IV Международный симпозиум по нанотехнологиям в строительстве(NICOM4) проходил 20–22 мая 2012 года в г. Агиос Николаос, Греция. Он собрал 108 участников из 32 стран мира. Наиболее представительными были делегации Испании, США и Германии.
Россия была представлена 5 специалистами из Москвы и Белгорода. Основная тематика симпозиума была сконцентрирована в 11 рабочих секциях:

• использование наночастиц в строительных материалах;
  
• применение фотокатализа на TiO₂ в строительных материалах;
  
• наномеханические свойства цементных материалов;
  
• нанотехнологическое улучшениеконструкционных материалов;
  
• наноматериалы в культурном наследии;
  
• применения наноматериалов в строительстве;
  
• наноструктурированные модифицированные строительные материалы;
  
• современные методы и оборудование для определения характеристик на наношкале;
  
• наномеханическое определение характеристик наноструктур и тонких пленок;
  
• компьютерное моделирование цементов и бетонов на атомной шкале;
  
• проекты в рамках Программы Европейской комиссии NMP-E2B.
  

Этой же тематике отвечали и заслушанные пленарные доклады. Большой интерес у участников симпозиума вызвал доклад «Перспективы развития российского рынка наноматериалов и нанотехнологий в строительстве до 2020 года», представленный на Общей сессии Российской инженерной академией и РОСНАНО. Интернет-журнал «Нанотехнологии в строительстве» являлся официальным информационным партнером Международного симпозиума по нанотехнологиям в строительстве (NICOM4). Организационный комитет NICOM4 вручил изданию Сертификат. Следующий Симпозиум NICOM5 по общему решению участников состоится в 2015 году в Чикаго, США. Оргкомитет предлагал России рассмотреть вопрос о возможности проведения следующего Симпозиума в Москве, но в связи с подготовкой Международной конференции по бетону и железобетону «Бетон и железобетон взгляд в будущее», которая будет проходить в 2014 году на базе РАН, мы решили вернуться к этому предложению позднее.

Прежде всего, необходимо отметить, что с реализацией нанотехнологии в строительном материаловедении понятие материала (включающего наноразмерные объекты, синтезированные извне или в процессе формирования структуры) становится неотличимым от понятия наносистемы – системы, содержащей структурные элементы размером менее 100 нм, определяющие ее основные свойства и характеристики в целом. В указанном определении отчасти уже содержится ответ на поставленный вопрос: реализация приемов контролируемого воздействия на нанообъекты приводит к существенному изменению показателей материала (определяя его эксплуатационные характеристики в целом). Создание наносистем в их классическом представлении не является экономически оправданным на данном этапе внедрения нанотехнологии в строительном материаловедении. Частные показатели свойств могут быть различными, что определяется конкретным методом реализации нанотехнологии. При этом практика свидетельствует, что наиболее значимые результаты могут быть получены на пути синтеза наноразмерных образований в процессе формирования структуры материала. Например, известны материалы на основе взаимопроникающих полимерных сеток, наноструктурированные полимерные композиты, а также наномодифицированные композиты на аморфно-кристаллическом вяжущем, обладающие практически универсальной стойкостью к воздействию агрессивных сред. Введение наноразмерных объектов в строительную композицию также может быть оправдано, но на этом пути неизбежно возникает проблема гомогенизации композиции.

Cвойства строительных материалов весьма многообразны по номенклатуре. Можно выделить некоторые из них, в максимальной степени определяющие параметры возводимых сооружений:

• прочность;
  
• долговечность;
  
• дуктильность, т.е. способность противостоять разрушению в условиях предельных нагрузок. Любые методы воздействия на мезоструктуру строительных материалов с целью ее улучшить или попытки такие методы создать и использовать – это путь к повышению вышеупомянутых характеристик. Поэтому я могу
  

сказать, что новые знания физико-химии мезоструктуры материи вообще и мезоструктур строительных материалов, в частности, приводят к созданию все более качественных и разнообразных строительных материалов, для которых повышение основных свойств на порядок – далеко не предел.

Применение новых знаний физико-химии мезоструктуры материи вообще и строительных материалов, в частности, дает разработчикам в руки мощные инструменты решения задач, которые раньше даже и не мыслилось формулировать. Полный перечень направлений строительного материаловедения, прогресс развития которых уже очевиден, меняется и расширяется очень быстро.
Их перечисление уже сейчас займет немало времени, но совсем кратко:

• новая расширенная гамма строительных композиций на минеральных вяжущих (новые высококачественные композиционные бетоны), в том числе высококачественные легкие конструкционные, легкие и высокопрочные гидроизоляционные композиции, новые эффективные композиции для ядерной энергетики и т.д.;
  
• новые комбинированные конструкционные материалы, одновременно и на минеральных вяжущих, и одновременно с применением полимерных связующих с высоким эксплуатационным ресурсом;
  
• новая нанокомпозитная арматура, высокопрочная и некорродирующая и потенциально недорогая;
  
• новые высокопрочные противовандально-декоративные и антикоррозионно-гидроизолирующие технологичные композиционые покрытия;
  
• методы управления подвижностью и повышением эффективности гиперпластификаторов.
  

Уже несколько устаревший концептуальный обзор по этому поводу опубликован в Инженерно-строительном журнале в 2009 г. [2].

Присутствие в строительном сегменте наноматериалов и нанотехнологий становится все более заметным. Сегодня в совокупном мировом рынке нанопродукции и по объемам, и в денежном выражении строительство «потребляет» до 3% общего рынка наноматериалов, а в отдельных сегментах, например, нанокомпозитах – до 11%, что с учетом «добавленной стоимости» в изделиях, конструкциях, зданиях и сооружениях приводит к возможному объему продаж нанотоваров и наноуслуг на уровне примерно в 95–100 млрд долларов.
К 2015 году объем этого рынка может возрасти до 400 млрд долларов. Детальный анализ и долгосрочный прогноз развития исследований и применения наноматериалов и нанотехнологий в строительстве показывает, что на сегодня заметно выделяются несколько сегментов рыночной активности. Наиболее привлекательные сегменты строительного рынка можно увидеть здесь На первые пять сегментов приходится более 90% от всей нанотехнологической продукции в строительных материалах.

