RU2637246C1 - Nanomodifier of construction materials - Google Patents
Nanomodifier of construction materials Download PDFInfo
- Publication number
- RU2637246C1 RU2637246C1 RU2016140311A RU2016140311A RU2637246C1 RU 2637246 C1 RU2637246 C1 RU 2637246C1 RU 2016140311 A RU2016140311 A RU 2016140311A RU 2016140311 A RU2016140311 A RU 2016140311A RU 2637246 C1 RU2637246 C1 RU 2637246C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cnm
- carbon
- taunit
- nanomodifier
- concrete
- Prior art date
Links
- 239000004035 construction material Substances 0.000 title 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 33
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 23
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 21
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 claims abstract description 19
- 229920000036 polyvinylpyrrolidone Polymers 0.000 claims abstract description 16
- 239000001267 polyvinylpyrrolidone Substances 0.000 claims abstract description 16
- 235000013855 polyvinylpyrrolidone Nutrition 0.000 claims abstract description 16
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims abstract description 14
- 239000004568 cement Substances 0.000 claims abstract description 13
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 239000011591 potassium Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 239000007900 aqueous suspension Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000004014 plasticizer Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000004566 building material Substances 0.000 claims description 9
- 239000004567 concrete Substances 0.000 abstract description 17
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 17
- 239000002131 composite material Substances 0.000 abstract description 11
- 230000006835 compression Effects 0.000 abstract description 3
- 238000007906 compression Methods 0.000 abstract description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 7
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 6
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 6
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 6
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 6
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 5
- UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M Sodium bicarbonate Chemical compound [Na+].OC([O-])=O UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 150000001721 carbon Chemical class 0.000 description 4
- 150000004677 hydrates Chemical class 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 239000002717 carbon nanostructure Substances 0.000 description 3
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Chemical compound OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000001493 electron microscopy Methods 0.000 description 3
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 3
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 3
- HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N Chloroform Chemical compound ClC(Cl)Cl HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 235000008733 Citrus aurantifolia Nutrition 0.000 description 2
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920002535 Polyethylene Glycol 1500 Polymers 0.000 description 2
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 description 2
- 239000011398 Portland cement Substances 0.000 description 2
- 235000011941 Tilia x europaea Nutrition 0.000 description 2
- 239000011852 carbon nanoparticle Substances 0.000 description 2
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 2
- 239000013068 control sample Substances 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 2
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010440 gypsum Substances 0.000 description 2
- 229910052602 gypsum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 2
- 239000004571 lime Substances 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 239000003607 modifier Substances 0.000 description 2
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 2
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 description 2
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 229910000030 sodium bicarbonate Inorganic materials 0.000 description 2
- 235000017557 sodium bicarbonate Nutrition 0.000 description 2
- 239000004071 soot Substances 0.000 description 2
- VUYXVWGKCKTUMF-UHFFFAOYSA-N tetratriacontaethylene glycol monomethyl ether Chemical compound COCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCO VUYXVWGKCKTUMF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 description 2
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 2
- XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N C60 fullerene Chemical compound C12=C3C(C4=C56)=C7C8=C5C5=C9C%10=C6C6=C4C1=C1C4=C6C6=C%10C%10=C9C9=C%11C5=C8C5=C8C7=C3C3=C7C2=C1C1=C2C4=C6C4=C%10C6=C9C9=C%11C5=C5C8=C3C3=C7C1=C1C2=C4C6=C2C9=C5C3=C12 XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 201000003728 Centronuclear myopathy Diseases 0.000 description 1
- 235000005979 Citrus limon Nutrition 0.000 description 1
- 244000248349 Citrus limon Species 0.000 description 1
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 1
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005411 Van der Waals force Methods 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 239000012736 aqueous medium Substances 0.000 description 1
- 235000012241 calcium silicate Nutrition 0.000 description 1
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 1
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 1
- 238000005234 chemical deposition Methods 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000003050 experimental design method Methods 0.000 description 1
- 239000002421 finishing Substances 0.000 description 1
- 230000036571 hydration Effects 0.000 description 1
- 238000006703 hydration reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 1
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 1
- 239000002480 mineral oil Substances 0.000 description 1
- 235000010446 mineral oil Nutrition 0.000 description 1
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 1
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 235000011837 pasties Nutrition 0.000 description 1
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 239000011150 reinforced concrete Substances 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
- B82B1/00—Nanostructures formed by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B14/00—Use of inorganic materials as fillers, e.g. pigments, for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of inorganic materials specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
- C04B14/02—Granular materials, e.g. microballoons
- C04B14/022—Carbon
- C04B14/026—Carbon of particular shape, e.g. nanotubes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B24/00—Use of organic materials as active ingredients for mortars, concrete or artificial stone, e.g. plasticisers
- C04B24/24—Macromolecular compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
- C04B28/02—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing hydraulic cements other than calcium sulfates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
- C04B2111/20—Resistance against chemical, physical or biological attack
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
- Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)
Abstract
Description
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.The invention relates to additives in building materials and can be used in the manufacture of products from concrete and reinforced concrete, mortar, finishing coatings at the enterprises of the construction industry.
