ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2281262

КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Имя изобретателя: Крутиков Вячеслав Александрович (RU); Дидик Алексей Александрович (RU); Яковлев Григорий Иванович (RU); Кодолов Владимир Иванович (RU); Шуклин Сергей Григорьевич 
Имя патентообладателя: Ижевский государственный технический университет
Адрес для переписки: 426069, г.Ижевск, ул. Студенческая, 7, Ижевский государственный технический университет
Дата начала действия патента: 2005.01.31 

Изобретение относится к составам на основе минеральных вяжущих и может найти применение в промышленности строительных материалов при изготовлении блочного и монолитного бетона, полимерцементных растворов, пенобетона, а также шифера, штукатурки, отделочных покрытий. Композиция для получения строительных материалов на основе цементного вяжущего, воды и углеродных наноструктур, содержит металлсодержащие углеродные наноструктуры из смеси поливинилового спирта с хлоридом меди (I) или (II), взятых в мольных соотношениях (1-20):1, нагреваемых до 300°С, при следующем соотношении компонентов в композиции, мас.%: цементное вяжущее - 15-75, указанные металлсодержащие углеродные наноструктуры - 0,01-2,5, вода - остальное. Композиция дополнительно может содержать от 2 до 10 мас.% органического вяжущего или технологические добавки, взятые в соотношении 1-6:1 мас.ч. к цементному вяжущему. Технический результат - повышение физико-механических характеристик, в частности прочности на сжатие, и снижение энергоемкости и стоимости полученного материала.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к составам на основе минеральных вяжущих и может найти применение в промышленности строительных материалов при изготовлении блочного и монолитного бетона, полимерцементных растворов, пенобетона, а также шифера, штукатурки, отделочных покрытий.

Известна композиция для получения фибробетона, включающая цемент в качестве минерального вяжущего, воду, песок в качестве заполнителя и до 10% от массы композиции стальной фибры (Рабинович Ф.Н., Дисперсно-армированные бетоны. М.: Стройиздат, 1994, с.64).

Недостатком известной композиции является то, что армирование бетона стальной фиброй происходит на макроуровне без изменения структуры цементного камня, поэтому прочность на сжатие фибробетона недостаточно высока в условиях эксплуатации.

Наиболее близкой по совокупности существенных признаков к заявляемой композиции является композиция для получения строительных материалов (Патент №2233254 от 26.10.2000). Композиция содержит минеральное вяжущее, выбранное из группы, включающей цемент, известь, гипс или их смеси и воду, и 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.

Недостатком известной композиции является то, что стоимость получения композиции является высокой и требует больших затрат по энергии, таким образом, приводит к существенному удорожанию строительного материала.

Задачей настоящего изобретения является повышение физико-механических характеристик и снижение энергоемкости и стоимости полученного материала.

Композиция для получения строительных материалов на основе цементного вяжущего, воды и углеродных наноструктур содержит металлсодержащие углеродные наноструктуры из смеси поливинилового спирта с хлоридом меди (I) или (II), взятых в мольных соотношениях (1-20):1, нагреваемых до 300°С, при следующем соотношении компонентов в композиции, мас.%:

цементное вяжущее 15-75
указанные металлсодержащие  
углеродные наноструктуры 0,01-2,5
вода остальное.

Композиция дополнительно содержит органическое вяжущее, взятое от 2 до 10 мас.%, или технологические добавки, взятые в соотношении 1-6:1 мас.ч. к цементному вяжущему.

Сущность изобретения заключается в том, что сырьевая смесь для изготовления строительных материалов, содержащая цемент и мелкий наполнитель, перед получением материала увлажняется водной суспензией, содержащей металлсодержащие углеродные тубулены (наноструктуры), полученные химическим способом в конденсированной фазе по способу, описанному в патенте №2221744 "Способ получения металлсодержащих углеродных наноструктур органического соединения с добавками неорганических солей". Используемый метод позволяет получить данную добавку, используя низкотемпературный синтез (300-400°С), стоимость получения данной добавки составляет порядка 350 руб./кг.

Добавка, полученная указанным способом, представляет собой многослойные углеродные нанотрубки (наноструктуры) диаметром 20-60 нм, искривленные и сплетенные между собой, полости нанотрубок заполнены неорганической фазой, в частности металлической медью. Таким образом, продукт имеет состав и морфологию (фиг.1),которые отличаются по структуре от тех, что описаны в прототипе. Наличие сплетенных нанотрубок приводит к повышению прочности минерального вяжущего на основе цемента благодаря их армирующему и структурообразующему действию.

В качестве заполнителей композиция может включать песок, щебень, гравий, гальку, шлаки, камни и т.п. В качестве наполнителей композиция может содержать мелкодисперсные, с диаметром частиц менее 0,1 мм, твердые вещества, полученные путем помола, конденсации или другими способами. Например, это могут быть молотые песок, руда, шлаки, кремнеземсодержащие вещества и т.п.

В качестве армирующих элементов композиция может содержать стальную арматуру, фибру различных видов, стружку и т.д. Армирующие элементы еще более увеличивают прочностные показатели, трещиностойкость и ударную вязкость изделий.

В качестве химических добавок композиция может содержать вещества, влияющие на скорость схватывания или твердения, меняющие реологические свойства смеси, пенообразующие, гидрофобизирующие и т.п. Композиция может не содержать добавок, заполнителей, наполнителей или армирующих элементов или может содержать отдельные из них.

