В современном мире все чаще и чаще мы слышим о нанотехнологиях, применяемых в разных сферах жизни. Но в каких инновационных технологиях есть потребность у строительной отрасли? Сколько подобных проектов разрабатывалось на базе «РОСНАНО», где они были реализованы и что разрабатывается сейчас? Об этом и многом другом отраслевому журналу «Строительство» рассказали наши собеседники — сотрудники «РОСНАНО»
Закон на стороне инноваций
Сегодня существующая нормативная база в строительной отрасли в целом направлена на стимулирование применения современных материалов. Как на федеральном, так и на региональном уровнях нормативные базы меняются вслед за актуальными трендами отрасли, в том числе – применение инноваций в строительстве. Принцип преимущества инновационной продукции заложен в основу государственных и муниципальных закупок, при строительстве за счет бюджетных средств уже используются наиболее современные материалы.
Однако на практике реализовать принципы, заложенные нормативным регулированием, не всегда удается. На каждом этапе реализации проекта возникает конфликт между тем, как уложиться в смету и при этом соблюсти все предписанные нормы. При использовании бюджетных средств застройщик не имеет право выйти за пределы сметы, хотя в ней учитываются более дешевые, но уже устаревшие технологии и материалы.
Удобный город. Нанотехнологии в строительстве
Инновационные технологии эффективно внедряются, когда есть стимулы «снизу», а не «сверху». И, как считает заместитель директора департамента программ стимулирования спроса Фонда инфраструктурных и образовательных программ Максим Невесенко, госрегулирование, предписывающее использование определенных материалов, противоречит самому духу инноваций. Более осмысленные нормы рождаются внутри строительного сообщества, в рамках саморегулируемых организаций, проектировщиков и подрядчиков. Только рыночное сообщество может оценить, какие решения будут экономически эффективны. Любое принуждение к инновациям через административный ресурс не несет в себе экономических целей.
В последнее время много усилий направлено на то, чтобы в сферу ЖКХ привнести бизнес-подход, перевести ее на самоокупаемость. Бизнес на условиях концессии приходит сюда, постепенно меняет технологический уровень инфраструктуры, где это возможно, а внедрение современных материалов сразу дает существенную экономию.
Уже есть примеры, когда инновации выигрывают ценовую конкуренцию у традиционной продукции, очевидные преимущества и экономия операционных расходов проявляются на стадии эксплуатации. Государство пытается построить систему применения инноваций и вести строительство по контрактам жизненного цикла. В их основе лежит уже не стоимость закупки, а стоимость владения объектом на протяжении всего времени эксплуатации. Как отмечает Максим Невесенко, когда этот принцип удастся воплотить в жизнь, инновациям в строительной отрасли откроется более широкая дорога, чем сейчас.
Наноматериалы служат дольше
Некоторые уникальные материалы, созданные благодаря нанотехнологиям, уже широко распространены в жилищном строительстве. Повсеместное применение стало возможным, поскольку высокотехнологичную продукцию начали производить в России и замещать более дорогостоящие импортные материалы. Например, спустя 7 лет активного продвижения светодиодных технологий на российский рынок, в последние пару лет они стали распространенным способом освещения.
Нанотехнологии в строительстве
Популярность завоевывают композитные материалы, пришедшие на замену металлическим. Они применяются как при закладке фундамента, так и при возведении зданий. Композитная арматура используется, например, при литье блоков монолитного дома. По мнению Максима Невесенко, ключевое преимущество использования композитной арматуры – теплопроводные свойства конструкции.
Ведь любое применение железа в строении – это мостик холода. Применяя композитный материал, мы избавляемся от него. Кроме того, композиты позволяют увеличивать срок службы любого строения, поскольку исключена коррозия.
Помимо нового строительства, композитные системы внешнего армирования позволяют укрепить строения, подверженные повышенному риску повреждений: на стены по периметру сооружения приклеивается лента, повышающая ключевые характеристики здания. Подобная практика уже доказала свою эффективность в сейсмонапряженных регионах России: на Дальнем Востоке удается обеспечить зданию сейсмоустойчивость даже сверх предусмотренных нормативов.
Композитную арматуру разных типов в России производят множество компаний, в том числе созданная при участии «РОСНАНО» проектная компания «Гален», и уже завоевавшие доверие «Рускомпозит», «Армастек», «Ростовкомпозит» и др.
Краска для здоровья
Отличительная особенность нанопродукции – это уникальные свойства. Например, в лакокрасочные материалы можно заложить антивандальные свойства, сохраняющие целостность покрытия, ЛКМ с эффектом лотоса. В медицинских учреждениях, особенно роддомах, высоко востребованы антибактериальные краски, эффект которых достигается за счет применения наночастиц серебра. Лаки и краски представлены в линейке нескольких российских предприятий: ГК «Стена» (Удмуртия), «Краски КВИЛ» (Белгородская область), «ЛКМ Повольжье» (Ульяновская область) и др.
Как рассуждает Максим Невесенко, наиболее прозорливые инвесторы при возведении новых многоквартирных домов понимают, что продавать квартиры нужно уже с какой-то «фишкой», за счет которой их ценность в глазах потребителя вырастет. И они уже сейчас используют инновации.
