Наномодифікований бетон

1. Наномодифікований бетон, що містить наноматеріал з розміром частинок 1-1000 нм, за який використовують водний колоїдний розчин наночастинок цинку або алюмінію, наповнювачі, армуючі елементи, пороутворювальну суміш, що включає пластифікатор і газоутворювач, а також воду і мінеральне в'яжуче, вибране з групи, що включає цемент, вапно, гіпс або їх суміші, який відрізняється тим, що в нього додатково 3 негашене вапно, і/або вапно гашене, і/або вапно хлорне (або їх суміш), і/або крейду при такому 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 нанобетону є те, що він виконаний із застосуванням наномодифікатора на основі вуглецевих наноструктур. Це робить такий матеріал токсичним. Як встановили учені, вуглецеві нанотрубки токсичні для людини і тварин, і їх 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., TognaA., Togna G. J. Nanosci. and Nonotechnol. 2006. 6 №3, p.591-599]. що містить наноматеріал Відомий нанобетон, на основі вуглецевих кластерів фулероїдного типу з числом атомів вуглецю 36 і більш, в якості яких використані фулерен С60 і полідисперсні вуглецеві нанотрубки з міжшаровою відстанню 0,34-0,36нм і розміром частинок 60-200нм, а також воду і мінеральне в'яжуче, вибране з групи, що включає цемент, вапно, гіпс або їх суміші [Патент России №2233254. Композиция для получения строительных материалов. МПК7 С04В28/02, С04В111/20. Опубликовано: 2004.07.27.]. Недоліком відомого наномодифікованого бетону є те, що він виконаний із застосуванням вуглецевих нанотрубок і фулеренів. Це, з одного боку, призводить до дорожчання нанобетону за рахунок високої вартості нанотрубок, а, з іншого боку, робить такий матеріал токсичним. Встановлено, що вуглецеві нанотрубки токсичні для людини і тварин, і їх 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. 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.591-599]. Найбільш близьким до пропонованого є наномодифікований бетон, що містить наноматеріал з розміром частинок 20-1000нм, в якості якого використовується водний колоїдний розчин наночастинок цинку або алюмінію, наповнювачі, армуючі елементи, пороутворюальну суміш, що включає пластифікатор і газоутворювач, а також воду і мінеральне в'яжуче, вибране з групи, що включає цемент, вапно, гіпс або їх суміші [див. Рішення про видачу патенту на корисну модель. НАНОБЕТОН. Заявка №u200712273. МПК С04В28/02 (2007.01), С04В111/20(2007.01). Дата подання заявки 06.11.2007.]. 32616 4 Недоліком відомого наномодифікованого бетону є те, що він не володіє бактерицидними, віруліцидними і спороцидними властивостями. В основу корисної моделі поставлена задача отримання екологічно чистого наномодифікованого бетону, що володіє антибактеріальними, антивірусними і антигрибковими властивостями. Це досягається тим, що в якості наноматеріалу, який входить в бетон, використовуються наночастинки срібла і наночастинки міді у вигляді колоїдного розчину «Шумерське срібло». Запропонований, як і відомий наномодифікований бетон містить наноматеріал з розміром частинок 1-1000нм, в якості якого використовується водний колоїдний розчин наночастинок цинку або алюмінію, наповнювачі, армуючі елементи, пороутворюальну суміш, що включає пластифікатор і газоутворювач, а також воду і мінеральне в'яжуче, вибране з групи, що включає цемент, вапно, гіпс або їх суміші, і, відповідно до цієї пропозиції, в нього додатково введений наноматеріал, що містить наночастинки срібла і наночастинки міді у вигляді водного колоїдного розчину «Шумерське срібло», отриманого ерозійно-вибуховим диспергуванням срібних і мідних гранул у воді. При цьому компоненти узяті в наступних співвідношеннях, мас.%: мінеральне в'яжуче 20-30; наночастинки цинку або алюмінію 0,001-1; наночастинки срібла 0,0000001-0,0001; наночастинки міді 0,00001-0,01; пороутворюальна суміш 0,2-1; наповнювачі і армуючі наномодифікований -бетон додатково У елементи 40-65; вода решта. введений наноматеріал, що містить наночастинки срібла і наночастинки міді. Це дозволяє додати бетону бактерицидні, віруліцидні і спороцидні властивості. Наноматеріал, що містить наночастинки срібла і наночастинки міді, введений у вигляді водного колоїдного розчину «Шумерське срібло», отриманого ерозійно-вибуховим диспергуванням срібних і мідних гранул у воді [див. Патент України №26298. Металовмісний препарат на водній основі з 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. 