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. %:A known composition for producing building materials (RF Patent No. 2345968, IPC С04В 28/02, В82В 1/00, В82В 3/00, С04В 111/20, 2009) containing cement, sand, water and carbon nanomaterial containing carbon nanotubes. The composition as the specified carbon nanomaterial contains carbon black obtained by the electric arc method and containing 7% carbon nanotubes, in the following ratio, wt. %:
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.Soot containing 7% carbon nanotubes was obtained from MPG-4 grade graphite on a plant in bulk quantities (about 1 kg / h) with the following main parameters: current strength 1150 A, voltage 42 V, anode diameter 30 mm by electric arc method.
Недостатком известной композиции является ее высокая стоимость вследствие энергозатратности и неэкономичности метода получении сажи, содержащей нанотрубки.A disadvantage of the known composition is its high cost due to the energy consumption and uneconomical method of producing soot containing nanotubes.
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. %:A known composition for producing building materials based on a mineral binder, including a mineral binder selected from the group comprising cement, lime, gypsum or mixtures thereof, and water, it additionally contains carbon clusters of a fulleroid type with the number of carbon atoms 36 or more in the following ratio of components in the composition, wt. %:
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.As a fulleroid type carbon cluster, it contains polydispersed carbon nanotubes, or as a fulleroid type carbon cluster it contains polyhedral multilayer carbon nanostructures with an interlayer distance of 0.34-0.36 nm and a particle size of 60-200 nm, or as fulleroid carbon clusters type it contains a mixture of polydispersed carbon nanotubes and fullerene C 60 .
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).The composition additionally contains technological additives taken in an amount of 100-250 wt. hours per 100 wt. including mineral binder, selected from the group comprising cement, lime, gypsum or mixtures thereof and water (RF patent No. 2233254, IPC С04В 28/02, С04В 111/20, 2004).
Недостатком данного технического решения является ее высокая стоимость, а также недостаточно высокие физико-механические характеристики нанокомпозитного материала.The disadvantage of this technical solution is its high cost, as well as insufficiently high physical and mechanical characteristics of the nanocomposite material.
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
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.The disadvantage of this invention is the relatively high consumption of binder (43 wt.%), Which achieves high performance characteristics of the composite, and a high concentration of carbon-containing nanomaterials, which is not economically feasible and leads to higher cost of the final product.
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. %:Known adopted as a prototype nanomodifier of building materials (US Pat. RF №2482082, IPC
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.The disadvantage of this invention is also a sufficiently high binder consumption, providing high performance characteristics of the composite, and a high concentration of carbon-containing nanomaterials, which is economically inexpedient and leads to an increase in the cost of the final product.
Технический результат заключается в снижении затрат на углеродосодержащие наноматериалы.The technical result is to reduce the cost of carbon-containing nanomaterials.
Задача - получение высокопрочной композиции строительных материалов.The task is to obtain a high-strength composition of building materials.
