Наномодификатор строительных материалов



Наномодификатор строительных материалов
Наномодификатор строительных материалов
Наномодификатор строительных материалов
Наномодификатор строительных материалов
Наномодификатор строительных материалов
Наномодификатор строительных материалов

Владельцы патента RU 2637246:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "ТГТУ") (RU)

Изобретение относится к добавкам в строительные материалы и может быть использовано при производстве изделий из бетона и железобетона, строительных растворов, отделочных покрытий на предприятиях стройиндустрии. Наномодификатор строительных материалов на цементном связующем, включающий смесь, содержащую углеродный наноматериал (УНМ), наполнитель и пластификатор, причем УНМ вводится в виде водной суспензии, которая подвергнута обработке в ультразвуковой установке с рабочей частотой 16-25 кГц и мощностью не менее 100-500 Вт и содержащей полититанат калия (ПТК), УНМ «Таунит» и поливинилпирролидон (ПВП) при следующем соотношении компонентов: полититанат калия (ПТК) -7-9×10-4%, углеродный наноматериал (УНМ «Таунит») - 5-7% и поливинилпирролидон (ПВП) - 1-1,6×10-3% от массы цементного связующего. Технический результат - повышение прочности бетона на сжатие и набор прочности в более ранние сроки, при одновременном увеличении плотности, водонепроницаемости и трещинностойкости строительного композита. 4 ил., 3 табл.

 

Изобретение относится к добавкам в строительные материалы и может быть использовано при производстве изделий из бетона и железобетона, строительных растворов, отделочных покрытий на предприятиях стройиндустрии.

Известна композиция для получения строительных материалов (Патент РФ №2345968, МПК С04В 28/02, В82В 1/00, В82В 3/00, С04В 111/20, 2009 г.), содержащая цемент, песок, воду и углеродный наноматериал, содержащий углеродные нанотрубки. Композиция в качестве указанного углеродного наноматериала содержит сажу, полученную электродуговым методом и содержащую 7% углеродных нанотрубок, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

цемент 20-30
песок 50-70
указанный углеродный наноматериал 1-2
вода остальное

Сажу, содержащую 7% углеродных нанотрубок, получали из графита марки МПГ-4 на установке в массовых количествах (порядок 1 кг/ч) при следующих основных параметрах: сила тока 1150 А, напряжение 42 В, диаметр анода 30 мм электродуговым методом.

Недостатком известной композиции является ее высокая стоимость вследствие энергозатратности и неэкономичности метода получении сажи, содержащей нанотрубки.

Известна композиция для получения строительных материалов на основе минерального вяжущего, включающая минеральное вяжущее, выбранное из группы, включающей цемент, известь, гипс или их смеси, и воду, она дополнительно содержит углеродные кластеры фуллероидного типа с числом атомов углерода 36 и более при следующем соотношении компонентов в композиции, мас. %:

минеральное вяжущее 33-77
углеродные кластеры фуллероидного типа 0,0001-2,0
вода остальное

В качестве углеродных кластеров фуллероидного типа она содержит полидисперсные углеродные нанотрубки, либо в качестве углеродных кластеров фуллероидного типа она содержит полиэдральные многослойные углеродные наноструктуры с межслоевым расстоянием 0,34-0,36 нм и размером частиц 60-200 нм, либо в качестве углеродных кластеров фуллероидного типа она содержит смесь полидисперсных углеродных нанотрубок и фуллерена С60.

Композиция дополнительно содержит технологические добавки, взятые в количестве 100-250 мас. ч. на 100 мас. ч. минерального вяжущего, выбранного из группы, включающей цемент, известь, гипс или их смеси и воду (патент РФ №2233254, МПК С04В 28/02, С04В 111/20, 2004).

Недостатком данного технического решения является ее высокая стоимость, а также недостаточно высокие физико-механические характеристики нанокомпозитного материала.

