БЕТОН С ЭЛЕМЕНТАМИ ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА Российский патент 2024 года по МПК C04B28/04 C04B111/20 B28C5/00 G01M7/00 

Изобретение относится к строительным материалам и может быть использовано для изготовления изделий из бетона, как в гражданском, так и в промышленном строительстве.

Бетон с элементами искусственного интеллекта, полученный из смеси, содержащей портландцемент, песок, гравий, поликарбоксилат, диоксид титана, соль оксикислоты, силикат щелочного металла, кислый карбонат щелочного металла, наномодифицирующую добавку, состоящую из наночастиц SiO₂ - золь, наночастиц Fe₂O₃ - золь оксида железа, наночастиц Al₂O₃ - золь оксида алюминия, наночастиц CaCl₂ - золь, наноуглеродной сажи, и воду, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

портландцемент 18-30 песок 30-40 гравий 30-40 поликарбоксилат 0,18-0,23 диоксид титана 0,3-0,5 соль оксикислоты 0,9-1,0 силикат щелочного металла 1,0-5,0 кислый карбонат щелочного металла 1,0-5,0 наночастицы SiO₂ - золь 0,1-0,9 наночастицы Fe₂O₃ - золь оксида железа 0,02-0,2 наночастицы Al₂O₃ - золь оксида алюминия 0,1-0,3 наночастицы CaCl₂ - золь 3,6-4,0 наноуглеродная сажа 4,0-5,0 вода остальное,

при этом внутри бетона размещено интеллектуальное устройство, представляющее собой пьезокерамический преобразователь в виде накладки с водонепроницаемым изолирующим покрытием, выполненный с возможностью контроля набора прочности бетона и мониторинга его состояния.

Способ получения бетона с элементами искусственного интеллекта включает перемешивание портландцемента, гравия, песка и 2/3 воды с последующим добавлением суперпластификатора, смешанного с оставшейся водой и указанными добавками и встраиванием в бетонную смесь унифицированного устройства контроля.

Интеллектуальное устройство содержит пьезокерамическую накладку размером 10 мм × 10 мм × 0,267 мм, водонепроницаемое изолирующее покрытие, два припаянных электрических провода с двух сторон пьезоэлектрической накладки, которые все встроены в небольшой кубический бетонный блок. Данные параметры приведены в качестве примера и не предназначены для ограничения объема изобретения.

Технический результат - формирование способности строительного бетона к самоорганизации, с возможностью "обучения" интеллектуальному поведению" при взаимодействии с окружающей средой, применение в бетонном камне интеллектуального устройства с возможностями искусственного интеллекта.

Известна строительная смесь для приготовления бетонного состава, содержащая цемент, песок и воду (Баженов Ю.М. Технология бетона. М.: Изд-во АСВ, 2002. - С. 274-275). Бетонный камень, полученный на основе данной строительной смеси отличается не высокой прочностью при сжатии и изгибе.

Известна строительная смесь для изготовления бетона, включающая портландцемент 19,00-20,00, песок 58,80-61,92, воду, алюминиевую пудру 0,024-0,025, поверхностно-активное вещество СДБ 0,009-0,01, сернокислый натрий 0,24-0,25, отработанный катализатор изопренового производства 1,56-4,68 и воду (Патент 2198861).

Недостатками данной строительной смеси являются: невысокая прочность на сжатие, низкая плотность, большое количество компонентов (7 штук), снижающих однородность смеси, а также сложность ее изготовления.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является мелкозернистый бетон, состоящий из портландцемента, глауконитового песка, воды, суперпластификатора С-3 и наполнителя - молотого глауконитового песка (Положительное решение по заявке на патент № 2008103138/03(003432) от 16 февраля 2009 г.).

Недостатками данного технического решения являются невысокая прочность при сжатии, потеря активности наполнителя - молотого глауконитового песка при хранении и, следовательно, более низкая прочность бетона.

Задачей изобретения является разработка состава и способа получения наномодифицированного бетона с высокой прочностью и низким водопоглощением, особого химического состава, позволяющего адресно «реагировать» на определенные внешние воздействия.

Решение задачи достигается тем, что бетон, включающий портландцемент, гравий, песок, суперпластификатор и воду, наномодифицирующую добавку, дополнительно содержит добавку, придающую бетонному камню некоторые свойства искусственного интеллекта.

Способ получения наномодифицированного бетона с элементами искусственного интеллекта, получается путем перемешивания портландцемента, гравия, песка и воды с последующим добавлением суперпластификатора, смешанного с добавками.

