Šio projekto tikslas – sukurti naujas cementines statybines medžiagas (rišamąsias medžiagas, skiedinius, remonto mišinius, betonus), kurių savybes lemia jų sudėtyje susiformavusios nanostruktūros. Projekte dalyvauja VGTU Termoizoliacijos institutas, Lietuvos energetikos institutas, Kauno technologijos universitetas, KTU Fizikinės elektronikos institutas, UAB „Betoneta“ (betono ir gelžbetonio gamintojas) bei UAB „Statizola“ (sausųjų statybinių mišinių gamintojas). Projekto vadovas dr. V. Antonovič.

Pastaraisiais metais pastebimas didelis susidomėjimas nanotechnologijų pritaikymu cementinėse statybinėse medžiagose. Šių darbų tikslas – sukurti naujos kartos medžiagas, kurios leistų ne tik gerinti statybinių medžiagų savybes, bet ir mažintų statybinių medžiagų žaliavų sąnaudas ir CO2 išmetimą į aplinką, statybinių medžiagų gamybos trukmę ir kainą bei gerintų gamybos atliekų utilizavimą. Tarp tokių medžiagų minimi aktyvizuoti ir netradiciniai cementai, ypač stiprūs ir ilgaamžiai betonai, nanodangos. Taikant nanotechnologijų principus šiandien siekiama gauti ypač didelį stiprumą ir elastingumą, mikroįtrūkimų savikontrolę ir užtaisymą, valdomą rišimąsį, labai didelį adhezinį stiprį tarp matricos ir užpildų, didelį atsparumą klimato poveikiui. Naudojant TiO2 nanopriedus kuriamos unikalios statybinių konstrukcijų cementinės dangos, fotokatalizinės oksidacijos metu mažinančios įvairių teršalų (NOx, CO, SOx ir kitų) kiekį.


























Ultradispersinės SiO2 mikrodulkės – efektyvus priedas gaminant naujuosius betonus

Šiuo tikslu Europoje 2002 m. sukurtas konsorciumas „Nanocem“, jungiantis 37 mokslo ir verslo partnerius. 2006 m. įvyko kelios stambios tarptautinės konferencijos Vokietijoje, JAV ir simpoziumas Ispanijoje. 2007 m. tarptautiniame kongrese plačiai aptartos nanotechnologijų taikymo cementinėse medžiagose problemos.

Konferencijų dokumentuose konstatuojama, kad šiuolaikinėse cementinėse statybinėse medžiagose kartu su cementu naudojami įvairūs pucolaniniai priedai (pelenai, SiO2 mikrodulkės, metalkaolinas), plastikliai (deflokuliantai) ir kiti modifikatoriai, kurių dėka medžiagose susidaro nanostruktūros, lemiančios medžiagos savybes. Nanostruktūroms priskiriamos CSH fazės, susidarančios cementinės medžiagos kietėjimo metu. Iki šiol šios struktūros mažai tirtos, dar nepavyksta sureguliuoti šių fazių formavimosi, kontroliuoti tokių medžiagų savybes mikrolygiu, pereinant prie statybinių medžiagų makrolygio. Į medžiagas bandoma papildomai įdėti įvairių nanopriedų: nanoanglinių vamzdelių, anglinių nanoplaušelių, SiO2 nanodulkių. Tikimasi, kad tokie priedai cementinėse medžiagose veiks kaip papildomi kristalizacijos centrai, kurie pakeis fizikinių-cheminių procesų kryptį ir spartą.

Nanometrinis užpildų dalelių dydis taip pat sąlygoja papildomą tarpatominių ryšių raišką, kuri vienaip ar kitaip veikia tiek fizikines-mechanines, tiek termines, ilgaamžiškumą ir kitas medžiagų savybes.

Šis projektas orientuojamas į kalio hidrosilikato (CSH) nanostruktūrų cementinėse kompozicijose modifikavimą sprendžiant šių struktūrų formavimo problemas. Ypatingas dėmesys skiriamas įvairaus dispersiškumo (nuo mikro... iki nanokristalinių iki amorfinių dalelių struktūrų) reguliavimui, sąlygojančiam geresnes medžiagos bei gaminio eksploatacines savybes. Šiam tikslui naudojami nauji ir originalūs sprendimai. Pavyzdžiui, dvikomponentė rišamoji sistema, susidedanti iš koloidinio natrio silikato tirpalo ir dikalcio silikato ir aliuminatinio cemento – CSH struktūrų formavimui; mikroplaušas, gautas plazmocheminiame reaktoriuje ir atitinkamai mechaniškai aktyvuotas, bei ceolitinių atliekų (silikogelio ir naftos įmonės FCC katalizatoriaus) priedai – CSH struktūrų modifikavimui. Nanostruktūrų formavimo reguliavimui naudojami natrio silikato ir polikarboksilato eterio priedai.


