Известна композиции (патент РФ №2447036, МПК С04В 28/02, В82В 3/00, С04В 111/20, 2012) для получения строительных материалов на основе минерального вяжущего, включающая портландцемент, песок, воду и углеродный материал, а в качестве углеродного материала содержит водную суспензию кавитационно-активированного углеродосодержащего материала - КАУМ, в состав которого входят многослойные углеродные наноструктуры с межслоевым расстоянием 0,34-0,36 нм и размером частиц 60-200 нм, полидисперсные углеродные трубчатые образования с размерами 100000 - 1000000 , гидрированные углеродные фрактальные структуры с размерами 1000 - 1000000 и активный рыхлый углерод с размерами дефектных микрокристаллитов графита, примерно равными 10 , при следующем соотношении компонентов в композиции, мас. %:

портландцемент 25-50
песок 30-60
водная суспензия КАУМ 0,024-0,64
вода остальное

Недостатком данного изобретения является достаточно высокий расход вяжущего (43 мас. %), при котором достигаются высокие эксплуатационные характеристики композита, и высокая концентрация углеродосодержащих наноматериалов, что экономически нецелесообразно и ведет к удорожанию конечного продукта.

Известен принятый в качестве прототипа наномодификатор строительных материалов (пат. РФ №2482082, МПК С04В 24/00, В82В 1/00, 2013), включающий смесь, содержащую углеродный наноматериал (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
поливинилпирролидон 0,1-8
гидрокарбонат натрия 5,5-11,5
лимонная кислота 5,5-11,5
полиэтиленгликоль ПЭГ-1500 остальное

Недостатком данного изобретения также является достаточно высокий расход вяжущего, обеспечивающий высокие эксплуатационные характеристики композита, и высокая концентрация углеродосодержащих наноматериалов, что экономически нецелесообразно и ведет к удорожанию конечного продукта.

Технический результат заключается в снижении затрат на углеродосодержащие наноматериалы.

Задача - получение высокопрочной композиции строительных материалов.

Поставленная задача решается созданием наномодификатора строительных материалов, включающего смесь, содержащую углеродный наноматериал (УНМ), наполнитель и пластификатор, УНМ вводится в виде водной суспензии, которая подвергнута обработке в ультразвуковой установке с рабочей частотой 16-25 кГц и мощностью не менее 100-500 Вт и содержит полититанат калия (ПТК), УНМ «Таунит» и поливинилпирролидон (ПВП) при следующем соотношении компонентов: полититанат калия (ПТК) - 7-9×10-4%, углеродный наноматериал (УНМ «Таунит»)) - 5-7% и поливинилпирролидон (ПВП) - 1-1,6×10-3% от массы связующего.

Между углеродными наночастицами действуют силы Ван-дер-Ваальса, которые способствуют образованию достаточно крупных агломератов, плохо распределяющихся в рабочей среде. Поэтому способ получения наномодификаторов основан на равномерном распределении агрегатов наночастиц в водной среде методом ультразвукового воздействия в присутствии ПАВ, которые способствуют получению однородной суспензии и сохранению постоянной степени дисперсности твердого материала. Коллоидный раствор готовили в ультразвуковом диспергаторе ИЛ 10 (табл. 1) производства ООО «Ультразвуковая техника - ИНЛАБ» г. Санкт-Петербург.

Водную суспензию с ПТК и УНМ обрабатывали в ультразвуковой установке в течение 30 минут.

Ультразвуковая обработка суспензии обеспечивает диспергирование углеродных наночастиц и ПТК, уменьшая размеры глобул в 15-20 раз, что позволяет более эффективно использовать их потенциал как модификаторов цементных систем.

В качестве матрицы строительного композита в работе использовали состав мелкозернистого бетона на основе цементного связующего марки М500 Д0. Наномодификатор добавляют в бетонное тесто с водой затворения. Для замеса мелкозернистого бетона взвешивается необходимое количество сырьевых материалов:

песок 1056 г
цемент 704 г
вода 373 г

Водоцементное соотношение В/Ц=0,53.

Для перемешивания компонентов бетона используется мешалка тестообразной массы В15 MIXER.

Песок и цемент засыпаются в емкость смесителя и перемешиваются в сухом виде в течение 2-3 минут. Затем добавляется вода затворения, и смесь перемешивают еще 7-10 минут. Далее бетон с помощью шпателя укладывают в разъемные формы из коррозионно-стойкого материала, внутренняя поверхность которых смазывается минеральным маслом, при изготовлении образцов - балочек с размерами 4×4×16 см. Продольные и поперечные стенки форм должны быть отшлифованы сверху и снизу и плотно лежать на основании. Готовые образцы-балочки извлекаются из разъемных форм после полного затвердения бетона через 24 ч. Образцы бетона хранятся в воде.

Конкретная реализация изобретения проиллюстрирована следующими примерами.

