КОМПОЗИЦИЯ С ПОНИЖЕННЫМ ИМПЕДАНСОМ И СПОСОБ ЕЕ ПРИГОТОВЛЕНИЯ
COMPOSITION WITH REDUCED IMPEDANCE AND METHOD FOR ITS PREPARATION

Изобретение относится к составам строительных растворов на основе портландцемента, а именно к технологии изготовления силикатных вяжущих с пониженным импедансом [с повышенной электропроводимостью) и может применяться в строительстве, например при изготовлении строительных материалов и изделий, а именно плиток, стеновых панелей, перегородок и железобетонных конструкций.
Из уровня техники известна сухая композиция на основе шунгита (RU 2540747C1, МПК С04В 28/30, опубл. 10.02.2015). Композиция включает активный оксид магния - порошок магнезитовый каустический, модифицирующую добавку и природный минерал шунгит, при этом активный оксид магния дополнительно взят в виде порошка каустического брусита, модифицирующая добавка включает суперпластификаторы поликарбоксилат и этилен и гидрофобизатор - порошок стеарата цинка, а природный минерал шунгит взят в полидисперсном состоянии.
Способ приготовления сухой композиции в количестве 100 кг включает в себя смешивание в смесителе 20,3 кг каустического магнезита, 13,8 кг каустического брусита, 0,5 кг поликарбоксилата, 1,5 кг этилена, 0,6 кг стеарата цинка, затем в полученную смесь вводят 63,3 кг полидисперсного шунгита и вновь перемешивают в течение 5-7 минут. Готовую сухую композицию затворяют раствором бишофита плотностью 1,19 кг/л до образования высокоподвижной массы с самовыравнивающейся поверхностью.
Недостатком известной композиции и способа ее приготовления является то, что в ее составе применяется дефицитный компонент - шунгит, добыча которого производится лишь в некоторых районах Российской Федерации. Кроме того введение токопроводящих добавок по способу осуществляют в сухом виде, что негативно сказывается на электрическом сопротивлении композита и равномерности распределения токопроводящей добавки в матрице вяжущего.
Наиболее близким составом к заявленной композиции, рецептура которого выбрана в качестве прототипа признан радиозащитный строительный бетон (RU 2545585C1, МПК С04В 28/04, G21F 1/04, С04В 111/20, опубл. 10.04.2015). Бетон представляет собой смесь, включающую в себя портландцемент, песок, воду затворения, пористый заполнитель и углеродсодержащий радиопоглощающий наполнитель. При этом пористый заполнитель представляет собой пеностеклянные гранулы размером до 5 мм, а углеродсодержащий радиопоглощающий наполнитель представляет собой структурированный гель, содержащий 51-63 мас. % 5-10%-ного водного раствора поливинилового спирта, 4-7 мас. % лигносульфоната натрия, 9-12 мас. % водного 25%-ного раствора аммиака и 24-30 мас. % электропроводного технического углерода, а исходные компоненты бетона берутся в следующем объемном соотношении: портландцемент: песок: вода затворения: пористый заполнитель: углеродсодержащий радиопоглощающий наполнитель 1:(0-0,3):(0,4-0,6):(1,5-2,3):(0,1-0,4) соответственно.
Способ изготовления радиозащитного строительного бетона из смеси, рецептура которой представлена выше, заключается в приготовлении раствора из портландцемента, песка, воды затворения, пористого заполнителя и углеродсодержащего радиопоглощающего наполнителя с последующим его отверждением. При этом углеродсодержащий радиопоглощающий наполнитель готовят предварительно следующим образом: в водном растворе аммиака растворяют порошкообразный лигносульфонат натрия, далее этот раствор смешивают с водным раствором поливинилового спирта и в полученном растворителе диспергируют гранулированный электропроводный технический углерод, подавая его порциями при скорости вращения перемешивающего устройства 1400-2000 об/мин, после чего указанный углеродсодержащий радиопоглощающий наполнитель вводят в воду затворения цементно-песчаной смеси.
2
Недостатком известной композиции и способа ее приготовления является то, что углеродсодержащий радиопоглощающий наполнитель распадается в воде, применяемой для затворения цементно-песчаной смеси, на мелкие агрегаты размером 60-100 нм и удельной геометрической поверхностью 160-200 м/г. Агрегаты представляют собой сростки из 3-5 глобул технического углерода с модифицированной поверхностью, имеющей одноименный электрический заряд, что препятствует агломерации агрегатов.
Технической задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является разработка композиции на основе портландцемента, отличающейся пониженным импедансом, обладающей токопроводностью (антистатичностью), прочностью, износостойкостью, беспыльностью, безусадочностью и защитой от ионизирующих излучений.
