Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОДИСПЕРСНОЙ ДОБАВКИ ДЛЯ БЕТОНА

Изобретение относится к строительству и промышленности строительных материалов, в частности к способам изготовления нанодисперсных добавок в цементные бетоны и растворы для увеличения подвижности бетонной смеси, повышения прочности, плотности бетона, снижения водопоглощения, ускорения твердения строительных изделий и конструкций.

В настоящее время известны способы получения пластифицирующей добавки путем обработки продуктов жизнедеятельности микроорганизмов. Технический результат - повышение подвижности бетонной смеси и прочности бетона.

Из существующих способов получения пластификаторов для бетонов известен способ получения добавки путем обработки 0,5-5%-ного водного раствора мелассы на основе углеводородов микроорганизмами Bacillus species с концентрацией 107-108 клеток/мл с последующим выдерживанием полученного раствора при 15-35°C в течение 3-7 суток [авторское свидетельство СССР 1724632]. Однако в данном способе в качестве питательной среды используется водный раствор мелассы, характеризуемый непостоянством состава, что усложняет процесс и увеличивает время его осуществления.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения добавки путем культивирования на питательной среде [Патент №2133239] с добавлением олеиновой кислоты бактерии вида Leuconostos mesenteroides в качалочном режиме (160 об/мин) 24-48 ч при температуре 23-25°C.

Недостатками этого способа являются избирательное действие добавки при повышении подвижности бетонной смеси и низкая прочность бетона при сжатии и изгибе в раннем возрасте и через 28 суток твердения при большом расходе компонентов бетонной смеси, что делает его неэффективным.

Задача, положенная в основу заявляемого изобретения, состоит в осуществлении способа получения нанодисперсной добавки для бетона, позволяющей повысить подвижность бетонной смеси, а также прочность и плотность бетона, снизить его водопоглощение, ускорить твердение, снизить расход цемента.

Данная задача достигается за счет того, что в способе получения нанодисперсной добавки для бетона в качестве питательной среды используют среду Z-8 с добавлением раствора силиката натрия, нейтрализованного 2 М HCl, и при соотношении раствора силиката натрия и среды Z-8 5:1 культивирование осуществляют в биореакторе при постоянном освещении и перемешивании в течение 10 суток с последующим удалением остатков питательной среды, затем культуру заливают 30% раствором пероксида водорода и нагревают до 70°C, полученные биосилифицированные нанотрубки промывают дистиллированной водой с последующей обработкой механоактиваторе в водной среде анионного поверхностно-активного вещества нафталинформальдегидного типа при частоте ультразвука 35 кГц и концентрации твердой фазы 5% до размера частиц 85-250 нм.

Установлено, что в результате ультразвукового диспергирования биосилифицированных нанотрубок в водной среде анионного поверхностно-активного вещества нафталинформальдегидного типа происходит их измельчение до образования наноразмерных частиц. В свою очередь анионы ПАВ препятствуют агрегации биосилифицированных нанотрубок.

Пример. К минеральной среде Z-8 добавляют: 0,05 г/л NH₄Cl и раствор, полученный нейтрализацией 7,71 г 40% HCl 5,16 г силиката натрия до pH 7,0 при отношении 5:1 и вводят в раствор культуры цианобактерий. Культивирование цианобактерий осуществляют в биореакторе при постоянном освещении и температуре 25°C, с заменой питательной среды 1 раз в 2 суток. Процесс биосилификации длится 10 суток, по истечении которых остатки питательной среды сливаются, культура заливается 30% раствором пероксида водорода и нагревается до 70°C. Полученные биосилифицированные нанотрубки промывают дистиллированной водой с последующей обработкой в механоактиваторе в водной среде анионного поверхностно-активного вещества нафталинформальдегидного типа (С-3) при частоте ультразвука 35 кГц и концентрации твердой фазы 5% до размера частиц 85-250 нм.

Добавку перемешивали с водой затворения и готовили бетонную смесь состава: цемент:песок:щебень = 1:2,8:5,6. Портландцемент ПЦ500-Д0.

Из бетонной смеси (количество добавки указано в табл. 2) формовали образцы, которые твердели в нормальных условиях 28 суток. По истечении этого времени определяли подвижность бетонной смеси, прочность бетона при сжатии и изгибе, а также водопоглощение. Результаты испытаний приведены в табл. 3.

Механизм влияния комплексной нанодисперсной добавки, изготовленной по заявляемому способу, на свойства бетонной смеси и бетона связан с ускорением гидратации клинкерных минералов цемента. За счет взаимодействия портландита с биосилифицированными нанотрубками в поровом пространстве цементного камня твердеющего бетона образуется дополнительное количество эттрингита и преимущественно низкоосновных гидросиликатов кальция, способствующих уплотнению структуры и отвечающих за повышение прочности бетона. При этом биосилифицированные нанотрубки выполняют роль центров кристаллизации продуктов гидратации цемента.

Максимальный эффект от применения комплексной нанодисперсной добавки, изготовленной предложенным способом, наблюдается при ее содержании 0,3-0,5% от массы цемента (в пересчете на сухое вещество). Предел прочности при сжатии возрастает через 3 суток твердения в 1,7-2,5 раза, через 28 суток твердения в 1,6-2 раза, при изгибе через 28 суток твердения в 2-3,6 раза, водопоглощение снижается в 2,3-4 раза.

Кроме того, предлагаемый способ изготовления нанодисперсной добавки позволяет повысить производительность заводов товарного бетона, сборного железобетона, увеличивать оборачиваемость форм, снизить расход цемента до 30% и расход электроэнергии при пропаривании изделий и конструкций.