Шунгиты

Шунгит – уникальный природный наноматериал. Он необычен по происхождению, структуре углерода и пород, входящих в его состав. Шунгитовый углерод – это окаменевшая древнейшая нефть, или аморфный, некристаллизующийся, фуллереноподобный углерод. Содержание этого углерода в породе около 30 %, а остальное составляют силикатные минералы – кварц, песок (прил. 8).

Шунгитовый углерод образует в породе матрицу, в которой равномерно распределены дисперсные силикаты со средним размером около 1 мкм.

Уникальные свойства шунгита объясняются двумя факторами:

1. Свойствами шунгитового углерода.

2. Структурой породы, т.е. взаимоотношением углерода и силикатов.

Месторождение шунгита находится около поселка Шуньга в Кареллии рядом с Онежским озером. (Сейчас здесь добывается около 200 тысяч тонн шунгита в год, а запасы его составляют 35 млн. тонн).

В 1714 году император России Петр 1 основал в этих краях курорт «Марциальные воды», в котором лечились раненые и больные солдаты. По легенде, учитывая антисептические свойства шунгита, Петр 1 приказал солдатам носить в ранцах кусочки его для обеззараживания воды в полевых условиях.

Шунгит имеет следующие замечательные свойства:

1. Обладает высокой активностью в окислительно – восстановительных процессах, поэтому используется в производствах: доменном, ферросплавов, фосфора, карбида и нитрида кремния, наполнителей красок.

2. Имеет высокие сорбционные и каталитические свойства: применяется для очистки сточных вод от нефтепродуктов, пестицидов, фенолов и других химических загрязнений.

3. Обладает электропроводящими свойствами, поэтому применяется для изготовления электропроводящих красок, бетонов и асфальтов, позволяющие создавать теплые стены тротуары и дороги, обеспечивать удаление льда с дорог и др.

4. Воды, выходящих из шунгитовых толщ, обладают биологической активностью и используются для лечения дерматологических, аллергических и сердечно – сосудистых заболеваний, астмы, заболеваний печени и поджелудочной железы и многих других болезней.

Нанобетоны и наноасфальты

На основе новых технологий создаются современные строительные материалы, так для дорожного строительства создан нанобитум, а для изготовления фундаментов и ограждающих конструкций – нанобетон.

Основные технологические способы использования наноструктур при производстве бетона:

• диспергирование, измельчение и др.;

• объединение атомов, конденсация, «золь- золь» и др.;

• применние природных фуллеренов (шунгиты).

При домоле портландцемента увеличивается доля вещества, вступающего в реакцию с водой. У обычного портландцемента, удельная поверхность составляет 3000 см² на 1 грамм, в реакцию вступает лишь третья часть объема частиц, а оставшаяся часть (2/3) является инертным наполнителем. У домолотого цемента частицы реагируют с водой уже на 80…90 % их объема.

Следовательно, для приготовления раствора домолотого цемента потребуется меньше, а прочность бетонных изделий будет выше. Проблема домола цемента решена использованием планетарных мельниц. Эта мельница имеет большое число валков малого диаметра, вращающихся вокруг двух опорных валков большего диаметра. В США, несмотря на отсутствие дефицита цемента, домол его проводится в больших масштабах.

Более сложная технология «золь- золь». К цементу добавляется до 20% минеральной добавки доменного шлака, создающего наночастицы оксида кремния в бетоне, которые способствуют сокращению количества пор в бетоне и заполнению их частицами золя и продуктами химических реакций.

Эффективное направление – добавление в бетон нанодисперсных модификаторов. Так введение микрокремнезема, образующего как отход при производстве кремния и ферросилиция, или полученного из геотермальных вод, или из сточных вод гальванического производства при обработке их известью, позволяет экономично (из отходов) улучшить качество бетона. Имеются положительные результаты исследований по использованию отходов сахарного производства в изготовлении нанобетонов.

Применение модификаторов позволяет создать бетоны и строительные смеси различного функционального назначения с широким спектром заданных свойств. Стало возможным создание порошковых бетонов прочностью 500…600 МПа, т.е. на порядок превосходящие обычные бетоны. Прочность бетонов на растяжение доведена до 70…80 % от прочности их на сжатие против имеющих 10…15% у обычных бетонов.

Модифицирующие добавки к строительным растворам использовались в России уже в ІХ…Х веках. При возведении кирпичных стен церковных сооружений строители добавляли в известковый раствор органический модификатор – белок куриных яиц. Белок – это высокомолекулярное органическое вещество, построенное из 20 аминокислот, совместно с неорганическим веществом (известью) создает прочный, морозостойкий и долговечный слоя кладки.

При строительстве дорог из Нижнего Новгорода в республики Марий - Эл и Чувашию вместо обычного асфальта на строительство дороги пошел специально измельченный щебень, цемент и битум, измененный на молекулярном уровне. Слой нового асфальта толщиной всего несколько миллиметров способен защищать дорожное полотно при температурных колебаниях до 100 градусов. В обычном асфальте неизбежны микротрещины; вода, поступившая в них в сырую погоду, при последующем замораживании превращается в лед и поэтому происходит микроразрыв асфальта. Наноасфальт все эти щели закрывает, поэтому нет разрушения дорожного покрытия, и срок службы нового асфальтового покрытия без ремонта составляет не менее 7 лет.

Прочность бетона, изготовленного по нанотехнологии на порядок выше обычного бетона.