Замонавий қурилиш материаллари, буюмлари ва технологиялари

Нанотехнологиялар ёрдамида юқори хоссалари билан фарқ қилувчи янги қурилиш материалларини яратиш мумкин. Нанотехнологиялар ёрдамида материал олиш учун квант механикасига асосланган принципиал янгича ёндошиб яратилган махсус қурилиш ускунасини яратиш керак бўлади.
ХХI аср социал-иқтисодий ривожланиш нанотехнологияларнинг ривожланиши, янги юқори мустаҳкамли ва шу билан бирга енгил наноматериаллар пайдо бўлиши билан белгиланади. “Нанотехнологиялар инсон фаолиятининг барча соҳаларига кириб боради ва дунёни сезиларли даражада ўзгартиради” деган олимларнинг башорати бор.
“Эҳтимол тахминан йигирма йилдан кейин дунё таниб бўлмас даражада ўзгарар ва унда бизни олтин давр кутади”- бу ашёларнинг атом ва молекулаларига таъсир этишга эришган олимлар - нанотехнологларнинг фикридир. Ҳозирги вақтда нанотехнология кўпроқ ҳарбий ишларда, электроникада, биологияда, медицинада, энергетикада, атроф муҳитни муҳофаза қилишда, материалшуносликда тадбиқ этилмоқда. Лекин нанотехнологияни ишлатишнинг истиқболли соҳасига янги авлод қурилиш материалларини ишлаб чиқариш ҳам киради. Ҳозирги вақтнинг ўзида нанотехнология ёрдамида ажойиб хоссаларга эга бўлган цемент, сопол, метал қотишмалари, пластмассалар, лак-бўёқ ва бошқа кўп ашёлар ишлаб чиқарилмоқда.
Нанотехнологияларни амалга оширишга дунёда ҳар йили 20-50 млрд. АҚШ доллари миқдорида инвестициялар сарфланмоқда. АҚШнинг илмий-тадқиқот Миллий фондининг башоратига кўра 2015 йилга бориб наноиндустрия бозорининг йиллик айланиши 1 триллион долларга етади.
Ҳозирги кунда олимлар илмий-тадқиқот ишларининг жадаллиги бўйича биринчи бешта ўринни АҚШ, Япония, Хитой, Германия ва Франция эгалламоқда. Хитойда 2000 йилнинг ўзида нанотехнологиялар билан шуғулланувчи 600 компания очилган. Аллақачон микроскопик нанороботлар яратилган бўлиб, бу микророботлар белгиланган дастур бўйича атомлардан хоҳлаган ишни бажармоқда. Хоҳлаган ашёни - мағзли нондан тортиб то автомобиллар молекуляр тузилишини қайта яратишни ўрганиш нанотехнология соҳаси олимларининг асосий мақсади бўлган ва бу нанотехнологик ишланмаларнинг энг юқори ютуғи бўлади. Бу ишланмалар 40-50 йилдан кейин пайдо бўлиши мумкин.
Нанотехнологиянинг имкониятлари чегараланмаган, чунки у модданинг ўзи билан эмас, моддани ташкил қилувчи заррача - атомлар билан ишлайди. Нанотехнологиялар иқтисодиётни, инсон яшаш муҳитини ва медицинани тўлиқ ўзгартириши мумкин. Шу сабабли наноилм ва нанотехнология нима ва улар қурилиш материаллари ишлаб чиқариш саноатида қандай тадбиқ этилганлиги кўриб чиқамиз.
Нанозарраларга биринчи бўлиб Нобел мукофоти лауреати Ричард Фейнман этибор қаратган. Бу олим ўзининг янги 1960 йил олди маърузасида қуйидаги таниқли иборани айтган эди: “Пастда жуда кўп жой бор”. “Паст” дегани физиклар тилида микродаражани билдиради.
“Нанотехнология” терминини биринчи бўлиб япон олими Норио Танигучи 1974 йилда янги объект ва материалларни ҳосил қилишда алоҳида атомлар билан манипуляция қилиш жараёнини изоҳлашда ишлатган. Нанотехнологиялар ҳозирги кунда асосан уч йўналишда ривожланмоқда. Биринчи йўналиш - молекула ёки атом ўлчамларидаги электрон схемаларни тайёрлашда. Иккинчи йўналиш - шундай ўлчамлардаги механизмларни тайёрлашда. Учинчи йўналиш- предметларни молекулалар ва атомлардан йиғиш. Ҳозир баъзи компаниялар атом ва молекулалардан баъзи бир конструкцияларни йиға оладилар (79- расм).
Нанотехнологиялар қурилишда - бу илмий ютуқларнинг янги даражасидир. Нанотехнологияларни қурилиш материаллари саноатида қандай ишлатилишини кўриб чиқамиз. Қурилиш соҳаси, шу жумладан қурилиш материаллари саноати нанотехнологияларни ишлаб чиқаришни автоматлаштириш ва роботлаштиришда тадбиқ этишдан катта фойда кўриши мумкин.
Нанотехнологиялар ўзининг хоссаларининг юқори даражадаги бирхиллиги билан фарқ қилувчи янги қурилиш материалларини яратиш имконини беради. Нанотехнологиялар ёрдамида янги материални олиш квант механикаси қонунларига асосланган махсус қурилиш ускуналарини яратишга янгича ёндошишни талаб қилади.
Бир неча нанотехнологияларни биргаликда ишлатиш истиқболли деб ҳисобланади. Масалан, активлаштирилган сув, юқори дисперсли дастлабки материаллар ва нанодисперс арматуралар технологияларини биргаликда ишлатилади. Икки нанотехнологиялар: майинлик даражаси 500 м²/кг ва ундан ҳам юқори солиштирма юзали цемент олиш имконини берувчи ротор-пульсли аппаратларда цементни ҳўл усулда майинроқ туйиш (биринчи нанотехнология) ва структурасини ўзгартириб фаоллаштирилган аралаштириш суви (иккинчи нанотехнология) билан цементнинг мустаҳкамлигини бир-неча даражага ошириши мумкин.
Яқин 5-10 йилларда минерал боғловчи моддалар олишга, биринчи навбатда портландцемент олишга қаратилган нанотехнологияларга кўпроқ талаб бўлиши башорат қилинмоқда.
Истиқболли йўналишлардан яна бири керакли тузилишга эга бўлган қурилиш композитларини олиш учун наноуглеродли тузилишлардан (нанотрубкалар ва фуллеренлар) фойдаланишдир. Нанотрубкалар ва фуллеренлар йўналтирилган кристалланишнинг ўчоғи деб қаралади ва натижада боғловчи модданинг кристаллик тузилишини ўзгаришига олиб келади.
Нанотехнологик усуллар цемент клинкерини ишлаб чиқаришда ҳам ишлатилади, бунда эритма ҳароратини пасайтириш мақсадида ҳарорат режимини бошқариш ва минераллаштирувчи-катализаторлардан фойдаланиш йўллари орқали амалга оширилади. Натижада, масалан плавикли шпат солинганда эритма пастроқ ҳароратда ҳосил бўлади ва айланма хумдоннинг қовушқоқлик зонаси хумдоннинг совуқ зоналари томонга сурилади, зона узаяди ва суюқ фазанинг кристалланиши пастроқ ҳароратда кечади.



