Способ получения электропроводящего самоуплотняющегося бетона Российский патент 2025 года по МПК C04B28/04 C04B111/94 

Изобретение относится к строительной, военной и энергетической отрасли, в частности к получению композиционного строительного материала, обладающего повышенной электрической проводимостью, обеспечивающей возможность его применения для устройства резистивных нагревательных элементов и покрытий на их основе, экранирующих и антистатических изделий и конструкций непосредственно на строительном объекте либо по месту применения, твердение бетона при этом осуществляется в нормальных условиях (без дополнительной термической или иной обработки/воздействия).

Известен способ получения электропроводящего бетона (RU 2291130 C1, МПК: C04B 28/04, 14.06.2005), включающий перемешивание цемента с порошкообразным графитом, а затем с песком с последующим добавлением в смесь воды и перемешиванием с получением смеси, ее формование и сушку при комнатной температуре до полного затвердения, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

порошкообразный графит 15-35

цемент 20-30

песок 25-45

вода остальное.

Недостатком данного решения является отсутствие в его составе пластификатора, обеспечивающего улучшение гомогенизации смеси и повышение равномерности распределение порошкообразного графита, а также повышающего сохраняемость технологических свойств смеси. Высокое количество порошкообразного графита, обладающего высокой водопотребностью, снижает физико-механические характеристики получаемого материала.

Наиболее близким к предлагаемому решению является способ получения электропроводящего бетона (RU 2810991 C1, МПК: C04B 28/04, 29.08.2023), включающий совместное измельчение портландцемента и суперпластификатора в шаровой мельнице в течение одного часа, затем их смешивание с песком, щебнем и с водой при водоцементном отношении 0,275 в течении 5 минут, выдержки их без перемешивания в течении 10 минут, и дальнейшее перемешивание с одновременным вводом углеродного компонента с водой затворения до получения водоцементного отношения 0,3-0,45, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

портландцемент 16,74-17,18

щебень 40,68-41,74

песок 33,39-35,30

углеродный компонент OMCARB СН85 0,35-1,36

суперпластификатор С-3 0,20-0,21

вода остальное.

Удельное электрическое сопротивление известного бетона находится в диапазоне 160-400 Ом*м, что требует приложения токов повышенного напряжения, небезопасного для человека, для получения резистивных нагревательных элементов. Осадка стандартного конуса Абрамса бетонной смеси, приготовленной в соответствии с формулой прототипа, составляет 16 см, что соответствует марке по подвижности П4 и требует виброуплотнения при укладке смеси. Кроме того, в известном решении необходим совместный помол в шаровой мельнице портландцемента и суперпластификатора, что также усложняет производство.

Технический результат предложенного решения заключается в снижении удельного электрического сопротивления бетона и упрощении производства бетонной смеси. Применение предлагаемой бетонной смеси возможно непосредственно на строительном объекте, а ее укладка производится без дополнительного уплотнения. Дальнейшая эксплуатация не требует дополнительных мероприятий по сушке и гидроизоляции готового изделия или конструкции. Проводимость токопроводящего бетона не изменяется в процессе твердения и высыхания при хранении и использовании в естественных условиях.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения электропроводящего самоуплотняющегося бетона, содержащего портландцемент, токопроводящий компонент, суперпластификатор и воду, включающий перемешивание, согласно изобретения, в качестве суперпластификатора используется поликарбоксилатный суперпластификатор, а в качестве токопроводящего компонента - технический углерод П-803, технический углерод К-354 и углеродная фибра длиной 3 мм, при следующем соотношении компонентов, мас. %: портландцемент - 51,0-52,1, технический углерод П-803 - 19,6-21,3, технический углерод К-354 - 3,8-4,9, углеродная фибра - 0,4-0,5, поликарбоксилатный суперпластификатор - 1,63-1,67, вода - остальное, при этом после перемешивания портландцемента, технического углерода П-803, технического углерода К-354 и углеродной фибры вводят 2/3 воды затворения, перемешивают все до однородной массы, затем вводят остальную воду и суперпластификатор и далее перемешивают все до получения однородной массы.

