ИСКУССТВЕННЫЙ КАМЕНЬ ИЗ БЕТОННОЙ СМЕСИ С ЭФФЕКТОМ АКТИВНОГО САМООЧИЩЕНИЯ ПОВЕРХНОСТИ В НАРУЖНОЙ СРЕДЕ ВОЗДУХА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СТЕНОВЫХ ПАНЕЛЕЙ Российский патент 2024 года по МПК C04B28/04 C04B38/00 C04B41/60 C04B41/62 C04B111/20 

Изобретение относится к производству строительных материалов и может быть использовано для получения стеновых панелей, проявляющих способность к самоочищению под действием ультрафиолетового излучения.

Уровень техники

Фотокатализ представляет собой природное явление, относящееся к некоторым веществам, известным как фотокатализаторы (например, оксид титана), которые при облучении светом подходящей длины волны способны катализировать некоторые химические реакции. Более конкретно, в присутствии воздуха и света на поверхности, содержащей фотокаталитическое вещество, активируются окислительные процессы, что приводит к преобразованию и/или разложению органических и неорганических загрязняющих веществ (микроорганизмов, оксидов азота, ароматических продуктов поликонденсации, бензола, диоксида серы, монооксида углерода, формальдегида, ацетальдегида, метанола, этанола, бензола, этилбензола, метилбензола, монооксида и диоксида азота). Такие загрязняющие окружающую среду и/или токсичные вещества превращаются в процессе фотокатализа в безвредные вещества, которые могут быть смыты дождевой водой или путем промывки, такие как нитрат натрия (NaNO₃), сульфат кальция (CaSO₄), нитрат кальция (Ca(NO₃)₂) и карбонат кальция (СаСО₃).

Из уровня техники известен состав бетонной смеси для самоочищающихся камней бетонных стеновых, раскрытый в патенте RU 2789568, опубл. 06.02.2023. Данный состав бетонной смеси включает композиционный фотокаталитический компонент, вяжущее, мелкий заполнитель - кварцевый песок, пластификатор, воду. В качестве композиционного фотокаталитического компонента содержит анатаз-кремнеземный материал на основе диатомита, в качестве вяжущего белый портландцемент, в качестве пластификатора - гиперпластификатор Melflux 5581F, при следующем соотношении компонентов, мас.%: композиционный фотокаталитический компонент 1,4-2,3; белый портландцемент 12-15; кварцевый песок 75-82; Melflux 5581F 0,2-0,3; вода остальное.

Также известна бетонная смесь, описанная в патенте RU 2632082, опубл. 02.10.2017. Известная смесь включает портландцемент, песок кварцевый, воду и дополнительно содержит стеклобой в виде тарного или строительного стекла фракций 0,16-10 мм, фотокаталитическую добавку диоксида титана, при следующем соотношении компонентов, мас.%: портландцемент М500 12,0-20,0; песок кварцевый 26,0-32,0; стеклобой 40,0-48,0; фотокаталитическая добавка диоксида титана 0,15-0,45; вода - остальное.

Известные бетонные смеси обеспечивают присутствие фотокаталитического эффекта на камне, изготовленном из этих смесей. Однако их недостаток заключается в том, что при затвердевании смеси основное содержание диоксида титана находится на поверхности камня (на границе раздела вода-воздух), вследствие чего его нельзя подвергать механической обработке без потери фотокаталитического эффекта.

Раскрытие изобретения

Техническим результатом заявленного изобретения является сохранение фотокаталитического эффекта после механической обработки искусственного камня, который обеспечивается за счет однородности распространения оксида титана в структуре камня, что позволяет не наносить на готовое изделие дополнительного покрытия из фотокаталитического вещества.

Указанный результат достигается тем, что искусственный камень изготовлен из бетонной смеси, содержащей при следующем соотношении компонентов, мас.%: цемент с содержанием клинкера не менее 94-95% от 15 до 20; микронаполнитель на основе кальцита фракции 2-100 мкм от 5 до 10; песок фракции до 0,4 мм от 5 до 10; песок фракции 0,4-1 мм от 10 до 30; мрамор белый фракции 2,5-10 мм от 40 до 60; фотокатализатор от 0,15 до 0,5; вода - остальное, при этом фотокатализатор представляет собой композицию из полимера окиси этилена и оксида титана.

Дополнительно бетонная смесь может содержать функциональные добавки и пластификаторы, необходимые для получения заданных характеристик смеси и бетона, от 0,1 до 5 % массы бетонной смеси.

Осуществление изобретения

Стеновые панели с эффектом активного самоочищения поверхности изготавливаются путем полировки искусственного камня, полученного из бетонной смеси.