Введение суперпластификатора позволяет увеличить подвижность бетонной смеси, снизить водоцементное отношение.

Нанодобавку получают конденсационным методом по золь-гель технологии. К примеру, при взаимодействии разбавленного раствора силиката натрия с лимонной кислотой происходит выделение новой аморфной фазы с образованием золя кремниевой кислоты.

Наномодифицирующая добавка состоит из:

наночастицы SiO₂ - (золь) 0,1-0,9 наночастицы Fe₂O₃ - (золь) оксида железа 0,02-0,2 наночастицы Al₂O₃ - (золь) оксида алюминия 0,1-0,3 наночастицы CaCl₂ - (золь) 3,6-4,0 наноуглеродная сажа 4,0-5,0;

Где наночастицы обладают значительной кинетической энергией и являются активными центрами кристаллизации.

Фотокатализ представляет собой природное явление, относящееся к некоторым веществам, известным как фотокатализаторы, 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 (Са(NO₃)₂) и карбонат кальция (СаСО₃).

Фотокаталитические процессы могут применяться для существенного уменьшения выбросов загрязняющих веществ, присутствующих в окружающей среде, например, выделяемых из выхлопных газов автомобилей, промышленных предприятий, отопления домов и других источников, и в то же время для устранения грязи, плесени и бактерий, которые приводят в негодность наружные поверхности зданий или других сооружений.

Фотокатализаторами, как правило, являются соединения металлов, такие как диоксид титана, TiO₂, наиболее активные и наиболее часто используемые оксид цинка ZnO и другие оксиды и сульфиды (СеО₂, ZrO₂, SnO₂, CdS, ZnS, и т.д.).

Пример 1

Фотокаталитический состав был получен в соответствии с настоящим изобретением посредством смешивания компонентов, мас.%:

- портландцемент 18-30; - песок 30-40; - гравий 30-40; - наночастицы SiO₂ - (золь) 0,1-0,9; - наночастицы Fe₂O₃ - (золь) оксида железа 0,02-0,2; - наночастицы Al₂O₃ - (золь) оксида алюминия 0,1-0,3; - наночастицы CaCl₂ - (золь) 3,6-4,0; - поликарбоксилат 0,18-0,23; - диоксид титана 0,3-0,5; - наноуглеродная сажа 4,0-5,0; - соль оксикислоты 0,9-1,0; - силикат щелочного металла 1,0-5,0; - кислый карбонат щелочного металла 1,0-5,0; - интеллектуальное устройство - вода остальное

Вступая в химические реакции SiO₂ обеспечивает формирование кристаллических гидросиликатов кальция вместо кристаллогидратов типа портландита, что способствует повышению плотности и прочности за счет заполнения пространства микропор кристаллическими сростками.

Применение нанодобавок обеспечивает получение суммарного эффекта, который проявляется в повышенном уплотнении и упрочнении структуры образующегося искусственного камня, результатом чего является повышение прочности в проектном возрасте при сжатии в 1,5 раза и снижение водопоглощения на 15-20%.

Интеллектуальное устройство (Фиг. 1) представляет собой унифицированное устройство контроля на основе пьезоэлектричества для бетонных конструкций. Интеллектуальный чип с элементами искусственного интеллекта (1) встраивается в бетонную конструкцию (2) перед заливкой и может использоваться не только для контроля набора прочности бетона, но и для мониторинга состояния (обнаружение и оценка трещин и повреждений) бетонного камня, с подключением к системе приема и обработки информации (4).

Интеллектуальное устройство (Фиг. 1) включает в себя пьезокерамический преобразователь (3) и соответствующие каналы связи. Пьезокерамический преобразователь (3) состоит из пьезокерамической накладки с электрическими проводами и водонепроницаемым изолирующим покрытием. Преобразователь встраивается в конструкцию (2) до ее изготовления.

Пьезокерамический преобразователь (Фиг. 2) покрыт водонепроницаемыми изолирующими слоями, а затем встраивают в бетонный блок кубической формы (2), образуя интеллектуальный заполнитель.

Преобразователь (Фиг. 2) встраивается в небольшой бетонный блок. Затем интеллектуальный заполнитель помещают в заранее определенное место в бетонной конструкции перед заливкой.

Интеллектуальное устройство (Фиг. 1) способно обеспечить раннюю индикацию состояния конструкции до того, как может произойти отказ конструкции.

Современные устройства для оценки бетона раннего возраста, такие как ультразвуковые измерители скорости волны, требуют громоздкого оборудования и не подходят для мониторинга состояния крупногабаритных бетонных конструкций на месте.

