Способ получения биодобавки к цементным бетонам для снижения пористости Российский патент 2024 года по МПК C12N1/20 C04B24/00 

Данное изобретение относится к строительным материалам, а именно к добавкам для бетонных смесей, и может быть использовано при изготовлении конструкций, изделий и материалов, как в промышленном строительстве, так и для возведения объектов жилищного и промышленного назначения.

Поры в бетонах появляются из-за пузырьков воздуха, которые априори содержит бетонная смесь при изготовлении, а также в процессе гидратации цемента и превращения смеси в прочный камень. При твердении бетона часть воды в ее составе испаряется, образуя крошечные пустоты. Большое количество пор может изменить характеристики бетона в худшую сторону и сделать его, менее прочным, плотным, морозостойким и водонепроницаемым. Все это негативно скажется на объекте из бетона (конструкции, сооружении, здании, изделии и др.) и значительно уменьшит срок его эксплуатации.

Применение добавок различной природы позволяет упрочнить бетон, сделать его мороустойчивым и водонепроницаемым.

Известно получение биодобавки для бетонной смеси, содержащей микроорганизм вида Leuconostoc mesenteroides, культивируемой на синтетической питательной среде (Патент №2488564 С1 Российская Федерация. МПК С04В 28/00, С04В 24/00, биодобавка для бетонной смеси: №201 1152732/03: заявл. 22.12.2011: опубл. 27.07.2013 / С.В. Дудынов. В.Д. Черкасов, В.И. Бузулуков). Однако получаемый продукт отличается нестабильностью свойств, каких подробнее прочность и др.

Также известен способом получения является получение биодобавок из бактерии вида В. Pseiidofirmus, предварительно культивируемых на синтетической питательной среде Кристенсена с добавкой мочевины (Патент №2777437 C1 Российская Федерация, МПК С04В 24/00, C12N 1/20. Способ получения добавки для бетонной смеси: №2021110918: заявл. 16.04.2021: опубл. 03.08.2022 / М.А. Гончарова, М.А. Ярцев, Е.Н. Калмыкова, Е.С. Дергунова). Однако в указанном методе большая концентрация биодобавки (10¹⁰ клеток/мл) провоцирует чрезмерную реакцию гидролиза мочевины посредством фермента уреазы и приводит избыточному образованию аммиака, и как следствие снижается прочность бетона.

Наиболее близким технологическим решением к заявляемому является получение биодобавок из бактерий вида Bacillussubtilis, Sporosarcinapasteuriie, Sporosarcinapasteurii. инкорпорируемых с применением пемзы и цеолита (Самовосстанавливающиеся бетоны, модифицированные микробиологической добавкой: диссертация… кандидата технических наук: 05.23.05 / Аль Дулайми Салман Давуд Салман; [Место защиты: Российский университет транспорта]. - Москва. 2019. - 310 с.: ил.).

Однако, при использовании данных биологических добавок период набора прочности цементных растворов составлял 90 дней, что является большим промежутком времени по сравнению с предлагаемым способом.

Технический эффект заключается в уменьшении пористости бетонной смеси и увеличении прочности бетона, что позволит снизить коррозию бетона и железобетона и продлить срок службы бетонных изделий.

Сущность изобретения заключается в том, что в воду затворения бетонной смеси добавляют биодобавку, содержащую штаммы бактерий Sp. pasteitrii, В. Sphaericus, В. Pseiidofirmus в соотношении 1:1:1. Такое соотношение наиболее близко по бактериальному составу природных горных отложений кальцита.

Биодобавку для бетонной смеси получают путем предварительного культивирования отдельных штаммов бактерий Sp. pasteitrii. В. Sphaericus, В. Pseiidofirmus на синтетической питательной среде Кристенсена с добавкой мочевины в течение 24-36 ч при температуре 32-40°С в качалочном режиме (140-160 об/мин).

Для получения культуральной жидкости штаммы бактерий Sp. pasleurii. В. Sphaericus, В. Pseiidofirmus в соотношении 1:1:1 перемешивают для получения однородной бактериальной культуры с суммарной концентрацией бактерий 10⁵-10⁶.

