Барилгын материалыг нано түвшинд инженерчлэх нано бетон
Нано шинжлэх ухааны эхлэл 1970-аад онд тавигдаж байсан түүхтэй. 2000 оны эхэн хүртэл энэхүү шинжлэх ухаан суурь судалгааны түвшинд явагдаж байсан боловч 2000 оноос хэрэглээний шинжлэх ухаан болж хөгжсөн. Харин 2005 оноос бага хэмжээгээр үйлдвэрлэлд нэвтрэн 2010 оноос хурдацтай хөгжиж өндөр хөгжилтэй орнуудад нано материалын хэрэглээ бий болохын зэрэгцээ энэхүү гайхамшигтай технологи нь дэлхий дахины шинэ, шинэ ололт амжилтын эх үндэс нь болсон.
Хөгжлийн эхэн үед нано хэмжээс бүхий (1 метрийг 1,000,000,000 хуваасны нэг хэсэг) нэгдлийг үйлдвэрлэх нь өндөр зардалтай байсан бөгөөд судалгааг гүнзгийрүүлэн нано материалыг үйлдвэрлэлд нэвтрүүлснээр нэгж бүтээгдэхүүний үйлдвэрлэлийн зардал буурсан юм.
Өдгөө олон улсад нано материалыг хэрэглээний түвшинд бүхий л салбарт хэрэглэж байгаа бөгөөд тэр тусмаа анагаах ухаан, автомашин үйлдвэрлэл, барилга, химийн үйлдвэрлэл, хөдөө аж ахуй зэрэг салбарт илүү ихээр хэрэглэх болсон.
Саяхныг хүртэл нано технологи нь тэртээ хол мэт сонсогдож байсан боловч одоо хүн төрөлхтөний амьдралын салшгүй нэгэн хэсэг болж, өдөр тутмын хэрэглээнд нэвтрээд байна. Учир нь, аливаа зүйлст нано хэсгүүдийг нэмж өгснөөр материалын чанар ихээхэн өөрчлөгддөг тул нанотехнологийг аливаа материалыг сайжруулахад өргөн ашиглах болсон. Жишээлбэл, нэхмэл эдлэл, даавуу үйлдвэрлэгчид ус, чийг нэвтэрдэггүй, будаг тогтдоггүй бүтээгдэхүүн гарган авах болсон бол нано материалаар хийсэн будаг нь зэврэлтээс бүрэн хамгаалдаг.
Харин унадаг дугуйн рамыг карбон нано хоолойгоор хийснээр дугуй илүү хөнгөн, бат бөх болох зэрэг материалын шинж чанарт эерэг өөрчлөлтийг үзүүлэх болжээ. Мөн нано гадоллины оксидыг хавдрын эсийг илрүүлэх зорилгоор өвчтөнд уулгаснаар өвчтний хувьд хамгийн хэцүү болох эсийн шинжилгээг хийх шаардлагагүй болсон юм.
Манай улсын хувьд ч өнөөдөр дэлхийн хөгжлөөс хоцролгүй нанотехнологийг нутагшуулах зайлшгүй шаардлагатай бөгөөд нанотехнологийг нэвтрүүлэх боломжтой салбаруудын нэг нь барилгын материалын үйлдвэрлэл болон материал судлал юм. Барилгын материалын үйлдвэрлэл хөгжихийн хэрээр энэ салбарт ухаалаг, шинэ технологийн хэрэглээ өсөн нэмэгдэх болсон.
Барилгын салбарын хамгийн чухал түхий эд нь бетон зуурмаг бөгөөд бетон зуурмагын үйлдвэрлэлийн орчин үеийн чиг хандлагын нэг нь нано бетон зуурмаг үйлдвэрлэж хэрэглээнд нэвтрүүлэх билээ. Учир нь, олон улсын хэмжээнд бетон зуурмагийн үйлдвэрлэлд нано хэмжээст нэгдлүүдийг ашиглан бетон зуурмагийн үндсэн шинж чанарыг өөрчилж байгаа бөгөөд энэхүү төрлийн бетоныг нано бетон гэж нэрлэдэг.