Экономика инноваций
Если «в лоб» сравнивать цены на традиционные и наноматериалы на единицу одинаковой продукции, то последние с большой вероятностью проиграют конкуренцию. Но сравнение будет некорректно из-за разницы в свойствах. Так, композитная арматура дороже металлической, если смотреть на один и тот же диаметр, а при одинаковых вводных подойдет композитная арматура меньшего сечения. В итоге стоимость материалов под конкретный проект окажется примерно равной, но в случае использования композитных прутьев появляется экономия на логистике.
Если взять пеностекольный щебень, его кубический метр обойдется дороже, чем столько же керамзита. Но пеностекла требуется меньше: если керамзита нужно засыпать 20 см, то пеностекла – 15 см. Экономия также возникает в стоимости владения: пеностекло служит 50 лет, переживает несколько циклов ремонта кровли.
В крупных инфраструктурных проектах экономические эффекты от применения нанотехнологий исчисляются десятками миллионов рублей, в том числе и средств федерального бюджета. Недавно композитная арматура была применена вместо стальной при реконструкции плотины в Ставропольском крае. Только на этапе закупки экономия составила более 20 млн руб.
Новые подходы к строительству дорог в рамках концессии также позволяют применять более долговечные наноматериалы. Проекты платных магистралей, как правило, предусматривают не только контракт на строительство, но и на последующую эксплуатацию. Подрядчику приходится учитывать и стоимость обслуживания, и долговечность материалов дорожного покрытия.
На решение этих проблем направлены различные модификаторы для асфальтобетонной смеси — «Унирем» (производит НТС, портфельная компания «РОСНАНО») или АДМ. Применение модификаторов увеличивает прочность покрытия, уменьшает риски образования колей и трещин, повышает влаго- и морозостойкость. Их выгодно использовать, если контракт рассчитан на жизненный цикл дороги, когда концессионер заинтересован сокращать ремонтные периоды. Следующим шагом в развитии дорожного строительства должны стать контракты жизненного цикла для дорог федерального, регионального и муниципального значения.
Олимпийская демонстрация
Консервативная строительная отрасль изначально скептически настроена к инновациям. Производители в смежных отраслях должны на практике доказать экономическую эффективность тех или иных решений и вести активную просветительскую работу о возможностях применения современных технологий, включая наноматериалы.
Хорошими образцами для демонстрации возможностей нанотехнологий стали объекты Олимпиады в Сочи, получившие международные экологические сертификаты Breeam и LEED. В их числе стадион «Фишт», где в том числе применялось энергосберегающие низкоэмиссионное стекло производства Рilkington в России.
Областью применения инновационных материалов является и реконструкция старого жилья. ФИОП на регулярной основе проводит совместно с Ассоциацией региональных фондов капремонта вебинары, где предметно разбираются кейсы использования наноматериалов при проведении капремонта зданий. Определяется, насколько эффективно будут вложены обязательные платежи граждан, принесут ли они ощутимое повышение комфортного уровня проживания населения.
Насколько активно инновации будут применяться, зависит и от настроя руководства региона. Одним из последних ярких примеров стал проект по капремонту пятиэтажек серии 335 в Калужской области. После внедрения энерго- и ресурсосберегающих технологий жители домов получили экономию коммунальных платежей в размере 30%, а жилье внешне стало более привлекательным. Высоко оценила результаты проекта и председатель Комитета Госдумы по ЖКХ Галина Хованская, лично посетившая реконструированные дома.
Наработки ФИОПа по капремонту многоквартирных домов, показанные на примере Калужской, Белгородской и Томской областей, начали тиражировать другие регионы. Поддерживая подобное использование наноматериалов, регионы становятся локомотивом для изменений на строительном рынке в целом.
«РОСНАНО» облегчает стройку
«РОСНАНО» проинвестировало несколько знаковых продуктов и технологий, используемых при строительстве и эксплуатации как гражданских, так и промышленных объектов. Общая выручка подобных портфельных компаний «РОСНАНО» достигла 10 млрд руб. в 2016 г.
Наиболее крупный проект в сфере строительных материалов «РОСНАНО» — производство листового стекла компанией SP Glass. Завод в Раменском выпускает более 240 тыс. т стекла в год и занимает около 12% российского рынка. Несколько лет назад при финансовой поддержке «РОСНАНО» и ЕБРР компания установила линию нанесения нанопокрытий методом магнетронного напыления – финальная стадия создания полного цикла производства стекла различных видов, уникальные свойства которого достигаются за счет особого многослойного покрытия, каждый из которых имеет размер от 5 до 500 нанометров. Среди акционеров компании – изобретатель современного процесса производства стекла английская Pilkington, входящая в японскую группу NSG.
Как поясняет управляющий директор по инвестиционной деятельности «РОСНАНО» Дмитрий Лисенков, используемая технология — это передовой край науки, и данная линия является самой современной и производительной в России и одной из лучших мире. Обычные прозрачные стекла даже при использовании в двойном стеклопакете отличаются низкими энергосберегающими свойствами — львиная доля теплопотерь приходится на стеклопакет.
