Спосіб приготування бетонної суміші “нанотехнологія бетону”

1. Спосіб приготування бетонної суміші, що включає змішування щебеню, піску, 3 31054 водної суспензії фулеренів і вуглецевих нанотрубок з міжшаровою відстанню 0,34-0,36нм і розміром частинок 60-200нм [Патент России №2233254. КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ. МПК7 С04В28/02, С04В111/20. Опубликовано: 2004.07.27.]. Отриманий у такий спосіб нанобетон легко витримує температуру 800°С - майже удвічі більше, ніж звичайний. Механічна міцність нанобетону на 150% вище за міцність звичайного бетону, морозостійкість вище на 50%, а вірогідність появи тріщин в три рази нижче. Крім того, вага бетонних конструкцій, виготовлених із застосуванням подібного нанобетону, знижується в шість разів [див. «РОССИЙСКИЕ УЧЕНЫЕ СОЗДАЛИ НАНОБЕТОН». Журнал «Изобретатель и рационализатор». №3(687), 2007г.; http://www.polit.ru/science/2007/07/25/nanobeton.htm l]. Недоліком відомого способу є висока вартість і низька екологічна чистота нанобетону, що отримується. Як встановили учені, вуглецеві нанотрубки токсичні для людини і тварин, і їх тривала дія на організм позначається негативно. По ступеню токсичності нанотрубок можна провести паралель з частим вдиханням азбестових частинок, які викликають органічні пошкодження тканин [Biological cellular response to carbon nanoparticle toxicity. Panessa-Warren B.J., Warren J.B., Wong S.S., Misewich J.A. J.Ph ys.: Condens. Matter. 2006. 18 №33, art. no. S34, з. S2185-S2201; Toxicity and biocompatibility of carbon nanoparticles. Fiorito S., Serafino A., Andreola F, Togna A., Togna G. J. Nanosci. and Nonotechnol. 2006. 6 №3, с.591-599.]. Відомий спосіб приготування нанобетону, що включає змішування цементу або цементу, наповнювача, води і сухої пороутворюючої суміші, яка включає пластифікатор, газоутворювач, при цьому пороутворююча суміш додатково містить вуглецеві наноструктури, каустичн у соду і негашене вапно, і/або гашене вапно, і/або хлорне вапно (або їх суміш), і/або крейду, при наступному співвідношенні, мас.%: вуглецеві наноструктури 0,7 каустична сода 3,30 пластифікатор 6,60 газоутворювач 24,0 негашене вапно, і/або гашене вапно, і/або хлорне вапно (або їх суміш), і/або крейда 65,0. [Заявка РФ №2006105433, КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ЯЧЕИСТОГО БЕТОН А. МПК С04В28/00 (2006.01), опубл. 2007.09.10.]. Недоліком відомого способу є застосування вуглецевих наноструктур. Відомо, що вуглецеві наноструктури токсичні для людини і тварин, і їх тривала дія на організм позначається негативно. [Biological cellular response to carbon nanoparticle toxicity. Panessa-Warren B.J., Warren J.B., Wong S.S., Misewich J.A. J.Ph ys.: Condens. Matter. 2006. 18 №33, art. no. S34, з. S2185-S2201; Toxicity and biocompatibility of carbon nanoparticles. Fiorito S., Serafino A., Andreola F., Togna A., Togna G. J. Nanosci. and Nonotechnol. 2006. 6 №3, с.591-599.]. 4 Найбільш близьким до пропонованого є спосіб приготування бетонної суміші, що включає змішування щебеня, піску, портландцементу і рідкої фази пульпи гипохлориту кальцію, в якому перед змішуванням компонентів в рідину замішування додатково вводять хлорид кальцію до отримання в ній співвідношення хлориду і гипохлориту кальцію 5:100 [Патент России № 2185348. СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ БЕТОННОЙ СМЕСИ. МПК С04В28/02, С04В28/02, С04В22:08, С04В111:20, Опубл. 2002.07.20.]. Недоліком відомого способу є низька екологічна чистота бетону, що отримується, обумовлена застосуванням хлорвмісних речовин. В основу корисної моделі поставлена задача підвищення екологічної чистоти способу. Це досягається введенням наночастинок металів цинку або алюмінію. Запропонований, як і відомий спосіб приготування бетонної суміші, включає змішування щебеня, піску, портландцементу, наповнювачів, пластифікатора і рідини замішування і, відповідно до цієї пропозиції, при змішуванні компонентів в рідину замішування додатково вводять колоїдний розчин наночастинок цинку або алюмінію, отриманих ерозійновибуховим диспергуванням цинкових або алюмінієвих гранул у воді. При цьому вміст наночастинок цинку або алюмінію в суміші доводять до 0,001-2,0мас.