×
29.12.2017
217.015.f3bb

Наномодификатор строительных материалов

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к добавкам в строительные материалы и может быть использовано при производстве изделий из бетона и железобетона, строительных растворов, отделочных покрытий на предприятиях стройиндустрии. Наномодификатор строительных материалов на цементном связующем, включающий смесь, содержащую углеродный наноматериал (УНМ), наполнитель и пластификатор, причем УНМ вводится в виде водной суспензии, которая подвергнута обработке в ультразвуковой установке с рабочей частотой 16-25 кГц и мощностью не менее 100-500 Вт и содержащей полититанат калия (ПТК), УНМ «Таунит» и поливинилпирролидон (ПВП) при следующем соотношении компонентов: полититанат калия (ПТК) -7-9×10%, углеродный наноматериал (УНМ «Таунит») - 5-7% и поливинилпирролидон (ПВП) - 1-1,6×10% от массы цементного связующего. Технический результат - повышение прочности бетона на сжатие и набор прочности в более ранние сроки, при одновременном увеличении плотности, водонепроницаемости и трещинностойкости строительного композита. 4 ил., 3 табл.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к добавкам в строительные материалы и может быть использовано при производстве изделий из бетона и железобетона, строительных растворов, отделочных покрытий на предприятиях стройиндустрии.

Известна композиция для получения строительных материалов (Патент РФ №2345968, МПК С04В 28/02, В82В 1/00, В82В 3/00, С04В 111/20, 2009 г.), содержащая цемент, песок, воду и углеродный наноматериал, содержащий углеродные нанотрубки. Композиция в качестве указанного углеродного наноматериала содержит сажу, полученную электродуговым методом и содержащую 7% углеродных нанотрубок, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

цемент 20-30
песок 50-70
указанный углеродный наноматериал 1-2
вода остальное

Сажу, содержащую 7% углеродных нанотрубок, получали из графита марки МПГ-4 на установке в массовых количествах (порядок 1 кг/ч) при следующих основных параметрах: сила тока 1150 А, напряжение 42 В, диаметр анода 30 мм электродуговым методом.

Недостатком известной композиции является ее высокая стоимость вследствие энергозатратности и неэкономичности метода получении сажи, содержащей нанотрубки.

Известна композиция для получения строительных материалов на основе минерального вяжущего, включающая минеральное вяжущее, выбранное из группы, включающей цемент, известь, гипс или их смеси, и воду, она 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

В качестве углеродных кластеров фуллероидного типа она содержит полидисперсные углеродные нанотрубки, либо в качестве углеродных кластеров фуллероидного типа она содержит полиэдральные многослойные углеродные наноструктуры с межслоевым расстоянием 0,34-0,36 нм и размером частиц 60-200 нм, либо в качестве углеродных кластеров фуллероидного типа она содержит смесь полидисперсных углеродных нанотрубок и фуллерена С60.

Композиция дополнительно содержит технологические добавки, взятые в количестве 100-250 мас. ч. на 100 мас. ч. минерального вяжущего, выбранного из группы, включающей цемент, известь, гипс или их смеси и воду (патент РФ №2233254, МПК С04В 28/02, С04В 111/20, 2004).

Недостатком данного технического решения является ее высокая стоимость, а также недостаточно высокие физико-механические характеристики нанокомпозитного материала.

Известна композиции (патент РФ №2447036, МПК С04В 28/02, В82В 3/00, С04В 111/20, 2012) для получения строительных материалов на основе минерального вяжущего, включающая портландцемент, песок, воду и углеродный материал, а в качестве углеродного материала содержит водную суспензию кавитационно-активированного углеродосодержащего материала - КАУМ, в состав которого входят многослойные углеродные наноструктуры с межслоевым расстоянием 0,34-0,36 нм и размером частиц 60-200 нм, полидисперсные углеродные трубчатые образования с размерами 100000 - 1000000 , гидрированные углеродные фрактальные структуры с размерами 1000 - 1000000 и активный рыхлый углерод с размерами дефектных микрокристаллитов графита, примерно равными 10 , при следующем соотношении компонентов в композиции, мас. %:

портландцемент 25-50
песок 30-60
водная суспензия КАУМ 0,024-0,64
вода остальное

Недостатком данного изобретения является достаточно высокий расход вяжущего (43 мас. %), при котором достигаются высокие эксплуатационные характеристики композита, и высокая концентрация углеродосодержащих наноматериалов, что экономически нецелесообразно и ведет к удорожанию конечного продукта.