Это, в свою очередь, ведет к высоким затратам на обогрев и охлаждение помещения. Применение энергосберегающего стекла с нанопокрытием в жилых и промышленных помещениях позволяет снизить теплопотери в холодное время года до 70%, а в жару такие стекла предохраняют здания от перегрева. При массовом производстве стоимость окон с энергосберегающим стеклом не намного выше стоимости окон с обычными стеклопакетами. При этом экономический эффект от применения низкоэмиссионного стекла оценивается в 30% — экономия на отоплении и электричестве, а в случае с мультифункциональным покрытием еще выше, т. к. дополнительная экономия достигается на кондиционировании и искусственном освещении помещения. Только в одной Москве эффект от применения энергосберегающего остекления составляет несколько десятков миллиардов рублей в год.
Листовое стекло покупают переработчики для изготовления стеклопакетов разных форматов под своими брендами. В контуре портфельной компании «РОСНАНО» SP Glass есть собственный переработчик – СТиС, который, несмотря на сложную ситуацию в строительной отрасли, смог за последние годы вывести и сделать стандартом на рынке ряд новых продуктов, основанных на принципах нанонапыления и повышенных характеристик, соответствующих или превышающих мировой уровень. Помимо резидентского остекления, SP Glass производит архитектурное стекло, используемое, как правило, для фасадов зданий. Современные стеклянные конструкции делают внешний облик зданий более привлекательным.
Вслед за кризисом в строительстве, российский оконный рынок упал на 40-50% за последние 4 года. На этом фоне показатели SP Glass остаются стабильными: стекло с нанонапылением оказалось востребовано и на экспортных рынках. В России компания меняет сам оконный рынок, предлагая потребителям новые характеристики стекол, соответствующие мировым тенденциям.
По словам Дмитрия Лисенкова, у населения растет сознание того, что окно – это не «бычий пузырь» в оконном проеме, как сотни лет назад, а высокотехнологичный продукт, характеристики которого могут существенно повысить уровень жизни людей. Хочется и качественный материал, чтобы свет попадал, чтобы счета за электричество и тепло сокращались, чтобы меньше приходилось мыть самому, чтобы никто его не разбил, случайно или преднамеренно. На этом и построена функциональная концепция окон с нанопокрытием.
Если ориентироваться на тренды мирового рынка, то следующий шаг — электрохромные окна, которые позволяют управлять уровнем светопропускания из мобильного приложения.
Негорючая изоляция из отходов
Второй крупный проект «РОСНАНО» в сфере строительных материалов – российская компания «АйСиЭм Гласс Калуга». Она построила при финансовой и операционной поддержке «РОСНАНО» и частных инвесторов крупнейший в Европе завод по производству пеностекольных теплоизоляционных материалов нового поколения из обычного несортового стеклобоя, фактически из твердых бытовых отходов, вопрос с утилизацией которых сейчас стоит очень остро в Центральном регионе России. Запуск завода состоялся в декабре 2013 г., и в настоящий момент продукт массово востребован в гражданском и промышленном строительстве, используется при прокладке автодорог и железнодорожных путей, при капремонте и т.д. Всего выпускается до 300 тыс. кубометров теплоизоляции в год.
Пеностекло позволяет сэкономить при использовании и монтаже порядка 15-25% относительно других видов теплоизоляции. Его конкуренты – экструдированный пенополистирол и пенополиуретан. Их главный недостаток – горючесть, в результате чего возможны такие трагичные события, как в клубе «Хромая лошадь». Использование пеностекла исключает подобные ситуации.
Инновационный продукт оказался востребован: линейка расширяется до пеностекольной плиты, позволяющей более серьезные конструкционные задачи. Качество пеностекла подтверждает его использование на знаковых объектах, в том числе в парках «Зарядье» и «Патриот» и в здании Третьяковской галереи.
Что касается инноваций на строительном рынке в целом, «РОСНАНО» ожидает развития технологий, ориентированных на скорость и качество строительства, в том числе 3D-печать. Также остро будут стоять вопросы проблем безопасности и экологичности. В сфере базовых материалов продолжится развитие использования различных добавок, в том числе улучшающих свойства асфальта и бетона, облегчающих металлоконструкции, и создание различного рода новых композитных материалов в первую очередь с использованием одностенных углеродных нанотрубок, производимых портфельной компанией «РОСНАНО» OCSiAl.
Галина Крупен
Этот материал опубликован в ноябрьском номере Отраслевого журнала «Строительство». Весь журнал вы можете прочитать или скачать здесь.
Источник: ancb.ru
Нанотехнологии в строительстве
Недавно на проходившей в Москве выставке CityBuild состоялся круглый стол на тему «Нанотехнологии в строительстве», где собравшиеся с интересом узнали о практике внедрения нанотехнологий при производстве бетона, стекла, и других строительных материалов.
По мнению экспертов, верхняя планка при разработке бетонов — сделать материал не только надежным, гидронепроницаемым, долговечным, но также еще и самоочищающимся. Мысль очень верная, хотя больше похожа на мечту. Такие помыслы приходят в голову, когда идешь по старому району Москвы, и видишь отштукатуренные фасады с прекрасной лепниной, которые последний раз мыли и обновляли если не при царе, то вскоре после него…
А вот у здания, построенного в Риме из белоснежного бетона (точнее это железобетон, но железа не видно), полученного с использованием нанотехнологий, таких проблем быть не может, поскольку бетон имеет функцию самоочищения. В состав цемента входят наночастицы диоксида титана. Поверхность бетона, замешанного на белом наноцементе, способна самоочищаться благодаря фотокатализу.
