НАНОМОДИФИКАТОРЫ И НАНОМОДИФИЦИРОВАННЫЕ

ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» НИУ
НАНОМОДИФИКАТОРЫ И
НАНОМОДИФИЦИРОВАННЫЕ
СТРОИТЕЛЬНЫЕ
МАТЕРИАЛЫ
Докладчик:
Е.В. Королев, д.т.н., профессор,
директор НОЦ НТ
2012 г.
Стратегии наномодифицирования
строительных материалов
• Введение в материал синтезированных
нанообъектов
• Синтез нанообъектов в материале в
процессе его изготовления
2
Примеры реализации первой стратегии
(углеродные наноструктуры)
• Наноструктурированный легкий бетон:
•
- плотность – 1200-1600 кг/куб.м;
- прочность на сжатие – 30-60 МПа;
- прочность на изгиб – 4-8 МПа;
- теплопроводность – менее 0,2-0,4 Вт/(м*К);
- водопоглощение – не более 0,4 %;
- водонепроницаемость – W20;
- огнестойкость – более 780 оС;
- морозостойкость – F300-F350
Композиционные материалы – модифицирующая добавка УНТ
повышает прочность (в 1,5-3 раза), электропроводность,
теплопроводность, изменяет структуру композитов на основе
полиэтилена, полипропилена, фторопластов, полиуретана и др.
• Строительные материалы и дорожные покрытия –
применение сверхмалых добавок (0,001-0,0001%) в бетоны повышает в
1,2-2 раза их прочность, температуроустойчивость, снижает
трещинообразование.
Источник: Статья «Перспективы применения нанобетона в монолитных большепролетных
ребристых перекрытиях с постнапряжением» авторов: Е.В. Кишеневская, Н.И. Ватин, В.Д. Кузнецов
(Журнал Инженерно-строительный журнал, №2, 2009.
3
Влияние УНД на прочность бетона
Источник: А.Н. Слижевский, Самуйлов Ю.Д., Батяновский Э.И. О Влиянии углеродных
наноматериалов на свойства цемента и цементного камня
4
Примеры реализации второй стратегии
• Наноструктурные композиты на основе
взаимопроникающих полимерных сеток
• Нанокомпозиты на основе гибридной
органосиликатной матрицы
• Полимерные нанокомпозиты с очень
низкой проницаемостью и высоким
сопротивлением агрессивным средам
5
Наномодификатор для пенобетонов
Модель наномодификатора
Структура пенобетона
Характеристика пен
Размер
нанообъектов
модификатора –
6,5…7,5 нм
Характеристики пен
Пенообразователь Значение  Пенообразующая Устойчивость,
способность, %
%
Контрольный
460
78,49
1,2
460
87,83
Пеностром
1,3
460
100,00
1,4
460
100,00
1,5
460
96,81
Контрольный
460
80,23
1,2
460
84,88
Ареком
1,25
460
100,00
1,5
460
97,83
6
Удельная прочность бетонов
ТБ – тяжелый бетон (М400); ВПБ – высокопрочный бетон (≥ М600);
ОВПБ – особовысокопрочный бетон (≥ М1000); ЛБ – легкий бетон
(М250); ВПЛБ – высокопрочный легкий бетон (≥ М400)
7
Портландцемент
ПЦ500 Д0
Наномодифицированые
полые микросферы
(стеклянные или
алюмосиликатные)
Наполнитель
Вяжущее
Наноразмерный
модификатор
Комплексный
модификатор на
основе золь
гидроксида железа
Состав
наномодифицированного
высокопрочного легкого
бетона
Добавки
Минеральная часть
Полидисперсные
минеральные
компоненты
Вода
• Пластификатор
• Другие
9
Мировой опыт создания прочных легких бетонов
Средняя
плотность,
кг/м3
Удельная
прочность,
МПа
Год
Страна
Прочность
при сжатии,
МПа
1999
Кувейт
22
1520
14,4
2002
Германия
14…25
1800
7,5…15
2003
Бразилия
40…50
1450…1600
24,5…30,5
2003
Турция
30…40
1800…1860
16,1…22,2
2004
Япония
47…54
1800…1850
27,5…30,0
2007
Россия
46…61
1800
25,5…33,8
2007
Россия
42…48
1600…1650
25,4…28,7
8
Физико-механические свойства ВПЛБ
10
Наномодифицированный высокопрочный
легкий бетон
Увеличение 200х
Увеличение 100х
Кварцевый песок
Микросферы
Кварцевый песок
Микросферы
Свойства:
–
–
–
–
–
Средняя плотность – 1300…1500 кг/м3
Прочность при сжатии – 40…65 МПа
Удельная прочность – 35…55 МПа
Коэффициент теплопроводности – не более 0,6 Вт/(мК)
Удельная теплоемкость – 0,8…1,15 кДж/(кг∙К)
11
Конкурентные преимущества
 низкая средняя плотность, позволяющая уменьшить вес изделий
(конструкции, сооружения);
 высокая прочность, обеспечивающая конструкционные качества;
 низкая теплопроводность, снижающая теплоизоляционные затраты.
Башня Петронас
Экономия металлической арматуры
Малайзия, Куала-Лумпур
ВПЛБ
s 
525 м – 123 этажа
375 м – 88 этажей
ВПБ
b 
2
b
 40k0 
20k0b
2 2
40 k0
Экономия бетона
 0 k0  1
b 
2
s  0 k 0  s 0
Экономический эффект – не менее 30%
Экономический эффект – 44,5
%
12
Область
применения наномодифицированного
высокопрочного легкого
бетона
13
ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет»
Научно-образовательный центр «Нанотехнологии»
Единственным
пределом
наших
завтрашних свершений станут наши
сегодняшние сомнения.
Франклин Рузвельт
www.nocnt.ru, тел. (499) 188-04-00