Plazminiu metodu iš katalizatoriaus atliekų pagamintas plaušas (LEI mokslininkų sukurta technologija)

Preliminarūs tyrimai parodė, kad kuriama dvikomponentė ugniai atspari kompleksinė rišamoji medžiaga kietėja skirtingai nei vienkomponentė: vienas iš jos rišamųjų komponentų (natrio silikato tirpalo ir dikalcio silikato derinys) sukietėja labai greitai, o kito komponento – aliuminatinio cemento – hidratacijos reakcijos vyksta jau sukietėjusios medžiagos struktūroje. Ribotas vandens kiekis kietėjančioje struktūroje sudaro sąlygas tik pradinių amorfinių hidratų nanoklasterių ir nanosluoksnių susidarymui. Naujos medžiagos stipris gniuždant ir terminis atsparumas 2–3 kartus didesnis negu vienkomponenčių medžiagų. Todėl labai svarbu išmokti kryptingai valdyti šias sąveikas.

Plazminė technologija leidžia išlydyti sunkiai besilydančias medžiagas ir gautą lydalą išplaušinti (ar gauti norimo dydžio plaušus, granules ir pan.). Taip planuojama naftos pramonės katalizatoriaus atliekas išplaušinti naudojant plazmą. Tokių mikroplaušelių buvimas sudėtingoje hidratacinėje sistemoje būtų siejamas su kristalizacijos centrų aktyvavimu ir kitomis medžiagos savybėmis, užtikrinančiomis jų ilgaamžiškumą.

Preliminarūs tyrimai taip pat parodė, kad sintetinis anglies pluoštas akytojo betono CSH struktūrose lemia šios medžiagos savybių kompleksą: padidina terminį atsparumą iki 700 0C, atsparumą šalčiui, stiprį gniuždant, medžiaga su šiuo priedu sugeria elektromagnetines bangas. Tai leidžia sukurti daugiafunkcinę medžiagą. Šie tyrimai bus plečiami nustatant anglies pluošto įtaką nanostruktūrų formavimuisi ir daugiafunkcinėms tokios medžiagos savybėms.






























Kompleksinės rišamosios medžiagos nanostruktūros

Pradėti ceolitinių priedų iš AB „Lifosa“ gamybos atliekų įtakos betono mikrostruktūrai ir savybėms tyrimai rodo, kad jie turi didelę įtaką cemento akmens akytumui, o kartu ir ilgaamžiškumui. Naudojant minėtus priedus ir kitus nanomodifikatorius galima pagaminti išskirtinių reologinių bei eksploatacinių savybių betonus.

Lietuvoje pakankamai gerai išvystyta cementinių statybinių medžiagų pramonė nenoriai finansuoja gana brangius nanotechnologijų mokslinius tyrimus. Ateityje tokia vietinių verslininkų pozicija neleis jiems konkuruoti naujų paklausių cementinių statybinių medžiagų rinkoje arba privers pirkti dabar kuriamas labai brangias technologijas užsienyje.

Todėl dar vienas šio projekto tikslas – atlikti mokslinius tyrimus, kurių rezultatai leistų greičiau pradėti gaminti Lietuvoje įvairias cementines statybines medžiagas pritaikant nanostruktūrų formavimo technologijas: ugniai atsparias medžiagas naudojant ypač mažai cemento, daugiafunkcinį akytąjį betoną, plazmaplaušeliais armuotas dangas, skirtas ekstremalioms eksploatacijos sąlygoms, betonus su ceolitinėmis atliekomis. Sukauptos naujos žnios leis sparčiau kurti naujus produktus krizės ištiktai pramonei, taigi spartins jos atsigavimą.

Šiame projekte dalyvauja aukštos kvalifikacijos mokslininkai iš kaitrai atsparių betonų ir rišamųjų medžiagų laboratorijų (VGTU Termoizoliacijos institutas), medžiagų tyrimų ir bandymų laboratorijos (LEI) bei KTU Aukštųjų technologijų plėtros instituto, Statybinių medžiagų ir konstrukcijų tyrimų centro ir Fizikinės elektronikos instituto. Daugiamečiai šių grupių vadovai dr. S. Goberis, prof. habil. dr. A. Laukaitis, dr. G. Skripkiūnas, prof. habil. dr. V. Ostaševičius, prof. habil. dr. S. Tamulevičius išvystė mokslines kryptis, kurias sėkmingai tęsia net septyni doktorantai. Didelė dalis dalyvaujančiųjų projekte mokslininkų yra pripažinti bei atestuoti savo sričių ekspertai.

Per pastaruosius 3 m. projekte dalyvaujantys mokslininkai paskelbė 23 straipsnius su ISI indeksu, kituose leidiniuose – apie 90, skaitė pranešimus tarptautinėse konferencijose Prancūzijoje, Vokietijoje, Didžiojoje Britanijoje, Lenkijoje, Čekijoje, Latvijoje, Rusijoje, Ukrainoje, Slovakijoje ir Slovėnijoje. Dr. S. Goberis ir dr. V. Antonovič tapo 2005 m. Lietuvos mokslo premijos laureatais už eksperimentinę plėtrą.

VGTU Termoizoliacijos institutas šiame projekte bendradarbiauja su Lenkijos Varšuvos politechnikos universiteto Chemijos institutu. UAB „Statizola“ ir UAB „Betoneta“ gamina įvairios paskirties cementines statybines medžiagas, turi šiuolaikinius reikalavimus atitinkančias gamybos linijas, galimybes plėsti asortimentą.

„Nanostruktūrų formavimo ypatumai cementinėse statybinėse medžiagose: tyrimai ir technologinė plėtra“

Dr. Valentin Antonovič

VGTU Termoizoliacijos instituto laboratorijos vadovas