СТРОИТЕЛЬНАЯ СМЕСЬ С БАКТЕРИЦИДНЫМИ СВОЙСТВАМИ Российский патент 1999 года по МПК C04B28/00 

Изобретение относится к строительным материалам, а именно к составам бетонных и строительных отделочных смесей, и может быть использовано в промышленном и гражданском строительстве, особенно там, где создаются благоприятные условия для развития микроорганизмов.

Болезни бетонов и штукатурок определяются жизнедеятельностью микроорганизмов - бактерий и грибков. Их разрушительное действие проявляется в условиях повышенной влажности и сопряжено с потерей механической прочности бетонных, железобетонных конструкций (пирсов, коллекторов сточных вод и др.), наружных и внутренних штукатурок. Механизм действия микроорганизмов состоит в том, что в процессе их жизнедеятельности выделяются сильные кислоты и щелочи. При этом происходят химические превращения, ведущие к разрушительным последствиям, типа:
CaCO₃+2H^- ---> H₂O+CО₂;
CaSO₄+H₂O+2Na⁺ ---> Na₂SO₄+ Ca⁺⁺+H₂O.

Известна бетонная смесь, в которой для повышения водостойкости и придания биоцидных свойств применена добавка латекса, имеющего следующий химический состав, мас.%: сополимер трибутилоловометакрилата с метилметакрилатом, бутилакрилатом и акриловой кислоты 33, бутилакрилат, метилметакрилат 3, трибутилоловометакрилат 1, этиленгликоль 1 и вода 62. Добавка составляет до 0,25 мас.% бетонной смеси (а.с. СССР N 1592296, C 04 B 24/00, 1988 г. [1] ).

Недостатком смеси является дефицитность латекса, невозможность приготовления смеси при отрицательных температурах, т.к. латекс после промерзания теряет свои свойства.

Известен также цемент с бактерицидными свойствами, содержащий радиоактивную руду и/или серебряную руду в виде порошка и/или порошок оксида цинка (в.з. Японии N2-133345, C 04 B 14/30, 14/36, 1996 г. [2]).

Недостатком цемента является то, что радиоактивная руда представляет серьезную опасность для работающих и в целом для экологии; цемент с добавкой радиоактивной руды может применяться для ограниченной номенклатуры объектов. Применение серебряной руды, порошка оксида цинка удорожает цемент. Кроме того, токсичные добавки находятся в свободной несвязанной форме, а приготовление цемента требует специальных защитных мер.

Известна бетонная смесь, включающая туф, пропитанный нагретым раствором сульфата меди до содержания адсорбированного пропитывающего агента 20-40% от объема адсорбента (патент США N3650784 C 04 B 31/40, 1972 г. [3]). При введении в строительную смесь известной добавки, адсорбированной на пористом наполнителе (туфе), обеспечивается ее пролонгированное действие за счет равномерного выделения из пор адсорбента, повышается эффективность действия функциональной добавки по сравнению с ее действием при введении в строительную смесь непосредственно.

Недостатком смеси является то, что выделение пропитывающего агента из пор туфа определяется в основном условиями влажности и температуры среды и не связывается с продуктами жизнедеятельности грибков и бактерий, т.е. носит профилактический характер и, более того, при случайном образовании грибка в строительной смеси уничтожается сам грибок, а продукты его жизнедеятельности (кислоты и щелочи) остаются и наносят разрушительный эффект.

В основу изобретения положена задача экологически безопасно и экономично повысить бактерицидные свойства строительной смеси.

Поставленная задача решается тем, что строительная смесь (бетонная смесь, строительная отделочная смесь) включает добавку, состоящую из цеолита, причем цеолит может быть как искусственный, так и природный, предварительно модифицированный элементами, подавляющим рост грибков и бактерий. Для модифицирования используется ртуть, мышьяк, медь (широко известные элементы, используемые в качестве ядохимикатов).

Оптимальным модифицирующим элементом является медь, т.к. она наиболее доступна, дешева и обладает наименьшей токсичностью для человека по сравнению с другими элементами. Отличительными признаками изобретения являются: добавка состоит из цеолита, предварительно модифицированного элементами, подавляющими рост грибков и бактерий, до реализации 30-40% своей полной обменной емкости; цеолит модифицирован в медную форму; модифицированный цеолит содержит 0,5-0,9 мас.% меди.

Введение в состав строительной смеси цеолита, модифицированного элементами, подавляющими рост грибков и бактерий, придает ей бактерицидные свойства за счет того, что при появлении грибков, бактерий и продуктов их жизнедеятельности изменяется кислотность среды, в результате этого из цеолита выделяются ионы модифицирующего элемента, которые уничтожают микроорганизмы и предотвращают, таким образом, ее разрушение, кроме того, происходит поглощение ионов водорода, тем самым среда нейтрализуется, что является вторичным стабилизирующим фактором для строительной смеси. После достижения нейтральной кислотности выделение ионов прекращается, поэтому предложенная смесь имеет пролонгированное бактерицидное действие. В нейтральной же среде ионы модифицирующего элемента прочно удерживаются в кристаллической структуре цеолита при любой температуре, не вымываются водой и не оказывают вредного воздействия на окружающую среду.

Строительная смесь с добавкой цеолита, модифицированного подавляющими рост грибков и бактерий элементами, может применяться для защиты от разрушения микроорганизмами разнообразных штукатурок, неограниченной номенклатуры бетонных и железобетонных конструкций и сооружений в промышленном и гражданском строительстве.

