RU2811835C2 - Использование наномодификатора - порошков тугоплавких металлов для создания высокопрочных бетонов - Google Patents
Использование наномодификатора - порошков тугоплавких металлов для создания высокопрочных бетонов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2811835C2 RU2811835C2 RU2021107257A RU2021107257A RU2811835C2 RU 2811835 C2 RU2811835 C2 RU 2811835C2 RU 2021107257 A RU2021107257 A RU 2021107257A RU 2021107257 A RU2021107257 A RU 2021107257A RU 2811835 C2 RU2811835 C2 RU 2811835C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nanomodifier
- mixture
- concrete
- portland cement
- tungsten
- Prior art date
Links
- 239000000843 powder Substances 0.000 title claims abstract description 7
- 239000011372 high-strength concrete Substances 0.000 title claims abstract description 5
- 239000003870 refractory metal Substances 0.000 title description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 32
- -1 tantalum carbides Chemical class 0.000 claims abstract description 12
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims abstract description 12
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000011398 Portland cement Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000004576 sand Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000002055 nanoplate Substances 0.000 claims abstract description 9
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 239000011435 rock Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000002699 waste material Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000004575 stone Substances 0.000 claims description 6
- 239000004567 concrete Substances 0.000 abstract description 18
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 7
- 239000004566 building material Substances 0.000 abstract description 5
- 239000002994 raw material Substances 0.000 abstract description 5
- 238000009439 industrial construction Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 6
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 5
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 3
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Chemical compound OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 3
- UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M Sodium bicarbonate Chemical compound [Na+].OC([O-])=O UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 2
- 239000011858 nanopowder Substances 0.000 description 2
- 239000004014 plasticizer Substances 0.000 description 2
- 239000001267 polyvinylpyrrolidone Substances 0.000 description 2
- 229920000036 polyvinylpyrrolidone Polymers 0.000 description 2
- 235000013855 polyvinylpyrrolidone Nutrition 0.000 description 2
- 239000011164 primary particle Substances 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002535 Polyethylene Glycol 1500 Polymers 0.000 description 1
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 description 1
- 239000012615 aggregate Substances 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001721 carbon Chemical class 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000000921 elemental analysis Methods 0.000 description 1
- 239000010438 granite Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 1
- 239000003607 modifier Substances 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 description 1
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 1
- 229910000030 sodium bicarbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000017557 sodium bicarbonate Nutrition 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000008030 superplasticizer Substances 0.000 description 1
- VUYXVWGKCKTUMF-UHFFFAOYSA-N tetratriacontaethylene glycol monomethyl ether Chemical compound COCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCO VUYXVWGKCKTUMF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано для изготовления изделий из бетона в гражданском и промышленном строительстве, в том числе для производства гидротехнических сооружений. Сырьевая смесь для высокопрочного бетона включает, мас.%: портландцемент ЦЕМ II/A-П 42,5 Н CC 11,97-12,03, песок морской серый фракции 1,5-2 мм 28,77-28,89, щебень плотных горных пород фракций 5-10, 10-15 мм 51,49-51,74, наномодификатор – порошок в виде нанопластин смеси карбидов титана, вольфрама, тантала, полученный в результате переработки твердосплавных отходов, 0,12-0,59, воду 7,18-7,22. Технический результат – повышение прочности бетона при сжатии. 1 ил., 1 табл.
Description
Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано для изготовления изделий из бетона в гражданском и промышленном строительстве, в том числе для производства гидротехнических сооружений.
Известен модификатор строительных материалов (RU 2482082 С2, опубл. 20.05.2013 Бюл. №14), содержащий углеродный наноматериал в виде нанотрубок «Таунит», наполнитель - полиэтиленгликоль ПЭГ-1500 и пластификатор, в качестве пластификатора смесь содержит поливинилпирролидон, в качестве наполнителя - гидрокарбонат натрия и лимонную кислоту.
Недостатком данного изобретения является невысокая прочность бетона в ранние сроки твердения, а также невысокая долговечность получаемого бетона.
Известна сырьевая смесь для строительных материалов (RU 2388712 С2, опубл. 10.05.2010 Бюл. №13), включающая цемент, наполнитель, заполнитель и воду затворения, содержащую суперпластификатор и углеродные кластеры фуллероидного типа в концентрации 10-8-10-5 мас.%.
Недостатком состава сырьевой смеси для получения строительных материалов является недостаточное увеличение прочности при сжатии бетона по сравнению с бездобавочным контрольным составом.
Наиболее близким аналогом заявленного изобретения (RU 2471752 С1, опубл. 10.01.2013 Бюл. №1) является сырьевая смесь, включающая портландцемент, кварцполевошпатный песок, гранитные отсевы, добавку и воду, в качестве добавки содержит нанодисперсный порошок диоксида кремния Таркосил-05.
Недостатком известного состава является недостаточная прочность.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизна".
