close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY 16486

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2012.10.30
(12)
(51) МПК
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
C 04B 28/02 (2006.01)
КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ
МАТЕРИАЛОВ И СПОСОБ ЕЕ ПОЛУЧЕНИЯ
(21) Номер заявки: a 20101890
(22) 2010.12.24
(43) 2012.08.30
(71) Заявители: Государственное научное
учреждение "Институт тепло- и массообмена имени А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси"
(BY); Научно-технологический центр
им. Короля Абдулазиза (SA)
(72) Авторы: Турки Сауд Мохаммед
Аль-Сауд (SA); Мохаммед А.А.Бин
Хуссаин (SA); Жданок Сергей
Александрович (BY); Крауклис Андрей Владимирович (BY); Самцов
Петр Петрович (BY); Ботяновский
Эдуард Иванович (BY)
BY 16486 C1 2012.10.30
BY (11) 16486
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатели: Государственное
научное учреждение "Институт теплои массообмена имени А.В.Лыкова
Национальной академии наук Беларуси" (BY); Научно-технологический
центр им. Короля Абдулазиза (SA)
(56) RU 2281262 C1, 2006.
RU 2345968 C2, 2009.
RU 2363679 C1, 2009.
JP 2004-143019 A.
US 7285167 B2, 2007.
US 2009/0229494 A1.
RU 2355656 C2, 2009.
РЕУТ Т. Строительная газета. - 2007. № 11. - С. 3.
ПОНОМАРЕВ А.Н. Инженерно-строительный журнал. - 2009. - № 6. - С. 25-33.
(57)
1. Композиция для изготовления строительных материалов, содержащая цементное
вяжущее, песок, пластификатор, углеродный наноматериал и воду, отличающаяся тем,
что в качестве углеродного наноматериала содержит смесь следующего состава, мас. %:
углеродные нановолокна
20-40
углеродные нанотрубки
20-30
графитовые наночастицы
2-5
аморфный углерод
остальное,
при следующем соотношении компонентов композиции, мас. %:
цементное вяжущее
22-23
песок
68,55-68,67
пластификатор
0,070-0,072
углеродный наноматериал
0,012-0,120
вода
остальное.
2. Способ получения композиции для изготовления строительных материалов по п. 1,
при котором смешивают песок, углеродный наноматериал и пластификатор в течение не
менее 3 минут, после чего к полученной смеси при постоянном перемешивании добавляют цементное вяжущее, а затем воду.
Изобретение относится к области создания композиции на основе минеральных вяжущих и может найти применение в промышленности строительных материалов при из-
BY 16486 C1 2012.10.30
готовлении блочного и монолитного бетона, фибробетона, полимерцементных растворов,
сухих растворных и бетонных смесей, пенобетона, а также шифера, штукатурных, отделочных и защитных покрытий.
Строительные материалы, изготовленные из цемента, песка и воды, обычно имеют недостаточные показатели прочности. Для повышения прочности строительных материалов
в композициях для их изготовления применяют в качестве добавок углеродные наноматериалы.
Известная композиция для получения строительных материалов [1], содержащая цемент, воду, дополнительно содержит в качестве добавки углеродные кластеры фуллероидного типа. Добавка используется для повышения физико-механических характеристик
изделий из композиций с целью упрочнения цементного камня за счет микроструктурирования. Углеродные кластеры вводятся в композицию в виде водной дисперсии. Недостатком известной композиции является то, что способ получения углеродных кластеров
фуллероидного типа, основанный на распылении графитового анода в плазме дугового
разряда, является недостаточно производительным. Стоимость получения композиции является высокой, что приводит к существенному удорожанию строительного материала.
Известен более производительный способ получения углеродного наноматериала [2],
при котором происходит разложение газообразных углеводородов в плазме высоковольтного разряда атмосферного давления. Углеродный наноматериал, полученный указанным
способом, представляет собой смесь, содержащую 20-30 % углеродных нанотрубок,
20-40 % углеродных нановолокон, 2-5 % графитовых наночастиц и до 40 % аморфного
углерода.
