Композиционный строительный материал

Авторы патента:

C04B28/02 - содержащие гидравлические цементы, кроме сульфата кальция

C04B16/00 - Использование органических материалов в качестве наполнителей, например пигментов, для строительных растворов, бетона или искусственных камней; обработка органического материала, специально предназначенная для усиления его наполняющих свойств в строительных растворах, бетоне или искусственных камнях

C04B111/20 - Известь; магнезия; шлак; цементы; их составы, например строительные растворы, бетон или аналогичные строительные материалы; искусственные камни; керамика (кристаллизуемая стеклокерамика C03C 10/00); огнеупоры, обработка природного камня

Владельцы патента RU 2527447:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ивановский государственный химико-технологический университет" (RU)

Изобретение относится к составу композиционных строительных материалов, включающих цементную матрицу, армированную целлюлозосодержащими материалами, и может быть использовано в промышленности строительных материалов. Технический результат - создание композиционного строительного материала для изготовления бетонных изделий, позволяющего повысить предел прочности при сжатии; осадку конуса; прочность на растяжение при изгибе; модуль упругости и снизить водопоглощение. Композиционный строительный материал, содержащий цементное связующее, заполнитель, лигноцеллюлозные материалы и добавку - смесь низкомолекулярного полиэтилена и мочевины в соотношении 1:1, дополнительно содержит неионогенное ПАВ поливинилпирролидон при следующем соотношении компонентов, масс.%:

цементное связующее 20-30, заполнитель 44-56, неионогенное ПАВ поливинилпирролидон 0,5-2, лигноцеллюлозные материалы 5-12, смесь низкомолекулярного полиэтилена и мочевины в соотношении 1:1 0,5-3,5

вода - до 100. 1 табл.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к составу композиционных строительных материалов, включающих цементную матрицу, армированную целлюлозосодержащими материалами, и может быть использовано в промышленности строительных материалов при изготовлении сборных, монолитных и сборно-монолитных бетонных и железобетонных конструкций, изделий для зданий и сооружений различного назначения.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известна армированная волокном цементная композиция, модифицированная полимером. Указанная композиция содержит смесь 0,1-15% эмульсии полимера (в расчете на сухой остаток) с температурой стеклования -25-(+150)°, цемента, целлюлозных волокон, песка и воды. Так, например, композит получают из смеси, содержащей, масс. ч.: 200 песка, 100 цемента, 30 волокон, 44 воды и 10 полимера, содержащего 4% ПАВ. Введение устойчивого к цементу полимера повышает прочность на изгиб композита после отверждения в автоклаве почти в 2 раза [Polymer-modified fiber-cement composition: Патент США 7148270. Опубл. 12.12.2006 г.].

Однако процесс формования композита из этой смеси требует длительного времени: в течение 1 недели удаляют воду сушкой при 25°C и 55% относительной влажности, затем обрабатывают в автоклаве при температуре на 10° выше температуры стеклования полимера (например, 7 ч при 170° для акрилового сополимера).

Известен фиброцементный композиционный материал [Fiber cement composite materials using cellulose fibers loaded with inorganic and/or organic substances: Патент США 6676744. Опубл. 13.01.2004 г.] с целлюлозными волокнами, заполненными неорганическими и/или органическими веществами, содержащий цементную матрицу, в которой распределены целлюлозные волокна, поры которых частично заполнены преимущественно нерастворимыми неорганическими или органическими веществами, препятствующими прониканию воды, в котором исходные компоненты взяты в следующих соотношениях, масс.%:

Цементное связующее	10-80
Заполнитель	20-80
Модификатор плотности	0-50
Целлюлозные волокна, заполненные неорганическими
или органическими веществами	0,5 20
Добавки	0-10
Вода	до 100

Однако данный композиционный материал имеет недостаточно высокие показатели: предел прочности при сжатии; прочность при растяжении при изгибе; модуль упругости, осадка конуса и удобоукладываемость, а также включает дополнительную операцию по заполнению целлюлозных волокон неорганическими и/или органическими материалами.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату, то есть прототипом, является композиционный строительный материал, предназначенный для изготовления бетонных изделий [Композиционный строительный материал: Патент РФ 2410345. Опубл. 27.01.2011 г.], содержащий цементное связующее, заполнитель, модификатор плотности, лигноцеллюлозные материалы и добавку, который в качестве модификатора плотности содержит концентрированные отходы производства капролактама, в качестве лигноцеллюлозных материалов - отработанные сорбенты очистки сточных или технологических вод, содержащие соли тяжелых металлов и представляющие собой целлюлозосодержащие отходы агропромышленного комплекса, а в качестве добавки - сухую барду при следующем соотношении компонентов, масс.%:

