RU2637246C1 - Nanomodifier of construction materials - Google Patents

Nanomodifier of construction materials Download PDF

Info

Publication number
RU2637246C1
RU2637246C1 RU2016140311A RU2016140311A RU2637246C1 RU 2637246 C1 RU2637246 C1 RU 2637246C1 RU 2016140311 A RU2016140311 A RU 2016140311A RU 2016140311 A RU2016140311 A RU 2016140311A RU 2637246 C1 RU2637246 C1 RU 2637246C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cnm
carbon
taunit
nanomodifier
concrete
Prior art date
Application number
RU2016140311A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Алексей Григорьевич Ткачев
Юрий Николаевич Точков
Зоя Алексеевна Михалева
Татьяна Ивановна Панина
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "ТГТУ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "ТГТУ") filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "ТГТУ")
Priority to RU2016140311A priority Critical patent/RU2637246C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2637246C1 publication Critical patent/RU2637246C1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82BNANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B1/00Nanostructures formed by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B14/00Use of inorganic materials as fillers, e.g. pigments, for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of inorganic materials specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B14/02Granular materials, e.g. microballoons
    • C04B14/022Carbon
    • C04B14/026Carbon of particular shape, e.g. nanotubes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B24/00Use of organic materials as active ingredients for mortars, concrete or artificial stone, e.g. plasticisers
    • C04B24/24Macromolecular compounds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/02Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing hydraulic cements other than calcium sulfates
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/20Resistance against chemical, physical or biological attack

Abstract

FIELD: nanotechnology.
SUBSTANCE: nanomodifier on a cement binder is described, comprising a mixture containing carbon nanomaterial (CNM), a filler and a plasticiser, wherein the CNM is introduced as an aqueous suspension that has been processed in an ultrasonic unit at an operating frequency of 16-25 kHz and a power of at least 100-500 W and containing potassium polititanate (PPT), CNM "Taunit" and polyvinyl pyrrolidone (PVP) with the following component ratio: potassium polititanate (PPT)-7-9×10-4%, carbon nanomaterial (CNM "Taunit") - 5-7% and polyvinyl pyrrolidone (PVP)- 1-1,6×10-3% weight of the cement binder.
EFFECT: increasing the strength of concrete for compression and strength set at an earlier time, while simultaneous increasing the density, water resistance and crack resistance of construction composite.
4 dwg, 3 tbl

Description

Изобретение относится к добавкам в строительные материалы и может быть использовано при производстве изделий из бетона и железобетона, строительных растворов, отделочных покрытий на предприятиях стройиндустрии.The invention relates to additives in building materials and can be used in the manufacture of products from concrete and reinforced concrete, mortar, finishing coatings at the enterprises of the construction industry.

Известна композиция для получения строительных материалов (Патент РФ №2345968, МПК С04В 28/02, В82В 1/00, В82В 3/00, С04В 111/20, 2009 г.), содержащая цемент, песок, воду и углеродный наноматериал, содержащий углеродные нанотрубки. Композиция в качестве указанного углеродного наноматериала содержит сажу, полученную электродуговым методом и содержащую 7% углеродных нанотрубок, при следующем соотношении компонентов, мас. %:A known composition for producing building materials (RF Patent No. 2345968, IPC С04В 28/02, В82В 1/00, В82В 3/00, С04В 111/20, 2009) containing cement, sand, water and carbon nanomaterial containing carbon nanotubes. The composition as the specified carbon nanomaterial contains carbon black obtained by the electric arc method and containing 7% carbon nanotubes, in the following ratio, wt. %:

цементcement 20-3020-30 песокsand 50-7050-70 указанный углеродный наноматериалspecified carbon nanomaterial 1-21-2 водаwater остальноеrest

Сажу, содержащую 7% углеродных нанотрубок, получали из графита марки МПГ-4 на установке в массовых количествах (порядок 1 кг/ч) при следующих основных параметрах: сила тока 1150 А, напряжение 42 В, диаметр анода 30 мм электродуговым методом.Soot containing 7% carbon nanotubes was obtained from MPG-4 grade graphite on a plant in bulk quantities (about 1 kg / h) with the following main parameters: current strength 1150 A, voltage 42 V, anode diameter 30 mm by electric arc method.