Правда, в очистке здания также участвует солнечный свет: в лучах солнца диоксид титана работает как катализатор, ускоряющий химическую реакцию. В результате загрязнители разлагаются на кислород, соли, воду и другие вещества. Эффект состоит в том, что в результате химической реакции поверхность бетона становится гидрофильной, водоотталкивающей, а грязь, «разложенная» путем катализации, отторгается от поверхности и просто смывается дождем. И так постоянно, поскольку солнечный свет и дожди – это нормальные регулярные явления природы, и, в тоже время, «самоочистители» для здания из нанобетона.
Стоит отметить, что эксперименты с самоочищающимися поверхностями зданий пока проводят, в основном, за границей. Во всяком случае, готовых объектов не так уж много. Для примера эксперты приводят Большой Национальный театр в Пекине, имеющий под сферическим куполом, построенным из стекла и бетона, театр, оперу и концертный зал, то есть три самостоятельные площадки.
Кроме того, под общей сферической кровлей расположены выставочные залы, магазины и рестораны. Однако Пекинский Национальный театр примечателен не только самобытной архитектурой и «вместительностью жанров», но и самоочищающейся поверхностью купола. Его прозрачная куполообразная кровля всегда чиста, поскольку покрыта тонкой пленкой, сделанной из наночастиц диоксида титана. Купол самоочищается «по той же схеме», что и здание из белого бетона. В лучах солнца происходит фотокатализ, а затем всю грязь, разложенную в результате химической реакции «на частицы», смывает очередной дождь.
К этому стоит добавить, что здание театра построено посередине искусственного озера, а стеклянная поверхность кровли-купола, в результате регулярного самоочищения, всегда остается прозрачной. Через многослойное теплоизоляционное стекло, которым выложен весь купол, можно увидеть, что происходит внутри. Все это смотрится замечательно, тем более что действо разворачивается посредине искусственного озера.
По мнению экспертов, производство наностекла и самоочищающегося нанопокрытия для стекол – направление очень перспективное. Оно, безусловно, будет широко развиваться. Уже сейчас на рынке появились окна, которые не нужно мыть, поскольку в результате описанных выше реакций всю грязь смывает дождевая вода. Правда, теперь и дождь не очень-то чистый, но в любом случае он зальет даже вымытое стекло, и нет никакой возможности мыть окна после каждого дождя.
Мыть окна – это не самое сложное. Все больше в Москве и других крупных городах появляется зданий-«аквариумов», которые имеют полностью прозрачный фасад. Разумеется, там использованы не простые стекла, а материал особой прочности, однако его светопрозрачность ко многому обязывает. Налет грязи на стекле сводит на нет пафосную респектабельность прозрачных зданий.
Их надо постоянно мыть, а это слишком дорого и сложно. А потому самоочищающееся нанопокрытие для прозрачных фасадов – это гарантия их востребованности в градостроительстве.
Кроме фасадов есть еще одна область, где нужны постоянно чистые стекла – солнечные батареи. Их, как правило, устанавливают на кровле, часто на скатной кровле коттеджей, а потому для «простой хозяйки» солнечные коллекторы не очень-то доступны. В тоже время налет грязи сильно снижает эффективность солнечных батарей. Специалисты считают, что в ближайшее время производители солнечных коллекторов будут активно использовать наноэффект самоочищения при производстве продукции, поскольку в Израиле открыта весьма перспективная методика изготовления «солнечных» стекол.
В основе технологии лежит способ упорядочения микроскопических (точнее говоря, в обычный микроскоп их вообще не видно) пептидных нанотрубок. Дело в том, что трубки имеют плоскую поверхность, которая совершенно не намокает. Если собрать поверхности пептидных нанотрубок в единый слой, то капли воды будут скатываться, совершенно не оставляя следа, но увлекая за собой частицы пыли. Как сказано выше, процесс очищения происходит не только с пылью, но и с въевшейся грязью, которую самоочищающаяся наноповерхность расщепляет на отдельные частицы в процессе катализа.
Однако израильские ученые работали по узко специализированной проблеме: в пустынных районах Израиля много солнца, очень много солнечных батарей, поскольку там это основной источник энергии, и предостаточно песочной пыли, которую ветер наметает на стеклянную поверхность коллекторов. А потому ненамокающая поверхность, которую можно получить с помощью пептидных нанотрубок, как раз и должна решить проблему очистки солнечных батарей.
Углепластики
Один из композиционных наноматериалов, выпуск которых успешно освоен в России, – это углепластик. Материал имеет различное применение, в частности его используют для производства подшипников и других механизмов, однако строительная отрасль также взяла углепластик на вооружение. В рамках подготовки к Олимпиаде, в Сочи из углепластика построили мост.
