3.2. Проблема рациональной дозировки и способов введения

нанодобавок в технологические смеси

При применении наноразмерных частиц в качестве модификаторов структуры бетонов следует учитывать возможные негативные последствия и побочные эффекты их влияния на структуру и свойства бетонов. Они могут быть следствием неверного выбора субстанции добавок и/или их передозировки. Так, чрезмерно высокая дозировка, например, наноразмерных частиц кремнезема может привести к «отравлению» системы, значительному замедлению процессов гидратации и твердения. Это может объясняться большой реакционноспособной площадью их поверхности, высокой химической активностью, что создает условия для химического связывания воды затворения кремнеземом в малорастворимые кристаллогидраты и, соответственно, в таком случае возможно формирование дефицита воды для процессов гидратации минералов цемента.

Проблемным вопросом применения наноразмерных частиц в технологии бетона является способ их введения в смесь, поскольку равномерно распределить по объему бетона наночастицы, особенно в порошковом виде, является чрезвычайно сложной задачей, в том числе и потому, что, например, в 1 кг наночастиц кремнезема размером 5 – 20 нм число частиц достигает астрономических величин - 10¹⁹.

При выборе способа введения следует учитывать два принципиально возможных варианта модифицирования структуры цементных бетонов наноразмерными частицами: в первом предварительно синтезируются наноразмерные частицы задаваемых субстанций и размеров и вводятся затем в сырьевую смесь; во втором – в твердеющей системе целенаправленно выращиваются необходимые для модифицирования структуры наноразмерные частицы. И здесь, как говорится, проблем нет. Второй вариант создает условия для реализации эффекта самоармирования материала нитевидными новообразованиями с формированием микрокомпозиционного материала, «насыщенного» весьма совершенными, стойкими в среде цементного камня и высокопрочными длинномерными кристаллами [30].

В случае же предварительного синтеза наноразмерных частиц, например, в виде порошка, в виде порошка (хризотил, синтезированный гидротермальным способом, углеродные сферы и трубки) для их введения в смесь требуется сначала получить устойчивую слабоконцентрированную водную суспензию, возможно с применением ПАВ, а затем эту суспензию вводить в смесь при перемешивании. Такой путь является технологически сложным и требует дополнительного технологического передела. Между тем существует возможность синтеза наноразмерных частиц сразу в виде водно-солевой суспензии – по золь-гель методу. Этот способ получения наноразмерных частиц химическим путем избавлен от вышеуказанного недостатка.

В рамках технологического аспекта применения наноразмерных модификаторов структуры бетона проблемным также является вопрос о совместимости таких добавок с традиционно используемыми. И здесь можно встретится с эффектами гашения, нейтрализации положительных эффектов от их применения.

Экономический аспект применения наномодификаторов структуры бетона раскрывается в дилемме «затраты - качество». Должен быть получен ответ на вопросы: во сколько обходится (сколько стоит) достигаемый эффект модифицирования структуры и соответствующего повышения качества цементного камня и бетона? В каких случаях экономически целесообразно применение наномодификаторов? Какой уровень стоимости нанодобавок экономически обоснован для конкретных видов бетонов? Ответы на эти вопросы определяются критерием качества бетона, которое характеризуется совокупностью его свойств, а также стоимостью применения нанодобавки. При таком подходе становится понятно, что, во-первых, наиболее целесообразно применение наномодификаторов для особовысокопрочных (80 – 120 МПа) и сверхвысокопрочных (более 120 МПа) бетонов, а во-вторых, предпочтение должно отдаваться нанодобавкам, синтез которых производится по малозатратным технологиям. Среди более чем 10 распространенных методов синтеза наноразмерных частиц наиболее дешевым является химическая золь-гель технология, которая позволяет быстро и относительно малозатратно получать наночастицы в заданных количествах.

На фоне эйфории «Нано» без достаточно должного внимания оказываются вопросы экологии и экологической безопасности. Речь идет о контакте человека с ультрадисперсными порошковыми субстанциями, и в частности, с нанопорошками. Очевидно, что наномодифицирующие добавки к бетону в потребительском виде должны поставляться в виде суспензий, но и при этом существует опасность по последствиям контактов кожи персонала с суспензиями. Поэтому обеспечение требований экологии при применении нанодобавок оказывается принципиальным вопросом.