Пример 1. Готовили комплексную добавку с малыми концентрациями ПТК и УНМ «Таунит». Для равномерного распределения УНМ в коллоидном растворе в суспензию добавляли ПАВ ПВП в соотношении УНМ:ПАВ=1:2. Компоненты добавляли в воду и обрабатывали ультразвуком в течение 30 минут. Результаты по прочностным характеристикам строительного композита получены методом планирования эксперимента и представлены в табл. 2.

Анализ результатов выявил интервалы концентрации компонентов в добавке, при которых прирост прочности бетона на сжатие составляет около 30%: ПТК - 7-9×10-4%, УНМ «Таунит» - 5-7×10-3% от массы связующего.

Компоненты наномодификаторов

Полититанат калия - это тип минерального наноразмерного материала, с общей химической формулой K2O⋅nTiO2. Имеет слоистую структуру с размерами частиц 50-200 нм в поперечном сечении и толщиной порядка 5 нм. Структура ПТК зависит от соотношения оксидов K2O⋅nTiO2 и температуры процесса получения.

Углеродные наноструктуры в модификаторе строительного назначения представлены углеродным наноматериалом серии «Таунит».

Углеродный наноматериал «Таунит» производства ООО «Нано-ТехЦентр» (г. Тамбов) представляет собой углеродные нанотрубки с конической ориентацией углеродных слоев, полученных в результате синтеза методом газофазного химического осаждения (CVD). Свойства УНМ «Таунит» приведены ниже.

Поливинилпирролидон ТУ 64-9-03-86 (ПВП продукт полимеризации - винилпирролидона со средней молекулярной массой 8000) - химическая формула: C4H7NO, гигроскопический порошок белого или белого со слегка желтоватым оттенком цвета со слабым специфическим запахом. Легко растворим в воде, спирте, хлороформе, практически нерастворим в эфире. Среднее значение молекулярной массы 12600±2700.

Результаты

Ниже приведены графические материалы:

На фиг. 1 приведены данные электронной микроскопии образцов мелкозернистого бетона - контрольный образец,

На фиг. 2 приведены данные электронной микроскопии образцов мелкозернистого бетона - образец модифицированный добавкой углеродного наноматериала «Таунит» и полититанатом калия.

На фиг. 3 приведены данные электронной микроскопии образцов мелкозернистого бетона - контрольный образец.

Анализ микроструктуры образцов мелкозернистого бетона, модифицированного комплексной добавкой на основе углеродных наноматериалов и полититаната калия показал, что образцы без использования модифицирующей добавки состоят из кристаллов различной морфологии и размеров, которые образуют неоднородную структуру со значительным количеством пор и трещин. Микроструктура контрольных образцов демонстрирует, что рост кристаллогидратов неоднороден и имеет характер точечного распределения, за счет этого контакты между различными кристаллогидратами либо отсутствуют или осуществляются с низкой степенью взаимодействия (фиг. 1 и 3). Введение многослойных углеродных наноматериалов в комплексе с полититанатом калия способствует увеличению площади межфазной поверхности и формированию протяженных упорядоченных структур, отличающихся плотной упаковкой кристаллогидратов (фиг. 2), что приводит к дисперсному армированию и существенному повышению прочности композита. Использование комплексного наномодификатора стимулирует возникновение дополнительных точек роста кристаллогидратов, за счет этого обеспечивается структурирование матрицы композита и ускорение процессов гидратации, что стимулирует снижение фактора доступа воды к гидросиликатам и гидроалюмосиликатам кальция.

Эффективность комплексных гибридных наномодификаторов в строительные композиты оценивалась влиянием составов нанодобавок на физико-механические и технологические характеристики бетона. Анализ экспериментальных работ показал повышение прочности бетона (на сжатие более 30%), в том числе набор прочности в более ранние сроки, при увеличении плотности, водонепроницаемости и трещинностойкости строительного композита. Улучшение свойств строительного композита обусловлено совместным действием компонентов добавки и проявлением синергетического эффекта. Также выявлено, что выход за указанные пределы содержания ингредиентов композиции приводит к ослаблению указанных свойств строительного материала.

Изобретение обеспечивает повышение прочности бетона (на сжатие более 30%), и набор прочности в более ранние сроки, при одновременном увеличении плотности, водонепроницаемости и трещинностойкости строительного композита.

