Фото: ТАСС
Фото: ТАСС

Дешевле, легче, прочнее. В Петербурге разработали нанобетон с уникальными характеристиками

974
Мария Шевлягина
6 декабря 2018, 11:20

Сотрудники петербургского Политеха под руководством профессора Андрея Пономарева создали нанобетон с уникальными, как уверяют разработчики, характеристиками.

Материал уже используют при возведении некоторых объектов промышленного и гражданского назначения — как в России, так и за рубежом. Например, при возведении мостов (в Кирове и Кимрах), а также ряда объектов во Франции. Сколько стоит новая технология и найдет ли она массовое применение, разбирался "ДП".

Что такое нано и кому оно нужно

Обычный бетон состоит из четырех компонентов: цемента, воды, песка и щебня. Самый популярный при строительстве жилых домов — раствор класса В25, 1 м2 такого материала должен выдерживать вес более 3 т. При реализации нетиповых проектов, например высотных зданий, используют более прочные марки. Так, при строительстве "Лахта центра" использовался бетон класса В40 (должен выдерживать больше 5 т на 1 м2). Еще одна величина, которая определяет качество бетона, — морозостойкость, она выражается в количестве переходов через нулевую температуру. Бетон класса F300 должен выдержать 300 циклов таких переходов, долговечность этого бетона составит около 100 лет.

Проектировщики при строительстве домов и дорог выбирают бетон не только по этим параметрам, но еще и по весу и плотности материала. Вот тут, казалось бы, и должен потеснить конкурентов материал с приставкой "нано". Тем более что отечественные разработки в этом направлении ведутся достаточно давно и с учетом зарубежного опыта.

В конце 1990–х годов глава одной из петербургских компаний Андрей Пономарев синтезировал и наладил производство углеродных тороподобных наночастиц астраленов, которые представляют собой порошок из наноуглеродов. Тогда же ученый–предприниматель заметил эффект: при добавке этого вещества в бетон его прочность вырастает на 40%. За следующие 10 лет в ЗАО "НТЦ прикладных нанотехнологий" создали серию нанобетонов и модификаций пластификаторов для бетона (это жидкие и сухие добавки, которые снижают уровень воды в материале и облегчают его укладку).

А потом профессор Пономарев, который уже давно преподавал в Политехе, стал привлекать к работе молодых ученых: аспиранты и сотрудники Политеха с 2008 года изучают такие материалы и принимают участие в их разработке.

В России помимо астралена была изобретена еще одна наночастица со схожей структурой — углерон. Обе эти наночастицы относятся к частицам фуллероидного типа, открытие которых произошло не так давно — в 1984 году. А в 1996–м сразу два американских ученых и их британский коллега получили за выделенные фуллерены Нобелевскую премию по химии.

Интерес к улучшению бетона и бетонных смесей проявляют как российские, так и зарубежные предприниматели. Международный концерн MC–Bauchemie, у которого в России открыты производства сухих строительных смесей, создал в Петербурге свой центр бетонных технологий, сотрудники которого также изучают и развивают технологии производства этого стройматериала.

Экономия? В перспективе!

При погружении наночастиц в бетон вокруг них начинают расти пространственные связи, запускается процесс самоармирования бетона. А если в бетон добавить легкие заполнители, то вообще эффект "два в одном": бетон становится одновременно и легче, и прочнее более чем на 30%. А пластифицирующий эффект вообще может увеличиваться до 100%.

Как и любая инновация, материал с приставкой "нано" дороже обычного, но обещает экономию денег в перспективе. Кроме того, производство нанобетона совместимо с уже представленной на рынке техникой, уверяют ученые. А ведь при появлении на рынке нового продукта так бывает далеко не всегда.

Разработанный сотрудниками ЗАО "НТЦ прикладных нанотехнологий" нанобетон прочнее того, что сейчас предпочитают использовать строители жилых зданий, уверяют в компании. Однако он и дороже массового продукта: рыночная цена В25 составляет около 5 тыс. рублей за 1 м3, а стоимость нанобетона — около 20 тыс. рублей. Новый материал экономичнее: при его применении, например, расход цемента снижается на 25% (за счет уменьшения толщины конструктивных элементов). Сравнительный анализ, проведенный сотрудниками НТЦ, показал, что при строительстве монолитных многоэтажных зданий нанобетона необходимо в 1,5 раза меньше, чем обычного. Помимо этого снижается расход пластификатора — более чем на 60%, расход арматуры — на 30%. Опять–таки, застройщик экономит еще и на фундаменте (его стоимость обычно составляет порядка 40% от всей цены здания) — из–за снижения веса монолитной конструкции в 1,5 раза.

