НАНОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПОДХОД ПРИ РАЗРАБОТКЕ
НОВОГО ТИПА КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

В последнее время, в связи с углублением знаний о строении и функционировании природных объектов на молекулярном уровне, наметилась тенденция разработки общетеоретического подхода к получению и использованию искусственных материалов с наноразмерной структурой. В связи с тем, что в интервале наноразмеров задаются основные характеристики веществ, явлений и процессов, нанотехнологический подход позволяет целенаправленно регулировать свойства объектов на молекулярном уровне, определяющем их фундаментальные параметры. Поэтому актуальным является разработка физико-химических и технологических принципов создания новых строительных материалов на основе нанотехнологического подхода путем направленного формирования структуры, оптимизации физико-химических основ технологии производства и проектирования оптимальных технологических процессов. В основе создания таких технологий лежит принцип формирования структуры материалов с использованием в качестве вяжущего компонента высококонцентрированной керамической вяжущей суспензии (ВКВС).

Использование нанотехнологий позволяет направленно регулировать структуру композиционных материалов в процессе их изготовления. Однако, использование нанообъектов в существующих технологиях сопряжено с технологическими трудностями, заключающимися в следующем. По мере достижения частицами размеров, близких к наноуровню, значительно снижается плотность их упаковки, получение плотного материала сопровождается большими усадками (50–60 % по объему). Более оптимальным вариантом, с технологической точки зрения, можно считать наличие в системах небольшого (оптимального) содержания наночастиц. Так, в системе ВКВС формируются порядка 1-3 % частиц наноразмерного уровня при механохимической активации исходных материалов. Наличие в ВКВС наночастиц оказывает комплексное положительное влияние. Последнее касается как микроструктуры и технологических аспектов производства ВКВС, так и технико-эксплуатационных характеристик получаемых на их основе материалов.

В Белгородском государственном технологическом университете успешно ведутся исследования по возможности использования ВКВС в производстве строительных материалов. Итог этих исследований: разработка целого ряда строительных материалов с улучшенными эксплуатационными характеристиками, полученные по традиционным технологиям; а так же создание новой технологии производства строительных материалов. В частности, разработаны модельные системы композиционных материалов на основе ВКВС. Рассмотрена роль заполнителей в формировании заданных характеристик композиционных материалов. Исследуются процессы формования и особенности межфазных взаимодействий при структурообразовании композиционных материалов на основе ВКВС. Изучается влияние состава и структуры разрабатываемых композиционных материалов на их физико-механические характеристики. Направленное формирование структуры новых материалов на основе нанотехнологии, оптимизация физико-химических основ технологии производства и проектирование оптимальных технологических процессов требует детального изучения закономерностей и кинетики структурообразования дисперсных систем в ходе их технологической переработки и применения.

Рассмотрена также возможность получения автоклавных силикатных материалов с применением ВКВС тонкомолотого кварцевого компонента.

Предполагается в технологии производства автоклавных силикатных материалов применять раздельный помол извести и песка, что наилучшим образом сказывается на готовом продукте.

В настоящее время изучение свойств строительных материалов, образованных структурными элементами наноуровнего размера только развивается. Это связано с тем, что изменения характеристик материалов обусловлены не только уменьшением размеров структурных элементов, но и проявлением квантомеханических эффектов, волновой природой процессов переноса и доминирующей ролью поверхности раздела фаз. систем. Но самым важным фактором, оказывающим влияние на неоднозначность наносистем в строительном материаловедении является полиминеральность и полигенетичность сырьевых характеристик.