Цементное связующее	17-25
Заполнитель	50-65
Модификатор плотности	0,5-2
Лигноцеллюлозные материалы	2,45-13,75
Добавка	1-3
Вода	до 100

Для приготовления композиционного строительного материала используют следующие ингредиенты:

- цементное связующее: портландцемент и шлакопортландцемент, цемент для строительных растворов, цементы сульфатостойкие;

- заполнитель: гравий и песок керамзитовые, гравий шунгизитовый, природные и дробленые пески, песок для строительных работ, щебень и песок из пористых горных пород, смеси золошлаковые тепловых электростанций для бетонов;

- модификатор плотности: концентрированные отходы производства капролактама;

- лигноцеллюлозные материалы: древесные опилки, лузга подсолнечника, измельченные стебли топинамбура, солома, содержащие соли тяжелых металлов, например, сульфаты, хлориды, нитраты, ацетаты Cu(II), Zn(II), Cd(II), Ni(II), Fe(II) и др.;

- добавка: сухая барда, представляющая собой отход при выработке этилового спирта из смеси пшеницы и ржи - коричневый мелкодисперсный порошок темно-коричневого цвета с приятным (хлебным) запахом, содержащий белковую (до 30%) и целлюлозную (около 13-21%) составляющие;

- вода для бетонов и растворов.

Недостатками прототипа являются недостаточно высокие: предел прочности при сжатии; осадка конуса; прочность на растяжение при изгибе; модуль упругости и высокое водопоглощение.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ.

Задачей изобретения является создание состава композиционного строительного материала для изготовления бетонных изделий, позволяющего повысить предел прочности при сжатии; осадку конуса; прочность на растяжение при изгибе; модуль упругости и снизить водопоглощение.

Поставленная задача решена композиционным строительным материалом, содержащим цементное связующее, заполнитель, лигноцеллюлозные материалы и добавку, который в качестве добавки содержит смесь низкомолекулярного полиэтилена и мочевины в соотношении 1:1 и дополнительно содержит неионогенное ПАВ при следующем соотношении компонентов, масс.%:

Цементное связующее	20-30
Заполнитель	44-56
Неионогенное ПАВ	0,5-2
Лигноцеллюлозные материалы	5-12
Смесь низкомолекулярного полиэтилена и мочевины
в соотношении 1:1	0,5-3,5
Вода	до 100

Для приготовления заявленного цементного композиционного строительного материала, предназначенного для изготовления бетонных изделий, используют следующие ингредиенты:

- Цементное связующее: портландцемент и шлакопортландцемент. Технические условия. [ГОСТ 10178-85]; цемент для строительных растворов. Технические условия. [ГОСТ 25328-82]; цементы сульфатостойкие. Технические условия. [ГОСТ 22266-94].

- Заполнитель: гравий и песок керамзитовые. Технические условия. [ГОСТ 9759-76]; гравий шунгизитовый. Технические условия. [ГОСТ 19345-73]; природные и дробленые пески. Технические условия. [ГОСТ 8736-77 и ГОСТ 10268-80]; песок для строительных работ. Технические условия. [ГОСТ 8736-93]; щебень и песок из пористых горных пород. Технические условия. [ГОСТ 22263-76]; смеси золошлаковые тепловых электростанций для бетонов. Технические условия. [ГОСТ 25592-91].

- Неионогенное ПАВ поливинилпирролидон - аморфный линейный полимер с молекулярной массой от 10³ до 10⁶. Гигроскопичен, растворим в воде, нетоксичен, имеет сродство к органическим полимерам.

Водные растворы обладают слабокислой реакцией (pH 5) [ТУ 9365 002-46270704-2001. Поливинилпирролидон высокомолекулярный «Полидон»]. Полидон представляет собой воднополимерный состав в виде золя или геля высокомолекулярного поливинилпирролидона.

- Лигноцеллюлозные материалы: древесные опилки, лузга подсолнечника, измельченные стебли топинамбура, солома, содержащие соли тяжелых металлов, например, сульфаты, хлориды, нитраты, ацетаты Cu(II), Zn(II), Cd(II), Ni(II), Fe(H) и др.