Известен также способ получения углеродных наноматериалов, описанный в монографии [3], при котором происходит разложение газообразных углеводородов на частицах
катализатора. Углеродный наноматериал, полученный указанным способом, представляет
собой смесь углеродных нанотрубок с объемом примесей до 1,5 %, в том числе 0,3-0,5 %
аморфного углерода.
Известен также относительно дешевый способ получения металлсодержащих углеродных наноструктур из органического соединения с добавлением неорганических солей
[4]. Углеродные наноструктуры получают из смеси поливинилового спирта и хлоридов
меди, нагреваемой до температуры 300 °С. Полученные углеродные наноструктуры представляют собой многослойные углеродные нанотрубки, искривленные и сплетенные между собой. Полости нанотрубок заполнены неорганической фазой, в частности
металлической медью.
Наиболее близкой по совокупности существенных признаков к заявляемой композиции, выбранной в качестве прототипа является композиция для получения строительных
материалов [5]. Данная композиция для получения (изготовления) строительных материалов на основе цементного вяжущего, песка, пластификатора и воды содержит в качестве
добавки металлсодержащие углеродные наноматериалы, полученные из смеси поливинилового спирта с умеренно токсичными хлоридами меди. Углеродные наноматериалы вводятся в композицию в виде водной дисперсии. Полученная композиция обладает
повышенной прочностью на сжатие. Недостатком известной композиции является то, что
использование наноструктур, полученных с применением умеренно токсичных хлоридов
меди, может приводить к функционализации нанотрубок вредными веществами, ограничивающими применение строительных материалов.
Известна также композиция для изготовления строительных материалов и способ ее
получения, описанный в [6]. Известная композиция содержит в качестве добавки углеродный наноматериал, представляющий собой смесь углеродных нановолокон и нанотрубок.
Способ получения указанной композиции, выбранный в качестве прототипа, заключается
в том, что диспергирование углеродного наноматериала с образованием дисперсной смеси
производят при введении смеси углеродных нановолокон и нанотрубок, содержащей 0,32
BY 16486 C1 2012.10.30
0,5 % аморфного углерода, в воду, а ультразвуковую обработку производят в ультразвуковом диспергаторе в течение 3-5 минут. В дисперсную смесь добавляют пластификатор
нафталинформальдегидного типа с концентрацией 0,5 % и вводят в смесь цемента и песка
при непрерывном перемешивании композиции в смесителе. Полученная композиция обладает повышенной прочностью как на изгиб (прирост прочности 21 %), так и на сжатие
(прирост прочности 15 %).
Недостатком данной композиции является то, что для диспергирования добавки, в качестве которой используют углеродный наноматериал, представляющий собой смесь углеродных нановолокон и нанотрубок, содержащую 0,3-0,5 % аморфного углерода,
приходится применять сложное и дорогостоящее оборудование - ультразвуковые диспергаторы, что повышает энергоемкость и стоимость строительного материала, а также
сложность технологии ее приготовления.
Задачей изобретения является повышение физико-механических характеристик строительных материалов, изготовленных из композиции, снижение их энергоемкости и стоимости, а также существенное упрощение способа получения композиции.
Задача решается следующим образом.
Известная композиция для изготовления строительных материалов содержит цементное вяжущее, песок, пластификатор, углеродный наноматериал и воду. Согласно предлагаемому изобретению, она в качестве углеродного наноматериала содержит смесь
следующего состава, мас. %:
углеродные нановолокна
20-40
углеродные нанотрубки
20-30
графитовые наночастицы
2-5
аморфный углерод
остальное,
при следующем соотношении компонентов композиции, мас. %:
цементное вяжущее
22-23
песок
68,55-68,67
пластификатор
0,070-0,072
углеродный наноматериал 0,012-0,120
вода
остальное.
Способ получения вышеуказанной композиции для изготовления строительных материалов, при котором смешивают песок, углеродный наноматериал и пластификатор в течение не менее 3 минут, после чего к полученной смеси при постоянном перемешивании
добавляют цементное вяжущее, а затем воду.
Изобретение иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1.