Измеритель текущей зрелости измеряет теплоту гидратации бетонной конструкции и время гидратации в раннем возрасте, чтобы оценить развитие прочности бетонной конструкции. Ультразвуковой измеритель скорости оценивает некоторые физические свойства бетонной конструкции, измеряя скорость ультразвуковых волн, распространяющихся внутри бетонной конструкции.

Существуют технологические методы оценки прочности бетона: разрушающий метод и неразрушающий контроль.

Неразрушающие: метод, основанный на гидратации, и метод, основанный на скорости ультразвуковой волны. Метод на основе тепла гидратации применим для бетона в раннем возрасте. Такой метод нельзя применять для контроля после того, как прочность бетона полностью набрана.

В методе, основанном на скорости ультразвука, применяется ультразвуковой измеритель на поверхности бетонной конструкции для измерения скорости ультразвуковых волн от поверхности.

Недостатком метода является то, что изменение скорости ультразвуковых волн не чувствительно к прочности бетона. Увеличение силы на десять процентов может привести к увеличению скорости волны менее чем на один процент.

Характеристики бетона раннего возраста являются критическим вопросом для строительства бетонных конструкций. Обнаружение трещин и повреждений является еще одним важным вопросом для обслуживания бетонных конструкций.

Интеллектуальное устройство можно применять для оценки характеристик бетона с начала периода гидратации до периода технического обслуживания в течение всего срока службы.

Другие современные устройства для оценки бетона раннего возраста не могут применяться для мониторинга состояния (обнаружение и оценка трещин) в период обслуживания.

Пример: интеллектуальное устройство (Фиг. 1) содержит пьезокерамическую накладку (Фиг. 2) размером 10 мм × 10 мм × 0,5 мм, водонепроницаемое изолирующее покрытие, два припаянных электрических провода с двух сторон пьезоэлектрической накладки, которые все встроены в небольшой кубический бетонный блок. Данные параметры приведены в качестве примера и не предназначены для ограничения объема изобретения.

Заявляемое изобретение промышленно применимо и может быть использовано в промышленном и гражданском строительстве.

Документы, цитированные в отчете о поиске

RU 2275344С1 2006.04.27 Лукутцова Наталья Петровна (RU)

СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНОГО РАСТВОРА

RU 2345968С2 2009.02.10 Битюцкая Лариса Александровна (RU)

КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНОГО МАТЕРИАЛА

RU 2331602C1 2008.08.20 Коробов Николай Васильевич (RU)

ВЫСОКОПРОЧНЫЙ БЕТОН

RU 2355656C2 2009.05.20 Пономарев Андрей Николаевич (RU)

БЕТОННАЯ СМЕСЬ

RU 2256630С1 2005.07.20 Сватовская Л.Б. (RU) ВЫСОКОПРОЧНЫЙ БЕТОН

Похожие документы

RU 2569115С1 2015.11.20 Баранова Альбина Алексеевна (RU)

СЫРЬЕВАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОГО ПЕНОБЕТОНА

RU 2358938С1 2009.06.20 Лукутцова Наталья Петровна (RU)

МЕЛКОЗЕРНИСТЫЙ БЕТОН

RU 2553576С2 2015.06.20 Шелихов Николай Сергеевич (RU)

БЕСКЛИНКЕРНОЕ ВЯЖУЩЕЕ

RU 2655633С1 2018.05.29 Солонина Валентина Анатольевна (RU)

БЕТОННАЯ СМЕСЬ

RU 2585217С1 2016.05.27 Сватовская Лариса Борисовна (RU)

СЫРЬЕВАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ЗАЩИТНОГО ПОКРЫТИЯ

RU 2553685С2 2015.06.20 Пикулин Игорь Валентинович (RU)

СОСТАВ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛЕГКОГО БЕТОНА, СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ СОСТАВА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛЕГКОГО БЕТОНА И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛЕГКОГО БЕТОНА (ВАРИАНТЫ)

RU 2616204С1 2017.04.13 Сватовская Лариса Борисовна (RU)

СЫРЬЕВАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ЗАЩИТНОГО ПОКРЫТИЯ

RU 2581062С1 2016.04.10 Сватовская Лариса Борисовна (RU)

СЫРЬЕВАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ЗАЩИТНОГО ПОКРЫТИЯ ПОВЕРХНОСТИ КАРНАЛЛИТОВОЙ ПОРОДЫ

RU 2387607С2 2010.04.27 Ефимов Петр Алексеевич (RU)