Известен принятый в качестве прототипа наномодификатор строительных материалов (пат. РФ №2482082, МПК С04В 24/00, В82В 1/00, 2013), включающий смесь, содержащую углеродный наноматериал (УНМ), наполнитель и пластификатор, причем УНМ вводится в виде нанотрубок «Таунит», в качестве пластификатора смесь содержит поливинилпирролидон, в качестве наполнителя - полиэтиленгликоль ПЭГ-1500 и дополнительно содержит гидрокарбонат натрия и лимонную кислоту при следующем соотношении компонентов, мас. %:

УНМ«Таунит» 0,1-8
поливинилпирролидон 0,1-8
гидрокарбонат натрия 5,5-11,5
лимонная кислота 5,5-11,5
полиэтиленгликоль ПЭГ-1500 остальное

Недостатком данного изобретения также является достаточно высокий расход вяжущего, обеспечивающий высокие эксплуатационные характеристики композита, и высокая концентрация углеродосодержащих наноматериалов, что экономически нецелесообразно и ведет к удорожанию конечного продукта.

Технический результат заключается в снижении затрат на углеродосодержащие наноматериалы.

Задача - получение высокопрочной композиции строительных материалов.

Поставленная задача решается созданием наномодификатора строительных материалов, включающего смесь, содержащую углеродный наноматериал (УНМ), наполнитель и пластификатор, УНМ вводится в виде водной суспензии, которая подвергнута обработке в ультразвуковой установке с рабочей частотой 16-25 кГц и мощностью не менее 100-500 Вт и содержит полититанат калия (ПТК), УНМ «Таунит» и поливинилпирролидон (ПВП) при следующем соотношении компонентов: полититанат калия (ПТК) - 7-9×10-4%, углеродный наноматериал (УНМ «Таунит»)) - 5-7% и поливинилпирролидон (ПВП) - 1-1,6×10-3% от массы связующего.

Между углеродными наночастицами действуют силы Ван-дер-Ваальса, которые способствуют образованию достаточно крупных агломератов, плохо распределяющихся в рабочей среде. Поэтому способ получения наномодификаторов основан на равномерном распределении агрегатов наночастиц в водной среде методом ультразвукового воздействия в присутствии ПАВ, которые способствуют получению однородной суспензии и сохранению постоянной степени дисперсности твердого материала. Коллоидный раствор готовили в ультразвуковом диспергаторе ИЛ 10 (табл. 1) производства ООО «Ультразвуковая техника - ИНЛАБ» г. Санкт-Петербург.

Водную суспензию с ПТК и УНМ обрабатывали в ультразвуковой установке в течение 30 минут.

Ультразвуковая обработка суспензии обеспечивает диспергирование углеродных наночастиц и ПТК, уменьшая размеры глобул в 15-20 раз, что позволяет более эффективно использовать их потенциал как модификаторов цементных систем.

В качестве матрицы строительного композита в работе использовали состав мелкозернистого бетона на основе цементного связующего марки М500 Д0. Наномодификатор добавляют в бетонное тесто с водой затворения. Для замеса мелкозернистого бетона взвешивается необходимое количество сырьевых материалов:

песок 1056 г
цемент 704 г
вода 373 г

Водоцементное соотношение В/Ц=0,53.

Для перемешивания компонентов бетона используется мешалка тестообразной массы В15 MIXER.

Песок и цемент засыпаются в емкость смесителя и перемешиваются в сухом виде в течение 2-3 минут. Затем добавляется вода затворения, и смесь перемешивают еще 7-10 минут. Далее бетон с помощью шпателя укладывают в разъемные формы из коррозионно-стойкого материала, внутренняя поверхность которых смазывается минеральным маслом, при изготовлении образцов - балочек с размерами 4×4×16 см. Продольные и поперечные стенки форм должны быть отшлифованы сверху и снизу и плотно лежать на основании. Готовые образцы-балочки извлекаются из разъемных форм после полного затвердения бетона через 24 ч. Образцы бетона хранятся в воде.

Конкретная реализация изобретения проиллюстрирована следующими примерами.