Бетон зуурмагт нано цахиурын оксид ашиглан шинж чанарыг өөрчлөх судалгааны ажлыг 2004 онд анх Bjornstrom харин нано титанийн оксид хэрэглэсэн ажлыг 2006 онд Li харин нано молекул бүхий цемент болон барьцалдуулагч материал үйлдвэрлэх ажлыг Lee болон Sobolev нар 2005онд тус тус хэвлүүлж байсан. Харин нано бетон нь үйлдвэрлэлийн түвшинд 2008 оноос хэрэглэгдэж эхэлжээ.
Бетон зуурмагийн үйлдвэрлэлд нано цахиурын оксид, нано титанийн оксид, нано хөнгөнцагааны оксид болон карбон нано хоолойг ашиглан нано бетоныг үйлдвэрлэж байгаа бөгөөд эдгээр нано нэгдлүүдийг ашигласнаар бетон зуурмагт олон олон давуу талыг харуулах болсон байна. Тухайлбал, бат бэх чанар болон эрт үеийн бат бэхийг нэмэгдүүлдэг. Мөн хөдөлгөөнт чанарыг сайжруулахын зэрэгцээ гулзайлт ба суналтын бат бэх, ус нэвтрүүлэлт эсэргүүцэх чанарыг сайжруулжээ.
Түүнчлэн кальцийн уусалтыг бууруулах, бэхжилтийн хугацааг хурдасгах, өөрийгөө цэвэрлэдэг, агаарын бохирдол бууруулах, үрэлтэд тэсвэртэй, ган арматурыг орлох, шатамхай чанарыг бууруулах гэх мэтчилэн маш олон давуу талыг үзүүлсэн байна.
Нано бетоныг ашиглан барьсан байгууламжууд нь гэрлийн өндөр идэвхитэй өөрөөр хэлбэл энэхүү бетоноор хийгдсэн гадаргуу нь нарны гэрэлтэй үйлчлэхэд гадаргуу дээр идэвхитэй хүчилтөрөгчийн молекулууд үүсэх уг идэвхитэй хүчилтөрөгчийн молекулууд нь н агаарын бохирдлыг үүсгэгч үндсэн нэгдлүүд болох NOx болон SOx зэрэг хорт хийг исэлдүүлэн NO3- болон SO42- зэрэг ионуудад хувирган агаарын бохирдолыг бууруулдаг болохыг эрдэмтэд баталсан байна.
Мексик улсын Мехико хотын Геа Гонзалис хэмээх эмнэлэг болон Италийн Миланы худалдааны төвийн барилгуудын гадаад фасадыг нанотитанийн оксид бүхий бетоноор хийсэн бөгөөд уг барилгууд нь өдөрт 1000 авто машинаас ялгарах агаарын бохирдлыг бууруулдаг байна.
Мөн нано бетон нь өөрийгөө цэвэрлэх чадвартай өөрөөр хэлбэл энэхүү бетоноор хийгдсэн барилга нь ямар нэгэн тоос шороог өөртөө хуримтлуулдаагүй маш идэвхитэй гадаргуутай байдаг.
Бетон зуурмагийн бат бэхийг бий болгож буй үндсэн урвал нь цементийн гидратацийн урвал. Энэхүү урвалаас бетоны бат бэхийг бий болгогч үндсэн нэгдэл CaO∙SiO2∙H2O буюу CSH гель болон дайвар бүтээгдэхүүн болох чөлөөт кальцийн гидроксидыг үүсгэх ба энэхүү CSH гель нано хэмжээст оршдог.
