ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ Л.Н. ГУМИЛЕВ АТЫНДАҒЫ ЕУРАЗИЯ ҰЛТТЫҚ УНИВЕРСИТЕТІ
Студенттер мен жас ғалымдардың
«Ғылым және білім - 2014»
атты IX Халықаралық ғылыми конференциясының БАЯНДАМАЛАР ЖИНАҒЫ
СБОРНИК МАТЕРИАЛОВ
IX Международной научной конференции студентов и молодых ученых
«Наука и образование - 2014»
PROCEEDINGS
of the IX International Scientific Conference for students and young scholars
«Science and education - 2014»
2014 жыл 11 сәуір
Астана
УДК 001(063) ББК 72
Ғ 96
Ғ 96
«Ғылым және білім – 2014» атты студенттер мен жас ғалымдардың ІХ Халықаралық ғылыми конференциясы = ІХ Международная научная конференция студентов и молодых ученых «Наука и образование - 2014» = The IX International Scientific Conference for students and young scholars «Science and education - 2014».
– Астана: http://www.enu.kz/ru/nauka/nauka-i-obrazovanie/, 2014. – 5830 стр.
(қазақша, орысша, ағылшынша).
ISBN 978-9965-31-610-4
Жинаққа студенттердің, магистранттардың, докторанттардың және жас ғалымдардың жаратылыстану-техникалық және гуманитарлық ғылымдардың өзекті мәселелері бойынша баяндамалары енгізілген.
The proceedings are the papers of students, undergraduates, doctoral students and young researchers on topical issues of natural and technical sciences and humanities.
В сборник вошли доклады студентов, магистрантов, докторантов и молодых ученых по актуальным вопросам естественно-технических и гуманитарных наук.
УДК 001(063) ББК 72
ISBN 978-9965-31-610-4 © Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық
университеті, 2014
4475
болжап, топырақтың немесе топырақ имараттарының кӛтергіш қабілетін анықтауға мҥмкіндік беріп, экономикалық жағынан табиғи сынаумен салыстырғанда біршама тиімді болып келеді.
Пайдаланылған әдебиеттер тізімі:
1. ASTM D4253(4)-83, Standard test methods for maximum index density and unit weight of soils using a vibratory table.
2. Wood, D.M. Geotechnical modeling, Spon Press. ISBN 0-415-34304-6 (hbk), ISBN 0-419- 23730-5 (pbk). – США, Канада, 2004, – с. 246-247, 269-308.
3. ГОСТ 5686-94 Грунты. Методы полевых испытаний сваями 4. CНиП РК 5.01-03-2002 Свайные фундаменты
5. СНиП РК 5.01-01-2002 Основания зданий и сооружений
6. Жусупбеков, А.Ж., Утепов, Е.Б., Лукпанов, Р.Е., Енкебаев, С.Б. Полевые испытания на объекте «Жилой дом» близ пустыни «Бестас» Алматинской области, Казахстан, Научный журнал «Вестник ЕНУ». – Астана, Казахстан. – вып. 4. – 2012. – с. 62-71.
7. Levacher, D., Morice, Y., Favraud, C., Thorel, L. A review of pile drivers for testing in centrifuge, Xèmes Journées Nationales Génie Côtier – Génie Civil. – Sophia Antipolis, France, 2008. – p. 573-584.
8. Utepov, Ye.B. Comparative analysis of the results of numerical modeling and field tests of soils by piles, Proceedings of the 7AYGEC. – Tokushima, Japan, 2012. – p. 179-183.
9. Utepov, Ye.B., Zhussupbekov, A.Zh., Shakhmov, Zh.A., Yenkebayev, S.B., Lukpanov, R.E.
Researching of field load tests of piles on construction sites in Astana, Proceedings of the Korea- Kazakhstan Joint Geotechnical Seminar
УДК 69:620.3
ОБ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ПОСЛЕДНИХ ДОСТИЖЕНИЙ НАНОТЕХНОЛОГИЙ В СТРОИТЕЛЬНОЙ ОТРАСЛИ
Шамшатов Е.Ж.
Казахская Головная Архитектурно-Строительная Академия, студент ФОС, Стр-12-5, Алматы
Научный руководитель – Слямбаева Аймаш Коныргазиевна, к.т.н., ассоц. проф. ФОС
В настоящее время нанотехнологии являются причиной сильнейшего прорыва во многих сферах науки. Сегодня нанотехнологии применяют также в производстве строительных материалов. В Японии, США, Китае и странах Европы, порядка 20%
строительных компаний используют материалы, в производстве которых применяли нанотехнологии. Получены конструкционные композиционные материалы с высокими прочностными характеристиками, новые виды арматурных сталей, высокопрочные нанопленки для покрытия светопрозрачных конструкций, самоочищающиеся и износостойкие покрытия, паропроницаемые и гибкие стекла.