Пример 1. Готовили комплексную добавку с малыми концентрациями ПТК и УНМ «Таунит». Для равномерного распределения УНМ в коллоидном растворе в суспензию добавляли ПАВ ПВП в соотношении УНМ:ПАВ=1:2. Компоненты добавляли в воду и обрабатывали ультразвуком в течение 30 минут. Результаты по прочностным характеристикам строительного композита получены методом планирования эксперимента и представлены в табл. 2.

Анализ результатов выявил интервалы концентрации компонентов в добавке, при которых прирост прочности бетона на сжатие составляет около 30%: ПТК - 7-9×10-4%, УНМ «Таунит» - 5-7×10-3% от массы связующего.

Компоненты наномодификаторов

Полититанат калия - это тип минерального наноразмерного материала, с общей химической формулой K2O⋅nTiO2. Имеет слоистую структуру с размерами частиц 50-200 нм в поперечном сечении и толщиной порядка 5 нм. Структура ПТК зависит от соотношения оксидов K2O⋅nTiO2 и температуры процесса получения.

Углеродные наноструктуры в модификаторе строительного назначения представлены углеродным наноматериалом серии «Таунит».

Углеродный наноматериал «Таунит» производства ООО «Нано-ТехЦентр» (г. Тамбов) представляет собой углеродные нанотрубки с конической ориентацией углеродных слоев, полученных в результате синтеза методом газофазного химического осаждения (CVD). Свойства УНМ «Таунит» приведены ниже.

Поливинилпирролидон ТУ 64-9-03-86 (ПВП продукт полимеризации - винилпирролидона со средней молекулярной массой 8000) - химическая формула: C4H7NO, гигроскопический порошок белого или белого со слегка желтоватым оттенком цвета со слабым специфическим запахом. Легко растворим в воде, спирте, хлороформе, практически нерастворим в эфире. Среднее значение молекулярной массы 12600±2700.

Результаты

Ниже приведены графические материалы:

На фиг. 1 приведены данные электронной микроскопии образцов мелкозернистого бетона - контрольный образец,

На фиг. 2 приведены данные электронной микроскопии образцов мелкозернистого бетона - образец модифицированный добавкой углеродного наноматериала «Таунит» и полититанатом калия.

На фиг. 3 приведены данные электронной микроскопии образцов мелкозернистого бетона - контрольный образец.

Анализ микроструктуры образцов мелкозернистого бетона, модифицированного комплексной добавкой на основе углеродных наноматериалов и полититаната калия показал, что образцы без использования модифицирующей добавки состоят из кристаллов различной морфологии и размеров, которые образуют неоднородную структуру со значительным количеством пор и трещин. Микроструктура контрольных образцов демонстрирует, что рост кристаллогидратов неоднороден и имеет характер точечного распределения, за счет этого контакты между различными кристаллогидратами либо отсутствуют или осуществляются с низкой степенью взаимодействия (фиг. 1 и 3). Введение многослойных углеродных наноматериалов в комплексе с полититанатом калия способствует увеличению площади межфазной поверхности и формированию протяженных упорядоченных структур, отличающихся плотной упаковкой кристаллогидратов (фиг. 2), что приводит к дисперсному армированию и существенному повышению прочности композита. Использование комплексного наномодификатора стимулирует возникновение дополнительных точек роста кристаллогидратов, за счет этого обеспечивается структурирование матрицы композита и ускорение процессов гидратации, что стимулирует снижение фактора доступа воды к гидросиликатам и гидроалюмосиликатам кальция.

Эффективность комплексных гибридных наномодификаторов в строительные композиты оценивалась влиянием составов нанодобавок на физико-механические и технологические характеристики бетона. Анализ экспериментальных работ показал повышение прочности бетона (на сжатие более 30%), в том числе набор прочности в более ранние сроки, при увеличении плотности, водонепроницаемости и трещинностойкости строительного композита. Улучшение свойств строительного композита обусловлено совместным действием компонентов добавки и проявлением синергетического эффекта. Также выявлено, что выход за указанные пределы содержания ингредиентов композиции приводит к ослаблению указанных свойств строительного материала.

Изобретение обеспечивает повышение прочности бетона (на сжатие более 30%), и набор прочности в более ранние сроки, при одновременном увеличении плотности, водонепроницаемости и трещинностойкости строительного композита.

