Бетон и нанотехнологии
Под нанотехнологиями
понимаются исследования и разработки с частицами и системами, имеющими размеры
от 1 до 100nm (нмк) Если современные проводниковые и компьютерные технологии
оперируют частицами в микромасштабе (10-6), т.е. в наиболее
продвинутой части науки совершается переход от микромира в наномир (1nm это
10-9m).. Для целей сравнения можно указать, например, что частицы
микрокремнезема (silica fume) находятся в пределах от 100 до 1000nm (0,1-1,0µm),
кристаллы Ca (OH2) - порядка 10 µm (104nm), человеческий
волос от 10 до 100 µm и т.д. Нанонаука проводит исследования в наномасштабе
и требует соответствующий инструментарий, с помощью которого можно производить
измерения геометрических размеров с точностью до нескольких nm, измерять
количество (nN) и изготавливать объекты толщиной до нескольких молекул и
нескольких nm2 по площади. Поэтому изменения, например, температуры в
лаборатории должны быть настолько малы, чтобы не искажать размеров исследуемых
объектов; электромагнитные поля должны быть настолько стабильными, чтобы можно
было производить измерения электрических сигналов с точностью до nA и nV.
Наноисследовательские лаборатории требуют акустических
характеристик, сопоставимых с условиями звукозаписывающих студий. Некоторые
пылинки, вызванные колебаниями воздуха, могут иметь размеры до нескольких сотен
и даже тысяч nm, поэтому величины вибраций должны быть на 2-3 порядка ниже
уровня человеческого восприятия. Все эти требования должны быть удовлетворены
помещениями, имеющими в 100 раз выше энергопоглощение от механических систем и
свыше 50 раз от перемещения воздуха, чем обычные помещения. Совершенно
естественно, что конструкции зданий и материалы для таких помещений должны быть
уникальными. В течение 2003 года были закончены или находились в процессе
сооружения несколько научно-исследовательских и производственных помещений,
предназначенных для проведения работ на наноуровне,. Среди них помещения в
университетах Cornell и Northwestern в США, в университетском колледже в
Лондоне, так называемое "чистое помещение" в лаборатории по разработке
нанотехнологий на Тайване, помещение в исследовательской военно-морской
лаборатории в Вашингтоне и т.д. Сооружение подобных помещений обходится в
пределах от $ 12 до $ 60 млн. Однако минимизация посторонних влияний в
нанотехнологии обходится иногда весьма дорого.
Так, например, в Национальном Институте стандартов и технологии
в США возможность контроля температуры с точностью до ±0,01°С в "чистых
помещениях" площадью до 15 тыс.м2 обошлась в $700 млн. Помещения для
нанотехнологий требуют все более возрастающих ограничений по вибрации. Обычный
уровень восприятия вибраций человеком составляет 500µm/сек. Устройство
современного электронного микроскопа требует ограничений порядка 15-25µm/сек.
Большинство помещений нанотехнологических лабораторий требуют существенно более
строгих ограничений. Наиболее подходящими помещениями считаются те, уровень
вибрации в которых находится в пределах от 3 до 6 µm/сек. Но некоторые
нанотехнологические процессы требуют ограничения амплитуд колебаний порядка 1
µm/сек. или даже меньше. Бетон является материалом, которому отдают предпочтение
во многих сооружениях с повышенными требованиями. Обычно применяют плиты на
упругом основании, при толщине плиты от 200 до 600 мм. Так называемые "чистые
помещения" с подвалом часто размещаются на бетонных плитах кессонного типа
толщиной от 700 до 1200 мм в зависимости от шага колонн.
