Tři nové přístupy ke zlepšování betonu pomocí nanoproduktů

Beton je jednou z nejpoužívanějších látek na planetě. Podle studie Kolumbijské univerzity se každý rok použije více než 10 miliard tun.

Ale i když si většina lidí myslí, že jakmile beton vytvrdí, je to bezstarostná hornina, která přežije nás všechny, ve skutečnosti vyžaduje pravidelnou péči a pozornost.

Zadržování vody a praskání znamená, že betonové konstrukce, jako jsou budovy, silnice a mosty, vyžadují neustálou údržbu a opravy.

Moderní přístupy ke snižování nákladů na údržbu a prodlužování životnosti betonu zahrnují aplikaci hydrofobních nátěrů, které omezují průnik vody a zamezení škod, které mohou být způsobeny chloridovými ionty, které jsou běžné ve veřejných vodovodech.

Stavební technologie se dnes opírá o tři hlavní metody, z nichž každá má různou úspěšnost v závislosti na podmínkách a použitých materiálech:

• Nanesení souvislého filmu, který pokryje povrch betonu

• Vytvoření „hydrofobní impregnace“ povrchových částic za vzniku vodoodpudivého betonu

• Vytvoření ochranné bariéry nebo filmu „impregnací“ rozpustných povrchových složek

Nyní se však pomocí aplikace nanotechnologie objevují nové metody. Například nedávná studie publikovaná v časopise Journal of Building Engineering zjistila významné zlepšení výkonu betonu použitím povlaku oxidu grafenu.

Studie konkrétně zkoumala ochranný účinek grafenoxidu na beton a jeho schopnost bránit pronikání vody a iontů.

Práce zahrnovala nanášení 9mg vrstvy oxidu grafenu na vzorky betonu buď stříkáním, štětcem nebo ponořením.

Analýza vzorků pro absorpci vody, propustnost par a kapilární absorpci zjistila, že nanopovlaky snížily objemový a kapilární příjem vody přibližně o 40%, respektive 57%.

Vědci také použili skenovací elektronový mikroskop (SEM) k hodnocení kvality povlaku po 90 dnech a provedli „Infračervenou spektroskopii s Fourierovou transformací (FTIR) k vyhodnocení jakýchkoli molekulárních změn a test rychlé propustnosti chloridů (RCPT) k vyhodnocení stupňe koroze v důsledku pronikání chloridů. “

Výsledky všech testů byly slibné a byla provedena další práce k zlepšení betonu, které lze dosáhnout přidáním nanoproduktů do směsí, na rozdíl od použití pouze povlaku.

Dřívější studie již ukázaly, že oxid grafenu může po přidání do směsi zvýšit odolnost betonu i mechanickou pevnost. A zatímco při použití jako konkrétní přísada může být problémem dispergovatelnost nanomateriálů, nanotechnologický časopis AzoBuild uvádí: „… oxidační funkce oxidu grafenu způsobily, že se ve vodě snadněji disperguje než jakýkoli jiný nanomateriál.“

Zpráva AzoBuild také uvádí nedávnou studii, která „se konkrétně zaměřila na zahrnutí oxidu grafenu do betonových kompozitů s přírodním jemným a hrubým kamenivem. Studie zjistila, že zabudování oxidu grafenu s různým procentním obsahem může snížit zpracovatelnost, ale výrazně zvýšit pevnost v tlaku (21 až 55%) a pevnost v tahu (16 až 38%). “

Časopis však také poznamenává: „Velkou nevýhodou přidávání oxidu grafenu k materiálům na bázi cementu je snížená zpracovatelnost v důsledku vlastností jeho povrchu a bočnice, které mají tendenci absorbovat vodu. “

A to navzdory velmi malému množství potřebných nanoaditiv, u nichž bylo prokázáno, že přibližně 1% oxidu grafenu z hmotnosti cementu zvyšuje pevnost betonu v tlaku.

Analýza nákladů a přínosů provedená vědci zjistila, že přidání grafenoxidu do objemu 0,06% dosáhlo maximální výhody u 90denních vzorků.

Mezitím se další specialisté na stavební suroviny zabývají alternativními nanodoplňky, a to nejen za účelem zlepšení výkonu betonu, ale také jako způsobu recyklace odpadu ze staveniště.

Například pražská společnost AG CHEMI GROUP (která tuto webovou stránku provozuje) vyvinula nanotechnologický proces, který přidává pevnost, odolnost proti oděru a / nebo prevenci trhlin při opětovném použití betonových sutin.

"Naše portfolio nanostrukturovaných materiálů zahrnuje řešení na bázi vodných suspenzí, určená k ošetření betonových směsí za účelem zvýšení pevnosti betonové konstrukce, včetně řešení s nanočásticemi, které umožňují využití odpadu ze staveniště jako suroviny pro nové stavební konstrukce," vysvětluje Lev Lyapeikov, manažer vývoje produktů společnosti.

Tento proces zahrnuje použití nanočástic a uhlíkových nanotrubiček v betonových směsích, které zahrnují koncentrace recyklovaných materiálů mezi 15% až 40%.

Snad nejvýznamnější na tomto vývoji pro nanotechnologický průmysl je, že nanopovlaky a nanopřísady do betonu již nejsou rezervou výzkumníků a laboratorních techniků.

Výroba stavebních nanoaditiv společnosti AG CHEMI GROUP by měla začít v roce 2021, což znamená, že nanotechnologie brzy začne uskutečňovat změny na stavbách nejen po celé Evropě ale i ve světě.

Chcete-li se dozvědět více o tom, jak nanoaditiva ovlivňují konstrukci a jak investovat do výroby nanoaditiv, navštivte AG CHEMI GROUP.

Fotografický kredit: George Bosela from FreeImages, Luca Cinacchio from FreeImages, Luca Cinacchio from FreeImages, a Diane Miller from FreeImages