Наномодификатор строительных материалов на цементном связующем, включающий смесь, содержащую углеродный наноматериал (УНМ), наполнитель и пластификатор, отличающийся тем, что УНМ вводится в виде водной суспензии, которая подвергнута обработке в ультразвуковой установке с рабочей частотой 16-25 кГц и мощностью не менее 100-500 Вт и содержащей полититанат калия (ПТК), УНМ «Таунит» и поливинилпирролидон (ПВП) при следующем соотношении компонентов: полититанат калия (ПТК) -7-9×10%, углеродный наноматериал (УНМ «Таунит») - 5-7% и поливинилпирролидон (ПВП) – 1-1,6×10% от массы цементного связующего.
Наномодификатор строительных материалов
Наномодификатор строительных материалов
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 148 items.
20.01.2013
№216.012.1bae

Реактор для получения углеродных наноматериалов

Реактор для получения углеродных наноматериалов содержит корпус, систему терморегулирования, устройства для ввода и вывода газов, устройства для загрузки катализатора и выгрузки углеродного наноматериала, и акустический активатор. Устройство для загрузки катализатора выполнено в виде решетки,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002472580
Дата охранного документа: 20.01.2013
20.02.2013
№216.012.26c5

Способ получения объемного наноструктурированного материала

Изобретение относится к нанотехнологии. Сущность изобретения: в способе получения объемного наноструктурированного материала на подложке электроосаждением металла из электролита на подложку из электропроводного материала, индифферентного по отношению к осаждаемому металлу, на катоде образуют...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475445
Дата охранного документа: 20.02.2013
20.02.2013
№216.012.27da

Способ идентификации материала в насыпном виде и устройство для его осуществления

Изобретение относится к нанотехнологическому оборудованию и предназначено для идентификации материалов в насыпном виде и экспресс-контроля микромеханических, реологических и микро-электромеханических характеристик продукции, их стабильности на разных стадиях производства продукта и отклонений...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475722
Дата охранного документа: 20.02.2013
27.02.2013
№216.012.29f5

Способ получения металлоксидных катализаторов для выращивания углеродных нанотрубок из газовой фазы

Изобретение относится к способам получения катализаторов для выращивания углеродных нанотрубок из газовой фазы. Описан способ получения металлоксидных катализаторов для выращивания углеродных нанотрубок из газовой фазы, включающий смешивание кристаллогидратов нитратов переходных и непереходных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476268
Дата охранного документа: 27.02.2013
10.03.2013
№216.012.2e22

Способ приготовления электролита для получения композиционных покрытий на основе металлов

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для нанесения композиционных покрытий. Способ в основе включает введение в электролит дисперсной фазы в виде твердых субмикрочастиц, при этом введение осуществляют в виде шипучих растворимых таблеток состава:...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477341
Дата охранного документа: 10.03.2013
20.05.2013
№216.012.3fbf

Способ получения углеродных наноматериалов

Изобретение относится к технологии получения волокнистых углеродных материалов методом пиролиза ароматических и неароматических углеводородов. Предложенный способ получения углеродных нанотрубок, заключающийся в том, что в реактор, снабженный нагревателем, помещают мелкодисперсный катализатор,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002481889
Дата охранного документа: 20.05.2013
20.05.2013
№216.012.4080

Наномодификатор строительных материалов и способ его получения

Наномодификатор строительных материалов и способ его получения могут быть использованы в строительной технологии. Наномодификатор строительных материалов, включающий смесь, содержащую углеродный наноматериал (УНМ), наполнитель и пластификатор, причем УНМ вводится в виде нанотрубок «Таунит», в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002482082
Дата охранного документа: 20.05.2013
20.05.2013
№216.012.4111

Способ корректировки наномодифицированного электролита

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в электрохимической и химической обработке металлов с применением химических методов. Способ корректировки концентрации углеродных нанотрубок (УНТ) в электролите электрохимического осаждения металлов включает измерение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002482227
Дата охранного документа: 20.05.2013
20.08.2013
№216.012.5ffd

Способ получения углеродных наноматериалов

Изобретение может быть использовано для получения углеродных нанотрубок и нановолокон. В реактор периодически загружают твердый дисперсный катализатор, впускают газы и подвергают их контактированию с частицами катализатора при температуре синтеза углеродного наноматериала. Загрузка каждой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490205
Дата охранного документа: 20.08.2013
20.09.2013
№216.012.6a82