Недостатком известной композиции является ее высокая стоимость вследствие энергозатратности и неэкономичности метода получении сажи, содержащей нанотрубки.A disadvantage of the known composition is its high cost due to the energy consumption and uneconomical method of producing soot containing nanotubes.

Известна композиция для получения строительных материалов на основе минерального вяжущего, включающая минеральное вяжущее, выбранное из группы, включающей цемент, известь, гипс или их смеси, и воду, она дополнительно содержит углеродные кластеры фуллероидного типа с числом атомов углерода 36 и более при следующем соотношении компонентов в композиции, мас. %:A known composition for producing building materials based on a mineral binder, including a mineral binder selected from the group comprising cement, lime, gypsum or mixtures thereof, and water, it additionally contains carbon clusters of a fulleroid type with the number of carbon atoms 36 or more in the following ratio of components in the composition, wt. %:

минеральное вяжущее mineral binder 33-7733-77 углеродные кластеры фуллероидного типаfulleroid type carbon clusters 0,0001-2,00.0001-2.0 водаwater остальноеrest

В качестве углеродных кластеров фуллероидного типа она содержит полидисперсные углеродные нанотрубки, либо в качестве углеродных кластеров фуллероидного типа она содержит полиэдральные многослойные углеродные наноструктуры с межслоевым расстоянием 0,34-0,36 нм и размером частиц 60-200 нм, либо в качестве углеродных кластеров фуллероидного типа она содержит смесь полидисперсных углеродных нанотрубок и фуллерена С60.As a fulleroid type carbon cluster, it contains polydispersed carbon nanotubes, or as a fulleroid type carbon cluster it contains polyhedral multilayer carbon nanostructures with an interlayer distance of 0.34-0.36 nm and a particle size of 60-200 nm, or as fulleroid carbon clusters type it contains a mixture of polydispersed carbon nanotubes and fullerene C 60 .

Композиция дополнительно содержит технологические добавки, взятые в количестве 100-250 мас. ч. на 100 мас. ч. минерального вяжущего, выбранного из группы, включающей цемент, известь, гипс или их смеси и воду (патент РФ №2233254, МПК С04В 28/02, С04В 111/20, 2004).The composition additionally contains technological additives taken in an amount of 100-250 wt. hours per 100 wt. including mineral binder, selected from the group comprising cement, lime, gypsum or mixtures thereof and water (RF patent No. 2233254, IPC С04В 28/02, С04В 111/20, 2004).

Недостатком данного технического решения является ее высокая стоимость, а также недостаточно высокие физико-механические характеристики нанокомпозитного материала.The disadvantage of this technical solution is its high cost, as well as insufficiently high physical and mechanical characteristics of the nanocomposite material.

Известна композиции (патент РФ №2447036, МПК С04В 28/02, В82В 3/00, С04В 111/20, 2012) для получения строительных материалов на основе минерального вяжущего, включающая портландцемент, песок, воду и углеродный материал, а в качестве углеродного материала содержит водную суспензию кавитационно-активированного углеродосодержащего материала - КАУМ, в состав которого входят многослойные углеродные наноструктуры с межслоевым расстоянием 0,34-0,36 нм и размером частиц 60-200 нм, полидисперсные углеродные трубчатые образования с размерами 100000

