ШУТИС-БАС Профессор.Б.Батцагаан 

Нано шинжлэх ухааны эхлэл 1970-аад онд тавигдсан, 2000 оны эхэн хүртэл энэхүү шинжлэх ухаан суурь судалгааны түвшинд явагдаж байсан боловч 2000 оноос хэрэглээний шинжлэх ухаан болж хөгжсөн. Харин 2005 оноос бага хэмжээгээр үйлдвэрлэлд нэвтрэн 2010 оноос хурдацтай хөгжиж өндөр хөгжилтэй орнуудад нано материалын хэрэглээ бий болохын зэрэгцээ энэхүү гайхамшигтай технологи нь дэлхий дахины шинэ, шинэ ололт амжилтын эх үндэс нь болсон. Хөгжлийн эхэн үед нано хэмжээс бүхий  (1 метрийг 1,000,000,000 хуваасны нэг хэсэг) нэгдлийг үйлдвэрлэх нь өндөр зардалтай байсан бөгөөд судалгааг гүнзгийрүүлэн нано материалыг үйлдвэрлэлд нэвтрүүлснээр нэгж бүтээгдэхүүний үйлдвэрлэлийн зардал буурсан юм.

Өдгөө олон улсад нано материалыг хэрэглээний түвшинд бүхий л салбарт хэрэглэж байгаа бөгөөд тэр тусмаа анагаах ухаан, автомашин үйлдвэрлэл, барилга, химийн үйлдвэрлэл, хөдөө аж ахуй зэрэг салбарт илүү ихээр хэрэглэх болсон. 

"Барилгын үндсэн материал болох цемент, бетон, ган зэрэгт нанотехнологийг ашигласнаар маш олон талын үр шимийг хүртэж байна. Тухайлбал, уг бүтээгдэхүүнүүдэд нано хэсгүүдийг нэмснээр илүү бат бөх, удаан эдэлгээтэй, өөрийгөө эдгээдэг, агаар цэвэршүүлдэг, галд тэсвэртэй, цэвэрлэхэд хялбар, хурдан нягтардаг гэх мэт олон төрлийн бетонууд бий болж байна. 

Түүнчлэн нанотехнологийг ашигласнаар барилгын материалын үйлдвэрлэлийн CO2 ялгаруулалтыг багасгаж, багальд орчинд ээлтэй болон хувирч байгаа юм.

Нано материалын давуу тал  

• Бат бэх нэмэгдүүлнэ 
• Хөдөлгөөнт чанар сайжруулна 
• Эрт үеийн бат бэх нэмэгдүүлнэ
• Гулзайлт ба суналтын бат бэх сайжруулна
• Ус нэвтрүүлэлт эсэргүүцэх
• Calcium leaching бууруулах
• Бэхжилтийн хугацааг хурдасгах
• Өөрийгөө цэвэрлэдэг
• Агаарын бохирдол бууруулах
• Үрэлтэд тэсвэртэй
• Ган арматурыг орлох
• Шатамхай чанарыг бууруулах

Манай улсын хувьд дэлхийн хөгжлөөс хоцролгүй нанотехнологийг нутагшуулах зайлшгүй шаардлагатай бөгөөд нанотехнологийг нэвтрүүлэх боломжтой салбаруудын нэг нь барилгын материалын үйлдвэрлэл болон материал судлал юм. Барилгын материалын үйлдвэрлэл хөгжихийн хэрээр энэ салбарт ухаалаг, шинэ технологийн хэрэглээ өсөн нэмэгдэх болсон.

Орон сууцны болон бусад барилгын төрөлд шинэ материал ба технологийг өргөн хэрэглэх шаардлага бий болж томоохон зорилтыг шийдвэрлэх болж байна. Бетоны технологид олон бүрэлдэхүүнт барьцалдагч, нарийн дисперслэг нэмэлт, ширхэглэг дүүргэгч ашиглах замаар бетоны технологийг боловсронгуй болгон шинэ төрлийн материал, бүтээц гарган авахад судалгааны ажлын практик ач холбогдол оршино. Бетоны бат бэх физик-механик шинж чанарыг дээшлүүлж үр ашигтай модификаторыг хэрэглэснээр бетоны технологийг боловсронгуй болгоно. 

Бетон бүтээц ба шинж чанарыг нэн түрүүн цементийн чулууны чанараар тодорхойлно. Бетоны технологид орох шинэ түүхий эдийн бүрэлдэхүүн ус цементийн харьцааг бууруулах ба төдий чинээ цементэн чулууны нягт ба түүний бат бэхийг хамгийн ихээр нэмэгдүүлэх, цементэн чулууны гидратацийн шинж төрхийг өөрчлөх, цементэн чулууны нэлээд нягт тогтвортой бүтэц бий болгож улмаар бат бэх, тэсвэртэй гидросиликатын нэгдэл гарган авах нөхцөлийг бүрдүүлэх, мөн түүний бат бэхийг дээшлүүлэх боломжийг бий болгоно.  