Бетонная смесь содержит:

- Цемент - является вяжущим элементом, необходимым для составления каркаса бетона. В качестве цемента возможно использовать цементы с содержанием клинкера не менее 95-94%: к примеру цемент ЦЕМ I 52,5Н (ПЦБ 1-500 Д0), белый Cemix. Общее содержание цемента в смеси составляет от 15 до 20% от массы получаемой бетонной смеси;

- микронаполнитель фракции 2-100 мкм - необходим для получения плотной цементной матрицы в бетоне. В качестве наполнителя используется минеральное соединение на основе кальцита (CaCO₃), например, мраморная мука или аналогичные микронаполнители с такой же дисперсностью. Общее содержание микронаполнителя составляет от 5 до 10% от массы получаемой бетонной смеси;

- песок фракции до 0,4 мм является заполнителем и необходим для получения гранулометрического каркаса бетона как в бетонной смеси, так и в бетоне. Также обеспечивает декоративные характеристики готового изделия. Общее содержание песка такой фракции составляет от 5 до 10% от массы получаемой бетонной смеси;

- песок фракции 0,4-1 мм является заполнителем и необходим для получения гранулометрического каркаса бетона как в бетонной смеси, так и в бетоне. Общее содержание такого песка составляет от 10 до 30% от массы получаемой бетонной смеси;

- мрамор белый фракции 2,5-10 мм является заполнителем и необходим для получения гранулометрического каркаса бетона как в бетонной смеси, так и в бетоне. Общее содержание мрамора составляет от 40 до 60% от массы получаемой бетонной смеси;

- фотокатализатор на базе полимера с оксидом титана является необходимой частью, отвечающий за фотокаталитический эффект бетона. Представляет из себя композицию из полимера окиси этилена и оксида титана. Общее содержание фотокатализатора оставляет от 0,15 до 0,5% от массы получаемой бетонной смеси. Превышение его содержания приводит к удорожанию продукции без значительного увеличения фотокаталитического эффекта. За счет неионной природы полимера достигается равномерное распространение частиц оксида титана на поверхности частиц замкнутых пор в бетонном камне по всему объему. За счет этого возможно производство стеновых панелей со вскрытой фактурой методом полировке или резке массива бетона на более мелкие изделия (слебы, плиты). В одном из вариантов, полимером окиси этилена является полиэтиленгликоль, а масса полимера составляет не менее 5% от массы оксида титана.

Также бетонная смесь может содержать функциональные добавки и пластификаторы, которые необходимы для получения заданных характеристик бетонной смеси по подвижности и удобоукладываемости. Дополняя или заменяя добавки можно получить необходимые характеристики бетона по долговечности (морозостойкость, истираемость, водонепроницаемость, прочность). К примеру в качестве пластификатора использовался Синтефлоу ДМ-50 (производство Синтез Ока), а в качестве функциональных добавок: редиспергируемые порошки, пеногаситель и воздухововлекающая добавка. Их общее содержание может составлять от 0,1 до 5% от массы получаемой бетонной смеси.

Приготовление бетонной смеси осуществляется следующим образом:

В бетоносмеситель принудительного действия высыпаются все компоненты, указанные выше. Дозирование воды происходит частями 70% от требуемой массы сразу и 30% после 30 секундного перемешивания. Общее время перемешивания полученной смеси должно быть не менее 3 минут.

Полученную бетонную смесь заливают в листовую форму для получения плоских изделий с заданной по проекту толщиной или в кубическую емкость для получения в дальнейшем объемных фигур. В дальнейшем происходит твердение (набор прочности) в нормальных условиях при температуре 20°С и влажности среды не менее 95%. Также допускается применять тепло-влажностную обработку в соответствие с режимами и требованиями предприятия.

После распалубки бетонные изделия подвергаются вскрытию фактуры - полировке (для плоских изделий) или распиловки на необходимые размеры с последующей полировкой для получения лицевых панелей. Обработанные изделия (лицевые панели) могут быть покрыты гидрофобизирующей паропроницаемой пропиткой, например гидрофобизирующей кремнийорганической жидкостью, кремнийорганическим соединением или т.п., для дополнительного снижения образования налета (копоти, пыли) от естественной среды, что существенно повысит срок службы изделий и сохранит эффект фотокатализации на поверхности бетонной поверхности.

Примеры изготовления

Для подтверждения заявленных свойств были проведены испытания с различным составом бетона и способа его обработки. Полученные результаты внесены в таблицы 1 и 2.

Состав бетонной смеси в весовых значениях в сухом состоянии для контрольного образца № 1 (см. таблицу 1):

Цемент белый - 400 кг

Мука мраморная 2-100 микрон - 190 кг

Песок фракции 0-0,4 мм - 190 кг

Песок фракции 0,4-1 мм - 300 кг

Мрамор белый 2,5-10 мм - 1100 кг

Пластификатор на базе полимера эфиров акриловой кислоты "Синтефлоу ДМ-50" - 3,1 кг

Функциональные добавки: редиспергируемый порошок - 10 кг; пеногаситель - 2 кг; воздухововлекающая добавка - 5 кг

Вода - 170 кг.