Далее заявляемое изобретение поясняется примерами.

Пример 1

При изготовлении первого состава брали в качестве минерального вяжущего 10 кг портландцемента и 10 кг мелкого заполнителя в виде кварцевого песка (технологическая добавка).

Сухие смеси перемешали и при непрерывном перемешивании влили 4,62 кг воды, содержащей 0,012 кг (0,05 мас.%) углеродных металлсодержащих нанотрубок. Смесь перемешивали 2 минуты и разлили в кубические формы со стороной 100 мм. Состав отвердевал в течение 28 суток в нормальных условиях.

На полученных образцах определили прочность на сжатие, МПа, по ГОСТ 10180-90.

Состав композиции, прочностные и стоимостные показатели приведены в таблице 1.

Пример 2 (контрольный)

Композицию получали, как в Примере 1, но в отсутствие углеродных металлсодержащих тубуленов. Данные приведены в таблице 1.

Пример 3

В аппарат по изготовлению бетонной смеси высыпали 240 кг цемента, затем влили 100 л воды, добавили 0,035 кг углеродных металлсодержащих нанотрубок и в щадящем режиме перемешали (до 600 об./мин.). Затем под давлением подали полученную смесь в металлические формочки кубов со стороной 100 мм. Состав отвердевал в течение 28 суток в нормальных условиях.

На полученных образцах определили прочность на сжатие, МПа, по ГОСТ 10180-90. Данные приведены в таблице 1.

При испытаниях пенобетонной смеси, приготовленной путем соединения указанных компонентов с пеной, полученной из 1, 5 кг пенообразователя и 10 л воды, были получены те же результаты.

Пример 4 (контрольный)

Композицию получали, как в Примере 3, но в отсутствие углеродных металлсодержащих тубуленов. Данные приведены в таблице 1.

Пример 5

Композицию получали, как в Примере 1 при следующем соотношении масс:

Цемент - 10 кг,

Песок - 10 кг,

Металлсодержащие тубулены - 0,031 кг

Вода - 8,094 кг

и дополнительно при перемешивании ввели 3,125 кг эпоксидной смолы с отвердителем. Состав отвердевал в течение 28 суток в нормальных условиях.

На полученных образцах определили прочность на сжатие, МПа, по ГОСТ 10180-90. Данные приведены в таблице 1.

Пример 6 (контрольный)

Композицию получали как в Примере 5, но в отсутствие углеродных металлсодержащих тубуленов.

На фиг.2 приводится электронно-микроскопическая структура полимерцементного камня, модифицированного металлсодержащими нанотрубками. На фиг.2 видны кристаллообразования, сформировавшиеся в процессе взаимодействия органоминеральной матрицы в присутствии металлсодержащих нанотрубок. Изменилась внутренняя структура полимерцементного камня и увеличилась прочность материала.

Таблица 1
Пример 1 3 5
Состав композиции, Цемент - 40,6 Цемент - 40,6 Цемент - 68,3 Цемент - 68,3 Цемент - 32 Цемент - 32
мас.% Песок - 40,6 Песок - 40,6 металлсодерж. Вода - 31,70 Песок -32 Песок - 32
  металлсодерж. Вода - 18,8 тубулены - 0,01   Эпоксидная смола и Эпоксидная смола и
  тубулены - 0,05   Вода-31,69   отвердитель - 10 отвердитель - 10
  Вода - 18,75       металлсодерж. Вода - 26
          тубулены-0,1  
          Вода-25,9  
Прочность на сжатие, МПа 39 23 3 1,8 55 32
Стоимость добавки на 1 м3 материала (числитель)/% от стоимости исходного материала (знаменатель) 385 руб./122,6 0/100 10,5 руб./100,б 0/100 770 руб./138,5 0/100
Стоимость добавки, полученной дуговым методом, на 1 м 3 материала (числитель)/% от стоимости исходного материала (знаменатель) 32450 руб./1908,8 0/100 885 руб./152,1 0/100 64900 руб./3245 0/100

Из таблицы следует, что при добавлении углеродных металлсодержащих тубуленов происходит набор прочности материала, при этом стоимость материала увеличивается по сравнению с углеродными тубуленами, полученными "классическим" способом, незначительно.

Стоимость композиции для получения строительных материалов уменьшается от 1,5 до 20 раз по сравнению с известными композициями, приведенными в таблице. Кроме того, полученная композиция обладает повышенной прочностью на сжатие.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Композиция для получения строительных материалов на основе цементного вяжущего, воды и углеродных наноструктур, отличающаяся тем, что она содержит металлсодержащие углеродные наноструктуры из смеси поливинилового спирта с хлоридом меди (I) или (II), взятых в мольных соотношениях (1-20):1, нагреваемых до 300°С, при следующем соотношении компонентов в композиции, мас.%: 

Цементное вяжущее 15-75
Указанные металлсодержащие  
углеродные наноструктуры 0,001-2,5
Вода Остальное

2. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит органическое вяжущее, взятое от 2 до 10 мас.%.

3. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит технологические добавки, взятые в соотношении 1-6:1 мас.ч. к цементному вяжущему.

Версия для печати
Дата публикации 12.05.2007гг


вверх