Используемый технический углерод П-803 (ГОСТ 7885-86 Углерод технический для производства резины) представляет собой сажу - печной, малоактивный углерод, получаемый путем термоокислительного разложения жидкого углеводородного сырья, с низким показателем дисперсности и средним показателем структурности, а технический углерод К-354 (ГОСТ 7885-86 Углерод технический для производства резины) представляет собой канальный, активный углерод, получаемый в диффузионном пламени при термоокислительном разложении природного или попутного газа с высоким показателем дисперсности и низким показателем структурности.

Получаемый бетон является бетоном нормального твердения, то есть при его использовании не требуется проведение дополнительных операций по тепловлажностной обработке, сушке и т.д., что позволяет применять его непосредственно на строительном объекте. Для самоуплотняющегося бетона при его укладке в форму или опалубку не требуется его дополнительное уплотнение, что облегчает производство работ, повышает однородность получаемого материала.

Получаемый бетон обладает повышенной стабильной электрической проводимостью, то есть его удельное электрическое сопротивление в процессе твердения изменяется несущественно, что позволяет заранее рассчитывать эксплуатационные свойства. Применение поликарбоксилатного суперпластификатора улучшает реологические характеристики смеси, обеспечивает эффект самоуплотнения и улучшает физико-механические характеристики бетона за счет снижения водоцементного соотношения.

В предложенном решении отсутствует этап (стадия) совместного помола в шаровой мельнице портландцемента и суперпластификатора, что упрощает производство бетонной смеси.

Пример получения порошкового самоуплотняющегося бетона нормального твердения с повышенной стабильной электрической проводимостью:

1. Компоненты берут в следующем соотношении, мас. %: портландцемент - 52,1, технический углерод П-803 - 21,3, технический углерод К-354 - 3,8, углеродная фибра длиной 3 мм - 0,4, поликарбоксилатный суперпластификатор - 1,63, вода - остальное. В планетарный бетоносмеситель загружается портландцемент, технический углерод П-803, технический углерод К-354 и углеродная фибра длиной 3 мм. Производится сухое перемешивание до однородного состояния. Затем добавляется 2/3 воды. Компоненты перемешиваются до однородного влажного состояния. После этого вводится остальная часть воды вместе с поликарбоксилатным суперпластификатором и перемешивается до получения однородной массы. Получаемая смесь имеет расплыв конуса Абрамса 550 мм и обладает эффектом самоуплотнения. Твердение осуществляется в нормальных условиях, в возрасте 28 суток нормального твердения удельное электрическое сопротивление составляет 0,35 Ом*м.

2. Компоненты берут в следующем соотношении, мас. %: портландцемент - 52, технический углерод П-803 - 21,2, технический углерод К-354 - 3,8, углеродная фибра длиной 3 мм - 0,5, поликарбоксилатный суперпластификатор - 1,63, вода - остальное. В планетарный бетоносмеситель загружается портландцемент, технический углерод П-803, технический углерод К-354 и углеродная фибра длиной 3 мм. Производится сухое перемешивание до однородного состояния. Затем добавляется 2/3 воды. Компоненты перемешиваются до однородного влажного состояния. После этого вводится остальная часть воды вместе с поликарбоксилатным суперпластификатором и перемешивается до получения однородной массы. Получаемая смесь имеет расплыв конуса Абрамса 550 мм и обладает эффектом самоуплотнения. Твердение осуществляется в нормальных условиях, в возрасте 28 суток нормального твердения удельное электрическое сопротивление составляет 0,29 Ом*м.

3. Компоненты берут в следующем соотношении, мас. %: портландцемент - 52,1 технический углерод П-803 - 20, технический углерод К-354 4,9, углеродная фибра длиной 3 мм - 0,4, поликарбоксилатный суперпластификатор - 1,67, вода - остальное. В планетарный бетоносмеситель загружается портландцемент, технический углерод П-803, технический углерод К-354 и углеродная фибра длиной 3 мм. Производится сухое перемешивание до однородного состояния. Затем добавляется 2/3 воды. Компоненты перемешиваются до однородного влажного состояния. После этого вводится остальная часть воды вместе с поликарбоксилатным суперпластификатором и перемешивается до получения однородной массы. Получаемая смесь имеет расплыв конуса Абрамса 550 мм и обладает эффектом самоуплотнения. Твердение осуществляется в нормальных условиях, в возрасте 28 суток нормального твердения удельное электрическое сопротивление составляет 0,28 Ом*м.