Основная достопримечательность сооружения состоит в том, что мост красив при включенной подсветке. Особенно впечатляют прозрачные перила, отсвечивающие алмазами. Разумеется, зерен алмазов там нет, поскольку в состав материала включены наноалмазы. По оценке экспертов, каркас необычного моста выполнен из композитного материала, в состав которого входят нанотрубки и медь. Медные включения придают углепластику огнестойкость, а углеродные трубки уменьшают деформацию материала.
К этом стоит добавить, что конструкция имеет небольшой вес. Мост предназначен исключительно для пешеходов, имеет износостойкое покрытие, содержащее углеродные волокна и нанокарбиды. По мнению экспертов, производители наноматериалов сделали грамотный шаг в сторону развития нанотехнологий. Новый мост — это и подарок городу Сочи к Олимпиаде, и своего рода демонстрация имеющихся достижений в области нанотехнологий в строительной отрасли.
Пеностекло
Пеностекло – это еще один наноматериал, который все больше отвоевывает свою нишу на строительном рынке. Как нередко бывает, новый материал стартовал в западных странах. Пеностекло — это утеплитель, который имеет функции стекла, а также ряд преимуществ по сравнению с широко распространенными утеплителями. В частности, эксперты отмечают отличия отечественного пеностекла от западных образцов. В России наладили производство пеностекла из стеклобоя, что существенно удешевляет продукцию, поскольку пеностекло можно производить из отходов стекольной промышленности.
Битое стекло смешивает с реагентами, и измельчают до столь мелкой фракции, что материал попадает в разряд нано. Полученную массу нагревают, после чего на поверхности образуется тончайшая нанопленка. Она, во-первых, придает материалу особую прочность, а во-вторых, позволяет пеностеклу «дышать», что совершенно не характерно для обычных стекол, но свойственно теплоизоляционным материалам. Однако эксперты подчеркивают, что не всякое пеностекло пропускает пар. «Умение дышать» – это необходимое качество для ограждающих конструкций, но в некоторых случаях востребованы другие свойства пеностекла.
Этот материал выпускают с большим диапазоном плотностей. В пеностекле заключено огромное количество микроскопических ячеек, которые, благодаря особой технологии производства пеностекла, вовсе не ухудшают прочностные качества материала. Пеностекло может сочетать в себе свойства гидро- и теплоизоляционного материала. Его используют для утепления кровли, фасадов, на парковках и даже при сооружении плавучих конструкций.
В отличие от традиционных, наиболее распространенных утеплителей (пенополистирола и минеральной ваты), которые обычно обкладывают мембраной или иными влагозащитными пленками, чтобы они не отсыревали, и не теряли своих эксплуатационных качеств, пеностекло в подобной «заботе» не нуждается, поскольку сам по себе утеплитель водонепроницаем.
Эксперты уточняют, что пеностекло представляет собой легкий и прочный мелкопористый материал. Образно говоря, это «мелкораздробленная» стеклянная пена, которая в некоторых случаях (как сказано выше) имеет дробление до размеров нано. Хотя, разумеется, столь мелкая фракция пеностекла больше востребована для самоочищающихся поверхностей, а «просто утеплитель» может иметь и другие характеристики.
В частности, для пеностекла свойственно хорошее шумопоглощение. Как любое стекло, этот материал совершенно не горючий, при расплавлении не выделяет газов. Кроме того, пеностекло устойчиво к кислотам и различным испарениям, оно не впитывает запахи, а потому этот материал безопасен для утепления «химически агрессивных» объектов. Эксперты подчеркивают, что пеностекло разрешено к применению на атомных электростанциях. Кроме того, материал удобен в эксплуатации, поскольку пеностекло легко обрабатывается, из него можно изготавливать фасонные изделия практически любой формы.
Нанодревесина
Конечно, понятие древесина с приставкой нано звучит несколько странно, если учитывать, что дерево – исключительно природный продукт, а не какой-нибудь композит, намешанный по замыслу человека. Однако нанотехнологии все же добрались до древесины, путем ее измельчения до уровня наночастиц и создания на основе глубоко переработанного материала клееной нанопродукции.
Разумеется, производству нанодревесины предшествовал длительный процесс испытаний. Древесину, «растертую в нано», подвергли вакуумной сушке, а затем намешали со специальной пропиткой. Эксперты подчеркивают, что над разработкой и усовершенствованием нанодревесины трудятся многие НИИ, один из результатов получился таким. Специалисты разработали технологию, позволяющую в едином производственном цикле, в процессе вакуумной сушки, пропитки и обработки получать нанокомпозит древесины. Кроме того, в рамках технологии, из сибирской лиственницы производят вытяжку особых веществ: арабиногалактана и дигидрокверцетина.
Тут стоит отметить, что вытяжки со сложными названиями полезны не только для строительной индустрии, но и в качестве лечебного средства. Высокая молекулярная масса, способность легко растворяться в воде и образовывать раствор с низкой вязкостью делает вытяжки отличной «подкормкой» для полезной флоры кишечника. Кстати, получение арабинагалактана и дигидрокверцетина также относят к области нанотехнологий, но, разумеется, когда речь идет о лекарствах, подразумевают использование нано в медицине. Тут на лицо редкий случай, когда одни и те же нановещества можно применять как лекарства (или как пищевые добавки) и как добавки к строительным материалам.