Уважаемая госпожа Дорова!
Внедрение нанотехнологий возможно практически в любой области производства строительных материалов, среди них: производство конструкционных материалов (базальтопластиков, углепластиков), теплоизоляционных материалов, огнестойких кабельных и облицовочных материалов, трубной продукции. Кроме того, ведутся научные исследования в области наномодифицирования бетонов с целью изменения скорости затвердевания, придания им гидрофобных свойств, морозостойкости и повышенной стойкости к коррозии.

Рецептуры и технология производства поливинилхлоридных древесно-полимерных композитов с использованием наномодифицированной древесной муки, где наномодификатор выполняет роль связующего агента(что позволяет значительно увеличитьстепень наполнения полимера древесной мукой) разработаны на кафедре технологии строительных материалов, изделий и конструкций Казанского государственного архитектурно-строительного университета. Разработка (составы и технология) запатентованы. По данной теме в 2011 году по специальности 05.23.05 защищена кандидатская диссертация Бурнашевым А.И. «Высоконаполненные поливинилхлоридные строительные материалы на основе наномодифицированной древесной муки». Более подробно ответ на этот вопрос дан в Интернет-журнале «Нанотехнологии в строительстве» [11].

В конце статьи приведена контактная информация для тех, у кого будут дополнительные вопросы.

По нашему мнению, для исследования свойств наноматериалов с успехом могут быть применены компьютерные модели, основанные на математическом описании закономерностей упаковки частиц, их взаимодействии и других физических явлений, сопровождающих технологические процессы при изготовлении строительных материалов, в том числе с применением методов нанотехнологии.
В настоящее время часто применяемый термин «компьютерное материаловедение» подразумевает под собой современное научно-исследовательское направление – использование информационных технологий как средств автоматизации поиска оптимальных составов композитных материалов с целью их получения с заранее заданными свойствами. В области технологии строительных материалов важнейшим инструментом оптимизации является математическое компьютерное моделирование – так называемые имитационные методы: метод аналитических расчетов, метод динамики многих тел (MKD), метод конечных или дискретных элементов (DEM), метод компьютерного моделирования гидродинамики потоков (CFD), метод моделирования производственных процессов. Перечисленные методы относятся к современным IT-подходам к решению научно-исследовательских задач строительного материаловедения. Исследовательские работы по данному направлению ведутся во многих научных организациях по всему миру. На основе компьютерной технологии решаются рецептурно-технологические параметры моделирования и оптимизации композитных материалов с заданными свойствами. Это позволяет получать более высокое эксплуатационное качество, долговечность и надежность материалов. Коллективом авторов из Тверского государственного технического университета разработаны компьютерные программы, позволяющие решать ряд аналитических задач по подбору и оптимизации составов дисперсных систем. Разработана программа подбора гранулометрического состава заполнителя по принципу генерирования случайных объемных долей, которая позволяет рассчитать оптимальный количественный состав смеси, включающей до 100 исходных компонентов [8]. Для построения количественных моделей микроструктуры композиционных материалов разработана компьютерная программа [9], позволяющая исследовать процесс упаковки двухфракционного массива частиц, с возможностью задания их размеров, количества в пределах своей фракции, а также параметров уплотнения, что позволяет добиться плотной структуры. Компьютерные разработки в данной области имеют свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ [8, 9, 10]. Правота научных концепций, лежащих в основе разработанных проектов, подтверждена многочисленными лабораторными испытаниями материалов, в том числе с применением микродисперсных частиц в составе вяжущей части безобжиговых строительных композитов. Опыт, приобретенный в проведенных научно-исследовательских работах, как мы считаем, может быть перенесен и на исследования свойств наноматериалов.

Хотелось бы подчеркнуть, что модель, привлекающая квантово-механические представления, с необходимостью является математической; других моделей, при строгой постановке вопроса, быть не может. Вычислительные эксперименты с наноразмерными системами – неотъемлемая часть процесса исследований, так как натурные эксперименты в этой области зачастую слишком дорогостоящи или даже невозможны. Численное моделирование, опирающееся на представления квантовой механики – предмет вычислительной химии, которую также называют квантовой химией. Результатом моделирования являются зависимости электронной плотности в нанообъемах,
которые в отдельных случаях позволяют сделать прогностические суждения о показателях макроскопических свойств материала. Практической универсальностью обладает т.н. метод молекулярной динамики (метод частиц), основанный на представлениях классической механики. При наличии достаточной информации о свойствах системы (составляющей начальные и граничные условия) в численном эксперименте оказывается возможным определить не только геометрические параметры, связанные с конфигурацией дисперсных фаз строительного композита, но и оценить эксплуатационные характеристики материала.

Если говорить именно и только о самих наноматериалах, то для многих из них разработаны интересные математические модели и эти модели публикуются сейчас практически во всех изданиях, которые хоть как-то касаются темы наноматериалов. Однако, гораздо более важным, на мой взгляд, являлись бы математические модели(в условиях применимости нерелятивистской механики и невозможности применения категорий термодинамики), которые описывали бы закономерности взаимодействия кластеров вещества и давали бы разработчику в руки инструмент для управления строением материи на уровне ее мезоструктуры. Как отдельный пример, могу дать такую ссылку [3].

Если использовать уже известные методы управления мезоструктурой веществ, такие как модификация и уплотнение межфазных границ в композитах с использованием разонансного усиления Ван-дер-Ваальсовского, взаимодействия за счет введения в состав композитов тороподобных наночастиц – астраленов, а также повысить стабильность полимерных компонентов таких композитов за счет ингибирования реакций фотоокислительной, термоокислительной и радиационноокислительной деструкции путем введения в их состав достаточно крупных кластеров с обобществленной π-электронной системой, то можно получить, например, композиционное самоуплотняющееся покрытие «ЭпоксиПАН» с прочностью на сжатие более 70 МПа, адгезией (к бетону) более 3,5 МПа, водонепроницаемостью W20, истираемостью не более 0,1 г/см2, биостойкостью 5 баллов, стойкостью к суточному кипячению в 30% серной кислоте на уровне изменения массы образца не более 1% масс и эксплуатационным ресурсом более 30 лет.