4. Компоненты берут в следующем соотношении, мас. %: портландцемент - 51, технический углерод П-803 - 19,6, технический углерод К-354 - 4,9, углеродная фибра длиной 3 мм - 0,5, поликарбоксилатный суперпластификатор - 1,67, вода - остальное. В планетарный бетоносмеситель загружается портландцемент, технический углерод П-803, технический углерод К-354 и углеродная фибра длиной 3 мм. Производится сухое перемешивание до однородного состояния. Затем добавляется 2/3 воды. Компоненты перемешиваются до однородного влажного состояния. После этого вводится остальная часть воды вместе с поликарбоксилатным суперпластификатором и перемешивается до получения однородной массы. Получаемая смесь имеет расплыв конуса Абрамса 550 мм и обладает эффектом самоуплотнения. Твердение осуществляется в нормальных условиях, в возрасте 28 суток нормального твердения удельное электрическое сопротивление составляет 0,25 Ом*м.

Результаты измерений образцов приведены в таблице. Номер образца соответствует номеру примера.

Таблица

№ Образца Уплотнение бетонной смеси при укладке Расплыв стандартного конуса Абрамса, мм Условия твердения Удельное электрическое сопротивление в возрасте 7 сут, Ом*м Удельное электрическое сопротивление в возрасте 28 сут, Ом*м 1 Самоуплотнение 550 Нормальные 0,31 0,35 2 Самоуплотнение 550 Нормальные 0,25 0,29 3 Самоуплотнение 550 Нормальные 0,23 0,28 4 Самоуплотнение 550 Нормальные 0,25 0,25

Изобретение относится к строительной, военной и энергетической отрасли, в частности к получению композиционного строительного материала, обладающего повышенной электрической проводимостью. Электропроводящий самоуплотняющийся бетон нормального твердения с повышенной электрической проводимостью включает в себя портландцемент, поликарбоксилатный суперпластификатор, токопроводящий компонент: технический углерод П-803, технический углерод К-354, и углеродная фибра длиной 3 мм. Соотношение компонентов следующее, мас. %: портландцемент 51,0-52,1, технический углерод П-803 19,6-21,3, технический углерод К-354 3,8-4,9, углеродная фибра длиной 3 мм 0,4-0,5, поликарбоксилатный суперпластификатор 1,63-1,67, вода – остальное. В планетарный бетоносмеситель загружается портландцемент, технический углерод П-803, технический углерод К-354 и углеродная фибра длиной 3 мм. Производится сухое перемешивание до однородного состояния. Затем добавляется 2/3 воды. Компоненты перемешиваются до однородного влажного состояния. После этого вводится остальная часть воды вместе с поликарбоксилатным суперпластификатором и перемешивается до получения однородной массы. Применение предлагаемой бетонной смеси возможно непосредственно на строительном объекте без дополнительного уплотнения и дополнительных мероприятий по сушке и гидроизоляции готового изделия или конструкции. Проводимость токопроводящего бетона не изменяется в процессе твердения и высыхания при хранении и использовании в естественных условиях. Технический результат – снижение удельного электрического сопротивления бетона и упрощение производства бетонной смеси. 1 табл., 4 пр.

Способ получения электропроводящего самоуплотняющегося бетона из сырьевой смеси, содержащей портландцемент, токопроводящий компонент, воду, включающий перемешивание компонентов с последующим твердением бетонной смеси, отличающийся тем, что сырьевая смесь дополнительно содержит поликарбоксилатный суперпластификатор, а в качестве токопроводящего компонента используется технический углерод П-803, технический углерод К-354 и углеродная фибра длиной 3 мм, при следующем соотношении компонентов, мас. %: портландцемент - 51,0-52,1, технический углерод П-803 - 19,6-21,3, технический углерод К-354 - 3,8-4,9, углеродная фибра - 0,4-0,5, поликарбоксилатный суперпластификатор - 1,63-1,67, вода - остальное, при этом после перемешивания портландцемента, технического углерода П-803, технического углерода К-354 и углеродной фибры вводят 2/3 воды затворения, перемешивают все до однородной массы, затем вводят остальную воду и суперпластификатор и далее перемешивают все до получения однородной массы.