Далее бактериальную культуру массой 50 г иммобилизуют путем центрифугирования с 12 г смеси лактат магния:кальция:граншлаком (1:2:1), 1 мл гексаметафосфата натрия (0,01% раствор для стабилизации) и 100 г 15%-го раствора карбоксиметилцеллюлозы в течение 10-15 минут при температуре 40°С. Полученную массу охлаждают и измельчают до размера 2-5 мм.

После этого биодобавка готова к использованию в качестве средства для уменьшения пор в цементных бетонах. Концентрация биоклеток в готовой добавке составляет не менее 10⁵ - 10⁶ клеток/мл. Увеличение концентрации биоклеток увеличивает выход аммиака, тем самым снижая прочность бетона.

Пример 1. Биодобавку вводят в воду затворения для приготовления бетонной смеси состава: цемент М400:песок=1:2,8 при водоцементном отношении, равном 0,7. Бетонная смесь указанного состава без добавки имеет прочность 52 МПа, объемное водопоглощение бетона составило 16%. Вводили биодобавку в количестве 0,2 мас. % цемента (в пересчете на сухое вещество) и из бетонной смеси формуют образцы, которые твердели в нормальных условиях 28 суток. По истечении этого времени определяли прочность на сжатие (Рс, МПа) и пористость бетона по объемному водопоглощению бетона (W₀, %). Результаты испытаний приведены в табл.1.

Пример 2. Биодобавку вводят в воду затворения для приготовления бетонной смеси состава: цемент М400:песок=1:2,8 при водоцементном отношении, равном 0,7. Вводили биодобавку в количестве 0,3 мас. % цемента (в пересчете на сухое вещество) и из бетонной смеси формуют образцы, которые твердели в нормальных условиях 28 суток. По истечении этого времени определяли прочность на сжатии (Рс, МПа) и объемное водопоглощение бетона. Результаты испытаний приведены в табл.1.

Пример 3. Биодобавку вводят в воду затворения для приготовления бетонной смеси состава: цемент М400:песок=1:2,8 при водоцементном отношении, равном 0,7. Вводили биодобавку в количестве 0,4 мас. % цемента (в пересчете на сухое вещество) и из бетонной смеси формуют образцы, которые твердели в нормальных условиях 28 суток. По истечении этого времени определяли прочность на сжатие (Рс, МПа) и объемное водопоглощение бетона (W₀, %). Результаты испытаний приведены в табл.1.

Пример 4. Биодобавку вводят в воду затворения для приготовления бетонной смеси состава: цемент М400:песок=1:2,8 при водоцементном отношении, равном 0,7. Вводили биодобавку в количестве 0,5 мас. % цемента (в пересчете на сухое вещество) и из бетонной смеси формуют образцы, которые твердели в нормальных условиях 28 суток. По истечении этого времени определяли прочность на сжатие (Рс, МПа) и объемное водопоглощение бетона (W₍₎, %). Результаты испытаний приведены в табл.1.

Пример 5. Биодобавку вводят в воду затворения для приготовления бетонной смеси состава: цемент М400:песок=1:2,8 при водоцементном отношении, равном 0,7. Вводили биодобавку в количестве 1,0 мас. % цемента (в пересчете на сухое вещество) и из бетонной смеси формуют образцы, которые твердели в нормальных условиях 28 суток. По истечении этого времени определяли прочность на сжатие (Рс, МПа) и объемное водопоглощение бетона (W₀, %). Результаты испытаний приведены в табл.1.

Пример 6. Биодобавку вводят в воду затворения для приготовления бетонной смеси состава: цемент М400:песок=1:2,8 при водоцементном отношении, равном 0,7. Вводили биодобавку в количестве 2 мас. % цемента (в пересчете на сухое вещество) и из бетонной смеси формуют образцы, которые твердели в нормальных условиях 28 суток. По истечении этого времени определяли прочность на сжатие (Рс, МПа) и объемное водопоглощение бетона (W₀, %). Результаты испытаний приведены в табл.1.

Пример 7. Бактериальную культуру массой 50 г иммобилизуют путем центрифугирования с 12 г смеси лактат магния:кальция:граншлаком (1:2:1), 1 мл гексаметафосфата натрия (0,01% раствор для стабилизации) и 100 г 15%-го раствора карбоксиметилцеллюлозы в течение 5-9 минут при температуре 40°С. Полученную массу охлаждают и измельчают до размера 2-5 мм. Далее аналогично примеру 4. Результаты испытаний приведены в табл.1.