Без применения нанотехнологий невозможна и полноценная реализация проектов энергонезависимого «пассивного дома». Основной особенностью «пассивного дома»
является малое энергопотребление и почти полная энергонезависимость, что обеспечивается использованием всего спектра возможностей сохранения тепла и самопроизводства энергии.
Фантастически выглядят перспективы дальнейшего развития. (Рис. 1) Например:
Оптимизированные бетонные конструкции
Домашние топливные элементы
Окна и проемы
Противопожарная теплоизоляция крыш
Солнечные батареи для снабжения энергией
4476
Неотражающее стекло для солнечных батареи
«Умные окна» для контроля за освещенностью и температурой дома
Незагрязняемые напольные покрытия
Негорючие двери, окна и проводка
Домашние топливные элементы
Высокоэффективные утеплители для стен
Самоочищающиеся покрытия
Незагрязняющиеся и биоцидные покрытия для стен мебели
Самоочищающиеся поверхности
Керамические пленки для стеновых покрытий
— все это должно стать основой современного «умного дома» нового поколения.
Для изготовления высокопрочного и долговечного бетона применяют ультрадисперсные, наноразмерные частицы. Исследования и разработка в данной области является наиболее актуальной в наши дни. Крупнейшие фирмы-производители работают над этим материалом: «Майти» (Япония), BASF (Германия), «Зика» (Швейцария), «Элкем»
(Норвегия). Срок службы бетона с наночастицами предположительно составляет 500 лет.
Такой материал используют для строительства атомных реакторов, защитных оболочек, большепролетных мостов, небоскребов и прочих массивных и капитальных сооружений.
Созданная учеными высокопрочная сталь идеальна для сооружения гидротехнических и дорожных объектов. Увеличивают службу таких конструкций полимерные и композитные нанопокрытия. Они повышают коррозийную стойкость покрываемых материалов, и увеличиваю их срок службы, независимо от окружающей среды.
Самой главной задачей для удовлетворения потребителей и строителей является создание новых материалов и конструкций для строительной области.
Водонепроницаемые фасадные краски – это материалы, которые в ближайшее время будут иметь огромный спрос в строительной отрасли. Новые дома, в строительстве которых применяют нанотехнологии, будут служить порядка 400 лет.
К слову можно сказать о достижениях ученых из Китая в области использования нанотехнологий для строительства, ими опробован опыт Шанхайского музея науки и технологии покрытии для стен, создающего «эффект термоса». Полупрозрачное покрытие, которое накапливает солнечную энергию. Такую пленку наносят на стенды зданий, окна и двери, одновременно украшая поверхность зданий, покрытие выполняет работу накопительной солнечной батареи, и помогает экономить электроэнергию. В результате чего в зимнее время в здании сохраняется тепло, а в летнее не уходит созданная кондиционерами прохлада. В самом ближайшем будущем китайские строительные компании планируют использовать данную технологию для строительства жилищ. Кроме того отказ от производства стандартных утеплителей в пользу нанопокрытия, даст возможность сделать экологическую обстановку в регионе лучше.
Созданный американским ученым Сэмюэль Кистлером прозрачный наногель (аэрогель) активно используют в энергосберегающих кровельных системах. Наногель и аэрогель обладает высокими тепло- и звукоизоляционными характеристиками. Инновационное покрытие Cool-Colors создано для защиты цветных окон из ПВХ от инфракрасных (тепловых) излучений. Такая пленка обладает особым пигментом и она способна отвести порядка 80% инфракрасных лучей, тем самым не дает конструкции перегреться. Такая пленка защитит любое помещение от перегрева, а сами окна от воздействия солнечных лучей. Срок службы окна значительно увеличивается, и снизятся затраты на кондиционирование помещений. Во многом это произойдет благодаря активному использованию самоочищающихся нанопокрытий. Защитные свойства подобных красок не только не утрачивают свою силу, а наоборот, становятся лучше. В случае повреждения такого лакокрасочного покрытия нанокраска может самостоятельно восстановить свою структуру. Гарантия на данную краску дается на двадцать лет, однако при правильном соблюдении условий покраски такое покрытие можно считать вечным.
4477 Рис. 1.