Нанокомпозиты занимают примерно 11% общего рынка нанопродукции. Их производство (а это от 50 до 100 компаний различной величины) в достаточной степени дифференцировано, в него вовлечены производители синтетических смол, самыми крупными из которых являются BASF и GE Plastic, производители наполнителей (Nanocor, Southern Clay Products), компаундеры(Foster Corp., RTP) и, наконец, производители конечных продуктов, представленные как очень мелкими, так и очень крупными фирмами. Совокупный общий рынок нанокомпозитов в 2007 году составлял 252 млн долларов в денежном выражении и 23200 т – в натуральных показателях. 70% общего объема продаж приходилось на четыре компании: Ube, Unitika, Bayer и Dow Chemical. Вместе с тем, это очень быстро растущий рынок (CAGR в 2008–2014 гг. составляет 24–28%). Лидером роста будут композиты с высокими противопожарными (огнеупорными) свойствами (CAGR – более 42%).
Строительный сегмент «потребляет» сегодня более четверти общего рынка нанокомпозитов. Основной «нанопродукт» – особопрочные напольные покрытия на основе полиуретанов и нано-оксида алюминия, объем производства которых к 2014 году достигнет 11 тыс.т.(43 млн долларов) – CAGR 10%. Главные их производители – Rittsburgh,Paint & Glass, Vaispar.
В 2007 году 35% совокупного потребления нанокомпозитов в стоимостном выражении приходилось на композиты, модифицированные наноглинами. К 2014 году прогнозируется, что нанокомпозиты на основе глины увеличат рыночную долю до 44%. В то же время, композиты на углеродных нанотрубках будут терять свою рыночную долю с 22% примерно до 7,5%.

В настоящее время полностью закончены первые два этапа этого исследования – анализ мирового рынка наноматериалов и нанототехнологий в строительстве и анализ российского рынка, выполнен SWOT-анализ, оценены драйверы и барьеры развития рынков. На завершающем третьем этапе будут построены «дорожные карты» по пяти – шести наиболее перспективным сегментам строительного рынка и предложены для реализации наиболее интересные на сегодня инвестиционные проекты и стартапы.

Экономическую эффективность трудно определять всегда, когда рыночным принципам подчиняется менее 10% промышленного рынка. Но все равно, основной критерий – показатель цена-качество – остается. Если те или иные технологии, включая нанотехнологии в строительном материаловедении, дают возможность экономить, например, на сроках проведения тех или иных работ, то резко снижается доля и роль накладных расходов. Это, безусловно, интересно любому заказчику, даже го- сударственному. И тогда происходит совпадение интересов участников производственного процесса и инноваторов.
И в этом случае расчет экономического эффекта престает быть схоластикой.

Уважаемый господин Карпов!
Эффективность любого инновационного, в том числе нанотехнологического, проекта характеризуется системой показателей, отражающих соотношение результатов проекта и затрат на его осуществление. При этом ввиду неравнозначности разновременных показателей их сравнение осуществляется с учетом дисконтирования, т.е. сравниваются только величины, приведенные к начальному периоду.
Следует также учесть, что до принятия решения о внедрении инноваций следует рассмотреть альтернативные варианты осуществления проекта и оценить экономическую эффективность каждого из них, выбрав наиболее выгодный.

Национальная нанотехнологическая сеть – лишь один из механизмовподготовки инновационно-ориентированных специалистов. На наш взгляд, в современных условиях приоритет следует отдать сформированным при высших учебных заведениях научным подразделениям нанотехнологической направленности – научно-образовательным центрам (НОЦ). Приборная база и специализированное оснащение таких центров позволяют реализовать учебные программы, предусматривающие выполнение учащимися самостоятельных исследований в прорывных областях науки. Так, в Московском государственном строительном университете начата подготовка магистров по программе «Технология наномодифицированных строительных материалов общестроительного и специального назначения». Подготовка осуществляется на базе НОЦ «Нанотехнологии» МГСУ (www.nocnt.ru), который входит и в состав национальной нанотехнологической сети.
 

Одна из ключевых проблем, которая тормозит развитие экономики – нехватка квалифицированных кадров. Решить эту проблему в системе традиционного высшего и дополнительного профессионального образования в полной мере пока не удается. Во-первых, речь может идти об обучении и повышении ква-
лификации десятков тысяч специалистов, для чего мало соответствующих ресурсов: преподавателей, помещений, техники в необходимом количестве. Во-вторых, учитывая сверхвысокий цикл
обновления знаний в области инноваций, сама система профессионального образования не на всех уровнях успевает готовить преподавательские кадры, которые обладали бы самыми актуальными на сегодня знаниями, не говоря о постоянном усложнении внутреннего содержания знаний в области инноваций.

На помощь пришли облачные технологии. «Облачные вычисления» как направление развития технологий нашли поддержку в государственной программе Российской Федерации «Информационное общество (2011– 2020 годы)» (утверждена распоряжением Правительства РФ от 20 октября 2010 г. № 1815-р) и в решениях Сове- та генеральных и главных конструкторов, и ведущих ученых и специалистов в области высокотехнологичных секторов экономики под руководством заместителя председателя Правительства РФ С.Б.Иванова (Протокол № 4 от 1 июля 2011 г.)