Ложка дегтя в меде нанотехнологий

Ученые уверяют, что заводам не нужно приобретать новую технику для производства нанобетона.

"Растворно–бетонный узел включает в себя три силоса: для песка, цемента и щебня. При производстве нанобетона не нужен щебень — в этот контейнер можно погрузить наши сухие смеси из готовых добавок. Все компоненты смешиваются вместе — в масштабах растворного узла происходит тот же самый процесс, поэтому здесь подойдет и технология обычного производства", — отмечает ведущий инженер НТЦ Александр Рассохин.

Некоторые участники строительного рынка не согласны с благостной картиной. "При производстве нанобетона обязательно потребуется отдельный смеситель, за который клиенты, возможно, не захотят платить, если узнают стоимость переделки технологии", — уверен коммерческий директор архитектурного бюро "Тикканен" Вячеслав Засухин.

Он вспоминает негативный опыт попыток массового производства нанобетона. "Завод "Мортон–Бетон", в который "РОСНАНО" вложило 9 млрд рублей, хотел производить нанобетон, но что из этого получилось — пока не известно. Больше про нанотехнологии мы не слышали, фантазии у всех закончились", — говорит Вячеслав Засухин.

ЗАО "НТЦ прикладных нанотехнологий" в состоянии ежемесячно производить по 400 т нового материала — эти объемы используются в рамках ремонтов и строительства элементов мостов в разных уголках России. Нанобетон уже лежит в виде дорожной плиты на мосту через Волгу, материал использовался при реконструкции моста через реку Вятку недалеко от Кирова. Также часть элементов мостов в Твери сделана из нового бетона.

Скептики парируют: даже в Европе до сих пор не разработаны нормативы по использованию этих материалов. И в России нормативная база не поспевает за научной мыслью. Именно это и тормозит внедрение разработок в жизнь, особенно в гражданском строительстве.

"К сожалению, наша страна пока отстает в области практического внедрения нанотехнологий в строительной сфере от США, Японии, некоторых стран Европы. Там основной вклад в прикладные исследования вносят крупные научные центры, наши же строительные компании не могут в одиночку профинансировать научные исследования. Необходима кардинальная модернизация материальной базы исследований, создание доступной инфраструктуры как для разработчиков, так и для потребителей новых строительных материалов и технологий", — отмечают представители НТЦ.

На рынке бетона очень много компаний, которые перекупают бетон и подменяют марки. Ко многим небольшим организациям из–за этого есть ряд вопросов, поэтому строители стремятся выбирать крупных производителей. Зачастую, заказав один бетон, получаем другой — и как в такой системе убедить строителя купить бетон не за 4,5 тыс., а за 24 тыс. рублей? На этом рынке очень мало доверия. Когда эта технология широко выйдет на рынок — тогда, возможно, система поменяется. Для малоэтажного строительства сегодня нанобетон тоже малоприменим — потому что необходимы новые расчеты для строительства. Это дорогостоящая процедура. Да и к частному (индивидуальному) строительству она пока, к сожалению, тоже малоприменима.
Ксения Татуревич
Ксения Татуревич
заместитель генерального директора ООО «ЮниСтройТорг»
Физико–механические свойства бетонов и методы их определения строго гостированы, но ограничения накладываются только на некоторые предельные моменты составов и на содержание вредных примесей. Так что наночастицы можно применять и сегодня, так как ни один из известных нанокомпонентов не попадет ни под одно из имеющихся ограничений — вопрос состоит только в технико–экономическом обосновании их использования. Сама приставка «нано» довольно популярна, однако на рынке давно существуют классические добавки, которые исторически не называются «нано», но тоже работают на наноуровне. Существует множество технологий достижения прочности уже далеко за 100 МПа, при этом гарантированно работающих, что проверяется типовыми методами испытаний
Иван Баталов
Иван Баталов
директор службы продаж концерна MC–Bauchemie, Санкт–Петербург