Направление, которое также стоит отметить – разработка и производство стеклопластиковой композитной арматуры. Такой продукт может стать альтернативой традиционному для многих стальному аналогу. Компания «Компарм» является лидером по производству стеклопластиковой композитной арматуры. Инновационный материал прошел ряд тестов, ученые выявили ряд уникальных свойств данного материала. Небольшой вес (в 5 раз меньше чем сталь), химическая стойкость и высокая прочность. Новый металл является диэлектриком, имеет низкую теплопроводность и не подвергается коррозии. В любом виде строительства можно использовать новый нано-продукт.
Надо также отметить, что нововведения затронут не только качественных характеристик строений, но и конструктивных особенностей. Появится возможность строить жилица различных конфигураций, которые будут сами подстраиваться под потребности жильцов, и климатические условия, обеспечивая охлаждение воздуха внутри помещения летом, и аккумулируя в нем тепло в зимнее время.
Применительно к материально-вещественной сфере под термином «продукт» понимают изделие, получаемое из исходного сырья и материалов технологическим способом, в результате которого свойства исходного материала изменяются, а продукт приобретает но- вую потребительскую стоимость. Первичным нанопродуктом являются собственно наноматериалы, нанокомпоненты (наночастицы, нанотрубки, нановолокна и т.п.), которые используются в производстве товаров конечного потребления, а те, в свою очередь, являются вторичными нанопродуктами. Таким образом, применительно к строительству, цепочка создания стоимости нанотехнологической продукции выглядит следующим образом (Рис. 2).
4478
Рис. 2. Цепочка создания стоимости для нанотехнологий в строительстве
Повышенное внимание мирового сообщества к проблеме устойчивого развития [4]
определяет введение новых нормативных требований в строительной отрасли. При этом основной акцент делается на сокращение выбросов CO2, повышение энергоэффективности, снижение загрязненности воздуха. Существенную роль в коммерциализации играют также экономические факторы – увеличение срока службы зданий сооружений, использование меньшего количества строительных материалов, облегчение обслуживания, сокращение сроков строительства. Рост спроса на инновационную продукцию в последнее время обусловлен и изменениями в образе жизни населения, тенденциями к большему комфорту и функциональности жилых помещений.
Мировой рынок нанотехнологических строительных материалов весьма значителен и демонстрирует быстрый рост. Его объем составляет примерно 80 млрд. долларов. В этом сегменте ожидается наиболее высокий рост среди всех сегментов применения наноматериалов и нанотехнологий в строительной отрасли. Сегмент производства строительных материалов будет расти быстрее остальных, прежде всего, за счет, все более широкого проникновения нанотехнологических стройматериалов в строительную отрасль, а также коммодитизации производства нанокомпонентов. Рынок нанотехнологических зданий и объектов инфраструктуры оценивается в 83 млрд. долларов, его прогнозируемый ежегодный рост – 40%
Рис. 3. Диаграмма использования нанотехнологий в мировом строительстве, , 2014-2020 (прогноз)
0 100 200 300 400 500 600
2014 2015 2018 2020
Нанотехнологические здания и объекты инфраструктуры
Нанотехнологические здания и объекты инфраструктуры
4479
Детальный анализ и долгосрочный прогноз развития исследований и применения наноматериалов и нанотехнологий в производстве строительных материалов показывает, что на сегодня заметно выделяются несколько сегментов рыночной активности (табл. 1).
Таблица 1
Основные наноматериалы и нанотехнологии, применяемые в производстве строительных материалов
Сегменты Основные используемые
наноматериалы и
нанотехнологии
Результат
Краски и
покрытия SiO2
Al2O3
Углеродные нанотрубки
TiO2
Ag
Повышение долговечности
Самоочищение
Антимикробные свойства
Поверхностная свойства
Улучшение реологии Цемент и
бетон Поликарбоксилатные суперпластификаторы
CaCo3
SiO2
Al2O3
Углеродные нанотрубки
TiO2
Ag
Наноглины
Повышение удобоукладываемости
Повышение прочности
Экономия энергии и снижение уровня выбросов
Повышение долговечности
Самоочищение
Изоляция Аэрогели
Fe2O3
Фосфаты
Энергоэффективность
Охрана окружающей среды
Защита от огня
Стекло LaB6
TiO2
SiO2
Al2O3
Snox
Самоочищение
Повышение сроков службы
Термоизоляция
Уменьшение количества царапин
Регулирование светопропускания Пример опыта западных стран в финансовой поддержке
Приведем несколько характерных примеров. При создании Колледжа нанотехнологических исследований и инжиниринга (CNSE) правительство США оказало значительную финансовую поддержку для привлечения ведущих мировых компаний. CNSE был основан в 2001 году в северной части штата Нью-Йорк с целью продвижения научной деятельности в области нанотехнологий, а также экономического развития региона. Только для вовлечения в работу IBM Правительство штата выделило грант на 50 млн.. долларов. IBM, в свою очередь, вложило 100 млн... долларов, на которые был построен первый R&D центр. Центр был создан вокруг инфраструктуры и оборудования общего пользования, которое позволило CNSE заинтересовать дополнительных ведущих игроков. В результате CNSE за 10 лет привлек более 7 млрд.. долларов инвестиций, из которых 80% являются частным финансированием. В настоящее время в центре работают более 2500 научных сотрудников, выпуская, в среднем, за год 45 научных публикаций и получая 23 патента. В CNSE также ведется академическая деятельность (48 профессоров, более 200 студентов). У CNSE – более 250 корпоративных партнеров, часть из которых базируется в самом CNSE – IBM, Applied Materials, AMD, Toshiba, SEMATECH и др. Сегодня CNSE считается ведущим научным центром по нанотехнологиям в США.