«Облачная» модель распространения и поддержки программного обеспечения (англ. Software as a Service, SaaS) предполагает использование различных программных приложений в режиме удаленного доступа. Суть этой модели заключается в максимальном переносе бизнес-логики и данных на сервер. При реализации этой модели все данные хранятся на сервере, вычисления проводятся на сервере, взаимодействие пользователей осуществляется посредством обмена данными через сервер. В перспективе использование «облачной» модели для разработки и распространения программного обеспечения позволит решить проблему массовой подготовки и регулярного повышения квалификации десятков тысяч граждан России. Решение лежит в системе дистанционного обучения,а именно в мультимедийных интерактивных электронных образовательных ресурсах (ЭОР) в сфере инноваций, доступных в Интернете в онлайне на любых компьютерных устройствах (десктоп, планшет, смартфон). Здесь очень важно создание национальных облачных образовательных порталов SaaS-услуг (Software as a service), предполагающее организацию массового промышленного производства сотен современных мультимедийных ЭОР, доступных в Интернете на компьютере, планшете или смартфоне.

Сегодня в Интернете в онлайн-доступе практически нет современных мультимедийных ЭОР для систем дис-
танционного обучения. Это связано со сложностью их производства в связи с нетривиальностью мультимедийных технологий – видео, звук, графика и т.д. «Три кита» современных муль- тимедийных интерактивных ЭОР для e-Learning:

• мультимедиа, обеспечивающая наглядность и образность информации;
  
• интерактивность, обеспечивающая деятельностность в обучении;
  
• облачные SaaS-услуги, обеспечивающие гибкость и доступность во времени и пространстве дистанционных образовательных технологий в Интернете.
  

Такое положение дел с мультимедийными ЭОР есть результат отсутствия технологий для промышленного производства современных мультимедийных ЭОР. Решить проблему тотального отсутствия ЭОР можно, применив промышленный подход к их созданию. Для массового производства ЭОР необходимо сначала создать инструментальные программы для промышленного производства ЭОР.

Для промышленного производства сотен ЭОР в год необходимо выстроить аутсорсинговую модель взаимодей- ствия авторов-предметников с системщиками e-Learning и их командами технологов мультимедиа. Инновационностью концепции опережающего создания облачных инструментальных средств (ОИС) является реализация стратегии разработки ЭОР силами внешних исполнителей работ по концепции WEB-2. Это когда контент для портала создает большое множество авторов-предметников в инновационных областях, они готовят материалы по требованиям, заданным софтверными малым предприятиям, который разрабатывает мультимедийный контент ЭОР, используя ОИС с облачного портала в Интернете.

Учитывая современный уровень доступности компьютеров, планшетов и смартфонов, а также и широкополос-
ного и мобильного Интернета (3G и 4G) и пр., речь должна идти не просто об ЭОР, а о мультимедийных учебно-методических комплектах нового поколения (УМК НП), доступных не только на компьютерах, но и на планшетах и смартфонах, как SaaS-услуга из «облака». УМК НП представляет собой версии ЭОР, которые используются в учебном процессе взаимосвязано:

• DVD-ROM-версия для самостоятельной работы в автономном режиме;
  
• SCORM-версия для организации дистанционного обучения в LMS-среде;
  
• NLINE-версия для обеспечения образовательных SaaS-услуг из «облака»;
  
• MOBIL-версия для обучения с помощью планшетов или смартфонов;
  
• Книжная-версия – электронная или «твердая копия» конспекта лекций.
  

ООО «Мультимедиа технологии» – ведущий разработчик мультимедийных ЭОР для систем e-Learning. Сайт –
www.TeachPro.ru – единственный «облачный» образовательный WEB-сервис в Рунете, на котором представ-
лены сотни ЭОР в «облаках». ЭОР серии TeachPro не только не уступают лучшим западным образцам, но и превосходят по ряду параметров.

Технологии для организации производства образовательного контента для наноиндустрии. Создание национальной нанотехнологической сети предполагает организовать массовое промышленное производство сотен современных мультимедийных электронных образовательных ресурсов (ЭОР), доступных в Интернете из «облака».
Для промышленного производства сотен ЭОР в год предварительно необходимо создать инструментально- программный комплекс (ИПК) для автоматизации процесса разработки современных ЭОР и выстроить аутсор-
синговую модель взаимодействия ав- торов-предметников с системщиками e-Learning и их командами технологов мультимедиа.
На основе таких УМК НП надо построить «облачный» образовательный портал, который должен регулярно актуализироваться. Вокруг портала будет выстроена социальная сеть студентов, аспирантов, специалистов, повышающих свою квалификацию и т.д., а также тьюторов, участвующих в дистанционном образовательном процессе.
Портал будет соответствовать WEB-3:

• WEB-1 – это когда порталом пользуются учащиеся как народной библиотекой;
  
• WEB-2 – это когда на портале в открытом доступе выкладываются программные инструменты, ориентированные как на авторов-предметников по нанотехнологиям, так и на технологов мультимедиа для коллективного создания новых и новых ЭОР;
  
• WEB-3 – это когда на портале в открытом доступе выкладывается LMS-система, которая обеспечивает автономный и независимый образовательный процесс участников социальной сети портала с опорой на готовые УМК НП портала. Профессионалы в области нанотехнологий выступают в качестве виртуальных преподавателей (тьюторов), предлагая свои услуги учащимся дистанционно на основе УМК НП портала.
  

Подход к выбору программ обучения и сертификации знаний определяются администрацией сайта. На сайте – www.TeachPro.ru – представлены сотни ЭОР. В частности, ЭОР «Плёночные наноматериалы…» [12]. Ряд курсов серии TeachPro на английском языке признавались блоггерами США «лучшими» в своей области.

Многими исследователями получены экспериментальные данные, указывающие на повышение показателей эксплуатационных свойств при введении первичных наноматериалов: нанотрубок, фуллеренов, астраленов, тех же объектов с привитыми химическими группами или металлами, природных веществ фуллероидного типа, наноразмерных оксидов металлов, металлов, керамики, алюмосиликатов и т.д. Так, при введении углеродных наноразмерных добавок повышение прочности материала не превышает 20–30% при расходе до 5•10–3% от массы цемента. Известно, что при использовании оксидированных многостенных нанотрубок прирост пределов прочности при сжатии и изгибе составляет 25 и 8 МПа, соответственно. На наш взгляд, применение наноразмерных добавок различного химического состава и происхождения – первичных наноматерилов – является начальным этапом развития нанотехнологии в строительном материаловедении. Этот этап имеет сложности реализации, а именно: обеспечение однородности распределения частиц и экологичности производства. Основным направлением развития нанотехнологии в строительном материаловедении является синтез наносистем, управляющих структурообразованием материала, в процессе его изготовления; такие работы проводятся в МГСУ.
Дополнительную информацию по технико-экономическому обоснованию целесообразности того или иного направления можно найти, в частности, в научном Интернет-журнале «Нанотехнологии в строительстве».