Наномодификатор строительных материалов на цементном связующем, включающий смесь, содержащую углеродный наноматериал (УНМ), наполнитель и пластификатор, отличающийся тем, что УНМ вводится в виде водной суспензии, которая подвергнута обработке в ультразвуковой установке с рабочей частотой 16-25 кГц и мощностью не менее 100-500 Вт и содержащей полититанат калия (ПТК), УНМ «Таунит» и поливинилпирролидон (ПВП) при следующем соотношении компонентов: полититанат калия (ПТК) -7-9×10-4%, углеродный наноматериал (УНМ «Таунит») - 5-7% и поливинилпирролидон (ПВП) – 1-1,6×10-3% от массы цементного связующего.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к строительной промышленности, в частности к пластифицирующей добавке для строительных растворов, и может быть использовано в цементных и других гидравлических вяжущих в качестве пластифицирующей добавки полифункционального действия при производстве товарных бетонов, бетона для массивных конструкций, специальных бетонов.
Изобретение относится к порошкообразному составу строительного раствора на основе вяжущего, который включает по меньшей мере неорганическое вяжущее, добавку на основе органического карбоната формулы R1-O-(CO)-O-R2, содержащего по меньшей мере 5 атомов углерода, в которой группы R1 и R2, одинаковые или разные, представляют собой углеводородные радикалы, алкильные или алкиленовые, линейные или циклические, возможно разветвленные, насыщенные или ненасыщенные, циклоалкильные или ароматические, грануляты, агрегаты и/или песок или другие инертные наполнители.

Группа изобретений относится к покрытой частице активных ингредиентов, способу ее изготовления и применению в качестве добавки к строительным смесям, сухим строительным смесям, цементным растворам и/или бетонам.

Изобретение относится к способу цементирования, включающему: обеспечение пуццолановой суспензии, содержащей пуццолан и воду в количестве от 33 мас. % до 200 мас.

Изобретение может быть использовано в производстве строительных материалов. Способ получения минеральной композиции, содержащей смешанную твердую фазу карбонатов кальция и магния, включает приготовление в водной фазе суспензии твердой фазы, содержащей по меньшей мере одно соединение кальция, выбранное из гидроксида кальция, карбоната кальция и их смесей, и по меньшей мере одно соединение магния, выбранное из оксида магния, гидроксида магния, по меньшей мере частично гашеной доломитовой извести и их смесей.

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к строительным бетонам при производстве фундаментов, подпорных стен, изготовлении лестниц, плит перекрытий.

Изобретение относится к составам сырьевых смесей, используемых в производстве бетона. Сырьевая смесь для производства бетона содержит, мас.%: пуццолановый цемент 16-20; измельченный бой красного кирпича фракции 20-40 мм 30,0-34,0; пиритные огарки 1,0-1,5; керамзитовый гравий фракции 5-10 мм 25,0-30,0; кварцевый песок 17,5-19,0.

Изобретение относится к способу изготовления гидравлического вяжущего, включающему приведение в контакт состава, содержащего цементный клинкер, до, во время или после процесса размола, с (а) противовспенивающим агентом и (б) 0,0005-2% от массы, из расчета общей массы состава, по меньшей мере одного вводящего воздух соединения, при этом противовспенивающий агент (а) содержит 0,0001-0,5% от массы, из расчета общей массы состава, по меньшей мере одного противовспенивающего агента формулы R10-(CmH2m-O-)x-(CdH2d-O-)c-Н, и соотношение (а) к (б) находится в диапазоне между 1:1 - 1:200.

Изобретение предназначено для формирования защитного покрытия. Цементно-песчаный раствор, содержащий цемент, песок, микрокремнезем, суперпластификатор, подсмольную воду и воду, в качестве цемента содержит сульфатостойкий или глиноземистый цемент, песок имеет модуль крупности 1,5, в качестве суперпластификатора используется суперпластификатор СП-1 на основе продукта конденсации нафталинсульфокислоты с формальдегидом по ТУ 5870-005-58042865-05, в качестве подсмольной воды - продукт переработки каменных углей пиролизным способом, содержащий фенол, при следующем соотношении компонентов, мас.%: цемент - 35-40, песок - 38-43, микрокремнезем - 1-2, суперпластификатор - 0,10-0,15, подсмольная вода - 2,0-2,4, вода - остальное.

