Перспективи розробки та дослідження наномодифікованих композиційних будівельних матеріалів

Abstract

Виконано огляд розробок композиційних будівельних матеріалів із застосуванням нанотехнологий і введенням до складу композитів наносистем. У зв’язку зі збільшенням обсягів будівництва в Україні, впровадженням нових будівельних технологій з використанням відповідних будівельних матеріалів, виникає необхідність поліпшення їхніх експлуатаційних властивостей. Розробки, проведені останнім часом, стосуються виробництва високоміцних і стійких до зношування таких матеріалів, як цементний камінь, бетон, пінобетон, різні покриття для забезпечення водо- і олієвідштовхувальних властивостей поверхонь. Застосування наноматериалів впливає на внутрішню структуру композиційного матеріалу, створюючи ефект армування єднальної матриці й поліпшує його фізико-технічні характеристики. Додавання надмалих кількостей наносистем (менше 0,5 % за масою) у рецептуру традиційних композиційних матеріалів значно поліпшує міцнісні і експлуатаційні характеристики кінцевого продукту. Відомі дослідження показують, що модифіковані бетони мають міцність вище на 20...35 %, пінобетони — на 50...70 %. Крім того, додавання наночасток впливає й на інші експлуатаційні властивості, а саме: підвищує гидрофобність покриттів, стійкість до забруднень і грибкових уражень, що надзвичайно важливо для експлуатації будинків. Особливий інтерес викликає використання як добавки вуглецевих наносистем. Для широкого впровадження нанооб’ектів у технологію виробництва будівельних матеріалів необхідно виготовляти достатню кількість дешевих наноситем. З цього погляду перспективними є роботи щодо можливості одержання нанотрубок і наносистем з продуктів і відходів коксування вугілля (кокс, смола, пековий кокс, пил і т.п.). Виконаний огляд дозволяє думати, що застосування нанодобавок і наносистем можна розширити й на інші класи будівельних матеріалів, виробів і покриттів, такі як санітарно-технічна кераміка, облицювальна плитка, фарби й покриття.

Выполнен обзор разработок композиционных строительных материалов с применением нанотехнологий и введением в состав композитов наносистем. В связи с увеличением объемов строительства в Украине, внедрением новых строительных технологий с использованием соответствующих строительных материалов, возникает необходимость улучшения их эксплуатационных свойств. Разработки, выполненные в последнее время, касаются производства высокопрочных и стойких к износу таких материалов, как цементный камень, бетон, пенобетон, различные покрытия для обеспечения водо- и маслоотталктвающих свойств поверхностей. Применение наноматериалов влияет на внутреннюю структуру композиционного материала, создавая эффект армирования связывающей матрицы и приводит к улучшению физико-технических характеристик. Добавление сверхмалых количеств наносистем (менее 0,5 % по массе) в рецептуру традиционных композиционных материалов значительно улучшают прочностные и эксплуатационные характеристики конечного продукта. Известные исследования показывают, что модифицированные бетоны имеют прочность выше на 20...35 %, пенобетоны — на 50...70 %. Кроме того, добавление наночастиц влияет и на другие эксплуатационные свойства, а именно: повышает гидрофобность покрытий, стойкость к загрязнениям и грибковым поражениям, что чрезвычайно важно при эксплуатации зданий. Особенный интерес вызывает использование в качестве добавок углеродных наносистем. Для широкого внедрения нанообъектов в технологию производства строительных материалов необходимо производить достаточное количество дешевых наноситем. С этой точки зрения перспективными являются работы по получению нанотрубок и наносистем из продуктов и отходов коксования угля (кокс, смола, пековый кокс, пыль и т.п.). Выполненный обзор позволяет полагать, что применение нанодобавок и наносистем можно расширить и на другие классы строительных материалов, изделий и покрытий, такие как санитарно-техническая керамика, облицовочная плитка, краски и покрытия.

Current article completes a review of the development of composite building materials with the use of nanotechnology and the introduction of nanosystems in composites. Due to increase in construction in Ukraine, the introduction of new construction technologies using the appropriate building materials and improvement of their operational properties is necessary. The recent developments concern the production of highly enforced and wear-resistant materials such as cement, concrete, foam concrete, various coatings to provide water- and oil-absorbing properties of surfaces. The use of nanomaterials affects the internal structure of the composite material, creating the effect of reinforcing the binding matrix and leading to improved physical and technical characteristics. The addition of extremely small amounts of nanosystems (less than 0,5 % by weight) into the composition of traditional composite materials leads to a significant improvement in strength and performance characteristics of the final product. Known studies show that the modified concrete has structural robustness 20...35 % higher compared to non-modified analogues, foam concrete demonstrates increase in robustness of about 50...70 %. Besides that, the addition of nanoparticles also affects positively other performance properties and increases the hydrophobicity of coatings, resistance to dirt and fungal damage, which is extremely important in the operation of buildings. Of particular interest is the use of carbon nanosystems as additives. For the wide introduction of nanoobjects into the technology of production of building materials, it is necessary to produce a sufficient amount of cheap nanosimulation. From this point of view, promising works are devoted to the possibility of obtaining nanotubes and nanosystems from products and coal coking wastes (coke, resin, pitch coke, dust, etc.). The review allows us to believe that the use of nanoadditives and nanosystems can be extended to other classes of building materials, products and coatings, such as sanitary ceramics, facing tiles, paints and coatings.