Комплексная добавка для бетонной смеси и способ ее приготовления

Авторы патента:

C04B24/00 - Использование органических материалов в качестве активных ингредиентов для строительных растворов, бетона, искусственных камней, например пластификаторов

B82B1/00 - Наноструктуры

Владельцы патента RU 2545226:

Изотов Владимир Сергеевич (RU)
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный архитектурно-строительный университет" КГАСУ (RU)

Изобретение относится к области строительства, а именно к составам комплексных добавок для бетонных смесей и способам их приготовления, и может найти применение при производстве бетонных и железобетонных изделий и конструкций. Технический результат - повышение темпа роста прочности бетонов в ранние сроки твердения при сохранении их высокой конечной прочности, а также повышение морозостойкости и водонепроницаемости. Комплексная добавка для бетонной смеси содержит гиперпластификатор «Гиперлит» и углеродный наноструктурированный материал (УНМ) «Таунит», при следующем соотношении компонентов, масс.%: гиперпластификатор «Гиперлит» - 99,5-99,7, углеродный наноструктурированный материал «Таунит» - 0,3-0,5. Способ приготовления предлагаемой комплексной добавки заключается в ультразвуковой диспергации углеродного наноструктурированного материала «Таунит» в гиперпластификаторе «Гиперлит» в течение 3-7 минут с помощью ультразвукового генератора УЗГ13-0,1/22. 2 н.п. ф-лы, 1 табл.

Известен способ приготовления модифицированной фибробетонной смеси и модифицированная фибробетонная смесь (RU 2397069 C1, опуб. 20.08.2010), которая используется для дорожного и аэродромного строительства, при изготовлении сборных и монолитных железобетонных изделий и конструкций.

Данная смесь включает портландцемент М500, фибру «Миксарм» стальную, заполнитель, пластифицирующую добавку «Полипласт СП-3», многослойные углеродные нанотрубки (УНТ) при следующем соотношении компонентов, кг/м³ смеси: портландцемент 320-330, заполнитель 1900-1920, стальная фибра 70-80, суперпластификатор 1,6-1,72, многослойные УНТ 0,010-0,015, вода затворения 130-145.

Способ ее приготовления заключается в том, что происходит перемешивание в смесителе портландцемента, фибры стальной, заполнителя, пластифицирующей добавки и воды затворения, предварительно проводят диспергацию портландцемента и суперпластификатора в линейно-индукционном вращателе, полученную сухую смесь совместно с водой затворения и многослойными углеродными нанотрубками обрабатывают в ультразвуковом диспергаторе.

Недостатком данного изобретения является невысокая прочность получаемого бетона, а также низкая эффективность процесса приготовления смеси.

Известна бетонная смесь (RU 2355656 C2, опуб. 20.11.2008), включающая цемент М500, наполнитель, воду и базальтовое волокно, модифицированное веществом, выбранным из группы, включающей полиэдральные многослойные углеродные наноструктуры фуллероидного типа и многослойные углеродные нанотрубки, взятым в количестве 0,0001-0,005 мас.ч. на одну мас.ч. базальтового волокна, причем в качестве наполнителя смесь содержит наполнитель, выбранный из группы, включающей смесь гравия с песком и смесь гравия с алюмосиликатными микросферами, и дополнительно бетонная смесь содержит пластификатор - полинафталинметиленсульфонат натрия при следующем соотношении компонентов (% мас.): цемент 24-48, наполнитель 30-60, модифицированное базальтовое волокно 2-6, пластификатор 0,9-1,1, вода - остальное.

Однако использование в данном изобретении пластификатора на основе полинафталинметиленсульфоната натрия не позволяет получить бетон с высокой марочной прочностью и долговечностью.

Прототипом является наномодификатор строительных материалов (RU 2482082 C2, опуб. 20.02.2013), содержащий углеродный наноструктурированный материал (УНМ), наполнитель и пластификатор, причем УНМ вводится в виде нанотрубок «Таунит», в качестве пластификатора смесь содержит поливинилпирролидон, в качестве наполнителя - полиэтиленгликоль ПЭГ-1500 и дополнительно содержит гидрокарбонат натрия и лимонную кислоту при следующем соотношении компонентов, мас.%: УНМ «Таунит» 0,1-8, поливинил-пирролидон 0,1-8, гидрокарбонат натрия 5,5-11,5, лимонная кислота 5,5-11,5, полиэтиленгликоль ПЭГ-1500 - остальное.