Группа изобретений относится к строительству, в частности к области, включающей цементные композиции. Способ изготовления цементной композиции, включающий введение в процессе производства цементной композиции продукта, содержащего смесь наполнителя, содержащего крупнодисперсный карбонат кальция, и ультрадисперсного наполнителя, причем наполнитель, содержащий крупнодисперсный карбонат кальция имеет значение d50, составляющее более 6 мкм, и ультрадисперсный наполнитель имеет значение d50, составляющее от 1 мкм до 6 мкм, и удельную поверхность по Блейну, составляющую более чем 1000 м2/кг, и причем вводят от 0,5 до 25 % сухой массы ультрадисперсного материала в расчете на полную сухую массу наполнителя, содержащего крупнодисперсный карбонат кальция, и ультрадисперсного наполнителя.

Изобретение относится к составам бетонной смеси с комплексной модифицирующей добавкой и может найти применение в производстве строительных материалов при изготовлении бетонных изделий (бордюрных камней, стеновых блоков, фундаментов, гидротехнических сооружений).

Изобретение относится к составам бетонных и растворных смесей и может найти применение при производстве монолитных и сборных изделий и конструкций. Бетонная смесь содержит портландцемент, заполнитель, воду и комплексную добавку, включающую ускоритель твердения цемента и замедлитель твердения мелассу, при этом заполнитель используют с размером фракций 0-5 мм, 5-20 мм и 20-40 мм в соотношении 1:0,5:0,8, при следующем соотношении компонентов, масс.

Изобретение относится к строительным материалам и может быть использовано при производстве конструкций и изделий из крупнопористого бетона гражданского, промышленного, гидротехнического и мелиоративного назначения, а также для изготовления каркаса в каркасных бетонных конструкциях.
Изобретение относится к составам строительных смесей и может быть использовано для выполнения отделочных, штукатурных и кладочных работ. Строительная смесь включает минеральное вяжущее, песок, добавки и воду.

Настоящее изобретение относится к диспергирующим веществам для гидравлических вяжущих веществ. Описано диспергирующее вещество для неорганических частиц, предпочтительно для неорганических вяжущих веществ, более предпочтительно для гидравлических вяжущих веществ, при этом указанное диспергирующее вещество содержит следующие структурные единицы: I) одну триазиновую структурную единицу, предпочтительно одну 1,3,5-триазиновую структурную единицу, II) одну или две полиалкиленгликолевые структурные единицы, предпочтительно одну полиалкиленгликолевую структурную единицу общей формулы (I) -(AO)n-R2, где А представляет собой алкилен, который имеет 2-18 атомов углерода, при этом по меньшей мере 60 мол.

Изобретение относится к строительным материалам и может быть использовано в дорожном строительстве для устройства оснований автомобильных дорог. Технический результат - повышение прочности при сжатии укрепленного грунта.

Изобретение относится к производству строительных материалов и изделий, в частности к легким бетонам для изготовления декоративных изделий, применяемых для отделки (украшения) фасадов и интерьеров зданий.

Изобретение относится к строительным материалам и может быть использовано для изготовления изделий из бетона в гражданском, промышленном и дорожном строительстве и при монолитном изготовлении сооружений и дорожного покрытия.

Изобретение относится к строительной отрасли и может найти применение при изготовлении наномодифицированных бетонов на основе потенциально реакционноспособных заполнителей для транспортного, промышленного и гражданского строительства.

Изобретение относится к строительным материалам и может быть использовано для изготовления изделий из бетона в гражданском, промышленном и дорожном строительстве и при монолитном изготовлении сооружений и дорожного покрытия.

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, в частности к производству бетонов. Сырьевая смесь для изготовления бетона, содержит, мас.

Изобретение относится к добавкам в строительные материалы и может быть использовано при производстве изделий из бетона и железобетона, строительных растворов, отделочных покрытий на предприятиях стройиндустрии. Наномодификатор строительных материалов на цементном связующем, включающий смесь, содержащую углеродный наноматериал, наполнитель и пластификатор, причем УНМ вводится в виде водной суспензии, которая подвергнута обработке в ультразвуковой установке с рабочей частотой 16-25 кГц и мощностью не менее 100-500 Вт и содержащей полититанат калия, УНМ «Таунит» и поливинилпирролидон при следующем соотношении компонентов: полититанат калия -7-9×10-4, углеродный наноматериал - 5-7 и поливинилпирролидон - 1-1,6×10-3 от массы цементного связующего. Технический результат - повышение прочности бетона на сжатие и набор прочности в более ранние сроки, при одновременном увеличении плотности, водонепроницаемости и трещинностойкости строительного композита. 4 ил., 3 табл.

Наверх