4480
Государство может поддерживать спрос и за счет стимулирования конечного потребителя.
Пример – Центр финансирования и развития жилья Финляндии. В Финляндии под эгидой Министерства по окружающей среде был создан государственный центр финансирования и развития жилья (ARA). Основная задача центра – строительство социального жилья, а также субсидирование кредитов на квартиры. Центр сопутствует созданию спроса на инновационную продукцию, так как предлагает поддержку конечного потребителя при строительстве жилья по высоким экологическим стандартам. Основные механизмы – гранты на повышение энергосбережения, предоставление более низких процентных ставок по кредитам, банковские гарантии на ипотеку. Центр работает более 20 лет. За прошедший период было профинансировано строительство более 800 тыс. домов, осуществлен капитальный ремонт более 200 тыс. домов. Прибыль в 2009 году составила более 340 млн.
евро.
Наша страна в данном этапе способна заниматься с самыми нужными и востребованными системами и проектами для развития экономики и экологии. Исходя от этих материалов, мы должны создать свой центр для нананауки и для дальнеишего развития наностроительства.
Конечно, для начала для Казазстана хватает опыты и примеры вышеуказанных стран.
Используя эти данные мы должны попасть в сферу нанонауки и развивать рынок наноматериалов с поддержкой государства.
Развитие наноиндустрии в строительном секторе экономики Казахстана должно стать мощным инструментом интеграции ее задержавшегося в развитии технологического комплекса в международный рынок высоких технологий, надежным обеспечением конкурентоспособности отечественной наукоемкой продукции, что позволит Казахстану поддерживать паритет с ведущими государствами в ряде ключевых областей науки и техники, ресурсов и энергосбережении, в создании экологически адаптированных производств, в повышении качества и уровня жизни населения, а также обеспечении необходимого уровня безопасности государства.
Список использованных источников:
1.Гусев Б.В. Развитие нанонауки и нанотехнологий. //Промышленное и гражданское строительство. -2007, № 4, с. 45–46.
2.Фаликман В.Р. Об использовании нанотехнологий и наноматериалов в строи- тельстве.
//Нанотехнологии в строительстве: научный журнал. -М.: ЦНТ «НаноСтроительство», 2009,
№ 1. с. 24–34.
3. Nanotechnology in Construction to 2011. Industry Study: Freedonia. Falikman V.R., Petushkov A.V. Development of Russian Market of Nanotechnology Construction Products till 2020.
//Nanotechnology in Construction: 4th International Symposium. Agios Nicolaos. Crete: Greece.
2012. May 20–22. 120 p. CD. p. 112.
4. Фаликман В.Р., Соболев К.Г. «Простор за пределом» или как нанотехнологии могут изменить мир бетона. //Нанотехнологии в строительстве: научный журнал. М.: ЦНТ
«НаноСтроительство». 2010, № 6, с. 17–31.
5. Hessian Ministry of Economics, Transport, Urban and Regional Development. Einsatz von Nanotechnologien in Architektur und Bauwesen. 2007. Source: Schrag GmbH VDI TZ.
6. Рынок нано: от нанотехнологий – к нанопродуктам / ред. Г.Л. Азоев. М.: БИНОМ.
Лаборатория знаний. 2011. -319 с.
7. Фаликман В.Р. Наноматериалы и нанотехнологии в современных бетонах.//
Промышленное и гражданское строительство. -2013, № 1, с. 31–34.