Цементийн шинэ үүсэлтээр маш жижиг ширхэгт гель (цавуулаг) нь супер буюу гиперпластификаторын молекулуудтай нийлж цементийн гидратацийн үед үүсэх анхны хатуу фазын сүвэрхэгжилтийг багасгаж түүнийг түргэн хугацаанд нүх сүвийг бүрэн дүүргэх үүний тулд ус цементийн харьцааг багасгах ба нарийн дисперслэг нэмэлт ашиглана. Бетоны бат бэхийг хурдасгасны үр дүнд угсармал төмөрбетон эдлэлд дулааны боловсруулалт хийхгүй, энерги зарцуулалтыг хэмнэх, мөн цутгамал бүтээцийн угсралтыг хурдасгах ба өвлийн улиралд барилга барих ажлыг хялбар болгоно. 

Материалын бат бэхийг дээшлүүлэхэд цементийн талстуудын хэмжээ ба түүний нүх сүвийг багасгана. Ус цементийн харьцаа бага үед нарийн дисперслэг нунтаг дүүргэлт ашиглахад өндөр бат бэх бүтэцтэй, янз бүрийн гадны үйлчлэлд тэсвэртэй болох ба цементийн гидратаци шахагдал ба нарийн бутарсан хатуу фазын орон зайд явагдана. 

Бетоны технологид наноматериал хэрэглэх ирээдүй нээгдэж, тухайлбал 0,1-ээс 100 нанометр хэмжээтэй бодис (материал) тэдгээрийн эгэл хэсгийн хэмжээ өөрчлөгдөхөд материалын шинэ чанарын үүсэлт бий болно. Ийм эгэл хэсгүүд ба цаашид түүнийг боловсруулж гарган авах технологи нь нанотехнологид хамаарагдана. Бетоны бүрэлдэхүүн ба түүнийг бэлтгэх процесс бий болоход эрдэс түүхий эдийн зэрэгцээ нано эгэл хэсгүүд агуулагдана. 

Бетоны технологид янз бүрийн дисперсийн нунтаг хэлбэрийн материалыг ашиглана (1-р хүснэгт). Өндөр нягт ба бат бэх бүтэцтэй материалыг гарган авахын тулд бетоны бүтцийг хэлбэршүүлэхэд түүнд олон бүрэлдэхүүнийг иж бүрнээр (комплекс) ашиглана. Зөвхөн түүхий эдийн янз бүрийн хэмжээ төдийгүй гол чухал хэрэглээ бол эгэл хэсгийн гадаргуу дээр хатуу фаз нягт ба бат бэх контактын бүс бий болгох ба харилцан үйлчлэлд орох чадвартай байдаг. 

Бетон ба барилгын нунтаг композитын гидратацийн бэхжилт өнөө үеийн ба эртнээс ашиглаж буй наноматериал: Наносиликат, фуллерен гэх мэт хамаарна. Үр ашигтай гиперпластификаторыг гарган авах үед зориулалтаас нь хамааруулан янз бүрийн бүтэцтэй нанохэмжээст молекул бий болно. Суперпластификаторын үр ашгийг дээшлүүлэхийн тулд түүнд наноэгэл хэсэг (наночастиц) ашиглах, жишээлбэл фуллерен, дисперслэгдэх (диспергации) материал уг материал бетоны хатуу фаз болох бөгөөд цементтэй харилцан үйлчлэлд орох чадвартай байна. Тусгай бетонд наноэгэл хэсэг агуулсан, эрдэс түүхий эд ашиглана. 

Цементийн гидратацийн үед ялангуяа модификатор орсон байхад цементийн ширхгийн гадаргуу дээр гель адил нимгэн үе ба нанохэмжээст коллоид эгэл хэсгүүд үүснэ. Уг бэхжиж буй бетонд ийм бүтэц хэвээр хадгалагдаж байхад түүний чанарыг дээшлүүлэх чадвартай болно. 

Нарийн ширхэгт бетон ба композитыг гарган авахын тулд олон үе шатлалтай холих, механо-химийн идэвхжүүлэлт хэрэглэх, дулаанаар идэвхжүүлэх (термоактиваци) ба бусад тусгай технологийн болон тоноглол ашиглах үр ашигтай юм.

Шинэ материал ба технологийг барилгад болон барилгын материалын үйлдвэрт өргөн хүрээнд нэвтрүүлэхийн тулд санал болгож буй технологийг туршилтаар шалгах ба технологийг боловсруулан хэрэгжүүлэхэд шинжлэх ухааны ололт нь композицион барьцалдагч материал, жишээ нь ус бага шаардах барьцалдагч (УБШБ) ба үнс-шаарган түүхий эд ашигласан холимог барьцалдагч, мөн бүтэц ба шинж чанараар комплекс нанобүтэцтэй модификаторууд. 