2(CaO)3(SiO2) + 7H2O > 3CaO • 2SiO2 • 4H2O + 3 Ca(OH)2 + дулаан
Бетон зуурмагийн хувьд энэхүү CSH гель нь дүүргэгч материалтай холбогдсоноор нэгэн төрлийн цул нэгдэл үүсгэдэг. Энгийн бетоны хувьд дүүргэгч материал болон CSH гелийн хооронд бидний нүдэнд үл үзэгдэх 10-20 нанометр жижиг зай орших бөгөөд энэхүү хэсгийг дотоод шилжилтийн бүс гэдэг. Уг бүсэд чөлөөт кальцийн гидроксид болон этрингит байрладаг бөгөөд энэхүү шилжилтийн бүс нь бетон зуурмагийн шинж чанарт сөрөг нөлөө үзүүлж бетоны ус нэвтрүүлэх шинж чанарыг нэмэгдүүлдэг бөгөөд мөн шахалтын болон гулзайлтын бат бэхийг бууруулдаг байна.
Харин нано цахиурын оксид нь энэхүү шилжилтийн бүсэд байрлах чөлөөт кальцийн гидроксидтой урвалд орж үндсэн чухал нэгдэл болох CSH гелийг үүсгэдэг байна. Ингэснээр шилжилтийн бүсийг үгүй болгож бетоны ус үл нэвтрүүлэх чадвар цаашилбал шахалт, гулзайлтын бат бэхийг нэмэгдүүлдэг юм.
2(CaO)3(SiO2) + 7H2O > 3CaO • 2SiO2 • 4H2O + 3 Ca(OH)2 + дулаан
Ca(OH)2 + наноSiO2 → CSH
“Премиум Бьюлдинг Материалс” ХХК-ийн Судалгаа хөгжүүлэлтийн баг нь нано цахиурын оксидыг хэрэглэн нано М250-аас нано М550 маркийн бетон зуурмаг үйлдвэрлэж лаборатори болон үйлдвэрлэлийн орчинд туршилтыг амжилттай хийж гүйцэтгэсэн байна. Өөрөөр хэлбэл, дээрх бетон зуурмагийг хэрэглэснээр бетоны шинж чанар хэд дахин сайжирчээ.
Нэгдүгээрт, бетонд нано нэгдэл болон дэгдэмхий үнсийг тодорхой хэмжээгээр ашиглаж хожуу үеийн бат бэхийг сайжруулснаар бетоны насжилтыг уртасгасан байна.
Хоёрдугаарт, нано цахиурын диоксид нэмж эрт үеийн бат бэхийг сайжруулснаар барилгын компаниуд хэв хашмалыг эрт авах мөн цөөн тооны хэв хашмалаар ажлыг гүйцэтгэж хугацаа, зардал бууруулах боломжтой болох аж.
Гуравдугаарт, нано бетон нь энгийн бетонтой харьцуулахад ажиллах чадвар сайн. Иймээс бетон хүлээн авах хугацааг багасгаж улмаар барилгын ажлыг гүйцэтгэх хугацааг бууруулах давуу талтай аж. Өөрөөр хэлбэл, туршилтын үр дүнд барилгын компани нь 500 м3 нанобетон хүлээн авахад энгийн бетон авснаас 2 цагийг бага зарцуулах юм.
Мөн нанобетон нь энгийн бетонтой харьцуулахад сүвэрхэг чанар бага учир ус үл нэвтрүүлэх чадвар өндөр гэсэн үг. Сүүлийн жилүүдэд эко орчин бүрдүүлэх, байгальд ээлтэй бүтээгдэхүүнийг илүүтэй сонгож хэрэглэх болсон цаг үед хамгийн чухал бүтээгдэхүүний нэг гэж хэлж болхооор. Учир нь, цементийн агууламжийг тодорхой түвшинд бууруулснаар байгаль орчинд ялгаруулж буй хүлэмжийн хийг багасгах давуу талтай ажээ.
Эрс тэс уур амьсгалтай манай орны хувьд нано бетон нь энгийн бетонтой харьцуулахад хөлдөлт гэсгээлтэд хамгийн тэсвэртэй болох нь туршилтын явцад нотлогджээ.
