ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НАНОМОДИФИКАТОРА - ПОРОШКОВ ТУГОПЛАВКИХ МЕТАЛЛОВ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ВЫСОКОПРОЧНЫХ БЕТОНОВ Российский патент 2024 года по МПК C04B28/04 C04B111/20 

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано для изготовления изделий из бетона в гражданском и промышленном строительстве, в том числе для производства гидротехнических сооружений.

Известен модификатор строительных материалов (RU 2482082 С2, опубл. 20.05.2013 Бюл. №14), содержащий углеродный наноматериал в виде нанотрубок «Таунит», наполнитель - полиэтиленгликоль ПЭГ-1500 и пластификатор, в качестве пластификатора смесь содержит поливинилпирролидон, в качестве наполнителя - гидрокарбонат натрия и лимонную кислоту.

Недостатком данного изобретения является невысокая прочность бетона в ранние сроки твердения, а также невысокая долговечность получаемого бетона.

Известна сырьевая смесь для строительных материалов (RU 2388712 С2, опубл. 10.05.2010 Бюл. №13), включающая цемент, наполнитель, заполнитель и воду затворения, содержащую суперпластификатор и углеродные кластеры фуллероидного типа в концентрации 10^-8-10^-5 мас.%.

Недостатком состава сырьевой смеси для получения строительных материалов является недостаточное увеличение прочности при сжатии бетона по сравнению с бездобавочным контрольным составом.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения (RU 2471752 С1, опубл. 10.01.2013 Бюл. №1) является сырьевая смесь, включающая портландцемент, кварцполевошпатный песок, гранитные отсевы, добавку и воду, в качестве добавки содержит нанодисперсный порошок диоксида кремния Таркосил-05.

Недостатком известного состава является недостаточная прочность.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизна".

Задачей настоящего изобретения является повышение прочности бетона.

Технический результат изобретения заключается в увеличении прочностных показателей бетонных образцов за счет введения наномодификатора, представленного нанопластинами смеси карбидов титана, вольфрама, тантала, полученными из твердосплавных отходов ТТК.

Технический результат достигается тем, что сырьевая смесь для бетона с наномодификатором, включающая портландцемент, песок, щебень, добавку и воду, в качестве добавки содержит порошок, представленный нанопластинами смеси карбидов титана, вольфрама, тантала со средним размером первичных частиц не более 100 нм.

Отличительной особенностью состава предлагаемой смеси для получения бетона является использование нового наномодификатора, представленного нанодисперсными порошками в виде нанопластин смеси карбидов титана, вольфрама, тантала, полученными по технологии получения нанопорошков тугоплавких металлов и их карбидов из твердосплавных отходов (см. патент Pat/ ЕР 3138932 А1, ЕС, №15002564.1, опубл. 08.30.2017) со средним размером первичных частиц не более 100 нм.

Исследование дисперсности и морфологии частиц проводили на сканирующем электронном микроскопе PHENOM рrоХ фирмы: Phenom-World B.V. (Нидерланды) с интегрированной системой энергодисперсионного анализа. Элементный анализ исследуемых порошков получен с применением программы Element Identification компании Phenom.

На фигуре 1 представлена микрофотография при увеличении х150000 (а) и спектры элементов, входящих в состав наномодификатора (б).

Как видно на фиг. 1, представленный наномодификатор представляют собой нанопластины с размерностью менее 100 нм.

Наномодификатор смеси карбидов титана, вольфрама, тантала состоит из мас.%: W - 88.55, Та - 2.88, Ti - 2.42, С - 1.65, O - 4.50.

Для получения предлагаемой смеси для высокопрочного бетона применяют портландцемент ЦЕМ II/A-П 42,5 Н CC (Новороссийск ОАО «Верхнебеканский цементный завод»), удовлетворяющий требованиям ГОСТ 22266-2013, песок морской серый, фракция 1,5-2 мм, удовлетворяющий требованиям ГОСТ 8736-2014, щебень плотных горных пород, фракция 5-10, 10-15 мм, удовлетворяющих требованиям ГОСТ 8267-93, вода ГОСТ 23732, наномодификатор: смесь карбидов титана, вольфрама, тантала, полученная по технологии получения нанопорошков тугоплавких металлов и их карбидов из твердосплавных отходов.