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.The problem is solved by creating a nanomodifier of building materials, including a mixture containing carbon nanomaterial (CNM), filler and plasticizer, CNM is introduced in the form of an aqueous suspension, which is processed in an ultrasonic unit with an operating frequency of 16-25 kHz and a power of at least 100-500 W and contains potassium polytitanate (PTC), CNM “Taunit” and polyvinylpyrrolidone (PVP) with the following ratio of components: potassium polytitanate (PTC) - 7-9 × 10 -4 %, carbon nanomaterial (CNM “Taunit”)) - 5-7 % and polyvinylpyrrolidone (PVP) - 1-1.6 × 10 -3 % by weight of the binder.
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. Van der Waals forces act between carbon nanoparticles, which contribute to the formation of sufficiently large agglomerates that are poorly distributed in the working medium. Therefore, the method for producing nanomodifiers is based on the uniform distribution of nanoparticle aggregates in an aqueous medium by ultrasonic treatment in the presence of surfactants, which contribute to obtaining a uniform suspension and maintaining a constant degree of dispersion of solid material. The colloidal solution was prepared in an ultrasonic disperser IL 10 (table. 1) manufactured by LLC Ultrasonic Technology - INLAB, St. Petersburg.
Водную суспензию с ПТК и УНМ обрабатывали в ультразвуковой установке в течение 30 минут.An aqueous suspension with PTC and CNM was processed in an ultrasonic apparatus for 30 minutes.
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.Ultrasonic treatment of the suspension provides dispersion of carbon nanoparticles and PTC, reducing the size of the globules by 15-20 times, which allows more efficient use of their potential as modifiers of cement systems.
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:As the matrix of the building composite, the work used the composition of fine-grained concrete based on a cement binder grade M500 D0. Nanomodifier is added to concrete dough with mixing water. To mix fine-grained concrete, the required amount of raw materials is weighed:
Водоцементное соотношение В/Ц=0,53.Water-cement ratio W / C = 0.53.
Для перемешивания компонентов бетона используется мешалка тестообразной массы В15 MIXER.To mix the components of concrete, a mixer of a pasty mass B15 MIXER is used.
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.Sand and cement are poured into the mixer tank and mixed in dry form for 2-3 minutes. Then mixing water is added, and the mixture is stirred for another 7-10 minutes. Next, the concrete with a spatula is placed in demountable molds of a corrosion-resistant material, the inner surface of which is lubricated with mineral oil, in the manufacture of samples - beams with dimensions 4 × 4 × 16 cm. The longitudinal and transverse walls of the molds should be sanded from above and below and lay tight based. Finished samples-beams are removed from demountable forms after the concrete has completely hardened after 24 hours. Concrete samples are stored in water.
Конкретная реализация изобретения проиллюстрирована следующими примерами.A specific implementation of the invention is illustrated by the following examples.
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.Example 1. Prepared a comprehensive additive with low concentrations of PTC and CNM Taunit. For a uniform distribution of CNMs in a colloidal solution, PVP surfactant was added to the suspension in a ratio of CNM: surfactant = 1: 2. The components were added to water and sonicated for 30 minutes. The results on the strength characteristics of the building composite are obtained by the experimental design method and are presented in table. 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.Analysis of the results revealed a concentration ranges of components in the additive, in which the strength gain of concrete in compression is approximately 30%: the PTC - 7-9 × 10 -4%, LPA "Taunit» - 5-7 × 10 -3% by weight of binder.
Компоненты наномодификаторовNanomodifier Components
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.Potassium polytitanate is a type of mineral nanoscale material with the general chemical formula K 2 O⋅nTiO 2 . It has a layered structure with particle sizes of 50-200 nm in cross section and a thickness of about 5 nm. The structure of the PTC depends on the ratio of the oxides K 2 O⋅nTiO 2 and the temperature of the preparation process.
Углеродные наноструктуры в модификаторе строительного назначения представлены углеродным наноматериалом серии «Таунит».Carbon nanostructures in the modifier for construction purposes are represented by carbon nanomaterial of the Taunit series.
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.Carbon nanomaterial “Taunit” manufactured by Nano-TechCenter LLC (Tambov) is a carbon nanotube with a conical orientation of the carbon layers obtained by synthesis by gas-phase chemical deposition (CVD). The properties of CNM “Taunit” are given below.