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 ерозійновибухового методу, а за рахунок високої дисперсності наночастинок срібла і міді підвищити біоцидну активність [Див. Патент України на корисну модель №23550. Спосіб ерозійновибухового диспергування металів. МПК B22F9/14. Опубл.25.05.2007.в'яжуче входить в бетон в Мінеральне Бюл.№7.]. кількості від 20 до 30мас.%. При зменшенні частки 5 32616 мінерального в'яжучого менше 20мас.% знижується міцність матеріалу. При збільшенні частки мінерального в'яжучого більше 30мас.% збільшується вартість матеріалу. Наночастинки цинку або алюмінію входять в наноматеріал в кількості від 0,001 до 1мас.%. При зменшенні частки наночастинок нижче 0,001мас.% знижується міцність матеріалу і збільшується його щільність. При збільшенні частки наночастинок більше 1,0мас.% збільшується вартість бетону. Пороутворювача суміш входить в бетон в кількості 0,2-1мас.%. Пластифікатор застосовується з метою отримання високорухомих бетонних сумішей без зниження міцності бетонів, а також для підвищення міцності, водонепроникності і інших показників якості бетонів за рахунок водоредукуючої дії. Газоутворювач при взаємодії з цементним розчином викликає реакцію газоутворення і спучення розчину. Газоутворювачем може виступати, наприклад, алюмінієва пудра або інша хімічна речовина. При зменшенні частки пороутворюальної суміші нижче 0,2мас.% підвищується щільність бетону. При збільшенні частки суміші більше 1мас.% зменшується міцність нанобетону. Наповнювачі і армуючі елементи входять в бетон в кількості 40-65мас.%. їх кількість залежить від призначення нанобетону і умов його застосування. 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. Наномодифікований бетон отримують таким чином. В якості в'яжучого використовують цемент, вапно, гіпс або їх суміші. В якості заповнювачів нанобетон включає пісок, щебінь, гравій, гальку, шлаки, камені і т.п. В якості наповнювачів композиція може містити дрібнодисперсні з діаметром менше 0,1мм частинки 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, стружку, фібру різних видів, наприклад, базальтову або сталеву і т.д. Комп’ютерна верстка Н. Лисенко 6 Армуючі елементи ще більш збільшують показники міцності, тріщиностійкість і ударну в'язкість виробів. В якості хімічної добавки композиція може містити речовини, що впливають на швидкість схоплювання або тужавлення, міняють реологічні властивості суміші або температуру протікання процесу, гідрофобізуючі і бактерицидні властивості і т.п. Наноматеріал вводиться в композицію у вигляді водних колоїдних розчинів наночастинок металів. Водні колоїдні розчини наночастинок металів отримують заздалегідь ерозійно-вибуховим 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 10тис. 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, якийнаночастинок срібла і міді Колоїдні розчини додають в композицію. вводять в бетон при перемішуванні суміші в змішувачі з розрахунку на наночастинки в кількостях відповідно 0,0000001-0,0001мас.% і 0,00001-0,01мас.%. Колоїдний розчин наночастинок цинку або алюмінію з розрахунку на наночастинки від 0,001 до 1,0мас.% вводиться в композицію також при перемішуванні суміші в змішувачі. При взаємодії наночастинок цинку або алюмінію з водою виділяється водень, який додатково утворює велику кількість бульбашок надзвичайно малого розміру. Це забезпечує утворення пористої структури бетону. 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 наночастинки срібла і міді, окрім армуючої дії за рахунок фракталоутворення, додають бетону додаткові бактерицидні, віруліцидні і спороцидні властивості. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601