Да, существуют. Например, введение (но введение по определенной технологии) всего лишь 10–5–10–6 масс. % астраленов в состав мелкозернистых бетонных смесей позволяет повысить прочность на сжатие созревших бетонов на 35–40%.

Для начала важно отметить, что под термином «нанотехнологическая продукция» подразумевают промышленную и потребительскую продукцию, созданную с использованием наноматериалов/нанотехнологий. Как правило, выделяют три группы нанотехнологической продукции:

• первичная нанотехнологическая продукция
  
• продукция (нанообъекты, наносистемы, особо чистые вещества), созданная непосредственно с применением нанотехнологий, включая базовое сырье и полуфабрикаты для наноиндустрии (в частности, нанопорошки и наноматериалы);
  
• наносодержащая продукция – продукция (товары), содержащая нанотехнологические компоненты
  

(нанообъекты, наносистемы и особо чистые вещества), в том числе произведенная с использованием первичной нанотехнологической продукции;

• нанотехнологические работы и услуги – работы и услуги, проведение(оказание) которых осуществляется с использованием нанотехнологий или технологий применения первичной нанотехнологической и (или) наносодержащей продукции.
  

Таким образом, первичным нанопродуктом являются собственно наноматериалы, которые составляют ядро нанорынка. Они используются в производстве товаров конечного потребления, которые, в свою очередь, являются вторичными нанопродуктами.
Рынок нанокомпонентов, используемых в различных сегментах производства стройматериалов, во всем мире достаточно мал и крайне фрагментирован, но обнаруживает устойчивую тенденцию к росту (CAGR – около 15%), рынок же «нанотехнологических» строительных материалов растет значительно быстрее (CAGR – более 60%) при доле «наносоставляющей» в них на уровне 0,5–2,0%.

Основные наноматериалы и нанотехнологии,применяемые в строительстве описаны здесь

Нами было проведено изучение влияния углеродных наноматериалов на прочностные свойства цементных матриц на основе портландцемента. Благодаря обширным работам, проводимым на кафедре «Техника и технологии производства нанопродуктов», появилась возможность сравнения достижений, полученных на данной кафедре, с достижениями на мировой арене.
Результат исследований показывает, что прочность образцов наномодифицированного мелкозернистого бетона на сжатие увеличивается в среднем на 20–25%, а прочность на изгиб – 15–20%.

Добавка наномодификатора в количестве 0,0006% от массы цемента обеспечивает стабильный рост прочностных характеристик на 20–25%.

В результате экспериментов установлено, что образцы мелкозернистого бетона, модифицированные углеродным наноматериалом «Таунит», в среднем на 50% быстрее набирают прочность и в проектном возрасте имеют прочность на 20–25% больше, чем образцы обычного бетона. Приведенные данные согласуются с общемировыми достижениями. Так, в работе [16] было изучено влияние конфигурации МУНТ на прочностные свойства цементной матрицы: длинные и короткие МУНТ. Тестируемые образцы изготовлены из цементной пасты с низкой и высокой концентрацией МУНТ (0,048% веса и 0,08% веса (к цементу), соответственно). Результаты экспериментов показали, что короткие МУНТ с концентрацией 0,08% занимают первое место по упрочнению цементной матрицы на сжатие и второе место по упрочнению на изгиб, а длинные МУНТ с концентрацией 0,048% занимают первое место по упрочнению на изгиб и второе место по упрочнению на сжатие, немногим уступая коротким. Схожие данные получены в работе [17] с внесением МУНТ в количестве 0,5% от массы цемента: произошло увеличение прочности по сравнению с контрольным образцом на 30% или увеличение до 10,08 МПа в сравнении с 7,73 МПа контрольного образца (данные получены на 28 день).

В работе [18] исследовано влияние модифицирования образцов мелкозернистого бетона углеродным наноматериалом, функционализированным карбоксильными группами. Расход УНМ составлял 0,0006% от массы цемента. Результаты тестов были следующие: наибольший прирост прочности дал УНМ «Таунит М», который составлял на сжатие 26%, в то время как прочность на изгиб не изменилась либо ухудшилась на 25% в зависимости от типа УНТ «Таунит».

В работе [17] за счёт ведения 0,5% COOH–МУНТ была увеличена прочность на сжатие до 19%, в то время как предел на изгиб увеличился на 25%. Смеси, в которых находились функ- ционализированные УНТ–COOHs, показали существенное увеличение прочности при сжатии [19]. Самое значительное увеличение – почти на 50% – достигается в соединении 22MK10, содержащем 0,045% УНТ–COOHs. При этом экземпляр 21MK9 содержал почти в три раза больше – 0,15%, а УНТ–COOHs дал меньшие показатели (у обоих образцов водно-цементное соотношение одинаково). На основании приведенных работ нами были сделаны следующие выводы:
 

1. введение углеродных нанотрубок в малых и сверхмалых концентрациях приводит к упрочению цементной матрицы (прочность при сжатии возрастает на 20–30%);
   
2. функционализация УНТ существенно зависит от типа УНТ, вследствие чего разнятся результаты, но при надлежащем выборе углеродного наноматериала демонстрирует хорошие результаты на прочность при сжатии: 20–50%.
   

Более подробный анализ исследований по наномодифицированию строительных материалов планируется представить в одном из ближайших номеров интернет-журнала «Нанотехнологии в строительстве».

