16-Мавзу. Бетон қоришмасини тайёрлаш ва бетонга қаров ўтказиш Бетон қоришмасини тайёрлаш ва ташиш

§8.12. Бетоншуносликда нанотехнология

Замонавий рақобатбардош архитектуравий қурилиш материалларини ишлаб чиқаришнинг ютуқларини хисобга олган холда янги нанотехнологиялар асосида ўзига хос махсус хусусиятларга эга бўлган қурилиш материаллари ва буюмларини яратиш, уларни ишлаб чиқаришга тадбиқ этиш замон талабидир.

Бугунги кунда нонотехнология дунёда алохида йўналиш сифатида шиддатли суратда ривожланмоқда. Нанотехнология терминини биринчи марта 1974 йилда япониялик олим Нарио Танигут ишлатган. “Нано”-грекча “ нанос”- митти (жуда кичик) маънони англатади. Яъни, нано узунлик ўлчов бирлигида қаралса нанометр (нм), бир метрнинг 10^-9 қисмидир( метрнинг миллиарддан бир қисми ёки миллиметрнинг миллиондан бир қисми дегани, тахминан битта атом заррачаси ўлчамига мос келади).
“Нанозаррачалар” терминининг изохи Е2456-06 стандартга асосан белгиланган бўлиб, нанозаррачалар бир томонининг ўлчами 1...100 нм га тенг бўлган заррачаларга айтилади. Нанозаррачалар турли материалллардан оли- ниши ва турлича форма кўринишида бўлиб, улар ҳилма- хил функцияларни бажариши мумкин. Наноматериаллар эксплуатацияли хоссалари тузилиш элементларига боғлиқ бўлган материаллардир. Бунда тузилиш элементлари материалнинг физик-кимёвий хоссаларига таъсир этади. Натижада нано- тузилишлар ўлчамларининг кейинги кичрайиши уларнинг хоссаларига таъсир қила бошлайди.
Нанотехнология бу 10^-9 м ўлчамлари атрофида ишлаш, алоҳида атом ва молекулалар ёрдамида улардан янги самарадор хусусиятларга эга материал ва конструкцияларни йиғиш технологиясидир.
Демак нанотехнология бу амалий фанлар соҳаси бўлиб, моддаларнинг хоссаларини яхшилаш учун янги усуллар ёрдамида жуда кичик ўлчамли материалларни яратиш билан шуғулланади, шунингдек, атом ва молекуляр даражада турли моддаларнинг хоссаларини ўрганади. Қурилишда ҳозирча ўзлаштирилган “микро” (10^-6 м) ўлчамлардан кўра “нано” (10^-9 м) ўлчамларга ўтиб изланишлар олиб бориш, бу нафақат сонли, балки сифат ўзгаришларини таъминлайди. Чунки бу нм ўлчамларда моддалар устида ишлаш ўзлаштирилса, керакли хусусиятларга эга бўлган янги турдаги материалларни яратиш учун катта имкониятлар эшиги очилади. Мисол учун, темир заррачаларининг микро ўлчамларидан нанозаррачаларга (1 нм дан 100 нм) ўтилганда, заррачаларни 10...100 марта фаоллашгани аниқланган.
Нанотехнологиялар ва наноматериалларни қурилиш сохасида қўллаш материалларнинг яхшиланган ва янги хусусиятларини номоён қилувчи, минералогик таркибини ўзгартиришга имкон берувчи махсус хусусиятларга эга бўлган композитларни тайёрлаш имкониятини юзага келтиради. Маълумки бетоннинг тузилиши мураккаб таркибли, микрокўринишли (майда ва йирик тўлдирувчилар, қўшилмалар), шуниндек, микрокўринмас (ғовакликлар, капил- лярлар, цемент заррачалари) ҳамда 1...10 нм нанодаража ўлчамдаги цемент- нинг гидратланган фазаларидан иборатдир.
Ҳозирги мавжуд технологиялар билан тайёрланган цементларнинг майинлиги 3200...3500 см²/г атрофида бўлиб, бундай майинликдаги цемент
заррачаси сув билан риакцияга киришганда, заррача радиусининг 35...40 % гидратланади. Қолган ички қисми эса намланмагани сабабли қуруқ ҳолда қолиб, реакцияга кириша олмайди. Яъни, гидратланмай қолган қисми фақат инерт тўлдирувчи вазифасини ўтайди холос.
Бир неча нанотехнологияларни биргаликда қўллаш самарали хисобланади. Нанотехнология имкониятларидан тўғри фойдаланиб, боғловчи мод-даларнинг заррачалари ўлчамини наноўлчамли заррачалари ўлчамларигача майдаланса уларнинг янги хусусиятлари очилади. Масалан, микро ва нано-кремнеземларни қўллаш нафақат цемент тоши тузилишининг зичла-нишини таъминлайди, балки дисперсли қўшилмаларнинг пуццолонли фаоллигини ҳам оширади, шунингдек, цемент тошининг ғовакларини камайтиради ва унинг хоссаларини яхшилайди (8.18 – расм). Шунингдек, солиштирма юзаси 5000...6000 см²/г бўлган цементлар олиш мумкин.