Пример 8. Бактериальную культуру массой 50 г иммобилизуют путем центрифугирования с 12 г смеси лактат магния:кальция:граншлаком (1:2:1), 1 мл гексаметафосфата натрия (0,01% раствор для стабилизации) и 100 г 15%-го раствора карбоксиметилцеллюлозы в течение 16-20 минут при температуре 40°С. Полученную массу охлаждают и измельчают до размера 2-5 мм. Далее аналогично примеру 4. Результаты испытаний приведены в табл.1.

Пример 9. Бактериальную культуру массой 50 г иммобилизуют путем центрифугирования с 12 г смеси лактат магния:кальция:граншлаком (1:1:2), 1 мл гексаметафосфата натрия (0,01% раствор для стабилизации) и 100 г 15%-го раствора карбоксиметилцеллюлозы в течение 10-15 минут при температуре 40°С. Полученную массу охлаждают и измельчают до размера 2-5 мм. Далее аналогично примеру 4. Результаты испытаний приведены в табл.1.

Пример 10. Бактериальную культуру массой 50 г иммобилизуют путем центрифугирования с 12 г смеси лактат магния:кальция:граншлаком (2:1:2), 1 мл гексаметафосфата натрия (0,01% раствор для стабилизации) и 100 г 15%-го раствора карбоксиметилцеллюлозы в течение 10-15 минут при температуре 40°С. Полученную массу охлаждают и измельчают до размера 2-5 мм. Далее аналогично примеру 4. Результаты испытаний приведены в табл.1.

Пример 11. Концентрация биоклеток в готовой добавке составляла не менее 10⁷ -10⁸ клеток/мл. Биодобавку вводили в воду затворения для приготовления бетонной смеси состава: цемент М400:песок=1:2.8 при водоцементном отношении, равном 0,7. Вводили биодобавку в количестве 0,5 мас. % цемента (в пересчете на сухое вещество) и из бетонной смеси формуют образцы, которые твердели в нормальных условиях 28 суток. По истечении этого времени определяли прочность на сжатие (Рс, МПа) и объемное водопоглощение бетона (W₀, %). Результаты испытаний приведены в табл.1.

Пример 12. Концентрация биоклеток в готовой добавке составляла не менее 10⁴ клеток/мл. Биодобавку вводили в воду затворения для приготовления бетонной смеси состава: цемент М400:песок=1:2.8 при водоцементном отношении, равном 0,7, в количестве 0,5 мас. % цемента (в пересчете на сухое вещество) и из бетонной смеси формуют образцы, которые твердели в нормальных условиях 28 суток. По истечении этого времени определяли прочность на сжатие (Рс, МПа) и объемное водопоглощение бетона (W₀, %). Результаты испытаний приведены в табл.1.

Пример 13. Для получения культуральной жидкости штаммы бактерий Sp. pasteitrii, В. Sphaericus, В. Pseiidofirmus в соотношении 1:1:2 перемешивают для получения однородной бактериальной культуры с суммарной концентрацией бактерий 10⁵-10⁶.

Далее бактериальную культуру массой 50 г иммобилизуют путем центрифугирования с 12 г смеси лактат магния: кальция: граншлаком (1:2:1), 1 мл гексаметафосфата натрия (0,01% раствор для стабилизации) и 100 г 15%-го раствора карбоксиметилцеллюлозы в течение 10-15 минут при температуре 40°С. Полученную массу охлаждают и измельчают до размера 2-5 мм. Далее аналогично примеру 4. Результаты испытаний приведены в табл.1.

Пример 14. Для получения культуральной жидкости штаммы бактерий Sp. pasteitrii, В. Sphaericus, В. Pseiidofirmus в соотношении 1:2:1 перемешивают для получения однородной бактериальной культуры с суммарной концентрацией бактерий 10⁵-10⁶.

Далее бактериальную культуру массой 50 г иммобилизуют путем центрифугирования с 12 г смеси лактат магния:кальция:граншлаком (1:2:1). 1 мл гексаметафосфата натрия (0,01% раствор для стабилизации) и 100 г 15%-го раствора карбоксиметилцеллюлозы в течение 10-15 минут при температуре 40°С. Полученную массу охлаждают и измельчают до размера 2-5 мм. Далее аналогично примеру 4. Результаты испытаний приведены в табл.1.