Figure 00000001
- 1000000
Figure 00000001
, гидрированные углеродные фрактальные структуры с размерами 1000
Figure 00000001
- 1000000
Figure 00000001
и активный рыхлый углерод с размерами дефектных микрокристаллитов графита, примерно равными 10
Figure 00000001
, при следующем соотношении компонентов в композиции, мас. %:Known compositions (RF patent No. 2447036, IPC С04В 28/02, В82В 3/00, С04В 111/20, 2012) for producing building materials based on a mineral binder, including Portland cement, sand, water and a carbon material, and as a carbon material contains an aqueous suspension of cavitation-activated carbon-containing material - KAUM, which includes multilayer carbon nanostructures with an interlayer distance of 0.34-0.36 nm and a particle size of 60-200 nm, polydispersed carbon tubular formations with dimensions of 100,000
Figure 00000001
- 1,000,000
Figure 00000001
1000 hydrogenated carbon fractal structures
Figure 00000001
- 1,000,000
Figure 00000001
and active loose carbon with sizes of defective graphite microcrystallites approximately equal to 10
Figure 00000001
, in the following ratio of components in the composition, wt. %:

портландцементPortland cement 25-5025-50 песокsand 30-6030-60 водная суспензия КАУМKAUM aqueous suspension 0,024-0,640.024-0.64 водаwater остальноеrest

Недостатком данного изобретения является достаточно высокий расход вяжущего (43 мас. %), при котором достигаются высокие эксплуатационные характеристики композита, и высокая концентрация углеродосодержащих наноматериалов, что экономически нецелесообразно и ведет к удорожанию конечного продукта.The disadvantage of this invention is the relatively high consumption of binder (43 wt.%), Which achieves high performance characteristics of the composite, and a high concentration of carbon-containing nanomaterials, which is not economically feasible and leads to higher cost of the final product.

Известен принятый в качестве прототипа наномодификатор строительных материалов (пат. РФ №2482082, МПК С04В 24/00, В82В 1/00, 2013), включающий смесь, содержащую углеродный наноматериал (УНМ), наполнитель и пластификатор, причем УНМ вводится в виде нанотрубок «Таунит», в качестве пластификатора смесь содержит поливинилпирролидон, в качестве наполнителя - полиэтиленгликоль ПЭГ-1500 и дополнительно содержит гидрокарбонат натрия и лимонную кислоту при следующем соотношении компонентов, мас. %:Known adopted as a prototype nanomodifier of building materials (US Pat. RF №2482082, IPC С04В 24/00, В82В 1/00, 2013), including a mixture containing carbon nanomaterial (CNM), filler and plasticizer, and CNM is introduced in the form of nanotubes " Taunit, ”the mixture contains polyvinylpyrrolidone as a plasticizer, PEG-1500 polyethylene glycol as a filler and additionally contains sodium bicarbonate and citric acid in the following ratio of components, wt. %:

УНМ«Таунит»UNM "Taunit" 0,1-80.1-8 поливинилпирролидонpolyvinylpyrrolidone 0,1-80.1-8 гидрокарбонат натрияsodium bicarbonate 5,5-11,55.5-11.5 лимонная кислотаlemon acid 5,5-11,55.5-11.5 полиэтиленгликоль ПЭГ-1500polyethylene glycol PEG-1500 остальноеrest

Недостатком данного изобретения также является достаточно высокий расход вяжущего, обеспечивающий высокие эксплуатационные характеристики композита, и высокая концентрация углеродосодержащих наноматериалов, что экономически нецелесообразно и ведет к удорожанию конечного продукта.The disadvantage of this invention is also a sufficiently high binder consumption, providing high performance characteristics of the composite, and a high concentration of carbon-containing nanomaterials, which is economically inexpedient and leads to an increase in the cost of the final product.

Технический результат заключается в снижении затрат на углеродосодержащие наноматериалы.The technical result is to reduce the cost of carbon-containing nanomaterials.

Задача - получение высокопрочной композиции строительных материалов.The task is to obtain a high-strength composition of building materials.

Поставленная задача решается созданием наномодификатора строительных материалов, включающего смесь, содержащую углеродный наноматериал (УНМ), наполнитель и пластификатор, УНМ вводится в виде водной суспензии, которая подвергнута обработке в ультразвуковой установке с рабочей частотой 16-25 кГц и мощностью не менее 100-500 Вт и содержит полититанат калия (ПТК), УНМ «Таунит» и поливинилпирролидон (ПВП) при следующем соотношении компонентов: полититанат калия (ПТК) - 7-9×10-4%, углеродный наноматериал (УНМ «Таунит»)) - 5-7% и поливинилпирролидон (ПВП) - 1-1,6×10-3% от массы связующего.The problem is solved by creating a nanomodifier of building materials, including a mixture containing carbon nanomaterial (CNM), filler and plasticizer, CNM is introduced in the form of an aqueous suspension, which is processed in an ultrasonic unit with an operating frequency of 16-25 kHz and a power of at least 100-500 W and contains potassium polytitanate (PTC), CNM “Taunit” and polyvinylpyrrolidone (PVP) with the following ratio of components: potassium polytitanate (PTC) - 7-9 × 10 -4 %, carbon nanomaterial (CNM “Taunit”)) - 5-7 % and polyvinylpyrrolidone (PVP) - 1-1.6 × 10 -3 % by weight of the binder.

Между углеродными наночастицами действуют силы Ван-дер-Ваальса, которые способствуют образованию достаточно крупных агломератов, плохо распределяющихся в рабочей среде. Поэтому способ получения наномодификаторов основан на равномерном распределении агрегатов наночастиц в водной среде методом ультразвукового воздействия в присутствии ПАВ, которые способствуют получению однородной суспензии и сохранению постоянной степени дисперсности твердого материала. Коллоидный раствор готовили в ультразвуковом диспергаторе ИЛ 10 (табл. 1) производства ООО «Ультразвуковая техника - ИНЛАБ» г. Санкт-Петербург. Van der Waals forces act between carbon nanoparticles, which contribute to the formation of sufficiently large agglomerates that are poorly distributed in the working medium. Therefore, the method for producing nanomodifiers is based on the uniform distribution of nanoparticle aggregates in an aqueous medium by ultrasonic treatment in the presence of surfactants, which contribute to obtaining a uniform suspension and maintaining a constant degree of dispersion of solid material. The colloidal solution was prepared in an ultrasonic disperser IL 10 (table. 1) manufactured by LLC Ultrasonic Technology - INLAB, St. Petersburg.

Водную суспензию с ПТК и УНМ обрабатывали в ультразвуковой установке в течение 30 минут.An aqueous suspension with PTC and CNM was processed in an ultrasonic apparatus for 30 minutes.

Figure 00000002
Figure 00000002

Ультразвуковая обработка суспензии обеспечивает диспергирование углеродных наночастиц и ПТК, уменьшая размеры глобул в 15-20 раз, что позволяет более эффективно использовать их потенциал как модификаторов цементных систем.Ultrasonic treatment of the suspension provides dispersion of carbon nanoparticles and PTC, reducing the size of the globules by 15-20 times, which allows more efficient use of their potential as modifiers of cement systems.

В качестве матрицы строительного композита в работе использовали состав мелкозернистого бетона на основе цементного связующего марки М500 Д0. Наномодификатор добавляют в бетонное тесто с водой затворения. Для замеса мелкозернистого бетона взвешивается необходимое количество сырьевых материалов:As the matrix of the building composite, the work used the composition of fine-grained concrete based on a cement binder grade M500 D0. Nanomodifier is added to concrete dough with mixing water. To mix fine-grained concrete, the required amount of raw materials is weighed:

песок sand 1056 г1056 g цемент cement 704 г704 g вода water 373 г373 g

Водоцементное соотношение В/Ц=0,53.Water-cement ratio W / C = 0.53.

Для перемешивания компонентов бетона используется мешалка тестообразной массы В15 MIXER.To mix the components of concrete, a mixer of a pasty mass B15 MIXER is used.

Песок и цемент засыпаются в емкость смесителя и перемешиваются в сухом виде в течение 2-3 минут. Затем добавляется вода затворения, и смесь перемешивают еще 7-10 минут. Далее бетон с помощью шпателя укладывают в разъемные формы из коррозионно-стойкого материала, внутренняя поверхность которых смазывается минеральным маслом, при изготовлении образцов - балочек с размерами 4×4×16 см. Продольные и поперечные стенки форм должны быть отшлифованы сверху и снизу и плотно лежать на основании. Готовые образцы-балочки извлекаются из разъемных форм после полного затвердения бетона через 24 ч. Образцы бетона хранятся в воде.Sand and cement are poured into the mixer tank and mixed in dry form for 2-3 minutes. Then mixing water is added, and the mixture is stirred for another 7-10 minutes. Next, the concrete with a spatula is placed in demountable molds of a corrosion-resistant material, the inner surface of which is lubricated with mineral oil, in the manufacture of samples - beams with dimensions 4 × 4 × 16 cm. The longitudinal and transverse walls of the molds should be sanded from above and below and lay tight based. Finished samples-beams are removed from demountable forms after the concrete has completely hardened after 24 hours. Concrete samples are stored in water.

Конкретная реализация изобретения проиллюстрирована следующими примерами.A specific implementation of the invention is illustrated by the following examples.

Пример 1. Готовили комплексную добавку с малыми концентрациями ПТК и УНМ «Таунит». Для равномерного распределения УНМ в коллоидном растворе в суспензию добавляли ПАВ ПВП в соотношении УНМ:ПАВ=1:2. Компоненты добавляли в воду и обрабатывали ультразвуком в течение 30 минут. Результаты по прочностным характеристикам строительного композита получены методом планирования эксперимента и представлены в табл. 2.Example 1. Prepared a comprehensive additive with low concentrations of PTC and CNM Taunit. For a uniform distribution of CNMs in a colloidal solution, PVP surfactant was added to the suspension in a ratio of CNM: surfactant = 1: 2. The components were added to water and sonicated for 30 minutes. The results on the strength characteristics of the building composite are obtained by the experimental design method and are presented in table. 2.

Figure 00000003
Figure 00000003

Figure 00000004
Figure 00000004

Анализ результатов выявил интервалы концентрации компонентов в добавке, при которых прирост прочности бетона на сжатие составляет около 30%: ПТК - 7-9×10-4%, УНМ «Таунит» - 5-7×10-3% от массы связующего.Analysis of the results revealed a concentration ranges of components in the additive, in which the strength gain of concrete in compression is approximately 30%: the PTC - 7-9 × 10 -4%, LPA "Taunit» - 5-7 × 10 -3% by weight of binder.

Компоненты наномодификаторовNanomodifier Components

Полититанат калия - это тип минерального наноразмерного материала, с общей химической формулой K2O⋅nTiO2. Имеет слоистую структуру с размерами частиц 50-200 нм в поперечном сечении и толщиной порядка 5 нм. Структура ПТК зависит от соотношения оксидов K2O⋅nTiO2 и температуры процесса получения.Potassium polytitanate is a type of mineral nanoscale material with the general chemical formula K 2 O⋅nTiO 2 . It has a layered structure with particle sizes of 50-200 nm in cross section and a thickness of about 5 nm. The structure of the PTC depends on the ratio of the oxides K 2 O⋅nTiO 2 and the temperature of the preparation process.

Углеродные наноструктуры в модификаторе строительного назначения представлены углеродным наноматериалом серии «Таунит».Carbon nanostructures in the modifier for construction purposes are represented by carbon nanomaterial of the Taunit series.

Углеродный наноматериал «Таунит» производства ООО «Нано-ТехЦентр» (г. Тамбов) представляет собой углеродные нанотрубки с конической ориентацией углеродных слоев, полученных в результате синтеза методом газофазного химического осаждения (CVD). Свойства УНМ «Таунит» приведены ниже.Carbon nanomaterial “Taunit” manufactured by Nano-TechCenter LLC (Tambov) is a carbon nanotube with a conical orientation of the carbon layers obtained by synthesis by gas-phase chemical deposition (CVD). The properties of CNM “Taunit” are given below.

Figure 00000005
Figure 00000005

Поливинилпирролидон ТУ 64-9-03-86 (ПВП продукт полимеризации - винилпирролидона со средней молекулярной массой 8000) - химическая формула: C4H7NO, гигроскопический порошок белого или белого со слегка желтоватым оттенком цвета со слабым специфическим запахом. Легко растворим в воде, спирте, хлороформе, практически нерастворим в эфире. Среднее значение молекулярной массы 12600±2700.Polyvinylpyrrolidone TU 64-9-03-86 (PVP polymerization product - vinylpyrrolidone with an average molecular weight of 8000) - chemical formula: C 4 H 7 NO, hygroscopic powder of white or white with a slightly yellowish tint with a slight specific smell. Easily soluble in water, alcohol, chloroform, practically insoluble in ether. The average molecular weight is 12600 ± 2700.

Результатыresults

Ниже приведены графические материалы:The following graphic materials:

На фиг. 1 приведены данные электронной микроскопии образцов мелкозернистого бетона - контрольный образец,In FIG. 1 shows the data of electron microscopy of samples of fine-grained concrete - a control sample,

На фиг. 2 приведены данные электронной микроскопии образцов мелкозернистого бетона - образец модифицированный добавкой углеродного наноматериала «Таунит» и полититанатом калия.In FIG. Figure 2 shows the electron microscopy data of fine-grained concrete samples - a sample modified by the addition of carbon nanomaterial “Taunit” and potassium polytitanate.

На фиг. 3 приведены данные электронной микроскопии образцов мелкозернистого бетона - контрольный образец.In FIG. 3 shows the data of electron microscopy of samples of fine-grained concrete - a control sample.

Анализ микроструктуры образцов мелкозернистого бетона, модифицированного комплексной добавкой на основе углеродных наноматериалов и полититаната калия показал, что образцы без использования модифицирующей добавки состоят из кристаллов различной морфологии и размеров, которые образуют неоднородную структуру со значительным количеством пор и трещин. Микроструктура контрольных образцов демонстрирует, что рост кристаллогидратов неоднороден и имеет характер точечного распределения, за счет этого контакты между различными кристаллогидратами либо отсутствуют или осуществляются с низкой степенью взаимодействия (фиг. 1 и 3). Введение многослойных углеродных наноматериалов в комплексе с полититанатом калия способствует увеличению площади межфазной поверхности и формированию протяженных упорядоченных структур, отличающихся плотной упаковкой кристаллогидратов (фиг. 2), что приводит к дисперсному армированию и существенному повышению прочности композита. Использование комплексного наномодификатора стимулирует возникновение дополнительных точек роста кристаллогидратов, за счет этого обеспечивается структурирование матрицы композита и ускорение процессов гидратации, что стимулирует снижение фактора доступа воды к гидросиликатам и гидроалюмосиликатам кальция.An analysis of the microstructure of fine-grained concrete samples modified with a complex additive based on carbon nanomaterials and potassium polytitanate showed that the samples without the use of a modifying additive consist of crystals of various morphology and sizes, which form an inhomogeneous structure with a significant number of pores and cracks. The microstructure of the control samples demonstrates that the growth of crystalline hydrates is heterogeneous and has the character of a point distribution, due to this, contacts between different crystalline hydrates are either absent or are carried out with a low degree of interaction (Figs. 1 and 3). The introduction of multilayer carbon nanomaterials in combination with potassium polytitanate contributes to an increase in the interfacial surface area and the formation of extended ordered structures characterized by close packing of crystalline hydrates (Fig. 2), which leads to dispersed reinforcement and a significant increase in the strength of the composite. The use of a complex nanomodifier stimulates the emergence of additional growth points of crystalline hydrates, due to this, the composite matrix is structured and the hydration processes are accelerated, which stimulates a decrease in the factor of water access to calcium hydrosilicates and hydroaluminosilicates.

Эффективность комплексных гибридных наномодификаторов в строительные композиты оценивалась влиянием составов нанодобавок на физико-механические и технологические характеристики бетона. Анализ экспериментальных работ показал повышение прочности бетона (на сжатие более 30%), в том числе набор прочности в более ранние сроки, при увеличении плотности, водонепроницаемости и трещинностойкости строительного композита. Улучшение свойств строительного композита обусловлено совместным действием компонентов добавки и проявлением синергетического эффекта. Также выявлено, что выход за указанные пределы содержания ингредиентов композиции приводит к ослаблению указанных свойств строительного материала.The effectiveness of complex hybrid nanomodifiers in building composites was evaluated by the influence of the compositions of nanoparticles on the physico-mechanical and technological characteristics of concrete. An analysis of experimental work showed an increase in concrete strength (compressiveness of more than 30%), including a set of strength at an earlier date, with an increase in the density, water resistance, and crack resistance of a building composite. The improvement of the properties of the building composite is due to the combined action of the components of the additive and the manifestation of a synergistic effect. It was also revealed that going beyond the specified limits of the content of the ingredients of the composition leads to a weakening of these properties of the building material.

Изобретение обеспечивает повышение прочности бетона (на сжатие более 30%), и набор прочности в более ранние сроки, при одновременном увеличении плотности, водонепроницаемости и трещинностойкости строительного композита.The invention provides an increase in the strength of concrete (compression of more than 30%), and a set of strength at an earlier date, while increasing the density, water resistance and fracture toughness of the building composite.

Claims (1)

Наномодификатор строительных материалов на цементном связующем, включающий смесь, содержащую углеродный наноматериал (УНМ), наполнитель и пластификатор, отличающийся тем, что УНМ вводится в виде водной суспензии, которая подвергнута обработке в ультразвуковой установке с рабочей частотой 16-25 кГц и мощностью не менее 100-500 Вт и содержащей полититанат калия (ПТК), УНМ «Таунит» и поливинилпирролидон (ПВП) при следующем соотношении компонентов: полититанат калия (ПТК) -7-9×10-4%, углеродный наноматериал (УНМ «Таунит») - 5-7% и поливинилпирролидон (ПВП) – 1-1,6×10-3% от массы цементного связующего.Nanomodifier of building materials on a cement binder, including a mixture containing carbon nanomaterial (CNM), a filler and a plasticizer, characterized in that the CNM is introduced in the form of an aqueous suspension, which is processed in an ultrasonic unit with an operating frequency of 16-25 kHz and a power of at least 100 -500 W and containing potassium polytitanate (PTC), CNM “Taunit” and polyvinylpyrrolidone (PVP) with the following ratio of components: potassium polytitanate (PTC) -7-9 × 10 -4 %, carbon nanomaterial (CNM “Taunit”) - 5 -7% and polyvinylpyrrolidone (P N) - 1-1,6 × 10 -3% by weight of cement binder.
RU2016140311A 2016-10-12 2016-10-12 Nanomodifier of construction materials RU2637246C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016140311A RU2637246C1 (en) 2016-10-12 2016-10-12 Nanomodifier of construction materials

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016140311A RU2637246C1 (en) 2016-10-12 2016-10-12 Nanomodifier of construction materials

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2637246C1 true RU2637246C1 (en) 2017-12-01

Family

ID=60581409

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016140311A RU2637246C1 (en) 2016-10-12 2016-10-12 Nanomodifier of construction materials

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2637246C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2726754C1 (en) * 2019-11-26 2020-07-15 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" Cementing slurry
RU2804451C1 (en) * 2022-12-01 2023-09-29 Общество с ограниченной ответственностью "Газпром добыча Оренбург" Dosing device for corrosion and hydrate inhibitor

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2085504A (en) * 1980-10-09 1982-04-28 Delmonte John Fiber reinforced cementitious castings
RU2479552C1 (en) * 2011-11-03 2013-04-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет" (СГТУ) Method of producing heat insulating material
RU2545226C1 (en) * 2013-10-16 2015-03-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный архитектурно-строительный университет" КГАСУ Complex admixture for concrete mix, and method for its manufacture
RU2546688C1 (en) * 2014-03-21 2015-04-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный архитектурно-строительный университет" КГАСУ Complex additive for concrete mix and method for its preparation

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2085504A (en) * 1980-10-09 1982-04-28 Delmonte John Fiber reinforced cementitious castings
RU2479552C1 (en) * 2011-11-03 2013-04-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет" (СГТУ) Method of producing heat insulating material
RU2545226C1 (en) * 2013-10-16 2015-03-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный архитектурно-строительный университет" КГАСУ Complex admixture for concrete mix, and method for its manufacture
RU2546688C1 (en) * 2014-03-21 2015-04-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный архитектурно-строительный университет" КГАСУ Complex additive for concrete mix and method for its preparation

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2726754C1 (en) * 2019-11-26 2020-07-15 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" Cementing slurry
RU2804451C1 (en) * 2022-12-01 2023-09-29 Общество с ограниченной ответственностью "Газпром добыча Оренбург" Dosing device for corrosion and hydrate inhibitor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
da Luz et al. Effect of pristine and functionalized carbon nanotubes on microstructural, rheological, and mechanical behaviors of metakaolin-based geopolymer
Chintalapudi et al. An intense review on the performance of graphene oxide and reduced graphene oxide in an admixed cement system
Nochaiya et al. Behavior of multi-walled carbon nanotubes on the porosity and microstructure of cement-based materials
Zhao et al. Investigation of the effectiveness of PC@ GO on the reinforcement for cement composites
Du et al. Influence of hybrid graphene oxide/carbon nanotubes on the mechanical properties and microstructure of magnesium potassium phosphate cement paste
EP2655285A1 (en) Method for inserting carbon nanofillers into an inorganic curable system
Assi et al. Multiwall carbon nanotubes (MWCNTs) dispersion & mechanical effects in OPC mortar & paste: A review
EP3548447B1 (en) Construction material composition comprising carbon nanotubes and method for the preparation thereof
Choi et al. Effect of some parameters on the compressive strength of MWCNT-cement composites
WO2011010947A1 (en) Nanocomposite material containing mineral binders
Jyothimol et al. Effect of reduced graphene oxide on the mechanical properties of concrete
RU2637246C1 (en) Nanomodifier of construction materials
Rashidi et al. Investigation of ultrasonication energy effect on workability, mechanical properties and pore structure of halloysite nanotube reinforced cement mortars
Sldozian et al. Improve the mechanical properties of lightweight foamed concrete by using nanomodified sand
RU2436749C2 (en) Nanocomposite material based on mineral binding materials
Bhatrola et al. Mechanical and electrical resistivity performance of Pozzolana Portland cement mortar admixed graphene oxide
RU2397966C1 (en) Dry construction mixture
CN109437763B (en) Microcrack self-repairing cement-based composite material and preparation method thereof
Mishra Co-effect of carbon nanotube and nano-sized silica on dispersion and mechanical performance in cementitious system
Tugelbayev et al. The effect of acid treated multi-walled carbon nanotubes on the properties of cement paste prepared by ultrasonication with polycarboxylate ester
Rashmi et al. Mechanical and durability characteristics of multiwalled carbon nano tube in concrete
Abinayaa et al. Improving the properties of concrete using carbon nanotubes
Jing et al. Incorporating graphene oxide into lime solution: A study of flocculation and corresponding improvement
Petrunin et al. Cement composites reinforced with functionalized carbon nanotubes
Ashwini et al. Effect of multiwall carbon nano tube incorporation on mechanical properties of concrete with partial replacement of cement with fly ash

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20191013