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.