Перемешивание наномодификатора и портландцемента производили не менее 5 минут. На каждую концентрацию было изготовлено по три образца. Далее отвешенное количество песка по частям смешивали с цементом и добавкой, и перемешивали до получения смеси однородного цвета, добавляли крупный заполнитель (щебень) и всю смесь перемешивали до тех пор, пока крупный заполнитель не будет равномерно распределен в смеси. Вода приливается равномерно в продолжении всего времени засыпки материалов.

Из бетонных смесей изготавливали образцы в формах 2ФК-100 размерами 100×100×100 мм. Через 28 суток нормального твердения образцы подвергались механическим испытаниям. Прочность образцов определяли в соответствии с ГОСТ 10180-2012.

Примеры составов бетонов с использованием наномодификатора и его влияние на прочность бетона приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Состав и прочностные свойства бетона с наномодификатором

Содержание компонентов, мас.%: Компоненты состав контрольный 1 2 3 4 5 Портландцемент 12,04 12,03 12,01 12,00 11,99 11,97 Песок морской серый 28,92 28,89 28,85 28,82 28,78 28,77 Щебень плотных горных пород 51,83 51,74 51,69 51,62 51,57 51,49 Вода 7,21 7,22 7,21 7,20 7,19 7,18 Наномодификатор: смесь карбидов вольфрама, титана, тантала - 0,12 0,24 0,36 0,47 0,59 Показатель: Прочность при сжатии бетона в возрасте 28 суток (МПа) 10,29 13,33 14,99 11,51 11,36 19,68

Из приведенных данных следует, что прочность бетона с использованием наномодификатора в виде нанопластин смеси карбидов титана, вольфрама, тантала после 28 суток нормального твердения превышает прочность бетона без добавок в среднем на 30-91%.

Предлагаемая сырьевая смесь для высокопрочного бетона на основе портландцемента, песка, щебня и наномодификатора в виде нанопластин смеси карбидов вольфрама, титана, тантала может быть использована для изготовления изделий из бетона в гражданском и промышленном строительстве, в том числе для производства гидротехнических сооружений.

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано для изготовления изделий из бетона в гражданском и промышленном строительстве, в том числе для производства гидротехнических сооружений. Сырьевая смесь для высокопрочного бетона включает, мас.%: портландцемент ЦЕМ II/A-П 42,5 Н CC 11,97-12,03, песок морской серый фракции 1,5-2 мм 28,77-28,89, щебень плотных горных пород фракций 5-10, 10-15 мм 51,49-51,74, наномодификатор – порошок в виде нанопластин смеси карбидов титана, вольфрама, тантала, полученный в результате переработки твердосплавных отходов, 0,12-0,59, воду 7,18-7,22. Технический результат – повышение прочности бетона при сжатии. 1 ил., 1 табл.

Сырьевая смесь для высокопрочного бетона с наномодификатором, включающая портландцемент, мелкий заполнитель – песок, наномодификатор и воду, отличающаяся тем, что используют портландцемент ЦЕМ II/A-П 42,5 Н CC, песок морской серый фракции 1,5-2 мм, в качестве наномодификатора содержит порошок в виде нанопластин смеси карбидов титана, вольфрама, тантала, полученный в результате переработки твердосплавных отходов, и дополнительно смесь содержит крупный заполнитель – щебень плотных горных пород фракции 5-10, 10-15 мм, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Указанный портландцемент 11,97-12,03 Песок морской серый 28,77-28,89 Щебень плотных горных пород 51,49-51,74 Наномодификатор: порошок в виде нанопластин смеси карбидов титана, вольфрама, тантала 0,12-0,59 Вода 7,18-7,22