Сравнительно новое применение бетона в помещениях с повышенными
требованиями по вибрации - это плиты с пневматической изоляцией с использованием
так называемых воздушных пружин. Некоторые лабораторные помещения требуют
исключительно больших изолированных масс, которые обеспечивают замечательные
характеристики, особенно с учетом демпфирующих свойств самого бетона. Начиная с
30-х годов прошлого века изучение демпфирующих свойств бетона сосредотачивалось
на микроструктурном механизме бетона и практически никакого внимания не
уделялось разработке способов модифицирования демпфирующих свойств, подобно
модифицированию его прочности и модуля упругости. В настоящее время такие
исследования ведутся в Калифорнийском Университете в Беркли, что позволит дать в
руки проектировщиков способы изменения демпфирующих свойств бетона за счет
введения специальных добавок, изменения В/Ц, типов заполнителей и видов
армирования. Весьма эффективно в этом смысле применение стирол-бутадиеновых
латексов и растительных смол, а также изменения В/Ц. В последнем случае
увеличение микродефектов в бетоне улучшает его демпфирующие свойства. (Shuaib H. Ahmad, W. Gene Corley, and James R. Cagley. ACI and
International Standardization/ISO: стандартизация бетона)
Международная организация по стандартизации ISO была создана в
1946г представителями 25 стран на встрече в Лондоне с целью выработки, на основе
консенсуса, международных промышленных стандартов, развития свободной
конкуренции, совместимости технологий и разработок, ускорения продвижения
научных исследований. Сегодня в её рядах насчитывается 148 стран мира. Бетон
является одним из наиболее распространённых в мире материалов, его ежегодное
применение составляет около 6 млрд. тонн, или более 1 тонн бетона в год на
каждого жителя планеты. Поэтому совершенно естественно, что уже в 1949 году в
рамках ISO был сформирован Технический Комитет TC 71 "Бетон, железобетон
и преднапряженный бетон" с задачей осуществления стандартизации в
технологии бетона, в методах расчета и проектирования конструкций из него,
унификации терминологии, повышения его качества, усовершенствования методов
испытаний и снижения стоимости строительства. В комитет вошли представители всех
шести континентов - Африки, Азии, Австралии, Европы, Северной и Южной Америки,
специалисты в различных областях - бетоноведы, проектировщики, изготовители,
подрядчики, разработчики национальных норм, ученые из исследовательских и
испытательных центров. В настоящее время в Комитет входят 83 страны (30 членов и
53 наблюдателя), в его составе образовалось семь подкомитетов, названия которых
вместе с названием страны, осуществляющей функции секретаря каждого подкомитета,
представлены в Таблице 1.
Таблица 1. Подкомитеты ISO TC
71:
|
Подкомитеты |
Название подкомитета |
Страна-секретарь |
|
SC -1 |
Методы испытаний бетона |
Израиль |
|
SC -3 |
Производство бетона и изготовление конструкций из
него |
Норвегия |
|
SC -4 |
Требования к эксплуатационным характеристикам
конструктивного бетона |
США |
|
SC -5 |
Упрощенные методы расчета железобетонных
конструкций |
Колумбия |
|
SC -6 |
Нетрадиционные армирующие материалы для
бетона |
Япония |
|
SC -7 |
Расчет долговечности железобетонных
конструкций |
- |
|
SC -8 |
Эксплуатация и ремонт железобетонных
конструкций |
Ю.
Корея |
Председателем ISO TC 71 является W. Gene Corley, Вице-президент
широко известной Лаборатории технологии строительства в г. Скоки (Штат Иллинойс,
США), а секретарём Комитета является Shuaib H. Ahmad, главный инженер
Американского института бетона ACI. Основным результатом работы комитета
является документ ISO 19338 "Требования к эксплуатационным и расчетным
характеристикам конструктивного бетона", в основу которого
положены американские нормы проектирования бетонных и железобетонных конструкций
ACI 318. Следует отметить, что в последние годы комитет ISO TC 71 установил
связи с Европейским Комитетом по стандартизации CEN, в том числе с его
комитетами CEN/TC 250 "Расчет конструкций" и CEN/TC 104
"Бетон", которые занимаются разработкой соответствующих
европейских стандартов и норм проектирования.
Источник: Научно-исследовательский институт бетона и
железобетона
Материал взят с сайта www.beton.ru
По всем вопросам звоните (495) 740-9326
|