Нанобетон в дорожном строительстве

Термин «нанопенобетон» был введён в 1991 году, когда была впервые получена возможность получения промышленные объемы микронных и ангстремных частиц, а также изобретено сито-классификатор, позволяющее рассеивать активированную массу в заданных размерных градациях, при этом математические модели решёток и последующие испытания образцов бетонов позволили говорить о возможности изготовления пенобетона с твёрдостью и крепостью стали.

Вместе с этими принципиально важными открытиями пришло понимание о новом строительном материале с уникальными свойствами, открывающем новые горизонты практического решения проблем, которые ранее были не имели решения.

Свойства нанопенобетона

Для понимания физики процессов в тонких структурах достаточно проделать следующий опыт — взять горсть песка и речную гальку размером 1 см, 2 см, и 5ч7 см и под увеличительным стеклом внимательно рассмотреть их поверхности — у песка и гальки они не отличаются, то есть галька — это песок с масштабом 10, 20 и 50 раз.

Эти материалы имеют гладкую поверхность, отшлифованную взаимным трением, закруглённую, минимальную для объёма, при этом все физические, химические, валентные и ковалентные связи заполнены — в составе бетона этот инертный наполнитель в очень и очень малой степени проявляет связующие свойства и тем не менее бетон с таким наполнителем может быть использован для строительства бомбоубежищ или аэродромных полос.

Далее следует завернуть 1ч2 куска гальку в крепкую материю или в несколько слоёв бумаги и ударить молотком 1ч2 раза, после чего рассмотреть раскрошенные куски под увеличительным стеклом:

• — в крупном куске под поверхностью как яичная скорлупа визуально цветом выделяется слой толщиной до 1 мм с полным набором физического и химического заполнения;
• — вскрытые поверхности обладают огромной рельефностью и площадью, которая отличается от геометрической площади более чем в 2 раза.

Эта вновь образовавшаяся поверхность обладает огромным активным потенциалом всех видов связей на уровне коггезии, адгезии, валентных, ковалентных, аппликации, на межатомном и молекулярном уровнях на глубину до 1 мм, что является одной из составляющих факторов, определяющих качества нанопенобетона, при этом сфотографированные активированные микронные частицы под увеличением в 1.000 раз ничем не отличались рельефом своей поверхности от осколков гальки.

Если 1 мм округлую песчинку мысленно представить, как кубик 1 размером мм, то его коллективная поверхность равна 6 мм², но если мысленно распилить каждую плоскость на 10 плоскостей, то получится 1.000 кубиков с гранью 0,1 мм, при этом их коллективная поверхность равна 0,1 мм²•6•1000 = 600 мм², то есть составлять 6 см².

Если теперь каждую грань каждого кубика вновь мысленно распилить на 10, то их коллективная поверхность уже получается 0,01 мм²•6•1000•1000 = 60 000мм², а если это проделать ещё раз — 6 м² коллективной поверхности, активной для механических, физических и химических связей, при этом рельефная поверхность увеличивает эту площадь ещё в 2 раза, что дает 12 м² активной поверхности из песчинки в 1 мм — в этом основа материалов строительной индустрии.

В итоге, вещества обладающие высочайшими потенциалами к коггезивным и адгезивным связям на уровнях прочнейших межатомных и межмолекулярных соединений, образуют качественно новое строительную материю — равномерно распределённые бинарные кристаллические фазы образуют стекловидную фазу с высокой прочностью и термической стойкостью с низким коэффициентом температурного расширения.

Как клинкер — тонко измельчённая смесь известняка и глины, так и кальцитыосадочные горные породы со слоистой структурой плотностью 2,7ч2,8 г/см³, после химических изменений превращаются в цемент, так в случае с нанопенобетоном это явление имеет ещё более эффективные тенденции к изменённым качествам — для армирования пенобетона используются волокна различной толщины с послойной пропиткой и наружным бронированием.

Для пенобетона потребуется в 2ч3 раза меньше цемента, чем для обычных бетонов, при этом в случае активации цемента или изготовления низкомарочного пенобетона эта цифра будет ещё больше, при этом измельчённый шлак, которого по всей России в отвалах скопилось несколько миллиардов тонн, и его количество ежегодно только растёт, может использоваться для изготовления низкомарочного цемента для многих видов строительства, в том числе дорожного строительства.