3. – расм. Цемент зарралари орасидаги бўшлиқларни, микро ва нанокремнезем билан тўлдириш

Оддий фибрадан толасимон микро ва наноўлчамларга ўтиш юпқа донали цемент-минералли матрицанинг тузилишини ва хоссаларини сезиларли яхши- лайди. Ушбу толаларнинг мустахкамлиги пўлатнинг мустаҳкамлигидан 5...10 мартагача ортиқ бўлади. Бундай материалларнинг мустаҳкамлиги 350...600 МПа, шунингдек, эгилишдаги ва сиқилишдаги мустахкамлик чегараси нисбати 0.7...0.9 гача етади (оддий материалларда ушбу кўрсаткич 0.1...0.2 атрофида ўзгаради). Материалларнинг ёриқбардошлиги ва хизмат қилиш муддати кескин ортади, айниқса совуқ иқлим шароитида.

Цемент тоши ва тўлдирувчилар орасида контактли зона бетон тузили- шининг кучсиз элементи хисобланади. Контакт зонасида цемент тоши тузили- шининг зичлиги бошқа жойлардагига нисбатан кам бўлади, чунки доналар орасидаги бўшлиқлар қаттиқ фаза билан тўлиқ тўлдирилмаган бўлади. Бетон таркибига микрокремнеземли ва нанозарра киритилганда эса контакт зоналар ичи зичланади ва мустаҳкам тузилиш ҳосил бўлади.
Бетоннинг юпқа донали тузилишига ўтиш уни мустаҳкамлигининг сезиларли ошишига имкон яратади. Бундай тузилишни ҳосил қилишда наносистема ва нанотехнологиялар катта рол ўйнайди. Бетон технологияси ва
кукунсимон қурилиш композитларида жуда юпқа минерал кукунлар ишла- тилади. Яъни, наносиликатлар, фуллеринлар ва х. к (8.19 – расм).

3. – расм. Микрокремнезем (а) ва наносиликатларнинг (б) ўлчамларини таққослаш

Ушбу компонентларнинг хисобий тавсифлари 8.7 – жадвалда келтирилган Микрокремнезем ва наносиликатларнинг тавсифларини таққослаш.
8.7 – жадвал

Материалнинг Хили	Зарралари ўлчами, нм	Зарралари сони, n/см^3	Солиштирма юзаси, м^2/г
Микрокремнезем	180	5.9*10^12	15
Наносиликат	14	1.2*10^15	180

Самарали гиперпластикловчиларни олиш учун турли хил тузилишли нано- ўлчамли молекулалар яратилади. Суперпластикловчиларнинг фаоллигини ошириш учун уларга нанозарралар киритилади, масалан, материалнинг дис- перслигини ҳосил қилувчи фуллеренлар ва х. к. Махсус бетонлар учун эса таркиби нанозаррали бўлган минерал хом ашёлар ишлатилади.

Цементни гидратлашда, айниқса модификатор қатнашганда, цемент зар- ралари юзасида наноўлчамли ва гелийга ўхшаган юпқа қатламлар ҳосил бў- лади (каллоидли зарралар). Бундай тузилишнинг қотаётган бетонда сақланиб қолиши унинг ( бетоннинг) сифатини оширади.
Юпқа донали бетонлар олиш учун механо-кимёвий фаоллаштириш, кўп босқичли аралаштириш, роторли тез ишловчи қоригичлар, термофаоллаш- тириш ва бошқа технологик усулларни қўллаш тавсия қилинади.
Юқоридагилардан келиб чиққан холда нанотехнологиянинг ҳозирги мав- жуд ютуқлардан фойдаланиб қуйдаги (қурилиш материаллари, хусусан бетон ва бетон конструкциялар учун) истиқболли йўналишларда илмий тадқиқот ишларини давом эттириш мақсадга мувофиқдир:
боғловчи модда (цемент ва хом ашёлар) ни ишлатишдан аввал нано- ўлчамли заррачалар даражасигача майдалаш;
бетон қоришмасига қўшиладиган яримфункционал хусусиятга эга бўл- ган наноқўшилмаларнинг сифатини ўрганиш ва уларни қўллаш техноло- гиясини такомиллаштириш ва саноат ишлаб чиқариш даражасигача кўтариш;
нанодисперсли фибра толалар тайёрлаш ва бетонни арматуралаш техно- логиясини такомиллаштириш, толаларнинг бетон таркибида цемент матрицаси
билан биргаликда ишлашини таъминлаш бўйича илмий тадқиқот ишларини давом эттириш ва х.к.
Юқорида қайт қилинган йўналишларнинг комбинациясини биргаликда қўлланилиши (масалан, юқори дисперсли боғловчи моддаларни наномо- дификаторлар билан ишлов бериш ва дисперсли толаларни биргаликда қўллаш) янада истиқболли муоммолардан бири хисобланади.