ДОБАВКА ДЛЯ МОДИФИКАЦИИ ГИПСОВЫХ ВЯЖУЩИХ, СТРОИТЕЛЬНЫХ РАСТВОРОВ И БЕТОНОВ НА ИХ ОСНОВЕ

RU 2559254С1 2015.08.10 Сватовская Лариса Борисовна (RU)

ВЫСОКОПРОЧНЫЙ БЕТОН

RU 2522588С2 2014.07.20 Зырянов Федор Александрович (RU)

БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩАЯ БЕТОННАЯ СМЕСЬ ДЛЯ РЕМОНТА СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

RU 2259976С1 2005.09.10 Федынин Н.И. (RU)

СЫРЬЕВАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛЕГКОГО БЕТОНА

RU 2659290С1 2018.06.29 Кравцов Алексей Владимирович (RU)

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ САМОУПЛОТНЯЮЩЕГОСЯ БЕТОНА И БЕТОННАЯ СМЕСЬ

RU 2272013С1 2006.03.20 Штефан Галина Ефимовна (RU)

БЕТОННАЯ СМЕСЬ

RU 2720170С1 2020.04.27 Сватовская Лариса Борисовна (RU)

СЫРЬЕВАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ЗАЩИТНОГО ПОКРЫТИЯ

RU 2669898С1 2018.10.16 Строкова Валерия Валерьевна (RU) ГИДРОФОБИЗИРУЮЩИЙ ГРАНУЛИРОВАННЫЙ ЗАПОЛНИТЕЛЬ ДЛЯ БЕТОННОЙ СМЕСИ, СОСТАВ БЕТОННОЙ СМЕСИ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ДЕКОРАТИВНЫХ БЕТОННЫХ ФАСАДНЫХ ИЗДЕЛИЙ, ДЕКОРАТИВНОЕ БЕТОННОЕ ФАСАДНОЕ ИЗДЕЛИЕ.

Изобретение относится к строительным материалам и может быть использовано для изготовления изделий из бетона как в гражданском, так и в промышленном строительстве. Бетон с элементами искусственного интеллекта получен из смеси, содержащей, мас.%: портландцемент 18-30, песок 30-40, гравий 30-40, поликарбоксилат 0,18-0,23, диоксид титана 0,3-0,5, соль оксикислоты 0,9-1,0, силикат щелочного металла 1,0-5,0, кислый карбонат щелочного металла 1,0-5,0, воду - остальное, наномодифицирующую добавку, состоящую из наночастиц SiO₂ - золь 0,1-0,9, наночастиц Fe₂O₃ - золь оксида железа 0,02-0,2, наночастиц Al₂O₃ - золь оксида алюминия 0,1-0,3, наночастиц CaCl₂ - золь 3,6-4,0, наноуглеродной сажи 4,0-5,0. При этом внутри бетона размещено интеллектуальное устройство, представляющее собой пьезокерамический преобразователь в виде накладки с водонепроницаемым изолирующим покрытием, выполненный с возможностью контроля набора прочности бетона и мониторинга его состояния. Технический результат - получение бетона с высокой прочностью и низким водопоглощением из фотокаталитического состава смеси, возможность контроля набора прочности бетона и мониторинг его состояния для обнаружения и оценки трещин и повреждений. 2 ил., 1 пр.

Бетон с элементами искусственного интеллекта, полученный из смеси, содержащей портландцемент, песок, гравий, поликарбоксилат, диоксид титана, соль оксикислоты, силикат щелочного металла, кислый карбонат щелочного металла, наномодифицирующую добавку, состоящую из наночастиц SiO₂ - золь, наночастиц Fe₂O₃ - золь оксида железа, наночастиц Al₂O₃ - золь оксида алюминия, наночастиц CaCl₂ - золь, наноуглеродной сажи, и воду, при следующем соотношении компонентов, мас.%: портландцемент 18-30; песок 30-40; гравий 30-40; поликарбоксилат 0,18-0,23; диоксид титана 0,3-0,5; соль оксикислоты 0,9-1,0; силикат щелочного металла 1,0-5,0; кислый карбонат щелочного металла 1,0-5,0; наночастицы SiO₂ - золь 0,1-0,9; наночастицы Fe₂O₃ - золь оксида железа 0,02-0,2; наночастицы Al₂O₃ - золь оксида алюминия 0,1-0,3; наночастицы CaCl₂ - золь 3,6-4,0; наноуглеродная сажа 4,0-5,0; вода остальное, при этом внутри бетона размещено интеллектуальное устройство, представляющее собой пьезокерамический преобразователь в виде накладки с водонепроницаемым изолирующим покрытием, выполненный с возможностью контроля набора прочности бетона и мониторинга его состояния.