Модифікація в’яжучих та бетонів шляхом нанотехнологій. Огляд досягнень

Abstract

UK: Стаття містить огляд досліджень, щодо застосування наночастинок та нанотехнологій у виробництві різноманітних будівельних матеріалів, зокрема, бетонів та в’яжучих. Наведено історичні приклади застосування нанотехнологій та позитивний вплив наночастинок на властивості різноманітних матеріалів, що застосовувалися задовго до того, як учені змогли пояснити походження незвичних властивостей цих матеріалів; сформульовано необхідність появи нормативної бази та будівельних матеріалів із поліпшеними властивостями для зведення унікальних будівель та споруд; проведено аналіз існуючих способів модифікації в’яжучих речовин та матеріалів на їх основі та наведено пропозиції щодо подальших досліджень у сфері використання наночастинок у бетонах.

RU: Выполнен обзор исследований по применению наночастиц и нанотехнологий при производстве различных строительных материалов, а именно, бетонов и вяжущих. Приведены исторические примеры применения нанотехнологий и положительного влияния наночастиц на свойства разнообразных материалов, которые применялись задолго до того, как ученые смогли объяснить происхождение необычных свойств этих материалов; сформулирована необходимость появления нормативной базы и строительных материалов с улучшенными свойствами для возведения уникальных зданий и сооружений; проведен анализ существующих способов модификации вяжущих веществ и материалов на их основе и представлены предложения относительно дальнейших исследований в сфере использования наночастиц в бетоне. Целью статьи является систематизация результатов существующих исследований, которые касаются применения наночастиц и нанотехнологий при производстве разнообразных строительных материалов, а именно вяжущих и бетонов на их основе, для формулирования состояния вопроса и выделения малоизученных участков, которые сдерживают внедрение нанотехнологий в сферу бетонного производства. Выводы: основная масса выполненных исследований направлена на разработку составов наномодифицированных бетонов, которые имеют улучшенные свойства по сравнению с обычными (нормативными) бетонами. Эти исследования выполняются для определения потенциальных возможностей нанобетона разнообразного назначения. Однако остаются малоизученными вопросы, которые связаны с поиском оптимального способа изготовления и области применения (массовое или индивидуальное использование) нанобетона, а также экологических рисков применения такого бетона. С научной точки зрения, дальнейшего детального изучения требуют процессы структурообразования бетона, содержащего наночастицы, и поиск взаимосвязи между свойствами, количеством или другими характеристиками наночастиц, которые вводятся в состав бетона, и свойствами непосредственно готового искусственного камня.

EN: The article provides a review of research on the use of nanoparticles and nanotechnology in the production of various building materials, namely concrete and binders. The article provides historical examples of the use of nanotechnology and the positive effect of nanoparticles on the properties of various materials, which were used long before scientists could explain the origin of the unusual properties of these materials; formulated the need for the emergence of a regulatory framework and construction with improved properties for the construction of unique buildings and structures; the analysis of existing methods for modifying binders and materials based on them is made and proposals for further research in the use of nanoparticles in concrete are presented. The aim of the article is to systematize the results of existing studies that relate to the use of nanoparticles and nanotechnology in the production of a variety of building materials, namely binders and concrete based on them, to formulate the state of the issue and highlight poorly studied areas that hamper the introduction of nanotechnology in the field of concrete production. The studies and results described in the article allow us to draw the following conclusions: the bulk of research is aimed at developing compositions of nanomodified concrete, which have improved properties compared to conventional (normative) concrete. These studies are carried out to determine the potential capabilities of nano-concrete for various purposes. However, there are poorly studied issues related to the search for the optimal manufacturing method and field of application (mass or individual use) of nanoconcrete, as well as environmental risks of using such concrete. From a scientific point of view, further detailed study requires the processes of structure formation of concrete containing nanoparticles and the search for the relationship between the properties, quantity or other characteristics of nanoparticles that are introduced into the concrete and the properties of the directly prepared artificial material.