Специалисты подчеркивают, что способность арабиногалактана легко проникать через капилляры в растительную или животную ткань (что и происходит, когда вещество используют как лекарственное средство) востребована также в технике и строительстве. Арабиногалактан образует нерастворимые нанокомпозитные комплексы с нерастворимыми молекулами различных веществ.
А потому в промышленности востребованы клеящие свойства нанокомпозита, в частности, для пропитки бумаги. Однако новая технология позволяет использовать арабиногалактан и дигидрокверцетин (о его свойствах – ниже) для производства деревокомпозитных материалов, сделанных, например, из лиственницы низкого качества. То есть можно переносить вытяжку, взятую из одного, более дорогого древесного материала — в другой, более дешевый. Благодаря новой технологии получается, что можно «заимствовать» хорошие эксплуатационные свойства у ценной древесины и передавать их недорогому древесному сырью.
Второе вещество дигидрокверцетин, извлекаемое в виде вытяжки из нанодревесины, является сильным антиоксидантом. Дигидрокверцетин обладает способностью захватывать свободные радикалы и биологических тканях (в том числе, в древесине) и таким образом предотвращать процессы окисления и гниения. Кроме того, дигидрокверцетин блокирует горение материала, а потому является одним из компонентов, повышающих противопожарные свойства древесины. Кроме того, дигидрокверцетин используют, например, для предотвращения биологической коррозии внутри трубопроводов, а также на поверхностях других материалов, где востребовано данное свойство.
Эксперты отмечают, что действуя по новой технологии, в процессе сушки сибирской лиственницы, два описанных выше вещества извлекают в комплексе. А именно, извлеченный водный экстракт содержит молекулу дигидрокверцетина, заключенную внутри макромолекулы арабиногалактана. Таким образом, как сказано выше, после модификации столь необычный наноматериал применяют для пропитки малоценной древесины. После чего повышается ее качество и цена.
Нанотехнологии в дорожном строительстве
Некоторые направления внедрения наноматериалов уже имеют свою «историю эксплуатации», поскольку применение наномодификаторов началось более пяти лет назад. На сегодняшние день работают предприятия, и активно расширяется производство по выпуску нанокомпонентов, которые добавляют в дорожное покрытие, после чего оно делается надежным, долговечным и достаточно упругим. Любопытно, что сырьем для производства наноматериала служат старые автопокрышки (не удивительно, что дорожному полотну свойственна упругость). Вот уж действительно, нескончаемый сырьевой придаток к автодороге. Сколько будут строить дороги, столько в избытке будет отработанных автопокрышек…
И как только не пытались пристроить во «вторую жизнь» отработавшую «машинную обувку». Сколько «украсили» городских дворов, используя выкрашенные «колеса с цветами», вместо изящных уличных кашпо. Толи не знали коммунальщики куда девать старые покрышки от своих машин, толи всерьез хотели дешево и сердито облагородить подведомственные дворы.
И вот, наконец, научились размалывать покрышки в труху (то есть до состояния наночастиц), изготавливать специальный компонент и добавлять его в дорожное покрытие. Но самое главное, уже можно подвести первые итоги. По мнению специалистов, дороги, построенные несколько лет назад, выдержали испытания. Их сравнили с трассами, аналогичными по нагрузке, построенными в тот же период, по строго выдержанной технологии, но без использования нанодобавок. После чего эксперты пришли к выводу: «нанодороги» выстояли лучше.
Сравнивали и отдельные характеристики дорожного полотна. По мнению экспертов, во-первых, «нанополотно» на пятый год эксплуатации осталось практически как новое. В среднем, благодаря использованию нанодобавок, долговечность покрытия повышается примерно на треть, по сравнению с обычным асфальтом, предназначенным для дороги с аналогичной транспортной нагрузкой. При этом способность покрытия переносить осенне-зимний период, выдерживать замораживание и оттаивание, примерно в 10 раз лучше у того полотна, в которое добавили наномодификатор, сделанный из отработанных автопокрышек.
Эксперты подчеркивают, что основные дефекты нового дорожного полотна как раз и проявляются после весеннего паводка, когда водой иной раз вымывает солидные куски асфальта. Тогда все вспоминают классику о извечных российских бедах, ругают дорожников, а также чиновников, потративших бюджетные деньги. Впрочем, деньги на ремонт – это особая беда российских дорог. Очень часто их окончательно распределяют ближе к осени, когда свежее полотно обильно поливает дождями.
Конечно, есть скептики, которое уверяют, что «нанодорогу» строили посуху, по строго выдержанной технологии, и если бы так строили обычные дороги, то вид транспортных артерий после пятилетней эксплуатации также радовал глаз. С другой стороны, за последние годы построено уже достаточно дорог с использованием наномодификаторов, и не всегда клали полотно в идеальных условиях. Поэтому специалисты считают, что эффект от использования «нанопокрышек» безусловно есть.
Впрочем, добавление наномодификаторов в асфальтовое дорожное полотно было только первым шагом, за которым последовало усовершенствование асфальтобетонных покрытий. Особый акцент сделан на магистралях, эксплуатируемых в условиях избыточной нагрузки, где движение большегрузных автомобилей имеет высокую интенсивность. Эксперты подчеркивают, что в настоящее время, говоря образно, машин больше чем дорог, и не только в Москве. Почти 50 процентов трасс федерального значения перегружены, то есть «перевыполняют» свой нормативный ресурс, и, соответственно, уменьшается их запас прочности, появляется колея, быстро разрушается покрытие.
