Спосіб виготовлення бетону з використанням нанотехнологій

Реферат: Спосіб виготовлення бетону включає замішування основних його компонентів - цементу, заповнювачів структурованою водою з фулероїдними наночастинками. Перед замішуванням 2 водою цемент домелюють до 5000 см /г питомої поверхні, причому у воду замішування як 3 додаткову нанодомішку додають діоксид кремнію SiO2 у кількості 10 г/м бетону, з наступним структуруванням води замішування постійним струмом, крім того фулероїдні наночастинки 3 додають у кількості 10 г/м бетону. UA 118227 U (54) СПОСІБ ВИГОТОВЛЕННЯ БЕТОНУ З ВИКОРИСТАННЯМ НАНОТЕХНОЛОГІЙ UA 118227 U UA 118227 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до промисловості будівельних матеріалів і може бути використана для виготовлення бетону на базі белітового цементу в цивільному, промисловому будівництві та для сучасних фортифікаційний споруд, мостів, доріг, для оборони морських прибережних об'єктів з використанням нанотехнологій. Зрозуміло, що на якість бетонів впливають багато чинників, крім того в залежності від області використання фізико-хімічні властивості бетонних сумішей повинні відповідати певним умовам. Вирішуються ці проблеми різними шляхами, зокрема шляхом використання структурованої різноманітними методами води для замішування бетонів. З розвитком нанотехнологій виникають нові можливості впливу на структуру і властивості води, з'являється можливість цілеспрямованого управління процесом структуроутворення і властивостями цементних композитів, які представляють собою складну ієрархічну систему, що включає і нанорівень. Це підтверджується дослідженнями по модифікації води замішування вуглецевими фулероїдними наночастинками або діоксидами кремнію [http://www.allbeton.rU/ht//www.allbeton.ru/article/378/30.html]. Так відома сировинна суміш для високоміцного бетону з нанодисперсною добавкою, що включає кварцполевошпатний пісок з модулем крупності 2,1, гранітні висівки фракції 2,5-5 мм, воду і нанодисперсний порошок діоксиду кремнію, який попередньо піддають ультразвуковій обробці спільно з водою замішування в ультразвуковому диспергаторі протягом 10 хвилин. Використання як модифікуючої добавки до бетону нанодисперсного порошку діоксиду кремнію та структурованої води сприяє підвищенню рухливості бетонної суміші та скороченню термінів схоплювання цементу, крім того вирішується задача підвищення міцності і щільності структури бетону з такого цементу. Це забезпечується зв'язуванням гідроксиду кальцію Са(ОН) 2, що виділяється в ході розчинення силікатних мінералів цементу [патент РФ № 2489381, МПК С04В 28/04]. Відомий високоміцний бетон, що включає портландцемент, пісок, граніт фракції 2,5-5 мм, кремнеземутримуючий компонент, представлений золем H2SiО3 та воду [см. Комохов П.Г. Зольгель как концепция нанотехнологии цементного композита // Строительные материалы. - 2006. №9. - С. 89-90]. В даному випадку використовувалася звичайна вода, її теоретичне співвідношення, необхідне для твердіння цементного каменю, сягає 20-25 % від маси цементу, тобто водо-цементне відношення В / Ц = 0,2-0,25. На практиці ж така суміш виходить сухою і такою, що її важко укладати, тобто для спрощення процесу укладання бетонної суміші витрати води вимушено збільшують у 2-3 рази. Однак зі збільшенням кількості води при одній і тій самій кількості цементу в бетоні за рахунок надлишкової води виникає капілярна пористість, що знижує якість одержуваного бетону. Відомим є патент РФ № 2533516, МПК С04В 40/00 "Спосіб активації води замішування бетонних сумішей", в якому заявлено процес структурування води замішування вуглецевими фулероїдними наночастинками з наступною її обробкою ультразвуком. Заявлений спосіб вирішує задачу підвищення якості бетонної суміші шляхом поліпшення фізико-хімічних характеристик бетонів, зокрема за рахунок зниження кількості надлишкової води (прототип). В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення способу отримання бетону, в якому за рахунок змінення деяких технологічних операцій вирішуються проблеми виникнення внутрішніх напруг, які мають місце у затверділому бетоні, що дозволить у підсумку прискорити набір міцності бетону. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому способі виготовлення бетону, який включає замішування основних його компонентів - цементу, заповнювачів структурованою водою з фулероїдними наночастинками, новим є те, що перед замішуванням водою цемент 2 домелюють до 5500 см /г питомої поверхні, причому до води замішування, як додаткову 3 нанодомішку додають діоксид кремнію SiО2 у кількості 10 г/м бетону, з наступним структуруванням води замішування постійним струмом, крім того фулероїдні наночастинки 3 додають у кількості 10 г/м бетону. Спосіб здійснюється таким чином. 2 Перед приготуванням бетону белітовий цемент домелюють до 5500 см /г, що збільшує кількість частинок, які вступають у реакцію до 80-90 % їх об'єму. Додають до згаданої маси заповнювачі (пісок, щебень). Воду для замішування структурують шляхом пропускання останньої через прилад постійного струму, при тому перед процесом структурування до води додають нанодомішки, як такі використовують фулерени та діоксид кремнію. Завдяки комплексному підходу до вирішення проблем, які виникають у процесі виготовлення бетону з використанням белітового цементу, забезпечується значне зменшення кількості використаного цементу. У свою чергу, фулерен поліпшує фізико-механічні характеристики бетону: підвищує водонепроникність, морозостійкість, підвищує міцність і величину модуля 1 UA 118227 U 5 пружності, знижує значення деформації усадки, крім того, фулерен прискорює процес гідратації цементу, поліпшує зчеплення бетонної суміші та заповнювача. SiO2 - нанодомішка, яка має високу поверхневу енергію, поліпшує властивості цементних бетонів за рахунок рішення проблеми внутрішніх напруг, які виникають в затверділому бетоні. Діоксид кремнію з часом у результаті реакції з Са (ОН) 2 переходить у гідросилікат кальцію, сприяє зменшенню кількості пор від розміру 1 нм і вище. Використання структурованої води саме постійним струмом забезпечує прискорення набору міцності у бетоні. У таблицях № 1-4 наведені дані, що підтверджують як можливість здійснення корисної моделі, так і можливість отримання технічного результату. 10 Таблиця 1 Розрахунковий мінералогічний склад белітових цементів для бетонів. Назва цементу C3S 24,59 9,2 Белітовий № 1 Белітовий № 2 C2S 48,25 63,18 Вміст мінералів С3А 9,12 9,28 C4AF 10,73 9,12 Таблиця 2 Склад бетонів на основі белітових портландцементів № 1 складу бетону Бетон на основі белітового цементу № 1 Бетон на основі пелітового цементу № 2 Щебінь, кг 5-10 мм 10-20 мм Цемент, кг Пісок, кг Вода, л 350 720 359 728 180 350 720 359 728 180 Таблиця 3 Межа міцності на стиск бетонів на основі белітових цементів, твердіючих у вологих умовах (кубики 7,07*7,07*7,07 см) № складу бетону Бетон на основі белітового цементу № 1 Бетон на основі белітового цементу № 2 3 доби Міцність на стиск в МПа через 7 діб 28 діб 3 міс 7,1 7,7 7,9 8,14 5,8 6,0 6,3 6,98 Таблиця 4 Межа міцності на стиск бетонів на основі белітових цементів з використанням нанотехнологій, твердіючих у вологих умовах (кубики 7,07*7,07*7,07 см) № складу бетону Бетон на основі белітового цементу № 1 Бетон на основі белітового цементу № 2 Міцність на стиск в МПа через 7 діб 28 діб 3 міс 9,0 9,72 10,3 10,5 8,4 8,6 9,2 10,1 3 доби 2 UA 118227 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 Спосіб виготовлення бетону, при якому виконують замішування основних його компонентів цементу, заповнювачів структурованою водою з фулероїдними наночастинками, який 2 відрізняється тим, що перед замішуванням водою цемент домелюють до 5000 см /г питомої поверхні, причому у воду замішування як додаткову нанодомішку додають діоксид кремнію SiO2 3 у кількості 10 г/м бетону, з наступним структуруванням води замішування постійним струмом, 3 крім того фулероїдні наночастинки додають у кількості 10 г/м бетону. Комп’ютерна верстка В. Мацело Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3