, США, Китая, Японии и ряда других стран.

Вместе с тем, в России с развитием аналогичных проектов складывается, конечно, непростая ситуация. Пока не удается выстроить целостный экономический механизм, связывающий науку, промышленность и образование. Попытки создания отдельных элементов инновационной системы (государственных фондов поддержки научных исследований и инноваций, технопарков, венчурных фондов, особых экономических зон и т.п.) вне связи с основными участниками инновационной деятельности и вне реально работающей «рыночной экономики» большого результата не принесли. Для нанотехнологий такой почвой, как правило, являются инженерные площадки и мелкие технологические фирмы. Первые в России почти исчезли еще в 90-е годы, а вторые развиваются с колоссальным трудом. Поэтому абсолютно понятно, что система исследований в нашей стране нуждается не только в стимулах, но и в определенных реформах. К этому следует добавить, как правило, устаревшую материальную базу, кстати, далеко не дешевую, большие сложности с подготовкой, привлечением и закреплением молодых специалистов и кадров для работы в различных сферах нанотехнологий и наноматериалов, а также с повышением их квалификации.

Вопрос

Не кажется ли участникам онлайн-конференции, что в настоящее время имеет место фетишизм, как бы религиозное поклонение, наделение нанотехнологий сверхъестественной магической силой?

Е.М. Чернышов, Aкадемик РААСН, доктор техн. наук, профессор, Воронежский государственный архитектурно-строительный университет

В.Р. Фаликман

Не без этого. Конечно, это растущий сектор экономики. По прогнозам аналитических агентств, только в США объем реализации наноматериалов и нанотехнологий в строительстве в 2011 г. достигнет 100 млн долларов, а к 2025 г. возрастет до 1,75 млрд долларов, прежде всего, за счет применения покрытий, композитов, адгезивов, нанодобавок для цементов и бетонов, красок, стекол и т.д. Индикаторы развития 23 лидирующих промышленно-финансовых групп, включая Bayer, Cabot, DuPont, Elementis, Nanocor, Pilkington и др., только подтверждают эту тенденцию. Однако трудно, конечно, ожидать, что в строительстве грядет «нанотехнологическая революция» Строительная отрасль по своей природе заметно отличается от иных областей человеческой деятельности и в достаточной степени консервативна.

Вопрос

Не кажется ли коллегам, что допускается вульгаризация в терминологии, связанной с нанотехнологиями?

Е.М. Чернышов, Aкадемик РААСН, доктор техн. наук, профессор, Воронежский государственный архитектурно-строительный университет

В.Р. Фаликман

Несомненно. Поэтому следует только поприветствовать и поддержать создание Технического комитета по стандартизации «Нанотехнологии и наноматериалы» ТК 441 при Ростехрегулировании и инициативу Научно-исследовательского центра по изучению свойств поверхности, взявшего на себя труд подготовить первую редакцию национального стандарта «Нанотехнологии. Термины и определения». В активную работу над этим стандартом включился и ТК 465 «Строительство».

Вопрос

Какие из публикаций в профильных (строительство, строительные материалы) изданиях можно рекомендовать для прочтения и соответствующей выработки системы представлений по проблеме «Нанотехнологии в строительстве»?

Е.М. Чернышов, Aкадемик РААСН, доктор техн. наук, профессор, Воронежский государственный архитектурно-строительный университет

В.Р. Фаликман

Объем таких публикаций из года в год растет. Можно отметить интересную монографию Peter J.M. Bartos, John J. Hughes, P. Trink «Nanotechnology in Construction» (2004), труды упомянутых выше симпозиумов, доклады специальной сессии ACI «Nanotechnology of Concrete: Recent Developments and Future Perspectives», November 7, 2006, Denver, USA и ряд других сборников. Активно развиваются Интернет-издания, и в том числе Интернет-журнал «Нанотехнологии в строительстве», в первых выпусках которого можно найти несколько обзоров по затронутой тематике.

В конференции принимали участие

Сопредседатели оргкомитета конференции

Б.В. Гусев
президент Российской и Международной инженерных академий, чл.-корр. РАН, эксперт ГК «Роснанотех», доктор техн. наук, профессор
В. И. Теличенко
ректор МГСУ, академик РААСН, доктор техн. наук, профессор

Участники конференции

Пономарев А.Н.
ген. директор Научно-технического центра «Прикладных нанотехнологий», канд. техн. наук, профессор, действ. член Международной АН Экологии, профессор кафедры ТО и ЭС СПбГПУ, член Центрального правления НОР
Колесов Е.
ген. директор компании «Optim Consult» (г. Гуанчжоу, Китайская народная республика)
Коренькова С.Ф.
доктор техн. наук, профессор кафедры «Строительные материалы» Самарского государственного архитектурно-строительного университета
Калюжный С.В.
директор Департамента научно-технической экспертизы, член Правления ГК «Роснанотех», доктор хим. наук, профессор
Кетов А.А.
доктор техн. наук, профессор, Пермский государственный технический университет
Коротких Д.Н.
канд. техн. наук, доцент кафедры технологии строительных изделий и конструкций, докторант, Воронежский государственный архитектурно-строительный университет
Фаликман В.Р.
действительный член РИА, профессор МГСУ, член Международного союза экспертов и лабораторий по испытанию строительных материалов, систем и конструкций (РИЛЕМ)
Нижний баннер