Энэ нь цементийн адил эзлэхүүнтэй үед барьцалдагчийн хэмжээ ихсэх ба зуурмаг, бетоныг үйлдвэрлэхэд цементийн зарцуулалт багасах (1 кг модификатор 30-50 кг цементийг хэмнэх) ба бетоны үйлдвэрлэлийн эзлэхүүн нэмэгдэхэд нийцүүлэх бөгөөд зуурмаг, бетоны эдэлгээний хугацаа ба чанарыг дээшлүүлэх, мөн барилгын композит, орчны экологийн чанарыг сайжруулах, комплекс модификатор зуурмаг, бетоны бүтэц болон шинж чанар мөн барилгын композитын шинэ төрөл, нанотехнологийг ашигласнаар уламжлалт материалтай харьцуулахад 1,5-2 дахин түүнээс илүү үр дүнтэй модификаторыг гарган авна. Энэ материалын үйлдвэрлэл бага хэмжээтэй, харьцангуй зардал багатай, гэвч өндөр технологи шаарддаг юм. Энэ төрлийн үйлдвэрийг хөгжүүлэхэд манай орны нөхцөлд түүхий эдийн нөөц харьцангуй бага боловч тодорхой хэмжээнд байгаа юм. 

Иймээс гадаад орноос өндөр үнэтэй модификатор импортлохоос татгалзаж энэ төрлийн жижиг үйлдвэр (хүрэн нүүрснээс гумат гарган авах) байгуулах боломжтой. 

Энгийн наносистем ашигласнаар өөрөө нягтран цутгагдах бетоныг гарган авах, өндөр бат бэхтэй тухайлбал бусад технологиор гарган авах боломжгүй бат бэхээр 200 МПа хүртэл; тусгай шинж чанартай бетон, жишээлбэл радиациас хамгаалах, чимэглэлийн гэх мэт лак-будгийн, өнгөлгөөний ба засварын материал, түүнд цавуу болон гидратацийн бэхжилтийн системийн үндсэн дээр тусгай зориулалтын материал, цемент-полимерийн комплекс орно.

Бетон ба зуурмагийн үйлдвэрийн шинэ үр ашигтай технологи, тухайлбал өвөл бетоны ажил хийх, наносистемийн элементийн бүтцийг хадгалах ба тооцсоноор нарийн ширхэгт өндөр чанартай материалын бүтцийг бий болгож гарган авах нөхцөлийг бүрдүүлнэ. Ийм технологиор гүйцэтгэхэд харьцангуй энгийн, эдийн засгийн зардал багасах бололцоотой, барилгын үйлдвэрлэлийн ажлыг хурдасгана.

Байгалийн ба технологийн түүхий эд наносистемийн элементүүд ба түүхий эдийг агуулснаар наносистемээр шинэ дүрс хувиралд (модифицированный) орж барилгын композитууд болон бетоны чанарыг дээшлүүлж, түүний хэрэглэх хүрээг өргөжүүлнэ.

Орос улс модификатор ба композитон барьцалдагчийг хэрэглэснээр ойролцоогоор бетоны 5%, өөрөөр хэлбэл 5 сая.м3 бетоныг бэлтгэсэн байна. Бетоны дундаж өртөг 2000 р/м3, нанотехнологийн элементүүд хэрэглэснээр үйлдвэрлэн гаргах бүтээгдэхүүний өртөг ойролцоогоор 10 сая.рубл байна. Ойрын арван жилд хүлээгдэж буй барилгын материалын эзлэхүүн нэмэгдэж, наносистем ашигласнаар хэд дахин (6-10 дахин) бүтээгдэхүүний өртөг хямдрах болохыг тэмдэглэсэн байна. 

Барилгын материалын үйлдвэрт мөн барилгад наносистем ба нанотехнологийг нэвтрүүлэхэд ховор олдоцтой цементийг төлөөлүүлэх, барилгын ажлыг хурдасгах, түүний чанарыг дээшлүүлэх, өртгийг бууруулах, нийгмийн асуудлыг зохистой шийдвэрлэх нь ард түмний амьдрах нөхцөлийг сайжруулна.

Ром дахь “Jubilee” сүм “Өөрийгөө цэвэрлэдэг бетоноор хийгдсэн” агаарын бохирдлыг бууруулна. 

Наноматериалууд нь жижиг-маш жижиг. Эдгээр материалууд нь маш жижиг тул энгийн нүдээр харах боломжгүй тул үйлдвэрлэгчдэд тусгай тоног төхөөрөмж хэрэгтэй. Хэмжээг нь үл харгалзан тэдгээр нь өвөрмөц шинж чанар, авчрах ашиг тусын улмаас үйлдвэрлэлд ихээхэн нөлөө үзүүлж байна. Доор бид наноматериалууд хэрхэн хийгдсэн, тэдгээр нь юу вэ, яагаад үйлдвэрлэлийн салбарт зайлшгүй шаардлагатай вэ гэсэн үндсэн ойлголтуудыг авч үзэх болно.