Способ изготовления нанодисперсной добавки для бетона
METHOD OF MANUFACTURING NANO-DISPERSE CONCRETE ADDITIVES

Изобретение относится к строительству и промышленности строительных материалов, в частности к способам изготовления комплексных нанодисперсных добавок для получения мелкозернистого бетона.
Известен способ изготовления добавки в бетонную смесь, включающую, мас. %: микродисперсный шунгит 33,3, суспензию из нанодисперсного шунгита с размером частиц 62-716 нм и суперпластификатора С-3 в виде сухого вещества 66,7 (Пыкин А.А., Лукутцова Н.П., Костюченко Г.В. Регулирование свойств бетонов добавками на основе нанодисперсного шунгита // Научные исследования, наносистемы и ресурсосберегающие технологии в промышленности строительных материалов: сб. докл. Междунар. науч.-практ. конф., Белгород, 5-8 окт. 2010 г. - Белгород: БГТУ им. В.Г. Шухова, 2010. - Ч.1. - С.292-296; подписано к печати 22.09.2010).
2
Суспензия, изготовленная известным способом, получена путем ультразвукового диспергирования порошка, осуществленного совместным помолом в дисковой вибрационной мельнице шунгита и суперпластификатора С-3 до удельной поверхности 320-350 м/кг при соотношении компонентов 1:0,6. При этом концентрация данного порошка в воде составляет 1%, а частота ультразвука - 22 кГц.
К недостаткам данного способа относятся: большое соотношение шунгита и суперпластификатора С-3, который, вследствие экранирования поверхности образующихся нанодисперсных шунгитовых частиц, снижает их положительную роль на процессы структурообразования в бетонной смеси и формирование физико-механических свойств бетона; необходимость в дополнительном введении микродисперного шунгита для компенсации указанной отрицательной роли суперпластификатора С-3, что повышает энергоемкость производства и стоимость комплексной добавки, полученной известным способом.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ изготовления добавки для бетонной смеси, получаемой ультразвуковым диспергированием галлуазитовых нанотрубок в водной среде органического стабилизатора с помощью импульсного активатора ванного типа ПСБ-4035-04 при частоте ультразвука 35 кГц (И.Ю. Гребенченко, С.И. Головин, А.В. Суглобов. Повышение прочности мелкозернистого бетона добавкой на основе галлуазитовых нанотрубок. Сборник научных статей Международной научной конференции студентов и молодых ученых 25-26 мая 2016 года. Курск, 2016. Т.2. С.193-196).
К недостаткам этого способа относятся невысокая подвижность бетонной смеси, плотность, прочность при сжатии и изгибе мелкозернистого бетона.
Технической задачей, положенной в основу заявляемого изобретения, является повышение подвижности бетонной смеси, средней плотности, прочности при сжатии и изгибе мелкозернистого бетона.
Поставленная задача достигается тем, что изготовление нанодисперсной добавки для бетона осуществляется путем ультразвукового диспергирования при частоте ультразвука 35 кГц суспензии, содержащей воду, галлуазитовые нанотрубки и пластификатор виде твердого вещества, при этом в качестве пластификатора используются С-3 и поливиниловый спирт, взятые в соотношении 1:1, а диспергирование до размера частиц 20-80 нм производится в два этапа: при введении 2,5 г С-3 в суспензию галлуазитовых нанотрубок и воздействии ультразвука в течение 4 минут с последующим добавлением 2,5 г поливинилового спирта и ультразвукового диспергирования еще 4 минуты.
Пример. В качестве исходных сырьевых материалов при осуществлении предлагаемого способа изготовления нанодисперсной добавки применяли следующие материалы.
Портландцемент марки ЦЕМ I 42,5 Н (ЗАО «Мальцовский портландцемент», г. Фокино, Брянская обл.).
2
2
5
Галлуазитовые нанотрубки (NaturalNano, Эмерсон Санкт 832, Рочестер, Нью-Йорк 14613), состоящие из глинистого минерала галлуазита (AlSiO(OH)4), имеющего форму трубок размерами: внешний диаметр - 50 нм и длина - от 700 нм до 2 мкм.
Поверхностно-активное вещество нафталин-формальдегидного типа суперпластификатор С-3 в виде сухого вещества (ООО Полипласт, г. Новомосковск, Тульской области).
Поливиниловый спирт в виде сухого вещества (ЗАО «Научно-производственная компания ЕрмакХим», г. Москва).
Кварцевый песок с модулем крупности 2 и вода.
Ультразвуковое диспергирование исходных галлуазитовых нанотрубок в водных средах органических стабилизаторов осуществлялось с помощью импульсного активатора ванного типа ПСБ-4035-04 при частоте ультразвука 35 кГц.
Образцы формовались по стандартной методике при соотношении цемент:песок 1:3 по массе и водоцементном отношении, равном 0,5.
Из мелкозернистого бетона формовали образцы-балочки размерами 4×4×16 см.
Подвижность бетонной смеси определяли с помощью малого конуса, прочность при сжатии и изгибе контрольных и модифицированных образцов мелкозернистого бетона - по стандартным методикам через 28 суток твердения в ванне с гидравлическим затвором.
Составы бетонных смесей, добавок и результаты испытаний образцов представлены в табл.1 и 2.
3
Из данных табл. 2 видно, что введение нанодисперсной добавки, изготовленной предложенным способом, в бетонную смесь в количестве 1% (в пересчете на сухое вещество) от массы цемента (4 состав) повышает подвижность бетонной смеси от 111 мм до 119 мм, плотность от 2165 до 2200 кг/м, прочность бетона при изгибе в 1,8 раза и прочность при сжатии в 1,3 раза по сравнению с контрольным составом. При этом по сравнению с прототипом прочность на изгиб возрастает в 2,7 раза, а при сжатии - в 2 раза.
Повышение средней плотности и прочности бетона связано с тем, что галлуазитовые нанотрубки армируют структуру цементного камня на наноуровне и одновременно являются центрами кристаллизации, вызывая образование дополнительного количества гидросиликатов кальция.
Предлагаемый способ изготовления нанодисперсной добавки отличается простотой, низкими энергозатратами, стабильностью добавки за счет содержания частиц размерами 20-80 нм, высокой подвижностью бетонной смеси, высокой плотностью, прочностью при сжатии и изгибе бетона.