При изготовлении композиции берут в качестве минерального вяжущего 5 кг портландцемента и 15 кг мелкого заполнителя в виде кварцевого песка. В песок добавляют
0,0025 кг (0,012 мас. %) углеродного наноматериала, 0,015 кг (0,07 мас. %) пластификатора SicaViscocrete (в виде порошка) и перемешивают (диспергируют) в смесителе в течение
3 минут. В смесь песка, углеродного наноматериала и пластификатора вводят портландцемент и дополнительно перемешивают в течение 2 минут. В сухую смесь при медленном
перемешивании вливают 1,8 кг воды. Смесь перемешивают 2 минуты, укладывают в формы 40×40×160 мм и уплотняют на виброплощадке 2 минуты. Состав отвердевает в течение 28 суток в нормальных условиях. На полученных образцах определяют прочность
балочек на растяжение при изгибе, а половинки балочек испытывают на сжатие. Состав
композиции и результаты испытаний приведены в таблице.
Пример 2.
При изготовлении композиции берут в качестве минерального вяжущего 5 кг портландцемента и 15 кг мелкого заполнителя в виде кварцевого песка. В песок добавляют
0,005 кг (0,023 мас. %) углеродного наноматериала, 0,015 кг (0,07 мас. %) пластификатора
3
BY 16486 C1 2012.10.30
SicaViscocrete (в виде порошка) и перемешивают (диспергируют) в смесителе в течение 3
минут. В смесь песка, углеродного наноматериала и пластификатора вводят портландцемент и дополнительно перемешивают в течение 2 минут. В сухую смесь при медленном
перемешивании вливают 1,8 кг воды. Смесь перемешивают 2 минуты, укладывают в формы 40×40×160 мм и уплотняют на виброплощадке 2 минуты. Состав отвердевает в течение 28 суток в нормальных условиях. На полученных образцах определяют прочность
балочек на растяжение при изгибе, а половинки балочек испытывают на сжатие. Состав
композиции и результаты испытаний приведены в таблице.
Пример 3.
При изготовлении композиции берут в качестве минерального вяжущего 5 кг портландцемента и 15 кг мелкого заполнителя в виде кварцевого песка. В песок добавляют
0,025 кг (0,12 мас. %) углеродного наноматериала, 0,015 кг (0,07 мас. %) пластификатора
SicaViscocrete (в виде порошка) и перемешивают (диспергируют) в смесителе в течение 3
минут. В смесь песка и пластификатора вводят портландцемент и дополнительно перемешивают в течение 2 минут. В сухую смесь при медленном перемешивании вливают 1,8 кг
воды. Смесь перемешивают 2 минуты, укладывают в формы 40×40×160 мм и уплотняют
на виброплощадке 2 минуты. Состав отвердевает в течение 28 суток в нормальных условиях. На полученных образцах определяют прочность балочек на растяжение при изгибе,
а половинки балочек испытывают на сжатие. Состав композиции и результаты испытаний
приведены в таблице.
Пример 4 (контрольный).
При изготовлении композиции берут в качестве минерального вяжущего 5 кг портландцемента и 15 кг мелкого заполнителя в виде кварцевого песка. В песок добавляют
0,015 кг (0,072 мас. %) пластификатора SicaViscocrete (в виде порошка) и перемешивают
(диспергируют) в смесителе в течение 3 минут. В смесь песка и пластификатора вводят
портландцемент и дополнительно перемешивают в течение 2 минут. В сухую смесь при
медленном перемешивании вливают 1,8 кг воды. Смесь перемешивают 2 минуты, укладывают в формы 40×40×160 мм и уплотняют на виброплощадке 2 минуты. Состав отвердевает в течение 28 суток в нормальных условиях. На полученных образцах определяют
прочность балочек на растяжение при изгибе, а половинки балочек испытывают на сжатие. Состав композиции и результаты испытаний приведены в таблице.
Пример 5.
При изготовлении композиции берут в качестве минерального вяжущего 5 кг портландцемента и 15 кг мелкого заполнителя в виде кварцевого песка. В песок добавляют
0,005 кг (0,023 мас. %) углеродного наноматериала, 0,015 кг (0,07 мас. %) пластификатора
SicaViscocrete (в виде порошка) и перемешивают (диспергируют) в смесителе в течение
0,5 минут. В смесь песка, углеродного наноматериала и пластификатора вводят портландцемент и дополнительно перемешивают в течение 2 минут. В сухую смесь при медленном
перемешивании вливают 1,8 кг воды. Смесь перемешивают 2 минуты, укладывают в формы 40×40×160 мм и уплотняют на виброплощадке 2 минуты. Состав отвердевает в течение 28 суток в нормальных условиях. На полученных образцах определяют прочность
балочек на растяжение при изгибе, а половинки балочек испытывают на сжатие. Состав
композиции и результаты испытаний приведены в таблице.
