Способ получения гибридных органоминеральных микрокапсул для бетонных смесей и строительных растворов
METHOD FOR PRODUCING HYBRID ORGANOMINERAL MICROCAPSULES FOR CONCRETE MIXES AND BUILDING MORTARS

Изобретение относится к области производства строительных материалов и может быть использовано для получения эффективных самовосстанавливающихся строительных растворов, бетонов, сухих строительных смесей с использованием гибридных органоминеральных микрокапсул.
Известен способ получения плазмобиомодифицированных заполнителей из силикатсодержащих горных пород (Патент РФ №2638595), используемых для придания функции самовосстановления строительным материалам в процессе эксплуатации и содержащих в своем составе биоактивный материал, в качестве которого используют клетки грамположительных и грамотрицательных бактерий, которые обладают способностью участвовать в образовании карбоната кальция.
Недостатком данного технического решения является высокое массовое содержание (37%) пористого заполнителя (диатомиты, цеолиты, шунгизиты), что является целесообразным только для легких и ячеистых бетонов, которые не несут большую нагрузку, но не подходит для тяжелых и мелкозернистых бетонов.
Известны способы получения комплексной добавки для бетонов, строительных растворов и цементных композитов (Патент РФ №2467968), заключающиеся в смешивании пуццолановой добавки, глины, минеральной добавки и воды.
Недостатком данного технического решения является незамедлительность действия добавки при использовании, она будет способна залечивать трещины в бетоне (за счет образования гидросиликатов кальция при взаимодействии пуццолана с гидроксидом кальция), но только на начальной стадии его жизненного цикла.
Известен способ получения органоминерального модификатора для бетонных смесей и строительных растворов (Патент РФ №2382004), заключающийся в механическом смешивании высокодисперсной пуццолановой добавки, микронаполнителя и суперпластификатора в определенном соотношении до гомогенного состояния и последующего уплотнения.
Недостатком данного технического решения является незамедлительность действия добавки при использовании.
Наиболее близким техническим решением по получению гибридных органоминеральных микрокапсул, выбранным в качестве прототипа, является гибридная органоминеральная добавка (Патент РФ №2608139), которая содержит в качестве минеральной составляющей смесь, состоящую из метакаолина, трепела и золы-уноса, а в качестве химической добавки - гиперпластификатор на поликарбоксилатной основе или нафталинформальдегидный суперпластификатор.
Недостатком данного технического решения является незамедлительность действия добавки при использовании.
Задачей изобретения является получение гибридных органоминеральных микрокапсул, способных сохранять свое действие при использовании в течение всего жизненного цикла строительного материала.
Технический результат совпадет с задачей изобретения и достигается смешиванием сухой активной пуццолановой добавки и извести до гомогенного состояния, их механоактивацией путем сухого помола на планетарно-шаровой мельнице и последующим смешиванием с небольшим количеством безводного жидкого биоразлагаемого полимера. Количество жидкого полимера должно составлять не более 15% всей реакционной массы. После полимеризации полученную массу измельчают до размера частиц не более 1 мкм. Полученные таким образом гибридные органоминеральные микрокапсулы добавляют в цементы, строительные растворы, бетоны и т.д. с обязательным тщательным перемешиванием для достижения равномерного распределения микрокапсул в объеме материала.
В случае трещинообразования к микрокапсулам на поверхности трещины начинает поступать воздух и биополимерная оболочка начинает разлагаться (предпочтительнее выбирать биополимер, разлагающийся при воздействии повышенной температуры ≈60°С или при воздействии воздуха, например при попадании на них аэробных бактерий, кроме того предпочтение следует отдавать биополимерам, не растворимым в воде, но разлагающимся с выделением воды), освобождая смесь пуццолановых добавок. В случае увлажнения бетона трещины с активированными микрокапсулами будут самозалечиваться за счет образования гидросиликатов кальция при взаимодействии пуццолана с известью и/или портландитом (гидроксид кальция - один из продуктов твердения цемента) в водной среде.
3
В качестве пуццолановой добавки можно использовать любое вещество, способное при реакции гидратации образовывать гидросиликаты кальция, в данном случае используют сапонит-содержащую добавку, предварительно подвергнутую механоактивации. В качестве биоразлагаемого полимерного связующего можно использовать любое органическое соединение, способное к самопроизвольной полимеризации и разложению микроорганизмами, в данном случае используют ацетаты целлюлозы, представляющие собой белую аморфную массу плотностью около 1300 кг/м.
Пример осуществления изобретения: производят сухой помол безводного сапонит-содержащего материала до размера частиц не менее 200 нм и не более 400 нм (продольные размеры, т.к. отдельные частицы имеют форму пластинок толщиной в несколько нанометров) любым известным методом. В отмеченном размерном диапазоне сапонит-содержащий материал при взаимодействии с гидроксидом кальция и водой способен образовывать гидросиликаты группы тоберморита. Подготовленный таким образом сапонит-содержащий материал смешивают механоактивированной известью сопоставимой степени дисперсности. В качестве безводного полимера в сухую смесь добавляют ацетаты целлюлозы и смесь перемешивают, после чего выдерживают до полной полимеризации в течение 20 мин. После полимеризации полученную массу измельчают для лучшего смешения со строительной смесью, в данном случае до размера частиц не более 1 мкм. Полученные таким образом гибридные органоминеральные микрокапсулы добавляют в цементы, строительные растворы, бетоны и т.д. с обязательным тщательным перемешиванием для достижения равномерного распределения микрокапсул в объеме материала.
Использование микрокапсул обеспечивает получение эффективных самовосстанавливающихся строительных растворов, бетонов, сухих строительных смесей.