Смотрите ответ на вопрос №1

При помощи специальных способов обработки добавок, прежде всего, измельчения и просеивания, можно получить добавки исключительной дисперсности. Путём создания новых и больших поверхностей можно значительно повысить гидравлическую и латентно-гидравлическую активность этих материалов. Так, например, была получена тонкодисперсная зола-унос, размер самой крупной частицы которой составляет 10 мкм, а содержание шарообразных частиц достигает почти 100%. Это позволяет повысить удобоукладываемость свежеприготовленной бетонной смеси и долговечность бетонной структуры при одновременном снижении доли цемента в рецептуре.

Чаще всего применяемая и наиболее изученная добавка в рецептурах высокопрочных бетонов – это микрокремнезем (силикатная пыль), значительная часть которого представлена частицами некристаллического (аморфного) SiO2 коллоидных размеров до 100 нанометров. На сегодняшний день большая часть этих бетонов изготавливается именно с добавлением микрокремнезема.

Общеизвестно, что микрокременезем повышает плотность упаковки цементной матрицы, улучшает механические характеристики бетона и увеличивает его долговечность. Основное требование к использованию силикатной пыли при производстве высокопрочных бетонов – это достижение ее дисперсного состояния за счет предотвращения агрегирования и однородного распределения в бетонной смеси. Тем не менее,применение микрокремнезема имеет свои недостатки: его количество как сырьевой базы для производства бетонов ограничено, вариативность содержания углерода может ухудшить пластичность бетонных смесей, а бетонная поверхность, полученная при помощи серого микрокремнезема, имеет слишком темный оттенок. По этим причинам необходимо расширить выбор используемых при изготовлении бетона тонкодисперсных частиц. Помимо микрокремнезема сегодня на рынке представлены и другие виды тонкодисперсных наполнителей, например, зола-унос, метакаолин и другие.
Аморфный метакаолин в меньшей степени считается подходящим микронаполнителем, в отличие от силикатной пыли. В то же время определенные эксперименты свидетельствуют, что за счет реакции метакаолина с образующимся при гидратации цемента гидроксидом кальция также получаются сверхпрочные бетоны, которые лишь по некоторым характеристикам отличаются от
бетонов с силикатной пылью. Кроме того, новейшие разработки доказывают возможность применения для производства высокопрочного бетона гранулированного доменного шлака.

Существуют доказательства положительного влияния сверхизмельченного гранулированного доменного шлака на
свойства высококачественных бетонов. Новые добавки на основе эфиров поликарбоксилата, а также добавки, которые объединяют в себе несколько качеств (например, пластификатор с пеногасителем и стабилизатором для самоуплотняющихся бетонов), также вносят большой вклад в целенаправленную разработку оптимальной рецептуры высокопрочных модифицированных бетонов. В комбинации с другими наполнителями (зола-унос, силикатная пыль) удалось уменьшить водоцементные отношения и разработать рецептуры со свойствами высокопрочных бетонов.

Высокопрочные модифицированные бетоны представляют чрезвычайный интерес для индустрии сборных бетонных изделий. Эти виды бетона позволяют получать более легкие железобетонные конструкции с уменьшенным поперечным сечением. Для того, чтобы улучшить свойства высокопрочных бетонов, прежде всего в характеристиках, связанных с хрупкостью, в качестве дополнительных компонентов применяют ещё и фибриллярные материалы.

Хотелось бы остановиться на перспективах применения оксидных наноразмерных материалов, стоимость которых существенно меньше стоимости наноуглеродных объектов – «традиционных» наноразмерных модификаторов. Так, введение наноразмерного кремнезема в материалы на основе портландцемента позволяет замедлить вымывание солей кальция,что существенно повышает барьерные свойства и долговечность изделий при эксплуатации в условиях воздействия влаги. Добавки наночастиц диоксида кремния к бетонам, содержащим золу-унос, позволяют существенно увеличить прочность материала (в особенности – в начальный период твердения). Имеется также положительный опыт использования наночастиц оксида железа, введение которых может способствовать существенному росту прочности бетона. Известные нанопокрытия на основе диоксида титана являются самоочищающимися и обладают бактерицидными свойствами.

Смотрите ответ на вопрос №10

Уважаемый Д. Коробов!
Требования к материалам, публикуемым в Интернет-журнале «Нанотехнологии в строительстве», были определены исходя из требований и рекомендаций различных документов. Среди них: федеральные законы, ГОСТы, постановления правительства РФ, национальные стандарты, критерии для включения в перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученой степени доктора и кандидата наук и др. Редакция издания постоянно проводит работу по повышению качества публикуемых материалов и имиджа журнала, что приводит к изменению некоторых требований.
Например, серьёзным препятствием для публикации материалов иностранных авторов о достижениях за рубежом являлся языковой барьер. Поэтому редакционный совет принял решение об изменении структуры материалов для таких авторов: текст статьи может публиковаться на английском языке. Другой пример – для включения текущих номеров Интернет-журнала в международные системы цитирования библиографический список приводится теперь и на английском языке.
Таким образом, если говорить о высоком уровне требований к представляемым в редакцию материалам, то это делается только с одной целью – чтобы статья была сделана на высоком уровне
во всем многообразии этого понятия.
Порядок публикации материалов в электронном издании «Нанотехнологии в строительстве: научный Интернет-журнал» приведен в перечне требований к оформлению материалов и условиях представления статей для публикации – все это можно найти в каждом номере издания и на сайте(www.nanobuild.ru).

Нет, нам так не кажется. Сотрудники нашей компании опубликовали в разное время две статьи в журнале «Нанотехнологии в строительстве: научный Интернет-журнал» в области создания образовательного контента для подготовки кадров для нанотехнологической сети. Все было сделано профессионально [13, 14]. Все ответы получали своевременно и оперативно.
Мы благодарны журналу за сотрудничество. Планируем и в дальнейшем сотрудничать с журналом. Кстати, это не первый наш опыт сотрудничества с представителями наноиндустрии по подготовке образовательного контента для нанотехнологов.