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.Polyvinylpyrrolidone TU 64-9-03-86 (PVP polymerization product - vinylpyrrolidone with an average molecular weight of 8000) - chemical formula: C 4 H 7 NO, hygroscopic powder of white or white with a slightly yellowish tint with a slight specific smell. Easily soluble in water, alcohol, chloroform, practically insoluble in ether. The average molecular weight is 12600 ± 2700.
Результатыresults
Ниже приведены графические материалы:The following graphic materials:
На фиг. 1 приведены данные электронной микроскопии образцов мелкозернистого бетона - контрольный образец,In FIG. 1 shows the data of electron microscopy of samples of fine-grained concrete - a control sample,
На фиг. 2 приведены данные электронной микроскопии образцов мелкозернистого бетона - образец модифицированный добавкой углеродного наноматериала «Таунит» и полититанатом калия.In FIG. Figure 2 shows the electron microscopy data of fine-grained concrete samples - a sample modified by the addition of carbon nanomaterial “Taunit” and potassium polytitanate.
На фиг. 3 приведены данные электронной микроскопии образцов мелкозернистого бетона - контрольный образец.In FIG. 3 shows the data of electron microscopy of samples of fine-grained concrete - a control sample.
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.An analysis of the microstructure of fine-grained concrete samples modified with a complex additive based on carbon nanomaterials and potassium polytitanate showed that the samples without the use of a modifying additive consist of crystals of various morphology and sizes, which form an inhomogeneous structure with a significant number of pores and cracks. The microstructure of the control samples demonstrates that the growth of crystalline hydrates is heterogeneous and has the character of a point distribution, due to this, contacts between different crystalline hydrates are either absent or are carried out with a low degree of interaction (Figs. 1 and 3). The introduction of multilayer carbon nanomaterials in combination with potassium polytitanate contributes to an increase in the interfacial surface area and the formation of extended ordered structures characterized by close packing of crystalline hydrates (Fig. 2), which leads to dispersed reinforcement and a significant increase in the strength of the composite. The use of a complex nanomodifier stimulates the emergence of additional growth points of crystalline hydrates, due to this, the composite matrix is structured and the hydration processes are accelerated, which stimulates a decrease in the factor of water access to calcium hydrosilicates and hydroaluminosilicates.
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.The effectiveness of complex hybrid nanomodifiers in building composites was evaluated by the influence of the compositions of nanoparticles on the physico-mechanical and technological characteristics of concrete. An analysis of experimental work showed an increase in concrete strength (compressiveness of more than 30%), including a set of strength at an earlier date, with an increase in the density, water resistance, and crack resistance of a building composite. The improvement of the properties of the building composite is due to the combined action of the components of the additive and the manifestation of a synergistic effect. It was also revealed that going beyond the specified limits of the content of the ingredients of the composition leads to a weakening of these properties of the building material.
