Спосіб отримання наномодифікованого бетону “нанотехнологія бетону”

1. Спосіб отримання наномодифікованого бетону, що включає змішування щебеню, піску, портландцементу, наповнювачів, пластифікатора, 3 32615 ных 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.html] Недоліком відомого способу є висока вартість і низька екологічна чистота отримуваного наномодифікованого бетону. 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. Phys.: 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, p.591599]. Відомий спосіб отримання наномодифікованого бетону, що включає змішування цементу або цементу і наповнювача, води і сухої пороутворювальної суміші, яка включає пластифікатор, газоутворювач, при цьому пороутворювальна суміш додатково містить вуглецеві наноструктури, соду каустичну і негашене вапно, і/або вапно гашене, і/або вапно хлорне (або їх суміш), і/або крейду при наступному співвідношенні, мас.%: вуглецеві наноструктури 0.7 сода каустична 3.30 пластифікатор 6.60 газоутворювач 24.0 негашене вапно, і/або вапно гашене, і/або вапно хлорне (або їх суміш), і/або крейда 65.0. [Заявка РФ №2006105433, Композиция для производства ячеистого бетона. 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., WongS.S., MisewchJ.A. J. Phys.: 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, p.591599]. Найбільш близьким до пропонованого є спосіб отримання бетону, що включає змішування щебеня, піску, портландцементу і рідкої фази пульпи гіпохлориту кальцію, в якому перед змішуванням компонентів в рідину замішування додатково вво 4 дять хлорид кальцію до отримання в ній співвідношення хлориду і гіпохлориту 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 отримуваного бетону, обумовлена застосуванням хлорвмісних речовин. В основу корисної моделі поставлена задача підвищення екологічної чистоти способу і отримання наномодифікованого бетону, що володіє бактерицидними, віруліцидними і спороцидними властивостями. Це досягається введенням наночастинок металів - срібла і міді. Запропонований, як і відомий спосіб отримання наномодифікованого бетону включає змішування щебеня, піску, портландцементу, наповнювачів, пластифікатора, пороутворювальної суміші і рідини замішування і, відповідно до цієї пропозиції, в рідину замішування додатково вводять колоїдний розчин наночастинок срібла і міді «Шумерське срібло», отриманий ерозійно-вибухо вим диспергуванням срібних і мідних гранул у воді, при цьому вміст наночастинок срібла і міді в суміші складає відповідно 0,0000001-0,0001 і 0,00001-0,01мас.%. При змішуванні компонентів в рідину замішування додатково вводять колоїдний розчин наночастинок срібла і міді «Шумерське срібло», отриманий ерозійно-вибуховим диспергуванням срібних і мідних гранул у воді [див. Патент України №26298. Металовмісний препарат на водній основі 3 біоцидними властивостями "Шумерське срібло". МПК (2006) C02F1/50, B22F9/16. Опубл. 10.09.2007, бюл.№14]. Це дозволяє отримати екологічно чистий бетон з високими бактерицидними, віруліцидними і спороцидними властивостями за рахунок синергетичної дії наночастинок срібла і міді. Добре відомі антимікробні властивості наночастинок міді, які найефективніше проявляються у присутності срібла. Срібло, навіть в мінімальних дозах, значно підсилює властивості міді. Це вказує на каталітичні властивості срібла по відношенню до міді, де ці метали виступають як синергісти. Сумісне використання срібла і міді для отримання бактерицидних водних розчинів відоме з давніх часів. Наприклад, дослідниками шумерської культури знайдені металеві судини, виготовлені з комбінації металів - срібла і міді, які використовувалися для лікувальної мети. Це знаменита ваза Ентемени і мідні глеки з срібним носиком. Мідь і срібло це метали-синергісти. Їх сумісна дія на мікроорганізми значно вища, ніж у срібла і у міді окремо. Дослідники вважають, що при зберіганні води в вазі Ентемени у воду генерувалися іони срібла і міді, і вода перетворювалася на цілющий і омолоджуючий еліксир. Таким чином, шумери першими використовували спільно срібло і мідь для отримання цілющого розчину. Ваза Ентемени збереглася до наших днів як пам'ятник шумерської культури [див. Морозов Н.А. « Миражи исторических пустынь». Том 9. «История человеческой культуры в естественно-научном освещении. Христос, в 10-ти томах»,- М. Крафт+Леан, 1997 - 2003; Петкова С.М. Справочник по мировой культуре и искусству, М., 2005 г. - 507 с.]. 5 32615 Водний колоїдний розчин «Шумерське срібло» отримують ерозійно-вибуховим диспергуванням срібних і мідних гранул у воді. Це дозволяє понизити вартість наномодифікованого бетону за рахунок високої продуктивності ерозійно-вибухового методу, а за рахунок високої дисперсності наночастинок срібла і міді підвищити біоцидну активність [Див. Патент України на корисну модель №23550. Спосіб ерозійно-вибухового диспергування металів. МПК B22F9/14. Опубл.25.05.2007. Бюл.№7.]. Наночастинки срібла входять в бетон в кількості 0,0000001-0,0001мас.%. При зменшенні частки наночастинок срібла нижче 0,0000001мас.% знижуються біоцидні властивості бетону. При збільшенні частки наночастинок срібла більше 0,0001мас.% збільшується вартість наномодифікованого бетону. Наночастинки міді входять в бетон в кількості 0,00001-0,01мас.%. При зменшенні частки наночастинок міді нижче 0,00001мас.% знижуються біоцидні властивості бетону. При збільшенні частки наночастинок міді більше 0,01мас.% збільшується вартість наномодифікованого бетону. Спосіб отримання наномодифікованого бетону 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 менше 0,1мм частинкі твердих речовин, отримані шляхом помелу, конденсації або іншими способами. Наприклад, це можуть бути мелені пісок, руда, шлаки, кремнеземвмісні речовини, алюмосилікатні мікросфери і т.п. В якості армуючих елементів композиція може містити сталеву арматуру, стр ужку, фібру різних видів, наприклад, базальтову або сталеву і т.д. В якості хімічних добавок композиція може містити речовини, що впливають на швидкість схоплювання або тужавлення, міняють реологічні властивості суміші Комп’ютерна в ерстка Н. Лисенко 6 або температуру протікання процесу, гідрофобізуючі властивості і т.п. Наноматеріал вводиться в рідину замішування у вигляді водного колоїдного розчину наночастинок металів. Водний колоїдний розчин наночастинк срібла і міді отримують заздалегідь ерозійновибуховим диспергуванням металевих гранул, що знаходяться у воді [див. Патент України на корисну модель №23550. Спосіб ерозійно-вибухового 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 10тис. градусів. Ділянки поверхні металевих гранул в зонах іскрових розрядів плавляться і вибухоподібне руйнуються на найдрібніші наночастинки і пару. Розплавлені наночастинки, що розлітаються, потрапляють у воду і утворюють колоїдний розчин, який додають в рідину замішування. Колоїдний розчин наночастинок срібла і міді вводять в бетон при перемішуванні суміші в змішувачі з розрахунку на наночастинки в кількостях відповідно 0,0000001-0,0001мас.% і 0,000010,01мас.%. 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 наномодифікованого бетону. При цьому наночастки срібла і міді, окрім армуючої дії за рахунок фракталоутворення, додають бетону додаткові бактерицидні, віруліцидні і спороцидні властивості. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601