Указанная задача решена тем, что композиция с пониженным импедансом содержит смесь, состоящую из измельченного портландцемента, воды затворения, и углеродсодержащего электропроводящего наполнителя. При этом углеродсодержащий электропроводящий наполнитель представляет собой стабилизированную ультрадисперсию, содержащую 34 мас.% технического углерода и поверхностно-активные вещества, а исходные компоненты смеси берутся в следующем соотношении мас.%: измельченный портландцемент: углеродсодержащий электропроводящий наполнитель 1:0,07 соответственно. Дополнительно смесь может содержать краситель инертный к основным компонентам смеси.
Для приготовления композиции предварительно готовят стабилизированную ультрадисперсию, получаемую смешением технического углерода, воды затворения и поверхностно-активных веществ. Далее полученную смесь перемешивают в ультразвуковом диспергаторе в течение 10 минут, после чего полученный углеродсодержащий электропроводящий наполнитель смешивают с портландцементом и дополнительно перемешивают полученную смесь в течение 2 минут.
В качестве технического углерода для получения композиции целесообразно применять строительную сажу(Сажа строительная // Технические углероды (сажа). URL: https://тех-углерод.рф/подробнее-о-саже-строительной/ (дата обращения: 22.04.2021)), соответствующую ГОСТ 7885-86, применяемую в строительстве и химической промышленности, а в качестве ультразвукового диспергатора может быть применен ультразвуковой технологический комплекс, например модели И100-35/n(Ультразвуковой технологический комплекс И100-35/n // Ультразвуковая техника - ИНЛАБ. URL: http://utinlab.ru/articles/promyshIennye-ultrazvukovye-tehnoIogicheskie-dispergatory (дата обращения: 22.04.2021)), позволяющий перерабатывать сырье массой от 300 кг с рабочей частотой акустической системы 22 кГц.
Положительным техническим результатом, обеспечиваемым раскрытыми выше признаками композиции и способа ее приготовления, является повышение электропроводности композиции на 99,8% за счет применения в ее составе в качестве углеродсодержащего электропроводящего наполнителя стабилизированной углеродной ультрадисперсии, при этом добавление технического углерода в размере 7% от массы вяжущего обеспечивает сокращение межагрегатного расстояния между частицами, что позволяет связующим силам между ними формировать электропроводящие пути, при этом дополнительно увеличивается прочность композиции на сжатие.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена микроструктура цементного камня без добавления сажи при 5000-кратном увеличении; фиг. 2 представлена микроструктура цементного камня с добавлением 7% сажи при 10000-кратном увеличении.
Способ приготовления композиции, рецептура которой рассмотрена выше, рассмотрим на примере.
Предварительно в накопительную емкость из нержавеющей стали ультразвукового диспергатора загружали технический углерод, воду затворения и поверхностно-активные вещества, при этом массовая доля технического углерода в смеси составляла 34 мас.%. В качестве технического углерода применяли сажу, полученную при высокотемпературном термолизе углеводородного сырья (1200° - 2000°С). Размеры сажевых частиц составляли от 5 до 50 нм, а сам состав сажи включал в себя углерод от 90 до 99%, водород от 0,3 до 0,5%, кислород от 0,1 до 0,7%. В саже присутствовали примеси серы - не более 1,5% и до 0,5% золы. Удельное объемное электрическое сопротивление сажи составляло 0,5×10 Ом⋅м, содержание кристаллической фазы в саже составляло от 50 до 70%, а содержание влаги - от 0,5% до 1,5%.
Смесь перемешивали в ультразвуковом диспергаторе в течение 10 минут получив в результате стабилизированную углеродную ультрадисперсию. В полученную ультрадисперсию добавляли предварительно измельченный портландцемент, при этом соблюдали пропорциональное соотношение компонентов композиции: портландцемент: углеродсодержащий электропроводящий наполнитель 1:0,07. То есть, например, при изготовлении 100 кг композиции обеспечивали, чтобы в накопительной емкости диспергатора перед добавлением в нее портландцемента находилось 7 кг углеродсодержащего электропроводящего наполнителя. На последнем этапе смесь перемешивали в течение 2 минут.
Таким образом, предложенная в настоящей заявке композиция может быть изготовлена из доступного дешевого сырья, обеспечивает защиту и экранирование помещений от ионизирующих и электромагнитных излучений и геопатогенного излучения Земли и обеспечивает достижение прочности на сжатие строительных материалов, созданных на основе композиции, до 27,25 МПа.