- Добавка: смесь низкомолекулярного полиэтилена НМПЭ-1 (отходы производства полиэтилена высокого давления) - [ТУ 2211-060-00203521 - 2002] и мочевины (карбамид) (Технические условия [ГОСТ 2081-92] - (NH₂)₂(CO)) в соотношении 1:1.

- Вода для бетонов и растворов. Технические условия. [ГОСТ 23732-79].

СВЕДЕНИЯ, ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ВОЗМОЖНОСТИЬ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Пример 1

В смеситель загружают цементное связующее 20 масс.% и заполнитель 56 масс.% и производят их смешение с образованием твердой смеси, затем добавляют воду 7 масс.% и все перемешивают с образованием густой массы, в которую вводят неионогенное ПАВ Полидон 1,5 масс.% и лигноцеллюлозные материалы, представляющие собой отработанные сорбенты очистки сточных или технологических вод, содержащие соли тяжелых металлов (древесные опилки) 12 масс.% и смесь низкомолекулярного полиэтилена и мочевины в соотношении 1:1-3,5 масс.%, после чего все перемешивают с густой массой до образования однородной композиции, выливают эту композицию в форму и отверждают ее в течение 24 ч при температуре +130°C с образованием твердого конструкционного строительного материала. Готовый цементный конструкционный строительный материал может подвергаться механической обработке, разрезаться и окрашиваться.

Пример 2

В смеситель загружают цементное связующее 23 масс.% и заполнитель 57 масс.% и производят их смешение с образованием твердой смеси, затем добавляют воду 7 масс.% и все перемешивают с образованием густой массы, в которую вводят неионогенное ПАВ Полидон 1 масс.%, лигноцеллюлозные материалы, представляющие собой отработанные сорбенты очистки сточных или технологических вод, содержащие соли тяжелых металлов (измельченные стебли топинамбура) 10 масс.% и смесь низкомолекулярного полиэтилена и мочевины в соотношении 1:1-2 масс.%, после чего все перемешивают с густой массой до образования однородной композиции, выливают эту композицию в форму и отверждают ее в течение 36 ч при температуре +5°C с образованием твердого конструкционного строительного материала. Готовый цементный конструкционный строительный материал может подвергаться механической обработке, разрезаться и окрашиваться.

Пример 3

В смеситель загружают цементное связующее 30 масс.% и заполнитель 50 масс.% и производят их смешение с образованием твердой смеси, затем добавляют воду 11 масс.% и все перемешивают с образованием густой массы, в которую вводят неионогенное ПАВ Полидон 0,5 масс.%, лигноцеллюлозные материалы, представляющие собой отработанные сорбенты очистки сточных или технологических вод, содержащие соли тяжелых металлов (короткое льняное волокно) 8 масс.%, и смесь низкомолекулярного полиэтилена и мочевины в соотношении 1:1-0,5 масс.%, после чего все перемешивают с густой массой до образования однородной композиции, выливают эту композицию в форму и отверждают ее в течение 28 ч при температуре +100°C с образованием твердого конструкционного строительного материала. Готовый цементный конструкционный строительный материал может подвергаться механической обработке, разрезаться и окрашиваться.

Пример 4

В смеситель загружают цементное связующее 22 масс.% и заполнитель 60 масс.% и производят их смешение с образованием твердой смеси, затем добавляют воду 10 масс.% и все перемешивают с образованием густой массы, в которую вводят неионогенное ПАВ Полидон 0,8 масс.%, лигноцеллюлозные материалы, представляющие собой отработанные сорбенты очистки сточных или технологических вод, содержащие соли тяжелых металлов (лузга подсолнечника) 5 масс.% и смесь низкомолекулярного полиэтилена и мочевины в соотношении 1:1-2,2 масс.%, после чего все перемешивают с густой массой до образования однородной композиции, выливают эту композицию в форму и отверждают ее в течение 30 ч при температуре +75°C с образованием твердого конструкционного строительного материала. Готовый цементный конструкционный строительный материал может подвергаться механической обработке, разрезаться и окрашиваться.

Пример 5

В смеситель загружают цементное связующее 28 масс.% и заполнитель 44 масс.% и производят их смешение с образованием твердой смеси, затем добавляют воду 12 масс.% и все перемешивают с образованием густой массы, в которую вводят неионогенное ПАВ Полидон 2 масс.%, лигноцеллюлозные материалы, представляющие собой отработанные сорбенты очистки сточных или технологических вод, содержащие соли тяжелых металлов (солома) 11 масс.% и смесь низкомолекулярного полиэтилена и мочевины в соотношении 1:1-3 масс.%, после чего все перемешивают с густой массой до образования однородной композиции, выливают эту композицию в форму и отверждают ее в течение 32 ч при температуре +50°C с образованием твердого конструкционного строительного материала. Готовый цементный конструкционный строительный материал может подвергаться механической обработке, разрезаться и окрашиваться.