Использование данной комплексной добавки позволяет повысить прочность строительных материалов. Недостатком данного изобретения является невысокая подвижность бетонной смеси, невысокая прочность бетона в ранние сроки твердения, а также невысокая долговечность получаемого бетона.

Известен способ приготовления комплексной добавки для бетонной смеси, заключающийся в ультразвуковой диспергации углеродных нанотрубок «Таунит» в растворе пластификатора С-3 и спиртовой суспензии (Габидуллин М.Г., Хузин А.Ф., Рахимов Р.З. Ультразвуковая обработка - эффективный метод диспергирования углеродных нанотрубок в объеме строительного композита // Строительные материалы. 2013. №3. С. 57-59).

Использование этой смеси позволяет повысить прочность бетона. Недостатком является невысокая прочность бетона в ранние сроки твердения.

Задача настоящего изобретения - резкое повышение темпа роста прочности бетонов в ранние сроки твердения, обеспечение высокой марочной прочности, повышение морозостойкости и водонепроницаемости, а также однородное распределение УНМ в его структуре.

Технический результат - высокие прочностные характеристики бетона в ранние сроки твердения, высокая марочная прочность.

Результат достигается тем, что в комплексной добавке для бетонной смеси, содержащей пластификатор и углеродный наноструктурированный материал «Таунит» согласно изобретению, содержит в качестве пластификатора - гиперпластификатор «Гиперлит», при следующем соотношении компонентов, масс.%:

Гперпластификатор «Гиперлит» - 99,5-99,7

Углеродный наноструктурированный материал «Таунит» - 0,3-0,5.

Результат достигается тем, что в способе приготовления комплексной добавки для бетонной смеси, заключающемся в ультразвуковой диспергации углеродного наноструктурированного материала «Таунит» в пластификаторе, согласно изобретения углеродный наноструктурированный материал подвергают ультразвуковой диспергации в гиперпластификаторе «Гиперлит» в течение 3-7 минут с помощью ультразвукового генератора УЗГ13-0,1/22. Ультразвуковая диспергация характеризуется следующими параметрами: частота 20,35-23,65 кГц, мощность 100 Вт, длина волны 0,127·10⁵-0,147·10⁵ м.

Для данной комплексной добавки использовался углеродный наноструктурированный материал «Таунит» - коаксиальные многослойные углеродные нанотрубки с наружным диаметром 8-15 нм и длинной более 2 мкм. Число слоев одной трубки 6-10.

Гиперпластификатор «Гиперлит» - сополимер на основе полиоксиэтиленовых производных ненасыщенных карбоновых кислот, представляет собой светло-коричневую жидкость, водный раствор с содержанием сухого вещества 30-35%.

Комплексная добавка приготавливалась с помощью ультразвуковой диспергации. Углеродный наноструктурированный материал «Таунит» подвергался ультразвуковой диспергации в гиперпластификаторе «Гиперлит» в течение 3-7 минут с помощью ультразвукового генератора УЗГ13-0,1/22 при следующем соотношении компонентов, масс.%:

Гиперпластификатор «Гиперлит» - 99,5-99,7

Углеродный наноструктурированный материал «Таунит» - 0,3-0,5.

Далее добавка вводилась в бетонную смесь в виде водного раствора рабочей концентрации с водой затворения в количестве 1-1,5% от массы цемента в пересчете на сухое вещество.

Для приготовления бетонной смеси производственного состава использовали цемент М400 ПЦ Д20 Вольского завода, удовлетворяющий требованиям ГОСТ 10178-85, песок Камско-Устьинского месторождения, удовлетворяющий требованиям ГОСТ 8736-93 и ГОСТ 8735-88 и щебень Камско-Устьинского месторождения, удовлетворяющий требованиям ГОСТов для бетонов, при следующем соотношении (масс.ч.):

Цемент:щебень:песок = 1:1,31:2,53

Вода добавлялась в бетонную смесь до достижения равной подвижности (класса П2) по ГОСТ 7473-94. Водоцементное отношение состава без добавки составило - 0.43, с комплексной добавкой - 0.32, с добавкой по прототипу - 0,36.

Из бетонных смесей изготавливались образцы - кубы с размерами 10×10×10. Через 1, 3, 7, 28 суток нормального твердения образцы подвергались механическим испытаниям. Прочность образцов определяли в соответствии с ГОСТ 18105-86, морозостойкость - по ГОСТ 10060.0-95, а водонепроницаемость - по ГОСТ 12730.5-84.

Составы комплексной добавки и результаты механических испытаний бетона приведены в таблице. Были также проведены испытания бетонной смеси и бетона с добавкой по аналогу и без добавки.

