Нанотехнологии в строительстве. — Как сделать самому?
За последние годы нанотехнологии стали причиной настоящего прорыва во многих сферах нашей жизни, начиная телекоммуникациями и заканчивая медициной. Так что было странно, если бы им не попытались найти применение в строительстве. Сейчас в Европе, США, Японии и Китае уже более 20% компаний-застройщиков активно используют в своей деятельности материалы, полученные с применением нанотехнологий. В связи с этим интересно посмотреть на «наноарсенал» зарубежных девелоперов и проанализировать возможности применения подобных инноваций в российской строительной отрасли.
Материалы будущего прямо сейчас
Использование нанотехнологий позволяет придавать традиционным строительным материалам небывалые прежде свойства. Одним из актуальных направлений разработок является применение ультрадисперсных, наноразмерных частиц для создания высокопрочных и долговечных бетонов. Работы здесь проводят крупнейшие европейские компании — «Зика» (Швейцария), BASF (Германия), «Майти» (Япония), «Элкем» (Норвегия). Согласно расчетам, бетон с применением наночастиц имеет срок службы до 500 лет. Эти материалы предназначены для строительства большепролетных мостов, небоскребов, защитных оболочек атомных реакторов и т. п.
Благодаря исследованиям ученых в области наномодификации металлов и сплавов была получена высокопрочная сталь, не имеющая аналогов по показателям прочности и вязкости. Этот материал идеально подходит для возведения разного рода дорожных и гидротехнических объектов. А композитные и полимерные нанопокрытия стальных конструкций многократно повышают их коррозионную стойкость и увеличивают срок службы даже в агрессивных средах.
«Создание новых конструкционных материалов для нужд строительной индустрии — это важная и актуальная задача. На данный момент строители уже применяют большое количество современных материалов, созданных с использованием нанотехнологий. Это и теплоизоляционные материалы, и новые краски, лаки, эмали, и многое другое. Отдельного внимания заслуживают конструкционные композиты — это широкий класс конструкционных материалов с полимерной, металлической или керамической матрицей. Типичным примером композитов являются углепластики — композиты с полимерной матрицей и углеволокнами», — отметил на онлайн-конференции «Применение нанотехнологий в строительстве» Сергей Калюжный, директор Департамента научно-технической экспертизы ГК «Роснано».
В 1990-е гг. немецким ботаником Вильгельмом Бартлоттом был открыт «эффект лотоса». Он заметил, что лепестки цветка покрыты воскообразным веществом, которое вырабатывается в железах растения и делает его совершенно неуязвимым для воды. Китайские ученые попытались сымитировать этот эффект с помощью нанопокрытия, которое использовали при возведении здания Большого национального театра в Пекине. Огромный яйцеобразный купол из стекла и титана благодаря этому покрытию не смачивается осадками и не подвержен загрязнению.
По мнению экспертов, наибольшим спросом в строительной отрасли в ближайшем будущем будут пользоваться такие материалы с применением нанотехнологий, как фасадные водонепроницаемые краски.
«Перед тем, как использовать новые материалы, созданные с использованием нанотехнологий, специалисты проводят целый ряд испытаний, чтобы проверить полученные учеными материалы на прочность, износостойкость, узнать эксплуатационные показатели, — говорит Владимир Николаенко, заместитель начальника производственно-технического отдела СК «КварталСтрой». — Ведь то, что создано в лабораторных условиях, далеко не всегда может подойти к использованию в реальной жизни. Поэтому так важно взаимодействие тех, кто изобретает, и тех, кто применяет на практике. Но уже сейчас, благодаря смелым идеям ученых, есть большой прорыв в области строительства. Например, использование нанотехнологий позволит строить дома, которые смогут простоять 300-400 лет».
Наноэкономия
Еще одно актуальное направление использования наноматериалов в строительстве — это энергосбережение. Так, полупрозрачные нанопокрытия, разработанные в Шанхайском центре науки и нанотехнологий, могут накапливать солнечную энергию. Эти пленки наносятся на окна и стены зданий, придавая им стильный вид и одновременно работая как солнечные батареи, тем самым снижая расходы на электроэнергию.
Интересные свойства имеют прозрачные наногели (аэрогели), открытые еще в начале ХХ века американским ученым Сэмюэлем Кистлером в Тихоокеанском колледже в Стоктоне (штат Калифорния). Эти материалы обладают высокими тепло — и звукоизоляционными характеристиками, и сейчас их активно используют в энергосберегающих кровельных системах верхнего света.
Стоит упомянуть и инновационное покрытие Cool-Colors для защиты цветных окон из ПВХ от инфракрасного (теплового) излучения. Благодаря особым пигментам эта пленка отражает до 80% инфракрасных лучей и препятствует перегреву конструкций.
«Если в ясный, солнечный день на улице +25°С, то цветные окна нагреваются в среднем до +50°С. Перегрев светопрозрачной конструкции под лучами солнца может привести к деформации рамы и, как следствие, к разгерметизации оконной системы», — рассказывает Лев Минуллин, директор по развитию компании PROPLEX (первого российского разработчика и крупнейшего производителя оконных ПВХ-систем по австрийским технологиям).
Инновационная пленка защищает окна и само помещение от перегрева, тем самым продлевает срок службы конструкции и снижает затраты электроэнергии на кондиционирование жилья. Используя данную пленку, компания PROPLEX выпускает сегодня ПВХ-профиль шести оттенков, среди которых — махагони, золотой и болотный дуб.
Подобное инновационное покрытие компания PROPLEX применяет и для изготовления оконных систем оттенка «серебристый металлик». Цветная пленка, наносимая на профиль при ламинации, придает будущей раме визуальный 3D-эффект. Он достигается за счет особого компонента покрытия — бриллиантовых красок. Их отличает насыщенный и чистый колер, а также способность изменять цвет в зависимости от угла освещения. Благодаря этому пленка воссоздает шлифованную металлическую поверхность и имитирует серебро, а раме готового окна придает трехмерный (3D) эффект.
Кроме того, при использовании бриллиантовых красок на поверхности пленки образуются микропоры, и покрытие на ощупь напоминает шагрень. Поэтому в ходе ламинации пленка полностью покрывает сложные по геометрии ПВХ-профили, повторяя их формы.
Нанотехнологии в России
Несмотря на то, что в нашей стране тема нанотехнологий популярна как никогда, реальных достижений в этой области пока немного. Дело в том, что за рубежом основной вклад в прикладные разработки в строительстве вносят научные подразделения промышленных корпораций, разработки которых базируются на исследованиях крупных научных центров. Российские строительные компании не в состоянии финансировать научные исследования в одиночку. Именно для финансирования подобных прикладных проектов в области нанотехнологий в 2007 году была создана госкорпорация «Роснано».