Заявляемый композиционный строительный материал, а также бетоны на его основе были испытаны по следующим показателям: осадка конуса бетонной смеси - по [ГОСТ 10181-2000: Смеси бетонные. Методы испытаний]; предел прочности при сжатии (через 3, 7 и 28 суток) и прочность на растяжение при изгибе - по [ГОСТ 10180-2012. Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам]; модуль упругости - по [ГОСТ 24452-80. Бетоны. Методы испытаний].

В таблице приведены результаты испытаний составов заявленного композиционного строительного материала и состава-прототипа.

Из таблицы видно, что при испытании образцов бетонов, изготовленных из заявляемого композиционного строительного материала, такие показатели, как предел прочности при сжатии, прочность на растяжение при изгибе, модуль упругости и осадка конуса возрастают в среднем на 5-14%; водопоглощение снижается на 40-47% по сравнению с прототипом.

Заявленный композиционный строительный материал сохраняет все преимущества прототипа, такие как хорошие огнезащитные свойства, низкая скорость адсорбции воды и пониженная водопроницаемость за счет присутствия в целлюлозосодержащих материалах солей металлов, так как эти вещества проникают вглубь волокон и ингибируют миграцию воды в цементном композиционном материале. Присутствие ионов металлов придает также инсектофунгицидные и бактерицидные свойства. Добавка, содержащая низкомолекулярный полиэтилен (НМПЭ) и мочевину, дополнительно придает бетону гидрофобные (водоотталкивающие) и пластические свойства, а Полидон способствует стабилизации дисперсной системы.

Композиционный строительный материал, содержащий цементное связующее, заполнитель, лигноцеллюлозные материалы и добавку, отличающийся тем, что в качестве добавки он содержит смесь низкомолекулярного полиэтилена и мочевины в соотношении 1:1 и дополнительно содержит неионогенное ПАВ поливинилпирролидон при следующем соотношении компонентов, масс.%:

Цементное связующее	20-30
Заполнитель	44-56
Неионогенное ПАВ поливинилпирролидон	0,5-2
Лигноцеллюлозные материалы	5-12
Смесь низкомолекулярного полиэтилена и мочевины
в соотношении 1:1	0,5-3,5
Вода	до 100

Изобретение относится к цементному строительному раствору с улучшенными характеристиками для образования структур, включающих синтетические волокна, в частности в форме сплетений, для упрочнения строительных конструкций.

Содержащая пластифицирующую добавку композиция добавки-ускорителя твердения // 2520105

Изобретение относится к способу приготовления композиции добавки-ускорителя твердения посредством реакции растворимого в воде соединения кальция с растворимым в воде кремнистым соединением и к способу приготовления композиции добавки-ускорителя твердения посредством реакции соединения кальция с компонентом, содержащим диоксид кремния, в щелочной среде, в обоих случаях реакция растворимого в воде соединения кальция с растворимым в воде кремнистым соединением проводится в присутствии водного раствора, который содержит растворимый в воде гребенчатый полимер, подходящий в качестве пластифицирующей добавки для гидравлических вяжущих веществ.

Смеси, содержащие кремнийорганические соединения, и их применение // 2516298

Изобретения касаются защиты субстратов от коррозии. Технический результат - создание вещества для защиты материалов от коррозии, которое можно добавлять к сухим строительным смесям, как в виде порошка, так и в виде жидкого препарата, устойчивость в хранении, экологичность, отсутствие взаимодействия или очень незначительное взаимодействие с гидравлически связующими компонентами.

Динамические сополимеры для сохранения удобоукладываемости цементных композиций // 2515964

Изобретение относится к способу получения цементных композиций, удерживающих осадку или удерживающих осадку с высокой ранней прочностью. Способ включает смешивание гидравлического цемента, заполнителя, воды и удерживающей осадку добавки, которая представляет собой динамический поликарбоксилатный сополимер.

Бетонная смесь // 2514060

Изобретение относится к составам бетонной смеси и может найти применение в строительстве при изготовлении высококачественных сборных бетонных или железобетонных изделий и конструкций.