На основании полученных данных можно сделать вывод о том, что бетон с использованием комплексной добавки в первые сутки имеет прочность на сжатие выше на 87-131%, на 3 сутки - 50-58%, на 7 сутки - 49-55%, и на 28 сутки - 39-45% по сравнению с прототипом. В возрасте 28 суток морозостойкость увеличивается на 100 циклов, а водонепроницаемость - на одну ступень.

Полученные результаты позволяют утверждать, что комплексная добавка повышает темп набора прочности бетонов в ранние сроки твердения и позволяет достигнуть высокой конечной прочности, морозостойкости и водонепроницаемости.

1. Комплексная добавка для бетонной смеси, содержащая пластификатор и углеродный наноструктурированный материал «Таунит», отличающаяся тем, что в качестве пластификатора используется гиперпластификатор «Гиперлит», при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Гиперпластификатор «Гиперлит» - 99,5-99,7,
Углеродный наноструктурированный материал «Таунит» - 0,3-0,5.

2. Способ приготовления комплексной добавки, заключающийся в диспергации углеродного наноструктурированного материала «Таунит» в пластификаторе, отличающийся тем, что углеродный наноструктурированный материал подвергают ультразвуковой диспергации в гиперпластификаторе «Гиперлит» в течение 3-7 минут с помощью ультразвукового генератора УЗГ13-0,1/22.

Изобретение относится к технологии защиты дорожных покрытий и может быть использовано при строительстве и ремонте дорожных покрытий различного типа. Смесь для защиты дорожных покрытий включает черное органическое вяжущее, модификатор отверждения и растворитель в соотношении, мас.%: черное органическое вяжущее пек 45-55%; модификатор отверждения ацетон 4-6%; адгезионная присадка СТАРДОП 130П 1-3 мас.%; растворитель сольвент остальное.

Высокопрочный бетон // 2517676

Изобретение относится к строительным материалам и может быть использовано для изготовления изделий из бетона в гражданском и промышленном строительстве, а также при возведении сооружений специального назначения.

Высокопрочный бетон // 2515250

Комплексная противоморозная добавка для бетона и строительного раствора // 2494987

Изобретение относится к составу комплексной добавки для бетона и стролительного раствора. Технический результат - повышение противоморозного эффекта добавки при сохранении показателей 28-и суточной прочности на сжатие при нормальном твердении.

Биодобавка для бетонной смеси // 2488564

Изобретение относится к строительным материалам, а именно к добавкам для бетонных смесей, и может быть использовано при изготовлении конструкций, изделий и деталей как в промышленном строительстве, так и для возведения объектов жилищного назначения.

Наномодификатор строительных материалов и способ его получения // 2482082

Изобретение относится к добавкам в строительные растворы и может быть использовано при производстве бетонных и железобетонных изделий, а также для приготовления других строительных растворов на предприятиях стройиндустрии.

Комплексная добавка для бетонных смесей и строительных растворов // 2464245

Изобретение относится к составам химических добавок для бетонных смесей и строительных растворов и может найти широкое применение при производстве монолитных и сборных конструкций, преимущественно для гидротехнических сооружений и дорожных бетонов.

Способ получения защитно-декоративного покрытия (варианты) // 2464179

Изобретение относится к строительству, а именно к способам защитно-декоративной отделки поверхностей строительных бетонных или кирпичных конструкций. .

Комплексная модифицирующая добавка для бетонных растворов // 2448921

Изобретение относится к области строительных материалов, а именно к модифицирующим добавкам для производства высокопрочных строительных растворов и композиционных гипсобетонов, применяемых в строительстве жилых и общественных зданий.

Добавка к цементу, смеси на его основе и способ ее получения (варианты) // 2441853

Изобретение относится к технологии строительных материалов. .

Способ получения микро- и наноструктур на поверхности материалов // 2544892

Использование: для создания материалов с новыми свойствами и способа обработки поверхности твердого материала с получением на этой поверхности структур с чешуйками субмикронной толщины и микронными размерами и/или с субмикронными трещинами и щелями между упомянутыми чешуйками и/или участками поверхности с характерными субмикронными перепадами по высоте рельефа.

Способ изготовления и установки метки // 2544714

Изобретение относится к области идентификации материальных ресурсов и может быть использовано для маркировки электропроводящих изделий. Способ изготовления и установки невоспроизводимой идентификационной метки на электропроводящем изделии включает нанесение идентификационного номера, информационной сетки и невоспроизводимой матрицы, а также совместное внесение идентификационного номера и невоспроизводимой матрицы в базу данных.

