Системы твердения (ст) для конструирования и синтеза структур строительных композитов

Тип СТ	Гидратационно-синтезные		Гидротермально-синтезные	Термально-синтезные
Вид СТ	Мономинеральный	Полиминеральный	Полиминеральный	Мономинеральный
Технология синтеза	Золь-гель	Золь-гель	Гидротермальный синтез	Термальный синтез
Прекурсоры д 13 ля синтеза СТ	Известь	Портландцемент	Основный и кислотный оксид	Основный оксид
Состав СТ	Портландит	Гидросиликаты и гидроалюминаты кальция, гидрогранаты, гидросульфоалюминаты кальция	Гидросиликаты и гидроалюминаты кальция, гидрогранаты, гидросульфо- алюминаты кальция	Твердые растворы на основе индивидуальных оксидов
Получаемый строительный композит	Портландит-карбонат-кальциевые и портландит-алюмосиликатные	Цементные бетоны	Плотный и ячеистый силикатный бетон	Конструкционная и функциональная нанокерамика

При этом «нано» в структуре строительных материалов:

• охватывает наноразмерный, субмикроразмерный, микроразмерный масштабные уровни структуры твердой фазы и порового пространства систем твердения и систем композитов;

• раскрывается через размерно-геометрические и связанные с ними энергетические критерии состояния твердой фазы и порового пространства получаемых систем твердения и систем композитов;

• реализуется в явлениях и процессах эволюционного маршрута формирования твердого состояния;

• выражается в наномодифицировании структуры твердой фазы и порового пространства систем твердения и систем композитов с целенаправленным изменением конструкционных и функциональных свойств последних;

• обеспечивает повышение эффективности технологий по критериям Е, , R.

Стоит отметить, что в композиционной структуре конгломератных строительных материалов выделяются два типа структур по признаку происхождения (генезису): первый из них, относящийся к макро-, мезо- и микроструктуре, является результатом сложения готовых зернистых частиц; второй из них, относящийся к микро-, субмикро- и наноструктуре, является результатом синтеза частиц в эволюционном маршруте их образования. Оба типа структур в их генезисе интегрированы в композите.

Генезис (формирование) первого типа структуры осуществляется по концепции и основаниям механики зернистых сред; при этом одновременно может реализоваться нанотехнологический принцип «сверху – вниз» с соответствующими наномодифицирующим эффектами.

Генезис второго типа структуры осуществляется по концепциям и основаниям механизмов конденсации, который реализуется в рамках действия нанотехнологического принципа «снизу – вверх», предопределяющего эффекты наномодифицирования в эволюционном маршруте формирования твердого состояния.

Основными принципами нанотехнологии являются: принцип «нано» «сверху – вниз», реализуемый в технологиях строительных материалов, основывается на использовании явления изменения энергетического состояния структуры и соответственно физической и/или физико-химической активности поверхностных и внутренних объемов частиц твердого вещества по мере их измельчения механическими или физическими способами; принцип «нано» «снизу – вверх», реализуемый в технологиях строительных материалов, основывается на управлении явлениями конденсации в эволюционном маршруте формирования твердофазного состояния вещества в гидратационных, гидротермально-синтезных, термально-синтезных системах твердения.

Арсенал нано, реализуемый в принципах «сверху – вниз» включает: механохимическую активацию вещества при диспергировании исходных компонентов сырьевых смесей; физико-химическую активацию при высокотемпературной обработке компонентов смеси; принудительном силовом компактировании частиц компонентов смеси и др.

Арсенал нано, реализуемый в принципах «снизу – вверх» включает: средства регулирования растворимости компонентов и степени насыщения системы катионами и анионами; приемы изменения скорости конденсации и кристаллизации посредством тепловых или других физических воздействий; приемы изменения пространственно – геометрической обстановки в системе путем введения добавок наномодификаторов, например, наночастиц как с родственным, так и не родственным кристаллохимическим строением синтезируемым соединениям; приемы изменения состояния поверхности твердых частиц при применении добавок поверхностно-активных веществ и др.

Таким образом, системность действия принципов «сверху – вниз» и «снизу – вверх» в нанотехнологии строительных материалов заключается в следующем:

1) принципы действуют в рамках своих законов, но в едином процессе структурообразования и формирования твердого состояния материалов;

2) эффекты действия принципов в нанотехнологии сочленяются и налагаются – от принципа «сверху – вниз» это выражается в роли и влиянии явления механохимической метаморфизации структуры исходных компонентов (по Аввакумову-Ходакову и др.); а от принципа «снизу – вверх» – в роли и влиянии явления стереохимической и топохимической «памяти» (по Бокию, Белову, Мамедову, Олейникову и др.);

3) принцип «сверху – вниз» выполняет прекурсорную (подготовительную) роль, обеспечивая активацию исходных компонентов сырьевых смесей в нанотехнологиях; эволюционный маршрут формирования наноструктуры твердой фазы по принципу «снизу-вверх» развивается в рамках действия этой роли;

4) принципы «сверху – вниз» и «снизу – вверх» действуют в системном единстве и их «присутствие» в нанотехнологии строительных материалов является объективным фактом;

5) разработка технологии наномодифицирования структур систем твердения и строительных композитов должна исходить из системного единства действия принципов «сверху – вниз» и «снизу – вверх».

Также стоит выделить основные наноконцепции в современной технологической платформе получения композитов:

• выбор средств из арсенала «нано» для управления эволюционном маршрутом формирования твердого состояния при наномодифицировании структуры композита;

• организация кинетики процессов эволюционного маршрута;

• определение условий и возможностей получения эффектов по критерию скорости процессов наномодифицирования, времени их завершения , энергоемкости технологии Е_нт при обеспечении уровня качества композита R;

• решение оптимизационной задачи повышения эффективности гетерогенного процесса наномодифицирования структуры композита по критериям E_нт, , R;

• разработка и реализация регламента технологии наномодифицирования структуры композита с учетом задач повышения эффективности производства по критериям E_нт, , R.