Пример 6.
При изготовлении композиции берут в качестве минерального вяжущего 5 кг портландцемента и 15 кг мелкого заполнителя в виде кварцевого песка. В песок добавляют
0,005 кг (0,023 мас. %) углеродного наноматериала, 0,015 кг (0,07 мас. %) пластификатора
SicaViscocrete (в виде порошка) и перемешивают (диспергируют) в смесителе в течение
5 минут. В смесь песка, углеродного наноматериала и пластификатора вводят портландцемент и дополнительно перемешивают в течение 2 минут. В сухую смесь при медленном
перемешивании вливают 1,8 кг воды. Смесь перемешивают 2 минуты, укладывают
4
BY 16486 C1 2012.10.30
в формы 40×40×160 мм и уплотняют на виброплощадке 2 минуты. Состав отвердевает в
течение 28 суток в нормальных условиях. На полученных образцах определяют прочность
балочек на растяжение при изгибе, а половинки балочек испытывают на сжатие. Состав
композиции и результаты испытаний приведены в таблице.
Пример
1
2
3
4(к)
5
6
23
23
22
23
23
23
68,66 68,65 68,55 68,67 68,65 68,65
Цемент
Песок
Углеродный
0,012 0,023
наноматериал
Состав композиции, мас. %
Пластификатор
0,07 0,07
Вода
8,258 8,257
Время диспергиро3
3
вания (минут)
Прочность на растяжение
12,8 15,6
при изгибе, МПа
Прочность на сжатие, МПа
75,7 83,6
0,12
0,07
9,26
0
0,023 0,023
0,07 0,072 0,07
8,26 8,255 8,257
3
3
0,5
5
12,1
11,9
11,2
15,5
65,6
67,4
67,3
83,7
Из таблицы следует, что во всех случаях добавление углеродных наноматериалов, даже
в количествах 0,012 мас. % (пример 1) приводит к возрастанию как прочности на растяжение при изгибе, так и прочности на сжатие. При оптимальном содержании углеродного
наноматериала (0,023 %) прочность на растяжение при изгибе возрастает на 31 %, а прочность на сжатие возрастает на 24 %.
На фиг. 1 и 2 приводится электронно-микроскопическая структура цементного камня,
не содержащего углеродные наноматериалы (фиг. 1) и содержащие их (фиг. 2). Сравнение
полученных структур позволяет заключить, что использование углеродного наноматериала, состоящего из смеси углеродных нановолокон, углеродных нанотрубок, графитовых
наночастиц и аморфного углерода, изменяет внутреннюю структуру цементного камня,
что приводит к увеличению прочности материала.
Из приведенных примеров также видно, что предлагаемый способ получения композиции для изготовления строительных материалов с использованием в качестве добавки
смеси углеродных нановолокон, углеродных нанотрубок, графитовых наночастиц и
аморфного углерода проще в реализации и более эффективен энергетически.
Источники информации:
1. Патент РФ 2233254, МПК C 04B 28/02, 2004.
2. Патент РБ 10010, МПК C 01B 31/00, 2007.
3.Ткачев А.Г. Золотухин И.В. Аппаратура и методы синтеза твердотельных наноструктур. - М.: Машиностроение-1, 2007. - 316 с.
4. Патент РФ 2221744, МПК C 01B 31/02, 2004.
5. Патент РФ 2281262, МПК C 04B 28/00, 2006 (прототип).
6. Ладохина М.Н., Буракова Е.А. Влияние методов диспергирования углеродных
наноматериалов на прочность бетонов. Труды Тамбовского гос. университета. Вып. 20,
2007. - С. 20-23 (прототип).
5
BY 16486 C1 2012.10.30
Фиг. 1
Фиг. 2
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
6
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
1 040 Кб
Теги
16486, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа