RU2500634C1 - Способ изготовления комплексной нанодисперсной добавки для бетонной смеси - Google Patents
Способ изготовления комплексной нанодисперсной добавки для бетонной смеси Download PDFInfo
- Publication number
- RU2500634C1 RU2500634C1 RU2012111843/03A RU2012111843A RU2500634C1 RU 2500634 C1 RU2500634 C1 RU 2500634C1 RU 2012111843/03 A RU2012111843/03 A RU 2012111843/03A RU 2012111843 A RU2012111843 A RU 2012111843A RU 2500634 C1 RU2500634 C1 RU 2500634C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- concrete
- water
- schungite
- suspension
- additive
- Prior art date
Links
Landscapes
- Colloid Chemistry (AREA)
- Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)
Abstract
Изобретение относится к строительству и промышленности строительных материалов, в частности к способам изготовления комплексных нанодисперсных добавок в бетонные смеси. Технический результат - увеличение подвижности бетонной смеси, повышение прочности, плотности, снижение водопоглощения бетона, ускорение твердения строительных изделий и конструкций. В способе изготовления комплексной нанодисперсной добавки для бетонной смеси, полученной путем ультразвукового диспергирования водной суспензии, полученной смешением шунгита, суперпластификатора С-3 и воды, сначала получают твердую фазу суспензии совместным помолом в шаровой мельнице шунгита и суперпластификатора С-3 в виде сухого вещества до удельной поверхности 380-400 м2/кг, затем смешивают ее с водой, а диспергирование полученной суспензии с концентрацией твердой фазы 3% осуществляют до размера частиц 90-280 нм при частоте ультразвука 35 кГц при следующем содержании компонентов, масс.%: шунгит - 75,0-89,3, суперпластификатор С-3 - 10,7-25. 2 табл.
Description
Изобретение относится к строительству и промышленности строительных материалов, в частности к способам изготовления комплексных нанодисперсных добавок в цементные бетоны и растворы для увеличения подвижности бетонной смеси, повышения прочности, плотности бетона, снижения водопоглощения, ускорения твердения строительных изделий и конструкций.
Известна комплексная микрогранулированная добавка для бетонной смеси (патент RU №2390509, МПК 7 С04В 22/06, опубл. 27.05.2010 г.) на основе суперпластификатора С-3, смолы древесной омыленной, алюмометилсиликоната натрия и полученная способом распылительной сушки водного раствора ее компонентов.
К недостаткам способа изготовления добавки относятся: недостаточно высокая прочность и большое водопоглощение бетона, многокомпонентность добавки, трудоемкость ее производства, связанная с получением суспензии, ее распылением и сушкой водного раствора компонентов добавки, что усложняет технологию, повышает энергоемкость способа приготовления и соответственно ведет к удорожанию продукции.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является способ изготовления комплексной добавки в бетонную смесь, включающую, мас.%: микродисперсный шунгит 33,3, суспензию из нанодисперс-ного 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)
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 м2/кг при соотношении компонентов 1:0,6. При этом концентрация данного порошка в воде составляет 1%, а частота ультразвука - 22 кГц.
К недостаткам известного 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. Технический задачей предложенного изобретения является увеличение подвижности бетонной смеси, повышение прочности, плотности бетона, снижение водопо-глощения, ускорение твердения строительных изделий и конструкций
Техническая задача достигается за счет того, что в способе изготовления комплексной нанодисперсной добавки для бетонной смеси, полученной путем ультразвукового диспергирования водной суспензии, полученной смешением шунгита, суперпластификатора С-3 и воды, сначала получают твердую фазу суспензии совместным помолом в шаровой мельнице шунгита и суперпластификатора С-3 в виде сухого вещества до удельной поверхности 380-400 м2/кг, затем смешивают ее с водой а диспергирование полученной суспензии с концентрацией твердой фазы 3% осуществляют до размера частиц 90-280 нм при частоте ультразвука 35 кГц и следующем содержании компонентов, мас.%: шунгит 75,0-89,3, суперпластификатор С-3 10,7-25,0.
Выбор шаровой мельницы, времени операции, а также использование суперпластификатора С-3 обусловлены возможностью повышения эффективности измельчения шунгита до порошка с большей удельной поверхностью при минимальных затратах энергии на помол.
В связи с лучшей размалываемостью шунгита, он более предпочтителен как дисперсный носитель, чем кварцевый песок, шлаки и другие минеральные добавки. Адсорбирование молекул суперпластификатора на поверхности шунгитовых частиц способствует лучшему их измельчению в результате развития дефектов в структуре минеральной кремнеземсодержащей составляющей, а также уменьшению агрегации вновь образующихся микрочастиц, их налипанию на мелющие тела и стенки шаровой мельницы.
Известно, что характерной особенностью шунгита является наличие у него двухкаркасной структуры, состоящей из достаточно равномерно распределенных минеральных кристаллических частиц с преобладанием кремнезема β-модификации размерами от 1-2 до 10-12 мкм и матрицы из сферических, пустотелых, многослойных фуллереноподобных глобул аморфного углерода с размерами 10-20 нм. Несмотря на отсутствие химических связей между кремнеземом и углеродом, в составе шунгитов они представляют собой две взаимопроникающие фазы с контактной поверхностью около 20 м2/г и не разделяются даже при диспергировании до размеров 1 мкм.
Использование тонко дисперсных шунгитовых наполнителей в составе цементных композиций вызывает ряд технологических проблем, связанных со сложностью получения гомогенной смеси и обеспечения равномерного распределения шунгитовых микрочастиц в объеме цементной матрицы. Кроме того, между частицами цемента и шунгита практически отсутствует адгезия. Наличие гидрофобной углеродной пленки на поверхности кремнезема в структуре шунгита приводит к сегрегации шунгитового наполнителя и цементных частиц, а ее сорбирующие свойства способствуют формированию структуры порового пространства, не заполненного твердой фазой новообразований цементного камня. При этом потенциально полезные элементы шунгита, в частности кремнезем, связаны и не проявляют своих свойств.
Установлено, что в результате ультразвукового диспергирования шунгитового порошка в воде происходит разделение ее углеродной и кремнеземистой фаз. При этом кремнеземистая составляющая шунгита, отделенная от углерода, под действием ультразвука подвергается эрозии и диспергированию с образованием наноразмерных частиц с аморфизированным поверхностным слоем. В свою очередь анионы суперпластификатора С-3 препятствуют обратной агрегации аморфных углеродных наноструктур и образующихся наночастиц SiO2.
Предлагаемый способ изготовления комплексной нанодисперсной добавки для бетонной смеси осуществляется в следующей последовательности. Предварительно взвешанные в необходимом массовом соотношении шунгит и суперпластификатор С-3 перемешивают и совместно измельчают в шаровой мельнице до получения тонко дисперсного порошка. После дозирования воды и полученного порошка осуществляют загрузку компонентов в ультразвуковой механоактиватор, где они перемешиваются до образования однородной суспензии. Далее проводят ультразвуковое диспергирование полученной суспензии.
Пример
В качестве исходных сырьевых материалов при осуществлении предлагаемого способа изготовления комплексной нанодисперсной добавки применяли:
- шунгитовый щебень фракции 5-10 мм разновидности III с содержанием диоксида кремния 51-67% и 28-32% аморфного углерода;
- суперпластификатор С-3 в виде сухого вещества (ТУ 5870-002-58042865-03).
Для приготовления 1000 л добавки смешивали 970 л водопроводной воды и 30 кг порошка с удельной поверхностью 380-400 м2/кг, полученного путем совместного помола в шаровой мельнице в течение 1 часа 20,6-26,8 кг шунгитового щебня и 3,2-9,4 кг суперпластификатора С-3.
Далее в течение 15 мин проводили ультразвуковое диспергирование полученной суспензии в импульсном механоактиваторе ПСБ-4035-04 при температуре воды (20±2)°C и частоте ультразвука 35 кГц.
Для проверки эффективности комплексной нанодисперсной добавки, изготовленной предложенным способом, бетонную смесь приготавливали по следующей методике. Портландцемент марки ПЦ 500 Д0 перемешивали в сухом состоянии с кварцевым песком с Мкр=1,6 и гранитным щебнем фракции 5-20 мм. Затем в полученную сухую смесь вводили добавку вместе с водой затворения в количестве 10% от массы цемента. Смесь тщательно перемешивали до однородной массы. Далее формовали образцы-кубы размерами 10×10×10 см согласно стандартной методике. Испытания образцов проводили через 1, 3, 7 и 28 суток нормального твердения.
Составы бетонных смесей, комплексных добавок и результаты испытаний образцов тяжелого бетона представлены в табл.1 и 2.
Таблица 1 | ||||||||
Составы бетонных смесей и комплексных добавок | ||||||||
№ п/п | Расход материалов на 1 м3, кг | Содержание компонентов нанодисперсной добавки, мас.% * | ||||||
цемент | песок | щебень | вода | добавка, % | Микродобавка шун-гита | шунгит | С-3 | |
1 (контрол.) | 400 | 650 | 1300 | 200 | - | - | - | - |
2 | 400 | 650 | 1300 | 160 | 10 | - | 68,3 | 31,7 |
3 | 400 | 650 | 1300 | 160 | 10 | - | 72,5 | 27,5 |
4 | 400 | 650 | 1300 | 160 | 10 | - | 75,0 | 25,0 |
5 | 400 | 650 | 1300 | 160 | 10 | - | 83,3 | 16,7 |
6 | 400 | 650 | 1300 | 160 | 10 | - | 89,3 | 10,7 |
7 | 400 | 650 | 1300 | 160 | 10 | - | 92,4 | 7,6 |
прототип | 400 | 650 | 1300 | 160 | 15 | 33,3 | 62,5** | 37,5** |
Примечание: *При концентрации твердой фазы 3%, воды - 97%. ** При концентрации твердой фазы 1%, воды - 99%. |
Таблица 2 | |||||||
Результаты испытаний образцов тяжелого бетона | |||||||
Составы из табл.1 | Подвиж-ность, см | Плотность, кг/м | Предел прочности при сжатии, МПа, через сутки | Водопоглощение (по массе), % | |||
1 | 3 | 7 | 28 | ||||
1 (контрол.) | 7,7 | 2250 | 6,6 | 13,0 | 24,5 | 31,2 | 1,94 |
2 | 6,9 | 2292 | 12,1 | 20,6 | 39,8 | 45,4 | 0,90 |
3 | 7,5 | 2304 | 14,1 | 34,6 | 45,3 | 54,8 | 0,47 |
4 | 7,9 | 2312 | 15,3 | 38,2 | 52,0 | 65,2 | 0,38 |
5 | 8,2 | 2345 | 16,1 | 39,2 | 52,4 | 67,1 | 0,37 |
6 | 8,0 | 2340 | 15,7 | 38,6 | 52,1 | 65,7 | 0,38 |
7 | 7,1 | 2291 | 13,8 | 27,8 | 43,4 | 43,6 | 0,57 |
прототип | 7,9 | 2310 | 15,3 | 16,1 | 43,3 | 54,2 | 0,45 |
Из данных табл.2 следует, что введение комплексной нанодисперсной добавки, изготовленной предложенным способом, в бетонную смесь в количестве 10% от массы цемента (составы 4-6), повышает прочность бетона более чем в 2 раза и снижает водопоглощение более чем в 5 раз. Кроме того, добавка, изготовленная предложенным способом, позволяет повысить прочность бетона в ранние сроки твердения: через 1 сутки - в 2,1-2,4 раза, через 3 суток - в 2,7-3 раза, через 7 суток - в 1,8-2,2 раза и подвижность бетонной смеси или сократить расход воды до 20%.
Максимальный эффект от применения комплексной нанодисперсной добавки, изготовленной предложенным способом, наблюдается у составов 4-6. Изменение соотношения данных компонентов в большую или меньшую сторону приводит к снижению эффективности добавки.
Механизм влияния комплексной нанодисперсной добавки, изготовленной по заявляемому способу, на свойства бетонной смеси и бетона связан с ускорением гидратации клинкерных минералов цемента и образования портландита Са(OH)2. За счет взаимодействия интенсивно выделяющегося портландита с наночастицами аморфизированного кремнезема добавки, в поровом пространстве цементного камня твердеющего бетона образуется дополнительное количество эттрингита и преимущественно низкоосновных гидросиликатов кальция, способствующих уплотнению структуры и отвечающих за повышение прочности бетона. При этом аморфные углеродные наночастицы добавки выполняют роль центров кристаллизации указанных новообразований.
Предлагаемый способ изготовления комплексной нанодисперсной добавки отличается простотой и низкими энергозатратами, а применение полученной добавки в качестве ускорителя твердения бетонных смесей позволяет повышать производительность заводов товарного бетона, сборного железобетона, увеличивать оборачиваемость форм, снижать расход цемента до 30%, снижать расход электроэнергии при пропаривании изделий и конструкций.
Claims (1)
- Способ изготовления комплексной нанодисперсной добавки для бетонной смеси, полученной путем ультразвукового диспергирования водной суспензии, полученной смешением шунгита, суперпластификатора С-3 и воды, отличающийся тем, что сначала получают твердую фазу суспензии совместным помолом в шаровой мельнице шунгита и суперпластификатора С-3 в виде сухого вещества до удельной поверхности 380-400 м2/кг, затем смешивают ее с водой, а диспергирование полученной суспензии с концентрацией твердой фазы 3% осуществляют до размера частиц 90-280 нм при частоте ультразвука 35 кГц при следующем содержании компонентов, мас.%: шунгит - 75,0-89,3, суперпластификатор С-3 - 10,7-25.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012111843/03A RU2500634C1 (ru) | 2012-03-27 | 2012-03-27 | Способ изготовления комплексной нанодисперсной добавки для бетонной смеси |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012111843/03A RU2500634C1 (ru) | 2012-03-27 | 2012-03-27 | Способ изготовления комплексной нанодисперсной добавки для бетонной смеси |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012111843A RU2012111843A (ru) | 2013-10-10 |
RU2500634C1 true RU2500634C1 (ru) | 2013-12-10 |
Family
ID=49302484
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012111843/03A RU2500634C1 (ru) | 2012-03-27 | 2012-03-27 | Способ изготовления комплексной нанодисперсной добавки для бетонной смеси |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2500634C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2563264C1 (ru) * | 2014-07-30 | 2015-09-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Брянская государственная инженерно-технологическая академия" | Способ изготовления комплексной нанодисперсной добавки для высокопрочного бетона |
RU2725715C1 (ru) * | 2019-12-23 | 2020-07-03 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный архитектурно-строительный университет" (КазГАСУ) | Способ зимнего бетонирования |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2160723C2 (ru) * | 1998-11-25 | 2000-12-20 | ООО "Предприятие Мастер Бетон" | Способ приготовления комплексного модификатора бетона и комплексный модификатор бетона (варианты) |
DE20209562U1 (de) * | 2002-06-20 | 2002-12-12 | Fauner, Gerhard, Prof. Dr., 82166 Gräfelfing | Anorganischer Gleitlagerwerkstoff |
DE10227458A1 (de) * | 2002-06-20 | 2004-01-22 | Gerhard Prof. Dr. Fauner | Anorganischer Gleitlagerwerkstoff |
RU2238921C1 (ru) * | 2003-06-10 | 2004-10-27 | ООО Научно-внедренческая фирма "КЕРАМБЕТ" | Комплексная разжижающая органоминеральная добавка для огнеупорных формовочных систем и способ изготовления материалов с ее применением |
RU2273612C2 (ru) * | 2004-07-05 | 2006-04-10 | Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ) | Комплексная добавка |
RU2328473C1 (ru) * | 2006-11-09 | 2008-07-10 | Открытое Акционерное Общество "Полипласт" | Комплексная добавка для бетонов и строительных растворов |
-
2012
- 2012-03-27 RU RU2012111843/03A patent/RU2500634C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2160723C2 (ru) * | 1998-11-25 | 2000-12-20 | ООО "Предприятие Мастер Бетон" | Способ приготовления комплексного модификатора бетона и комплексный модификатор бетона (варианты) |
DE20209562U1 (de) * | 2002-06-20 | 2002-12-12 | Fauner, Gerhard, Prof. Dr., 82166 Gräfelfing | Anorganischer Gleitlagerwerkstoff |
DE10227458A1 (de) * | 2002-06-20 | 2004-01-22 | Gerhard Prof. Dr. Fauner | Anorganischer Gleitlagerwerkstoff |
RU2238921C1 (ru) * | 2003-06-10 | 2004-10-27 | ООО Научно-внедренческая фирма "КЕРАМБЕТ" | Комплексная разжижающая органоминеральная добавка для огнеупорных формовочных систем и способ изготовления материалов с ее применением |
RU2273612C2 (ru) * | 2004-07-05 | 2006-04-10 | Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ) | Комплексная добавка |
RU2328473C1 (ru) * | 2006-11-09 | 2008-07-10 | Открытое Акционерное Общество "Полипласт" | Комплексная добавка для бетонов и строительных растворов |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ПЫКИН А.А. и др. Регулирование свойств бетонов добавками на основе нанодисперсного шунгита. Научные исследования, наносистемы и ресурсосберегающие технологии в промышленности строительных материалов, сб. докладов Международной научно-практической конференции, Белгород, 5-8 октября 2010, Белгород, БГТУ им. Шухова, 2010, ч.1, с.292-296. ПЫКИН А.А. Сонохимический способ получения углеродсодержащей нанодобавки для бетонов. Материалы Международной научно-практической конференции «Достижение молодых ученых в развитии инновационных процессов в экономике, науке, образовании». - Брянск: Издательство БГТУ, подписано к печати 10.11.2010, с.178-179. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2563264C1 (ru) * | 2014-07-30 | 2015-09-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Брянская государственная инженерно-технологическая академия" | Способ изготовления комплексной нанодисперсной добавки для высокопрочного бетона |
RU2725715C1 (ru) * | 2019-12-23 | 2020-07-03 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный архитектурно-строительный университет" (КазГАСУ) | Способ зимнего бетонирования |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012111843A (ru) | 2013-10-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10590040B2 (en) | Macro-cement compositions, method of producing macro-cement and engineered forms of macro-cement, and multi-stage homogenization process for preparing cement based materials | |
Castaldelli et al. | Study of the binary system fly ash/sugarcane bagasse ash (FA/SCBA) in SiO2/K2O alkali-activated binders | |
Nazari et al. | Properties of geopolymer with seeded fly ash and rice husk bark ash | |
Ali et al. | Effect of calcium carbonate replacement on workability and mechanical strength of Portland cement concrete | |
Wang et al. | Utilization of oil-based drilling cuttings pyrolysis residues of shale gas for the preparation of non-autoclaved aerated concrete | |
CN108164208A (zh) | 一种纳米二氧化硅再生混凝土及其制备方法 | |
Peng et al. | Mechanism underlying early hydration kinetics of carbonated recycled concrete fines-ordinary portland cement (CRCF-OPC) paste | |
CN1596232A (zh) | 用于在水硬水泥中分散掺加料的颗粒添加剂 | |
CN112876125A (zh) | 一种水泥助磨剂及其使用水泥助磨剂的高早强水泥 | |
CN116119990A (zh) | 碳化养护高强煤矸石基低碳免烧植草砖及其制备方法 | |
RU2500634C1 (ru) | Способ изготовления комплексной нанодисперсной добавки для бетонной смеси | |
RU2471752C1 (ru) | Сырьевая смесь для высокопрочного бетона с нанодисперсной добавкой | |
Sharobim et al. | Optimizing sonication time and solid to liquid ratio of nano-silica in high strength concrete | |
RU2489381C2 (ru) | Сырьевая смесь для высокопрочного бетона с нанодисперсной добавкой (варианты) | |
Khater | Nano-Silica effect on the physicomechanical properties of geopolymer composites | |
Youssef et al. | The Influence of Nano silica surface area on its reactivity in cement composites | |
Cosentino et al. | Evaluation of the mechanical properties of cements with fillers derived from the CO2 reduction of cement plants | |
RU2563264C1 (ru) | Способ изготовления комплексной нанодисперсной добавки для высокопрочного бетона | |
CN108424023B (zh) | 一种疏水性材料及其制备方法和应用 | |
RU2474544C1 (ru) | Способ приготовления наномодификатора из отходов промышленности для бетонной смеси | |
RU2764610C1 (ru) | Сырьевая смесь для электропроводного бетона | |
Yusuf et al. | Strength and microstructural performance of nano-SiO2 gel (NSG) infused alkaline activated ground blast furnace slag-ultrafine palm oil fuel ash (AAGU) based mortar | |
RU2472735C1 (ru) | Способ получения композиционного вяжущего, композиционное вяжущее для производства прессованных изделий автоклавного твердения, прессованное изделие | |
RU2466110C1 (ru) | Сырьевая смесь для высокопрочного бетона | |
Wang et al. | Hydration characteristics of super sulphated cement with different fineness |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140328 |