Способ наномодифицирования синтетических полимерных мембран

Изобретение относится к технологии получения композитных мембран для мембранного разделения жидких и газообразных сред с селективным слоем, содержащим многослойные углеродные нанотрубки (УНТ). Способ включает формирование селективного слоя УНМ на полимерной микропористой подложке с применением...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492917
Дата охранного документа: 20.09.2013
Showing 1-10 of 72 items.
20.02.2013
№216.012.26c5

Способ получения объемного наноструктурированного материала

Изобретение относится к нанотехнологии. Сущность изобретения: в способе получения объемного наноструктурированного материала на подложке электроосаждением металла из электролита на подложку из электропроводного материала, индифферентного по отношению к осаждаемому металлу, на катоде образуют...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475445
Дата охранного документа: 20.02.2013
20.02.2013
№216.012.27da

Способ идентификации материала в насыпном виде и устройство для его осуществления

Изобретение относится к нанотехнологическому оборудованию и предназначено для идентификации материалов в насыпном виде и экспресс-контроля микромеханических, реологических и микро-электромеханических характеристик продукции, их стабильности на разных стадиях производства продукта и отклонений...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475722
Дата охранного документа: 20.02.2013
27.09.2013
№216.012.6f48

Многофункциональная добавка к автомобильному бензину и содержащая ее топливная композиция

Изобретение относится к многофункциональной добавке к автомобильному бензину, содержащей антидетонационные и другие компоненты, а также модифицирующую добавку. В качестве модифицирующей добавки используются углеродные наноматериалы (УНМ), предпочтительно в виде многослойных нанотрубок (УНТ) в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002494139
Дата охранного документа: 27.09.2013
10.12.2013
№216.012.88d0

Способ диспергирования наночастиц в эпоксидной смоле

Изобретение относится к области нанотехнологии и может применяться в отраслях машиностроения, транспорта, строительства, энергетики для повышения прочности и ресурса конструкций из металлических, композиционных полимерных и металлополимерных материалов. Способ диспергирования заключается в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002500706
Дата охранного документа: 10.12.2013
10.06.2014
№216.012.cf9d

Электротеплоаккумулирующий нагреватель

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для отопления и терморегулирования. Изобретение позволит снизить энергетические потери и повысить эффективность регулирования мощности нагрева. Электротеплоаккумулирующий нагреватель содержит корпус, теплоаккумулирующее вещество и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002518920
Дата охранного документа: 10.06.2014
27.09.2014
№216.012.f794

Способ функционализации углеродных наноматериалов

Изобретение направлено на получение функционализированных углеродных нанотрубок, обладающих хорошей совместимостью с полимерными матрицами. Углеродные нанотрубки подвергают обработке в парах перекиси водорода при температуре от 80°С до 160°С в течение 1-100 ч. Обработку можно проводить в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002529217
Дата охранного документа: 27.09.2014
20.10.2014
№216.012.ff23

Дисперсия углеродных нанотрубок

Изобретение может быть использовано при изготовлении композитов, содержащих органические полимеры. Дисперсия углеродных нанотрубок содержит 1 мас.ч. окисленных углеродных нанотрубок и 0,25-10 мас.ч. продукта взаимодействия органического амина, содержащего в молекуле по крайней мере одну...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002531171
Дата охранного документа: 20.10.2014
10.01.2015
№216.013.1d6b

Способ получения платинусодержащих катализаторов на наноуглеродных носителях

Изобретение относится к области водородной энергетики, а именно к разработке катализаторов для воздушно-водородных топливных элементов (ВВТЭ), в которых в качестве катализаторов можно использовать платинированные углеродные материалы. Способ получения платинусодержащих катализаторов на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002538959
Дата охранного документа: 10.01.2015
10.04.2015
№216.013.40d3

Способ модифицирования углеродных наноматериалов

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано при получении стабильных дисперсий в органических растворителях и изготовлении полимерных композитов. Углеродные наноматериалы - нанотрубки или графен, частицы которых содержат на поверхности гидроксильные и/или...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002548083
Дата охранного документа: 10.04.2015
20.11.2015
№216.013.9268

Способ озонирования углеродных наноматериалов

Изобретение может быть использовано для получения функционализированных углеродных наноматериалов. Углеродные нанотрубки озонируют в проточном сосуде в присутствии трёхокиси серы или азотной кислоты, ускоряющих воздействие озона на их поверхность. Трёхокись серы или азотную кислоту подают в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002569096
Дата охранного документа: 20.11.2015
+ добавить свой РИД