80- расм. Нанотехнология дарахти

Майдон квант механикаси асосида В.В. Понамарчук “Плутон-5” аппаратини яратди. Бу аппарат минерал боғловчи моддалардан цемент, гипс, оҳак нанозаррачаларини олиш имконини беради. Минерал боғлочи моддалар (цемент, гипс, оҳак) доналарига белгиланган интенсивликдаги энергетик таъсир ўтказиш натижасида уларнинг атомлари табиий устувор ҳолатдан ноустувор фаол ҳолатга ўтади. Бу жараён юқори реакцион хоссага эга бўлган фаол заррачалар (нанозаррачалар) пайдо бўлиши билан кечади. Лаборатория шароитида цемент нанозаррачаларининг бетонлар ва қоришмалар учун мустаҳкамловчи қўшимча сифатида ишлатилиш эффекти аниқланган. Бу нанозаррачаларни 1 м³ бетонга цемент сарфига нисбатан 3-4% солинганда бетон мустаҳкамлигини 1,5-2 баробарга оширади ёки 150 кг/м³ ва ундан ҳам кўпроқ миқдорда цемент сарфини камайтиради. Шунда цемент сарфи то 450 кг/м³ бўлганда 100 МПа ва ундан ҳам юқори мустаҳкамли бетон ҳосил бўлади. Гипснинг Г6 маркаси нанозаррачалари асосида Г25 маркали юқори мустаҳкамли гипс, кварцли қумнинг нанозаррачалари асосида эса 300 маркали кварцли цемент олинган.

Нанотехнологияларни қурилиш материаллари саноатида жорий этиш шуни кўрсатдики, бетон ва унинг структураси нанотехнологияси юзалар ҳақидаги илмга асосланиши керак, хусусан зарралар юзаларини фаоллаштириш ва уларни туйиш билан боғлиқ бўлган усулларга. Нанодаражагача эришиш шарт эмас, чунки зарраларни нанодаражагача туйиш амалий жиҳатдан мумкин эмас. Лекин қўшимча туйиш ҳамма вақт юзанинг фаоллашишига олиб келади. Фаоллаштириш юқори сифатли материалларнинг барча турларини, шу жумладан қурилиш учун ҳам олиш имконини беради.
Минерал қўшимча бўлган 20% домна шлакини солиш 28 кунда В90 ва бундан юқори классли бетон олиш имконини беради, В90 классли бетон 56 кундан кейин В100 дан ошади. Бу натижалар ПЦ400-Д20 маркали цементда “кукун-лой” усулидан фойдаланиб олинган. Кукунни бетонга қўшимча сифатида ишлатиш кукун структурасини бетон қоришмасида қўшимча структур элемент яратишга асосланган. Бу элемент кремний оксиди нанозаррачаси бўлиб вақт ўтиши билан Са(ОН)₂ билан реакцияга кириши натижасида кальций гидросиликатига ўтади ва ўлчами 1 нм ва ундан юқори бўлган ғовакликлар сонининг камайишига олиб келади. Шунинг учун бетон структурасидаги ғовакликларнинг кукун ва унинг реакцияга кириши натижасида ҳосил бўлган янги тузилмалар билан тўлиши юзага келади. Бунда бетоннинг мустаҳкамлиги ва пластиклиги анча ошади.