Для мелкозернистых высококачественных бетонов при введении в их состав не более 5х10–5 масс. % астраленов – полиэдральных многослойных углеродных наночастиц фуллероидной природы тороподобной формы – наблюдается повышение на 25–40% их прочности на сжатие, уплотнение микрокапиллярной структуры с повышением показателя водонепроницаемости до W18–20. По этому поводу существует достаточно много публикаций в рецензируемой научно-технической прессе, например [2].

Углеродные наноматериалы (УНМ),обладающие высокими механическими характеристиками, рассматриваются как эффективное средство повышения физико-механических свойств композитных материалов. Они имеют свободные химические связи; поэтому могут обеспечивать лучшее сцепление бетонной смеси и заполнителя и, как следствие, повышать прочность материала. Так же нановолокна и нанотрубки могут играть роль армирующего материала из-за их высокой прочности и большого модуля упругости, а также являться центрами направленной кристаллизации.

Положительные результаты по модифицированию бетонов углеродными наноструктурами получены при использовании УНМ «Таунит», представляющего собой фуллереноподобные тубулированные связи и пучки углеродного наноструктурного материала среднего наружного диаметра порядка 40 нм, внутреннего – 5 нм, длиной около 2 мкм. Использование их в качестве модификатора позволяет в среднем повысить прочностные характеристики строительных материалов на 20%.

Целью исследований было создание полифункциональных модифицирующих добавок различной природы на основе углеродных трубок в виде устойчивых систем, которые бы обеспечили наибольшее положительное изменение физико-механических характеристик строительных композитов при их ми-
нимальном расходе. В процессе исследований использовались следующие методы обеспечения равномерного распределения УНМ в матрице строительного композита: механическое диспергирование, обработка ультразвуком, магнитодинамическая обработка, комбинированные методы.
По итогам проведения экспериментов была установлена интенсивная седиментация УНМ в воде затворения при любых их содержаниях со скоростью, пропорциональной концентрации нанофаз. Это является основной причиной их неравномерного распределения во всем объеме, что проявляется в существенном снижении однородности структуры композита. Таким образом, одной из основных задач является создание устойчивого коллоидного раствора. Оптимальное равномерное распределение наномодификатора,исключающее возможность агрегации и седиментации, было достигнуто ультразвуковым воздействием. С целью оптимизации содержания наномодифицирующей добавки на основе УНМ «Таунит» и поиска экстремума-максимума зависимости «состав-свойство» проводились экспериментальные исследования на смесях мелкозернистого бетона. УНМ «Таунит» распределялся в воде затворения, под воздействием ультразвука, после чего вода, активированная углеродны- ми нанотрубками, совмещалась с тестом минерального вяжущего. Предел исследуемых концентраций находился в следующем диапазоне: от 0,0001% до 0,0007% от массы цемента. В результате установлено, что образцы наномодифицированного бетона быстрее набирают прочность и в проектном возрасте имеют прочность на 20% больше, чем образцы без добавок.
При использовании углеродных наноматериалов в качестве модифицирующих добавок считаем, что важной задачей является создание такой формы модификатора, которая может быть практически реализована в производственной сфере с незначительными изменениями в технологическом процессе производства строительных материалов. Более подробно ответ на этот вопрос дан в Интернет-журнале «Нанотехнологии в строительстве» [15].
По данной тематике планируется опубликовать еще одну статью в ближайших номерах Интернет-журнала «Нанотехнологии в строительстве».

Астралены – полиэдральные многослойные углеродные наночастицы фуллероидного типа тороподобной формы – обладают свойством резонансного усиления внешнего электрического поля в пространстве вблизи своей поверхности, чем не обладают макрообъекты, выполненные из углерода любой природы [3].

Уважаемый В. Добровольский!
Действительно, авторам Интернет-журнала «Нанотехнологии в строительстве» выдаются справки ФГУП НТЦ «ИНФОРМРЕГИСТР» Министерства связи и массовых коммуникаций РФ с идентификационным номером публикации. Через некоторое время после публикации статьи редакция получает из ФГУП НТЦ «ИНФОРМРЕГИСТР» такие справки и высылает авторам.
Кроме того, зарегистрированные публикации представлены в «Информационном бюллетене электронных научных изданий», размещенном на сайте ФГУП НТЦ «ИНФОРМРЕГИСТР». Публикации в Интернет-журнале «Нанотехнологии в строительстве» учитываются при защите диссертаций (присвоении ученого звания) при условии указания в материалах аттестационного дела номера регистрации электронного издания в ФГУП НТЦ «ИНФОРМРЕГИСТР» и идентификационного номера публикации, присваиваемых ФГУП НТЦ «ИНФОРМРЕГИСТР». Номер регистрации издания на 2010 год – 0421000108, на 2011 год – 0421100108, на 2012 год – 0421200108, на 2013 год – 0421300108.

В настоящее время Роснано реализует несколько крупных проектов в строительной сфере. Среди находящихся на стадии промышленного производства – нетканые материалы из негорючего ПЭТ-волокна, модифицированного по технологии крейзинга, эффективнаяогнезащитная добавка – наноструктурированный гидроксид магния (антипирен), наноматериалы на основе крупнотоннажных полимеров и слоистых алюмосиликатных наполнителей, композиционный материал «Унирем» на основе резинового порошка в качестве модификатора асфальтобетонных смесей и битумов для дорожных покрытий, высококачественные препреги из углеродных и минеральных волокон на основе наномодифицированных и нанонаполненных полиамидных и эпоксидных связующих, наноструктурированные мембраны и разделительные модули для очистки воды в социальной сфере и промышленности, солнечные модули на базе технологии «тонких пленок» Oerlikon. Кроме того, в активной проработке на уровне «старт-апов» и трансфера технологий еще несколько интересных проектов: современные технологии обработки поверхностей конструкций методами газотермического напыления и наплавки покрытий из наноструктурированных материалов, пеностекло, композитная неметаллическая арматура, высокофункциональные стекла – фото-хромные, энергосберегающие, антибактериальные и другие- полимерные композиты с наполнителями из наночастиц и нанотрубок, обладающие повышенной прочностью и низкой воспламеняемостью, фотокаталитические отделочные материалы (цементные краски, штукатурки), изделия из базальта и, несомненно, широкая гамма модифицированных бетонов с уникальными свойствами.