Пример 15. Для получения культуральной жидкости штаммы бактерий Sp. pasteitrii, В. Sphaericus, В. Pseudofirmus в соотношении 2:1:1 перемешивают для получения однородной бактериальной культуры с суммарной концентрацией бактерий 10⁵-10⁶.

Далее бактериальную культуру массой 50 г иммобилизуют путем центрифугирования с 12 г смеси лактат магния:кальция:граншлаком (1:2:1). 1 мл гексаметафосфата натрия (0,01% раствор для стабилизации) и 100 г 15%-го раствора карбоксиметилцеллюлозы в течение 10-15 минут при температуре 40°С. Полученную массу охлаждают и измельчают до размера 2-5 мм. Далее аналогично примеру 4. Результаты испытаний приведены в табл.1.

Пример 16. Для получения культуральной жидкости штаммы бактерий Sp. pasteitrii, В. Sphaericus, В. Pseiidofirmus в соотношении 2:2:1 перемешивают для получения однородной бактериальной культуры с суммарной концентрацией бактерий 10⁵-10⁶.

Далее бактериальную культуру массой 50 г иммобилизуют путем центрифугирования с 12 г смеси лактат магния:кальция:граншлаком (1:2:1), 1 мл гексаметафосфата натрия (0,01% раствор для стабилизации) и 100 г 15%-го раствора карбоксиметилцеллюлозы в течение 10-15 минут при температуре 40°С. Полученную массу охлаждают и измельчают до размера 2-5 мм. Далее аналогично примеру 4. Результаты испытаний приведены в табл.1.

Пример 17. Для получения культуральной жидкости штаммы бактерий Sp. pasteitrii, В. Sphaericus, В. Pseudofirmus в соотношении 1:2:2 перемешивают для получения однородной бактериальной культуры с суммарной концентрацией бактерий 10⁵-10⁶.

Далее бактериальную культуру массой 50 г иммобилизуют путем центрифугирования с 12 г смеси лактат магния:кальция:граншлаком (1:2:1), 1 мл гексаметафосфата натрия (0,01% раствор для стабилизации) и 100 г 15%-го раствора карбоксиметилцеллюлозы в течение 10-15 минут при температуре 40°С. Полученную массу охлаждают и измельчают до размера 2-5 мм. Далее аналогично примеру 4. Результаты испытаний приведены в табл.1.

Изобретение относится к области биотехнологии. Изобретение представляет собой способ получения биодобавки для бетонной смеси, предварительно культивируемой на синтетической питательной среде Кристенсена с добавкой мочевины, в течение 24-72 ч, при температуре 28-40°С, в качалочном режиме 140-160 об/мин, отличающийся тем, что смесь отдельных штаммов бактерий вида Sp. Pasteurii, В. Sphaericus, В. Pseudofirmiis в соотношении 1:1:1 с концентрацией не менее 10⁵-10⁶ клеток/мл иммобилизуют с 12 г смеси лактат магния:кальция:граншлак (1:2:1), 1 мл гексаметафосфата натрия (0,01% раствор для стабилизации) и 100 г 15%-ного раствора карбоксиметилцеллюлозы в течение 10-15 минут при температуре 40°С, измельчают и вводят в количестве 0,4-0,5 мас.% цемента (в пересчете на сухое вещество) в бетонную смесь. Данное изобретение относится к строительным материалам, а именно к добавкам для бетонных смесей, и может быть использовано при изготовлении конструкций, изделий и материалов как в промышленном строительстве, так и для возведения объектов жилищного и промышленного назначения. 1 табл., 17 пр.

Способ получения биодобавки для бетонной смеси, предварительно культивируемой на синтетической питательной среде Кристенсена с добавкой мочевины, в течение 24-72 ч, при температуре 28-40°С, в качалочном режиме 140-160 об/мин, отличающийся тем, что смесь отдельных штаммов бактерий вида Sp. pasteurii, В. Sphaericus, В. Pseudofirmus в соотношении 1:1:1 с концентрацией не менее 10⁵-10⁶ клеток/мл иммобилизуют с 12 г смеси лактата магния:кальция:граншлака 1:2:1, 1 мл гексаметафосфата натрия 0,01% - раствор для стабилизации - и 100 г 15%-ного раствора карбоксиметилцеллюлозы в течение 10-15 минут при температуре 40°С.