Способ удаления водорастворимых примесей из суспензий органических продуктов // 2544696

Изобретение относится к очистке тонкодисперсных органических веществ от водорастворимых примесей и может быть использовано в химической, нефтехимической, фармацевтической, пищевой отраслях промышленности.

Способ производства наноцемента и наноцемент // 2544355

Изобретение относится к способу производства наноцемента. Способ производства наноцемента включает совместное измельчение в прессвалковой дробилке портландцементного клинкера, минеральной кремнеземистой добавки, содержащей SiO2 не менее 30 мас.%, и гипсового камня, до фракционного состава, мас.%: 15-25 мм - 10-15; 5-7 мм - 15-20; порошок - 60-75; гомогенизацию полученной смеси в смесителе с принудительным перемешиванием, с последующей ее механохимической активацией в трехкамерной шаровой мельнице до удельной поверхности 300-900 м2/кг с введением в шаровую мельницу полимерного модификатора, содержащего нафталинсульфонат натрия не менее 60 мас.%, с формированием на зернах портландцемента сплошных нанооболочек - капсул толщиной 20-100 нм состава C10H7SO3CaNa при следующем соотношении исходных компонентов, мас.%: портландцементный клинкер 30,0-90,0, гипсовый камень 0,3-6,0, указанный модификатор 0,5-2,0, указанная кремнеземистая добавка - остальное.

Способ изготовления материала газового сенсора для детектирования монооксида углерода со без нагревания // 2544272

Использование: для детектирования монооксида углерода (угарный газ) в воздухе. Сущность изобретения заключается в том, что способ изготовления включает получение нанокристаллических широкозонных полупроводниковых оксидов MeO (SnO2, ZnO, In2O3), получение золей квантовых точек узкозонных полупроводников CdX (X=Se, Те, S) и пропитку оксидов золями квантовых точек с последующей сушкой для формирования гетероконтактов MO/CdX.

Способ интраоперационной визуализации патологических очагов // 2544094

Изобретение относится к медицине, а именно к хирургии и диагностическим методам исследования, в частности к интраоперационной визуализации. Осуществляют адресную доставку в патологические очаги конъюгатов наноразмерных антистоксовых фосфоров (НАФ) с молекулами, селективно связывающимися с целевой биоструктурой, подлежащей визуализации.

Высокотвердый углеродный материал и способ его получения // 2543891

Изобретение предназначено для аэрокосмической отрасли, оборонной промышленности и обработки твёрдых и сверхтвёрдых материалов. На молекулярный фуллерен С60 или фуллеренсодержащую сажу с добавкой серосодержащего соединения воздействуют давлением от 0,2 до 12 ГПа и температурой от 0 до 2000 oС.

Защитное покрытие для гигроскопичных оптических материалов на основе лазерно-осаждаемых углеродных нанотрубок для целей оптоэлектроники и медицинской техники // 2543694

Изобретение относится к области оптических нанотехнологий, оптического приборостроения, ракетной, космической, лазерной оптики, квантовой и оптической наноэлектроники, полезно для дисплейной, телевизионной и медицинской техники.

Возобновляемая подложка для детектирования поверхностно-усиленного рамановского рассеяния // 2543691

Изобретение относится к области оптических сенсоров, регистрирующих молекулярные группы и работающих в видимом диапазоне частот. Возобновляемая подложка для детектирования поверхностно-усиленного рамановского рассеяния состоит из наноструктурированной SERS-подложки и пассивирующего диэлектрического слоя.

Композитный наноматериал // 2543685

Использование: для производства материалов на основе полупроводников, диэлектриков и металлов, в качестве стабильного материала или метастабильной фазы-прекурсора этого материала.

Термоакустический излучатель // 2545312

Изобретение относится к акустике и предназначено для возбуждения акустических колебаний в газах и жидкостях. Сущность: излучатель содержит теплопроводящую подложку, на рабочей поверхности которой сформированы параллельно расположенные протяженные структуры в виде выступов призматической формы, имеющие легированные поверхностные слои со значительно большей электрической проводимостью, чем подложка. Протяженные структуры соединены с токопроводящими контактными областями, сформированными на подложке. Поверхности подложки и тепловыделяющих структур покрыты сверху наноразмерным слоем диоксида кремния. Технический результат: повышение надежности, удельной акустической мощности и максимальных частот излучаемых акустических колебаний. 1 ил.