Введение наномодификаторов, в состав которых входят эластомерные наночастицы (это и есть продукт переработки старых автопокрышек) делает асфальтобетон более пластичным. В частности, наночастицы препятствуют образованию трещин на дороге, которые (особенно если это слишком нагруженная трасса) подвергаются серьезной деформации на изгиб. Таким образом, благодаря использованию наномодификатора в составе асфальтобетонных смесей увеличивается прочность дорожных покрытий, их устойчивость к образованию колеи и растрескиванию. Эксперты считают, что особый эффект достигается при эксплуатации дороги в зимнее время, так как при низких температурах наномодификатор еще больше снижает усталостное напряжение в асфальтобетонном покрытии.
Источник: remontinfo.ru
Научная статья на тему «Применение нанотехнологий в архитектуре и строительстве»
В статье рассмотрены наиболее применяемые нанотехнологии в современном строительстве. Выбрано пять материалов. В данной статье видна необходимость введения нанотехнологий в современное строительство, так как использование нанотехнологий расширяет возможности в строительстве и архитектуре.
Научная статья на тему «Применение нанотехнологий в архитектуре и строительстве» обновлено: 8 ноября, 2020
Источник: bank.nauchniestati.ru
Нанотехнологии в строительстве
За последние годы нанотехнологии стали причиной настоящего прорыва во многих сферах нашей жизни, начиная телекоммуникациями и заканчивая медициной. Так что было странно, если бы им не попытались найти применение в строительстве. Сейчас в Европе, США, Японии и Китае уже более 20% компаний-застройщиков активно используют в своей деятельности материалы, полученные с применением нанотехнологий. В связи с этим интересно посмотреть на «наноарсенал» зарубежных девелоперов и проанализировать возможности применения подобных инноваций в российской строительной отрасли.
Материалы будущего прямо сейчас
Использование нанотехнологий позволяет придавать традиционным строительным материалам небывалые прежде свойства. Одним из актуальных направлений разработок является применение ультрадисперсных, наноразмерных частиц для создания высокопрочных и долговечных бетонов. Работы здесь проводят крупнейшие европейские компании — «Зика» (Швейцария), BASF (Германия), «Майти» (Япония), «Элкем» (Норвегия). Согласно расчетам, бетон с применением наночастиц имеет срок службы до 500 лет. Эти материалы предназначены для строительства большепролетных мостов, небоскребов, защитных оболочек атомных реакторов и т.п.
Благодаря исследованиям ученых в области наномодификации металлов и сплавов была получена высокопрочная сталь, не имеющая аналогов по показателям прочности и вязкости. Этот материал идеально подходит для возведения разного рода дорожных и гидротехнических объектов. А композитные и полимерные нанопокрытия стальных конструкций многократно повышают их коррозионную стойкость и увеличивают срок службы даже в агрессивных средах.
«Создание новых конструкционных материалов для нужд строительной индустрии — это важная и актуальная задача. На данный момент строители уже применяют большое количество современных материалов, созданных с использованием нанотехнологий. Это и теплоизоляционные материалы, и новые краски, лаки, эмали, и многое другое. Отдельного внимания заслуживают конструкционные композиты — это широкий класс конструкционных материалов с полимерной, металлической или керамической матрицей. Типичным примером композитов являются углепластики — композиты с полимерной матрицей и углеволокнами», — отметил на онлайн-конференции «Применение нанотехнологий в строительстве» Сергей Калюжный, директор Департамента научно-технической экспертизы ГК «Роснано».
В 1990-е гг. немецким ботаником Вильгельмом Бартлоттом был открыт «эффект лотоса». Он заметил, что лепестки цветка покрыты воскообразным веществом, которое вырабатывается в железах растения и делает его совершенно неуязвимым для воды. Китайские ученые попытались сымитировать этот эффект с помощью нанопокрытия, которое использовали при возведении здания Большого национального театра в Пекине. Огромный яйцеобразный купол из стекла и титана благодаря этому покрытию не смачивается осадками и не подвержен загрязнению.
По мнению экспертов, наибольшим спросом в строительной отрасли в ближайшем будущем будут пользоваться такие материалы с применением нанотехнологий, как фасадные водонепроницаемые краски.
«Перед тем, как использовать новые материалы, созданные с использованием нанотехнологий, специалисты проводят целый ряд испытаний, чтобы проверить полученные учеными материалы на прочность, износостойкость, узнать эксплуатационные показатели, — говорит Владимир Николаенко, заместитель начальника производственно-технического отдела СК «КварталСтрой». — Ведь то, что создано в лабораторных условиях, далеко не всегда может подойти к использованию в реальной жизни. Поэтому так важно взаимодействие тех, кто изобретает, и тех, кто применяет на практике. Но уже сейчас, благодаря смелым идеям ученых, есть большой прорыв в области строительства. Например, использование нанотехнологий позволит строить дома, которые смогут простоять 300-400 лет».