Гидравлическое вяжущее на основе сульфоглиноземистого клинкера и портландцементного клинкера // 2513572

Настоящее изобретение относится к составу вяжущего на основе сульфоглиноземистого клинкера и портландцементного клинкера и может найти применение в промышленности строительных материалов при изготовлении бетона и строительных элементов из бетона.

Добавки к цементу // 2509739

Изобретение относится к цементной композиции на основе белита, сульфоалюмината и феррита кальция (BCSAF), содержащей BCSAF клинкер, который имеет следующий минералогический состав относительно общей массы клинкера: от 5 до 30%, предпочтительно от 10 до 20%, фазы на основе алюмоферрита кальция с общей формулой C2AxF(1-x), где X изменяется от 0,2 до 0,8; от 10 до 35% фазы на основе сульфоалюмината кальция; от 40 до 75% белита (C2S); от 0,01 до 10% суммарно одной или более вспомогательных фаз, выбранных из сульфатов кальция, сульфатов щелочных металлов, перовскита, алюминатов кальция, геленита, свободной извести и периклаза и/или стеклообразной фазы, и алканоламин, где алканоламин имеет указанную структурную формулу и содержится в количестве от 0,01 до 1% по массе.

Цементно-полимерная смесь для антикоррозионной и абразивной защиты внутренних поверхностей стальных трубопроводов систем тепловодоснабжения // 2506489

Изобретение относится к цементным смесям с добавками, используемыми для защиты от коррозии внутренних поверхностей стальных трубопроводов систем тепловодоснабжения.

Композиция редиспергируемого полимерного порошка // 2506285

Настоящее изобретение относится к композиции редиспергируемого в воде полимерного порошка на основе, по меньшей мере, одного синтетического полимера и, по меньшей мере, одного натурального латекса, которая используется в композициях строительных материалов.

Огнезащитная композиция "монолит" // 2506248

Изобретение относится к строительным материалам. Технический результат - повышение механической стойкости и огнезащитной эффективности за счет увеличения времени от начала огневого воздействия до достижения критической температуры на поверхности конструкции или критического уровня ее несущей способности при сохранении целостности покрытия.

Гипсовые смеси для формирования твердых материалов // 2513736

Предложенная группа изобретений относится к высокопрочным настилочным композициям. Смесь для применения в соединении с водой с получением суспензии, которая гидратирует с образованием высокопрочного настилочного состава содержит: от приблизительно 50% до приблизительно 98% по массе полугидрата сульфата кальция, от приблизительно 0,002% до приблизительно 1% по массе полисахарида и от приблизительно 0,02% до приблизительно 2,5% по массе лигнина или лигносульфоната.

Фиброцементная смесь // 2486150

Изобретение относится к производству строительных материалов, а именно крупноразмерных тонкостенных панелей. .

Композиция для изготовления декоративных материалов и способ изготовления наполнителя для нее // 2119898

Изобретение относится к производству искусственных декоративных материалов на основе полимеров, имитирующих природные камни типа гранита, мрамора и др., которые могут быть использованы для оформления интерьеров, а также в разных областях строительства.

Способ обработки зольной пыли и шлама очистки сточных вод, способ получения легкого заполнителя и легкий шарообразный пористый заполнитель // 2109705

Изобретение относится к способу обработки зольной пыли и шлама очистки сточных вод, способу получения легкого заполнителя и легкому шарообразному пористому заполнителю.

Способ получения защитного покрытия // 2095386

Способ изготовления изделий на цементном вяжущем, пучки синтетических волокон, цементный продукт // 2074153

Способ приготовления добавки для бетонной смеси // 2059717

Изобретение относится к способам приготовления добавок на основе последрожжевого остатка (ПДО) для их применения в производстве строительных материалов, образующегося при производстве кормовых дрожжей на гидролизных предприятиях с замкнутой или полузамкнутой схемой водоснабжения.

Смесь для изготовления теплоизоляционных изделий // 1822399

Способ приготовления комплексной добавки для бетонной смеси // 1786067

Сырьевая смесь для получения конструктивно- теплоизоляционного материала // 1728197

Изобретение относится к промышленности стройматериалов и может быть использовано для изготовления конструкционно-теплоизоляционных и звукоизоляционных материалов и изделий для городского и сельского строительства с использованием промышленных отходов.

Биоцидная добавка для бетонов и строительных растворов // 2527439

Изобретение относится к строительным материалам, в частности к биоцидным добавкам, перспективным для борьбы с микробиологической деструкцией водных растворов органических соединений, используемых в технологии бетона и строительных растворов.