%. При змішуванні компонентів в рідину замішування додатково вводять колоїдний розчин наночастинок цинку або алюмінію. Це дозволяє підвищити екологічну чистоту способу. С учасні наукові дослідження показали, що наночастинки металів набагато менш токсичні в порівнянні з іонною формою металів, отриманою розчиненням солей. Так, наприклад наночастинки цинку в 30 разів менш токсичні солей цинку [див. Арсентьева И.П. Использование биологических активных препаратов на основе наночастиц металлов в медицине и сельском хозяйстве. Доклад на совещании: «Индустрия наносившем и материалы: оценка нынешнего состояния и перспективы развития». Москва, Центр «Открытая экономика», Опубл. 07.02.2006, http://www.strf.ru/client/doctrine.aspx]. Наночастинки цинку або алюмінію отримані ерозійно-вибуховим диспергуванням цинкових або алюмінієвих гранул у воді. Це дозволяє отримувати екологічно чистий наноматеріал для добавки в бетонну суміш і знизити вартість бетону за рахунок високої продуктивності ерозійновибухового методу о тримання наночастинок [див. Патент України на корисну модель №23550. Спосіб ерозійно-вибухового диспергування металів. МПК B22F9/14. Опубл.25.05.2007. Бюл.№7.]. Вміст наночастинок цинку або алюмінію в суміші доводять до 0,001-2,0мас.%. При вмісті наночастинок цинку або алюмінію в суміші менше 0,001мас.% знижується міцність бетону. При вмісті наночастинок цинку або алюмінію в суміші більше 2,0мас.% збільшується вартість бетонної суміші і надмірно зменшується щільність. 5 31054 Спосіб приготування бетонної суміші здійснюють таким чином. В якості в'яжучого використовують цемент. В якості заповнювачів використовують пісок, щебінь, гравій, гальку, шлаки, камені і т.п. В якості наповнювачів композиція може містити дрібнодисперсні, з діаметром частинок менше 0,1мм, тверді речовини, отримані шляхом помелу, конденсації або іншими способами. Наприклад, це можуть бути мелені пісок, руда, шлаки, кремнеземвмісні речовини, алюмосилікатні мікросфери і т.п. В якості армуючів елементів композиція може містити сталеву арматуру, стружку, фібр у різних видів, наприклад, базальтову або сталеву і т.д. В якості хімічних добавок композиція може містити речовини, що впливають на швидкість тужавлення, міняють реологічні властивості суміші або температур у протікання процесу, гідрофобізуючі і бактерицидні властивості і т.п. Водний колоїдний розчин наночастинок цинку або алюмінію отримують заздалегідь ерозійновибуховим диспергуванням металевих гранул, що знаходяться у воді [див. Патент України на корисну модель №23550. Спосіб ерозійновибухового диспергування металів. МПК B22F9/14. Опубл.25.05.2007. Бюл.№7.]. При проходженні через ланцюжки металевих гранул імпульсів електричного струму, в яких енергія імпульсів перевищує енергію сублімації випарованого металу, в точках контактів металевих гранул одна з одною виникають іскрові розряди, в яких здійснюється вибухоподібне диспергування металу. У каналах розряду температура досягає 10 тис. градусів. Ділянки поверхні металевих гранул в зонах іскрових розрядів плавляться і вибухоподібно руйнуються на найдрібніші наночастинки і пару. Розплавлені наночастинки, що розлітаються, потрапляють у воду і утворюють колоїдний розчин, який додають в рідину замішування. Колоїдний розчин з розрахунку на наночастинки від 0,001 до 2,0мас.% вводиться в рідину замішування при перемішуванні бетонної суміші, наприклад, в змішувачі роторного типу. При взаємодії наночастинок цинку або алюмінію з водою виділяється водень, який утворює велику кількість бульбашок надзвичайно малого розміру. Це забезпечує утворення пористої структури нанобетону. Наночастинки володіють властивістю самоорганізації і утворюють в товщі бетону фрактальні деревовидні структури [див. Алиев А.Г. и др. Шлакощелочные вяжущие и мелкозернистые бетоны на их основе. - Ташкент. «Узбекистан», 1980. С.295-362.]. Переплітаючись в товщі бетону, фрактальні деревовидні структури створюють ефект тривимірного сітчастого мікроармування, що значно підвищує механічну міцність нанобетону. Застосування в якості наноматеріалу водного колоїдного розчину наночастинок цинку або алюмінію при забезпеченні високої механічної міцності нанобетону забезпечує його екологічну чистоту. 6