Наноэкономия
Еще одно актуальное направление использования наноматериалов в строительстве — это энергосбережение. Так, полупрозрачные нанопокрытия, разработанные в Шанхайском центре науки и нанотехнологий, могут накапливать солнечную энергию. Эти пленки наносятся на окна и стены зданий, придавая им стильный вид и одновременно работая как солнечные батареи, тем самым снижая расходы на электроэнергию.
Интересные свойства имеют прозрачные наногели (аэрогели), открытые еще в начале ХХ века американским ученым Сэмюэлем Кистлером в Тихоокеанском колледже в Стоктоне (штат Калифорния). Эти материалы обладают высокими тепло- и звукоизоляционными характеристиками, и сейчас их активно используют в энергосберегающих кровельных системах верхнего света.
Стоит упомянуть и инновационное покрытие Cool-Colors для защиты цветных окон из ПВХ от инфракрасного (теплового) излучения. Благодаря особым пигментам эта пленка отражает до 80% инфракрасных лучей и препятствует перегреву конструкций.
«Если в ясный, солнечный день на улице +25°С, то цветные окна нагреваются в среднем до +50°С. Перегрев светопрозрачной конструкции под лучами солнца может привести к деформации рамы и, как следствие, к разгерметизации оконной системы», — рассказывает Лев Минуллин, директор по развитию компании PROPLEX (первого российского разработчика и крупнейшего производителя оконных ПВХ-систем по австрийским технологиям).
Инновационная пленка защищает окна и само помещение от перегрева, тем самым продлевает срок службы конструкции и снижает затраты электроэнергии на кондиционирование жилья. Используя данную пленку, компания PROPLEX выпускает сегодня ПВХ-профиль шести оттенков, среди которых — махагони, золотой и болотный дуб.
Подобное инновационное покрытие компания PROPLEX применяет и для изготовления оконных систем оттенка «серебристый металлик». Цветная пленка, наносимая на профиль при ламинации, придает будущей раме визуальный 3D-эффект. Он достигается за счет особого компонента покрытия — бриллиантовых красок. Их отличает насыщенный и чистый колер, а также способность изменять цвет в зависимости от угла освещения. Благодаря этому пленка воссоздает шлифованную металлическую поверхность и имитирует серебро, а раме готового окна придает трехмерный (3D) эффект.
Кроме того, при использовании бриллиантовых красок на поверхности пленки образуются микропоры, и покрытие на ощупь напоминает шагрень. Поэтому в ходе ламинации пленка полностью покрывает сложные по геометрии ПВХ-профили, повторяя их формы.
Нанотехнологии в России
Несмотря на то, что в нашей стране тема нанотехнологий популярна как никогда, реальных достижений в этой области пока немного. Дело в том, что за рубежом основной вклад в прикладные разработки в строительстве вносят научные подразделения промышленных корпораций, разработки которых базируются на исследованиях крупных научных центров. Российские строительные компании не в состоянии финансировать научные исследования в одиночку. Именно для финансирования подобных прикладных проектов в области нанотехнологий в 2007 году была создана госкорпорация «Роснано».
Одним из успешных проектов, который уже реализован в нашей стране, можно считать создание нанокомпозитных труб для систем отопления, водоснабжения и газоснабжения. Данной разработкой занимается компания «Экструзионные машины» совместно с учеными МГТУ им. Баумана. Они создали трубы, которые не только в несколько десятков раз превосходят аналоги по эксплуатационным характеристикам, но и отличаются невысокой стоимостью.
Еще одно направление, которое стоит отметить, — это производство строительной стеклопластиковой композитной арматуры. Ее считают перспективной альтернативой традиционному стальному аналогу. Лидером по выпуску данной продукции считается компания «Компарм». Как отмечают специалисты, инновационный материал обладает целым рядом уникальных свойств.
Например, малым уделенным весом (в 4-5 раз меньше, чем у стали), высокой прочностью и химической стойкостью. Кроме того, композитная арматура является диэлектриком, не подвержена коррозии и имеет низкую теплопроводность. Ее можно применять в любом виде строительства.
В самом начале
Итак, результаты разработок в области нанотехнологий поражают воображение своим многообразием. Новые виды сталей, бетонов, инновационные покрытия для светопрозрачных конструкций и самоочищающиеся покрытия успешно используются в современной стройотрасли.
Россия хоть и находится на позициях догоняющего в области внедрения нанотехнологий в строительство, но отечественные ученые стараются не отставать от европейских коллег, предлагая новые разработки. Да и власти в последние годы уделяют повышенное внимание развитию прикладных нанотехнологий, инвестируя в реализацию новых проектов.
«Чтобы грамотно применять нанотехнологии в строительстве, необходимы высококвалифицированные кадры. А для их подготовки придется серьезно модернизировать образовательный процесс, — считает Александр Герасимов, аспирант Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. — Кроме того, нанотехнологии развиваются очень динамично и носят междисциплинарный характер. Поэтому необходимо непрерывное обучение. Как один из вариантов — создание открытой сети дистанционного образования».
Такие преобразования должны произойти уже в ближайшее время, чтобы преодолеть отставание России в области развития и применения нано.
Источник: www.vashdom.ru