Состав бетонной смеси в весовых значениях в сухом состоянии для образцов №№ 2-7:

Цемент белый - 400 кг

Мука мраморная 2-100 микрон - 190 кг

Песок фракции 0-0,4 мм - 190 кг

Песок фракции 0,4-1 мм - 300 кг

Мрамор белый 2,5-10 мм - 1100 кг

Пластификатор на базе полимера эфиров акриловой кислоты "Синтефлоу ДМ-50" - 3,1 кг

Функциональные добавки: редиспергируемый порошок - 10 кг; пеногаситель - 2 кг; воздухововлекающая добавка - 5 кг

Фотокатализатор на базе полимера с оксидом титана - 4 кг

Вода - 170 кг

Таблица 1. Результаты сравнительных испытаний самоочищения

Образец
№ Технология производства, способ обработки Характеристики бетона Примечание Предельная прочность на сжатие, МПа Марка по морозо-стой-кости Марка по водонепро-ницаемости Способность к самоочищению (удаление Родамина Б через 26 часов УФ-облучения), % 1 НУ Без вскрытия поверхности 42 F200 W6 Отсутствует Контрольный образец без добавления фотокатализатора 2 НУ Без
вскрытия поверхности 36 F200 W6 62 Образец c добавлением фото-катализатора 3 ТВО Без
вскрытия поверхности 32 F150 W4 62 Образец c добавлением фотокатализатора 4 НУ С
вскрытием фактуры 36 F200 W6 58 Образец c добавлением фотокатализатора 5 ТВО С
вскрытием фактуры 32 F150 W4 54 Образец c добавлением фотока-тализатора 6 НУ С
вскрытием фактуры 36 F200 W6 49 Образец c добавлением фотокатализатора. Покрыт гидрофобизатором 7 ТВО С
вскрытием фактуры 32 F150 W4 55 Образец c добавлением фотокатализатора. Покрыт гидрофобизатором

Таблица 2. Результаты сравнительных испытаний самоочищения после нанесения водной дисперсии технического углерода с последующем высушиванием и промывкой проточной водой

Образец
№ Технология производства, способ обработки Характеристики бетона Примечание Предельная прочность на сжатие,
МПа Марка по морозо-стойкости Марка по водонепро-ницаемости Способность к самоочищению (удаление Родамина Б через 26 часов УФ-облучения), % 1 НУ Без вскрытия поверхности 42 F200 W6 Отсутствует Частично остаются следы сажи 2 НУ Без вскрытия поверхности 36 F200 W6 12 Частично остаются следы сажи 3 ТВО Без вскрытия поверхности 32 F150 W4 16 Частично остаются следы сажи 4 НУ С вскрытием фактуры 36 F200 W6 17 Частично остаются следы сажи 5 ТВО С вскрытием фактуры 32 F150 W4 17 Частично остаются следы сажи 6 НУ С вскрытием фактуры 36 F200 W6 41 Следы сажи отсутствуют 7 ТВО С вскрытием фактуры 32 F150 W4 42 Следы сажи отсутствуют

Вскрытие фактуры подразумевает собой полировку в водной среде до достижения зернистости от 400 микрон.

Полученные данные показали сохранение фотокаталитического эффекта после полировки бетона.

Группа изобретений относится к производству строительных материалов и может быть использована для получения стеновых панелей, проявляющих способность к самоочищению под действием ультрафиолетового излучения. Бетонная смесь для изготовления искусственного камня содержит, мас.%: цемент с содержанием клинкера не менее 94-95% от 15 до 20, микронаполнитель на основе кальцита фракции 2-100 мкм от 5 до 10, песок фракции до 0,4 мм от 5 до 10, песок фракции 0,4-1 мм от 10 до 30, мрамор белый фракции 2,5-10 мм от 40 до 60, фотокатализатор от 0,15 до 0,5, воду - остальное. При этом фотокатализатор представляет собой композицию из полимера окиси этилена и оксида титана. Технический результат – сохранение фотокаталитического эффекта после механической обработки искусственного камня, который обеспечивается за счет однородности распространения оксида титана в структуре камня. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Бетонная смесь для изготовления искусственного камня с эффектом активного самоочищения поверхности, характеризующаяся тем, что содержит в своем составе компоненты при следующем их соотношении, мас.%:

цемент с содержанием клинкера не менее 94-95% от 15 до 20 микронаполнитель на основе кальцита фракции 2-100 мкм от 5 до 10 песок фракции до 0,4 мм от 5 до 10 песок фракции 0,4-1 мм от 10 до 30 мрамор белый фракции 2,5-10 мм от 40 до 60 фотокатализатор от 0,15 до 0,5 вода остальное,

при этом фотокатализатор представляет собой композицию из полимера окиси этилена и оксида титана.

2. Бетонная смесь по п. 1, содержащая от 0,1 до 5% от массы бетонной смеси пластификатор и функциональные добавки – редиспергируемый порошок, пеногаситель и воздухововлекающую добавку.

3. Бетонная смесь по п. 1, в которой микронаполнителем является мраморная мука.

4. Бетонная смесь по п. 1, в которой полимером окиси этилена является полиэтиленгликоль.

5. Искусственный камень с эффектом активного самоочищения поверхности, характеризующийся тем, что он получен из бетонной смеси по любому из пп. 1-4.

6. Искусственный камень по п. 5, характеризующийся тем, что его поверхность покрыта гидрофобизирующей паропроницаемой пропиткой.