В соответствии со своими инвестиционными целями, РОСНАНО выбирает проекты для финансирования, ориентируясь на прогнозируемую величину прибыли создаваемого предприятия.
Из отраслевых аналитических отчетов следует, что самыми крупными и быстрорастущими сегментами строительных материалов на данный момент являются: краски/покрытия, цемент/бетон, тепло- и гидроизоляция, стекло, полимерные материалы.

Уважаемый господин Добровольский!
Спектр проектов РОСНАНО, направленных на применение нанотехнологических подходов в строительстве, очень широк, среди них: производство базальтовых волокон и материалов на их основе, модификаторов дорожных покрытий, теплоизоляционных материалов из вспененного стекла, препрегов, используемых для армирования бетонных конструкций, огнестойких полимеров для кабельных и фасадных конструкций.
Отдельно стоит отметить проекты РОСНАНО, посвященные водоподготовке и производству систем очистки и обеззараживания воздуха, а также проект по производству светодиодных ламп. Кроме того, в 2012 году начато финансирование проекта по производству стиролакриловых дисперсий, использование которых позволит увеличить твердость, блеск, адгезию и стойкость покрытий к внешним воздействиям.

За рубежом выполняются многочисленные исследования, направленные на реализацию нанотехнологии в строительном материаловедении. При этом достижения нанотехнологии используются как при совершенствовании материалов (прежде всего – цементных бетонов), так и в процессе изучения свойств и поведения материалов под действием эксплуатационных нагрузок. Часто отмечается, что свойства бетона как микрокомпозита существенно зависят от процессов, протекающих на наноразмерном уровне, поэтому новые знания об этих процессах открывают пути повышения и управления структурой и показателями эксплуатационных свойств материала. Практическая направленность указанных исследований отражается номенклатурой разработанных строительных материалов, в числе которых наноструктурированные материалы общестроительного и функционального назначения.

Да, есть, и достаточно много. При этом существуют примеры трансферта и российских нанотехнологий за рубежи России. Но в отличие от информационной сферы РФ, за рубежом – в ЕС и в США – люди себя очень любят и ценят, и поэтому, едва услышав что-то неясное, но на тему об экологической вредности наноматериалов, сразу же требуют исключения этих, возможно вредных нововведений из соседства с собой. Поэтому внедрение наноматериалов, которое остановить нельзя, если это в реальности выгодно производителю или создает возможность появления новых продуктов, идет не под фанфары, а тихо и без излишней прессы, внутри самих производящих корпораций.
В качестве примера – лицензионное соглашение о внедрении российской технологии легких высокопрочных бетонов на основе использования астраленов как модификаторов в составе этих бетонов проходит во Франции под эгидой простой разработки нового легкого бетона с товарной маркой «Астрофлекс».

Смотрите ответ на вопрос №3

Уважаемый В. Миронов!
25–30 сентября 2011 года в Волгограде в рамках Международного года химии, объявленного Генеральной ассамблеей ООН, состоялся XIX Менделеевский съезд по общей и прикладной химии, в работе которого я принимал участие. Большое внимание на съезде было уделено тенденциям развития современного рынка нанотехнологий
и наноматериалов, которые могут использоваться в различных отраслях экономики, в т.ч. и в строительстве.
Основное количество докладов было посвящено технологиям получения качественно новых материалов, обладающих улучшенными свойствами по прочности, износостойкости, коррозионной стойкости и т.д. Среди них: «Синтез нанофаз в металлополимерных композициях при ударно-волновом воздействии» (авторы – Адаменко Н.А., Казуров А.В., Сергеев И.В.); «Научные основы и технологические принципы создания материалов новой техники» (автор – Волков Г.М.); «Химический аспект измельчения полимеров до микро- и наноразмера под действием интенсивных сдвиговых напряжений» (авторы – Каплан А.М., Никольский В.Г., Чекунаев Н.И.); «От ультрадисперсных металлических и оксидных порошков к наноразмерным» (авторы – Леонтьев Л.И., Селиванов Е.Н., Пономарев В.И., Гельчинский Б.Р.); «Пленки анодного оксида алюминия как матрицы для синтеза упорядоченных массивов нанонитей» (авторы – Лукашин А.В., Напольский К.С., Елисеев А.А., Третьяков Ю.Д.); «Технология и оборудование для химической сборки материалов методом молекулярного наслаивания» (автор –Малыгин А.А.); «Наноматериалы, синтезируемые по схеме «слойза-слоем». Области возможного применения на практике» и многие другие. Более подробная информация приведена в [1].

Количество публикаций, касающихся наноматериалов и нанотехнологий, стремительно растет. Только в период с 1991 по 2009 год было опубликовано и отражено в базах свыше полумиллиарда реферируемых работ, из которых около 3% в той или иной степени относится к строительству. Признанными мировыми лидерами являются США (22% работ), КНР (11%), Япония (10%) и Германия (8%).
Обзоры и аналитические доклады по нанотехнологиям в строительстве были подготовлены в технических комитетах Международного союза экспертов и лабораторий в области строительных материалов, систем и конструкций RILEM (2003 год), Американского института бетона ACI (2012 год) и ряда других международных организаций.
В концентрированном виде подборки статей и докладов можно найти в материалах Международных симпозиумов по нанотехнологиям в строительстве: NICOM1 (Пейсли, Шотландия, 2003 г.), NICOM2 (Бильбао, Испания, 2005 г.), NICOM3 (Прага, Чехия, 2009 г.) и NICOM4 (Агиос Николаос, Греция, 2012 г.).
Хотелось бы обратить внимание на монографию [4], в которой обобщены результаты работ большой группы специалистов, в том числе по европейским и американским проектам. Несколько обзоров с большим количеством ссылок на литературные источники было опубликовано в Интернет-журнале «Нанотехнологии в строительстве» [5, 6, 7].