Пример конкретного выполнения.

Природный цеолит - клиноптиллолит, как наиболее распространенный, дешевый и добываемый в промышленных масштабах минерал - модифицируют катионами, подавляющими рост грибков и бактерий. В частности, для получения медьсодержащей формы цеолит обрабатывают 5-10% раствором медного купороса при t = 90^oC. Ионный обмен идет по схеме
(K₂, Na₂, Ca)[Al₂Si₇O₁₈] • 6H₂O+Cu⁺⁺ ---> Cu[Al₂Si₇O₁₈]• 6H₂O+(K,₂Na₂, Ca)⁺⁺
(Химический состав клиноптиллолита приведен по С.П. Жданову, Е.Н.Егоровой. Химия цеолитов, Л.Наука, 1968 г. [4]).

Модифицирование ведут до реализации 30-40% полной обменной емкости цеолита. При этом получают модифицированный клиноптиллолит, содержащий, в частности, медь в количестве до 0,9 мас.%. Модифицированный цеолит вводят в бетонную смесь в количестве 10% от массы инертных наполнителей и в количестве 6-7 мас. % в строительные отделочные смеси. При этом бетонная смесь будет иметь примерный состав: цемент- 10-13 мас. %; вода - 7-8 мас.%; инертный наполнитель -70-73 мас.%; клиноптиллолит, модифицированный ионами меди - 7-8 мас.%, а строительные смеси - примерный состав: цемент - 40-60 мас.%; известь -18-23 мас.%; песок -15-20 мас.%; клиноптиллолит, модифицированный ионами меди - 6-7 мас.%. Строительные композиции будут содержать медь в количестве 0,05-0,07 мас.%, что достаточно для надежной защиты от разрушающего действия грибков и микробов.

При появлении продуктов жизнедеятельности микроорганизмов повышается кислотность среды и происходит декатионирование цеолита по схеме
Cu[Al₂Si₇O₁₈]•6H₂O+2H⁺ ---> H₂[Al₂Si₇O₁₈]•6H₂O+ Cu⁺⁺
Выделение ядовитого для грибков и бактерий катиона идет до полного уничтожения микроорганизмов и восстановления нейтральной реакции среды.

Модифицирование цеолита растворами, содержащими катионы ртути и мышьяка (для этой цели могут быть использованы водорастворимые хлориды этих элементов), которые, как и медь, имеют высокие значения ионообменной емкости (см., напр. , Природные цеолиты, авт. Цицишвили Г.А. и др., М.Химия, 1985 г. [5]), а также декатионирование цеолита при его изменении кислотности среды идет по тем же схемам, что и для меди, а именно: ионный обмен (K₂,Na₂,Ca)[Al₂Si₇ O₁₈] •6H₂O+Hg⁺⁺ ---> Hg[Al₂Si₇ O₁₈]•6H₂O+(K₂,Na₂,Ca)⁺⁺ и декатионирование Hg[Al₂Si₇O₁₈]•6H₂O+ 2H⁺ ---> H₂[Al₂Si₇O₁₈]• 6H₂O+Hg⁺⁺.

Заявляемая строительная смесь содержит катионы ядовитых металлов в связанном виде и не оказывает, в отличие от прототипов, вредного влияния на окружающую среду.

Источники информации:
1. Авторское свидетельство СССР N1592296, C 04 B 24/00, 1988.

2. Заявка Японии N2-133345, C 04 B 14/30, 1996.

3. Патент США N3650784, C 04 B 31/40, 1972.

4. Жданов С.П., Егорова Е.Н. Химия цеолитов. -Л: Наука, 1968.

5. Цицишвили Г.А., Андроникашвили Т.Г., Киров Г.Н., Филизова Л.Д. Природные цеолиты.-М.: Химия, 1985.

Изобретение относится к строительным материалам и позволяет экологически безопасно и экономично повысить бактерицидные свойства строительной смеси. Строительная смесь с бактерицидными свойствами включает добавку, состоящую из цеолита, модифицированного элементами, подавляющими рост грибков и бактерий, в частности медью, в количестве 0,5-0,9 мас.%, и содержит компоненты при следующем соотношении мас.%: цемент - 10-60; инертный наполнитель - 15-73; вода - 7-10; модифицированный цеолит - 6-8; известь - 0-23. Технический результат - повышение бактерицидных свойств смеси. 2 з.п.ф-лы.

1. Строительная смесь с бактерицидными свойствами, содержащая цемент, инертный наполнитель, воду и пористый заполнитель, модифицированный подавляющими рост грибков и бактерий элементами, выделяющимися из заполнителя в процессе жизнедеятельности грибков и бактерий, отличающаяся тем, что она содержит в качестве указанного пористого заполнителя цеолит и дополнительно известь при следующем соотношении компонентов смеси, мас.%:
Цемент - 10 - 60
Инертный наполнитель - 15 - 73
Вода - 7 - 10
Цеолит - 6 - 8
Известь - 0 - 23
2. Строительная смесь с бактерицидными свойствами по п.1, отличающаяся тем, что цеолит модифицирован ионами меди. 3. Строительная смесь с бактерицидными свойствами по п.2, отличающаяся тем, что модифицированный цеолит содержит 0,5 - 0,9 мас.% меди.