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.The invention provides an increase in the strength of concrete (compression of more than 30%), and a set of strength at an earlier date, while increasing the density, water resistance and fracture toughness of the building composite.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016140311A RU2637246C1 (en) | 2016-10-12 | 2016-10-12 | Nanomodifier of construction materials |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016140311A RU2637246C1 (en) | 2016-10-12 | 2016-10-12 | Nanomodifier of construction materials |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2637246C1 true RU2637246C1 (en) | 2017-12-01 |
Family
ID=60581409
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016140311A RU2637246C1 (en) | 2016-10-12 | 2016-10-12 | Nanomodifier of construction materials |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2637246C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2726754C1 (en) * | 2019-11-26 | 2020-07-15 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" | Cementing slurry |
| RU2804451C1 (en) * | 2022-12-01 | 2023-09-29 | Общество с ограниченной ответственностью "Газпром добыча Оренбург" | Dosing device for corrosion and hydrate inhibitor |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2085504A (en) * | 1980-10-09 | 1982-04-28 | Delmonte John | Fiber reinforced cementitious castings |
| RU2479552C1 (en) * | 2011-11-03 | 2013-04-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет" (СГТУ) | Method of producing heat insulating material |
| RU2545226C1 (en) * | 2013-10-16 | 2015-03-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный архитектурно-строительный университет" КГАСУ | Complex admixture for concrete mix, and method for its manufacture |
| RU2546688C1 (en) * | 2014-03-21 | 2015-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный архитектурно-строительный университет" КГАСУ | Complex additive for concrete mix and method for its preparation |
-
2016
- 2016-10-12 RU RU2016140311A patent/RU2637246C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2085504A (en) * | 1980-10-09 | 1982-04-28 | Delmonte John | Fiber reinforced cementitious castings |
| RU2479552C1 (en) * | 2011-11-03 | 2013-04-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет" (СГТУ) | Method of producing heat insulating material |
| RU2545226C1 (en) * | 2013-10-16 | 2015-03-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный архитектурно-строительный университет" КГАСУ | Complex admixture for concrete mix, and method for its manufacture |
| RU2546688C1 (en) * | 2014-03-21 | 2015-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный архитектурно-строительный университет" КГАСУ | Complex additive for concrete mix and method for its preparation |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2726754C1 (en) * | 2019-11-26 | 2020-07-15 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" | Cementing slurry |
| RU2804451C1 (en) * | 2022-12-01 | 2023-09-29 | Общество с ограниченной ответственностью "Газпром добыча Оренбург" | Dosing device for corrosion and hydrate inhibitor |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Du et al. | Influence of hybrid graphene oxide/carbon nanotubes on the mechanical properties and microstructure of magnesium potassium phosphate cement paste | |
| Rajak et al. | Morphological characteristics of hardened cement pastes incorporating nano-palm oil fuel ash | |
| Nochaiya et al. | Behavior of multi-walled carbon nanotubes on the porosity and microstructure of cement-based materials | |
| Li et al. | Incorporation of graphene oxide and silica fume into cement paste: A study of dispersion and compressive strength | |
| He et al. | A general and simple method to disperse 2D nanomaterials for promoting cement hydration | |
| Win et al. | Innovative GQDs and supra-GQDs assemblies for developing high strength and conductive cement composites | |
| Jyothimol et al. | Effect of reduced graphene oxide on the mechanical properties of concrete | |
| RU2447036C1 (en) | Composition for producing construction materials | |
| CN1122129A (en) | cement production method | |
| Rashidi et al. | Investigation of ultrasonication energy effect on workability, mechanical properties and pore structure of halloysite nanotube reinforced cement mortars | |
| EP3548447B1 (en) | Construction material composition comprising carbon nanotubes and method for the preparation thereof | |
| de Azevedo et al. | Effect of thermal treatment of SiC nanowhiskers on rheological, hydration, mechanical and microstructure properties of Portland cement pastes | |
| Sldozian et al. | Improve the mechanical properties of lightweight foamed concrete by using nanomodified sand | |
| CN86107644A (en) | Improvement of Gelled Mixture | |
| WO2011010947A1 (en) | Nanocomposite material containing mineral binders | |
| Jiang et al. | Enhancing and functionalizing cement mortar with one-step water-based graphene nanofluid additives | |
| Bhatrola et al. | Mechanical and electrical resistivity performance of Pozzolana Portland cement mortar admixed graphene oxide | |
| RU2637246C1 (en) | Nanomodifier of construction materials | |
| Garg et al. | Split tensile strength of cement mortar incorporating micro and nano silica at early ages | |
| RU2436749C2 (en) | Nanocomposite material based on mineral binding materials | |
| CN109437763B (en) | Microcrack self-repairing cement-based composite material and preparation method thereof | |
| RU2397966C1 (en) | Dry construction mixture | |
| Hu et al. | The influence of silica-coated nanoscale titanium dioxide on the microstructure, mechanical properties, and carbonation resistance of cementitious materials | |
| Nasabolhosseini et al. | CNT/DFNS nanoparticles as a valuable admixture for ultrahigh-performance concrete | |
| Rashmi et al. | Mechanical and durability characteristics of multiwalled carbon nano tube in concrete |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20191013 |