Задачей настоящего изобретения является повышение прочности бетона.
Технический результат изобретения заключается в увеличении прочностных показателей бетонных образцов за счет введения наномодификатора, представленного нанопластинами смеси карбидов титана, вольфрама, тантала, полученными из твердосплавных отходов ТТК.
Технический результат достигается тем, что сырьевая смесь для бетона с наномодификатором, включающая портландцемент, песок, щебень, добавку и воду, в качестве добавки содержит порошок, представленный нанопластинами смеси карбидов титана, вольфрама, тантала со средним размером первичных частиц не более 100 нм.
Отличительной особенностью состава предлагаемой смеси для получения бетона является использование нового наномодификатора, представленного нанодисперсными порошками в виде нанопластин смеси карбидов титана, вольфрама, тантала, полученными по технологии получения нанопорошков тугоплавких металлов и их карбидов из твердосплавных отходов (см. патент Pat/ ЕР 3138932 А1, ЕС, №15002564.1, опубл. 08.30.2017) со средним размером первичных частиц не более 100 нм.
Исследование дисперсности и морфологии частиц проводили на сканирующем электронном микроскопе PHENOM рrоХ фирмы: Phenom-World B.V. (Нидерланды) с интегрированной системой энергодисперсионного анализа. Элементный анализ исследуемых порошков получен с применением программы Element Identification компании Phenom.
На фигуре 1 представлена микрофотография при увеличении х150000 (а) и спектры элементов, входящих в состав наномодификатора (б).
Как видно на фиг. 1, представленный наномодификатор представляют собой нанопластины с размерностью менее 100 нм.
Наномодификатор смеси карбидов титана, вольфрама, тантала состоит из мас.%: W - 88.55, Та - 2.88, Ti - 2.42, С - 1.65, O - 4.50.
Для получения предлагаемой смеси для высокопрочного бетона применяют портландцемент ЦЕМ II/A-П 42,5 Н CC (Новороссийск ОАО «Верхнебеканский цементный завод»), удовлетворяющий требованиям ГОСТ 22266-2013, песок морской серый, фракция 1,5-2 мм, удовлетворяющий требованиям ГОСТ 8736-2014, щебень плотных горных пород, фракция 5-10, 10-15 мм, удовлетворяющих требованиям ГОСТ 8267-93, вода ГОСТ 23732, наномодификатор: смесь карбидов титана, вольфрама, тантала, полученная по технологии получения нанопорошков тугоплавких металлов и их карбидов из твердосплавных отходов.
Перемешивание наномодификатора и портландцемента производили не менее 5 минут. На каждую концентрацию было изготовлено по три образца. Далее отвешенное количество песка по частям смешивали с цементом и добавкой, и перемешивали до получения смеси однородного цвета, добавляли крупный заполнитель (щебень) и всю смесь перемешивали до тех пор, пока крупный заполнитель не будет равномерно распределен в смеси. Вода приливается равномерно в продолжении всего времени засыпки материалов.
Из бетонных смесей изготавливали образцы в формах 2ФК-100 размерами 100×100×100 мм. Через 28 суток нормального твердения образцы подвергались механическим испытаниям. Прочность образцов определяли в соответствии с ГОСТ 10180-2012.
Примеры составов бетонов с использованием наномодификатора и его влияние на прочность бетона приведены в таблице 1.
Таблица 1 – Состав и прочностные свойства бетона с наномодификатором
| Содержание компонентов, мас.%: | ||||||
| Компоненты | состав | |||||
| контрольный | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |
| Портландцемент | 12,04 | 12,03 | 12,01 | 12,00 | 11,99 | 11,97 |
| Песок морской серый | 28,92 | 28,89 | 28,85 | 28,82 | 28,78 | 28,77 |
| Щебень плотных горных пород | 51,83 | 51,74 | 51,69 | 51,62 | 51,57 | 51,49 |
| Вода | 7,21 | 7,22 | 7,21 | 7,20 | 7,19 | 7,18 |
| Наномодификатор: смесь карбидов вольфрама, титана, тантала | - | 0,12 | 0,24 | 0,36 | 0,47 | 0,59 |
| Показатель: | ||||||
| Прочность при сжатии бетона в возрасте 28 суток (МПа) | 10,29 | 13,33 | 14,99 | 11,51 | 11,36 | 19,68 |
Из приведенных данных следует, что прочность бетона с использованием наномодификатора в виде нанопластин смеси карбидов титана, вольфрама, тантала после 28 суток нормального твердения превышает прочность бетона без добавок в среднем на 30-91%.
Предлагаемая сырьевая смесь для высокопрочного бетона на основе портландцемента, песка, щебня и наномодификатора в виде нанопластин смеси карбидов вольфрама, титана, тантала может быть использована для изготовления изделий из бетона в гражданском и промышленном строительстве, в том числе для производства гидротехнических сооружений.
Claims (2)
- Сырьевая смесь для высокопрочного бетона с наномодификатором, включающая портландцемент, мелкий заполнитель – песок, наномодификатор и воду, отличающаяся тем, что используют портландцемент ЦЕМ II/A-П 42,5 Н CC, песок морской серый фракции 1,5-2 мм, в качестве наномодификатора содержит порошок в виде нанопластин смеси карбидов титана, вольфрама, тантала, полученный в результате переработки твердосплавных отходов, и дополнительно смесь содержит крупный заполнитель – щебень плотных горных пород фракции 5-10, 10-15 мм, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
-
Указанный портландцемент 11,97-12,03 Песок морской серый 28,77-28,89 Щебень плотных горных пород 51,49-51,74 Наномодификатор: порошок в виде нанопластин смеси карбидов титана, вольфрама, тантала 0,12-0,59 Вода 7,18-7,22
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021107257A RU2811835C2 (ru) | 2019-12-11 | Использование наномодификатора - порошков тугоплавких металлов для создания высокопрочных бетонов |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021107257A RU2811835C2 (ru) | 2019-12-11 | Использование наномодификатора - порошков тугоплавких металлов для создания высокопрочных бетонов |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2021107257A RU2021107257A (ru) | 2022-04-25 |
| RU2811835C2 true RU2811835C2 (ru) | 2024-01-18 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FI88499B (fi) * | 1980-05-01 | 1993-02-15 | Aalborg Portland Cement | Foerfarande foer framstaellning av en formkropp |
| RU2107049C1 (ru) * | 1995-07-19 | 1998-03-20 | Центральный научно-исследовательский институт технологии судостроения | Бетонная смесь |
| RU2471752C1 (ru) * | 2011-06-20 | 2013-01-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления" | Сырьевая смесь для высокопрочного бетона с нанодисперсной добавкой |
| RU2627335C2 (ru) * | 2016-01-15 | 2017-08-07 | Автономная некоммерческая организация высшего образования "Российский новый университет" (АНО ВО "РосНОУ") | Сырьевая смесь для строительных материалов |
| CN106348672B (zh) * | 2016-08-29 | 2018-02-23 | 江西省萍乡市东南金属制造有限公司 | 一种用于抗震钢结构的复合材料 |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FI88499B (fi) * | 1980-05-01 | 1993-02-15 | Aalborg Portland Cement | Foerfarande foer framstaellning av en formkropp |
| RU2107049C1 (ru) * | 1995-07-19 | 1998-03-20 | Центральный научно-исследовательский институт технологии судостроения | Бетонная смесь |
| RU2471752C1 (ru) * | 2011-06-20 | 2013-01-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления" | Сырьевая смесь для высокопрочного бетона с нанодисперсной добавкой |
| RU2627335C2 (ru) * | 2016-01-15 | 2017-08-07 | Автономная некоммерческая организация высшего образования "Российский новый университет" (АНО ВО "РосНОУ") | Сырьевая смесь для строительных материалов |
| CN106348672B (zh) * | 2016-08-29 | 2018-02-23 | 江西省萍乡市东南金属制造有限公司 | 一种用于抗震钢结构的复合材料 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ФЕДОРОВА С.А. и др. Определение оптимальных концентраций добавок нанопорошков тугоплавких металлов для увеличения прочностных характеристик бетона. Севастополь. 2019, N1, с. 151-155. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106517957B (zh) | 一种普通强度高弹性模量混凝土及其制备方法 | |
| Behfarnia et al. | The effects of TiO2 and ZnO nanoparticles on physical and mechanical properties of normal concrete | |
| KR0183536B1 (ko) | 규산질 회분을 포함하는 고내구성의 시멘트 제품 | |
| CN109455992A (zh) | 一种机制砂混凝土及其制备方法 | |
| JP2011528313A (ja) | 水性剤 | |
| JP6639608B2 (ja) | 高耐久性モルタル及び高耐久性コンクリート並びに高耐久性モルタルの製造方法 | |
| US20110226163A1 (en) | Method for manufacturing heavyweight aggregate and heavyweight concrete | |
| DE112009001244T5 (de) | Gegengewicht | |
| Chauhan et al. | Partial replacement of sand with quarry dust in concrete | |
| Sivakumar et al. | Durability and mechanical characterization of concrete using alccofines | |
| Sharma et al. | Use of waste marble powder as partial replacement in cement sand mix | |
| RU2811835C2 (ru) | Использование наномодификатора - порошков тугоплавких металлов для создания высокопрочных бетонов | |
| Kumar et al. | Effect of fines on strength and durability of concrete with manufactured sand | |
| CN112759328B (zh) | 一种路面用风积沙水泥混凝土及组成的设计方法 | |
| Benabed | Effect of combined use of crushed sand and Algerian desert dune sand on fresh properties and strength of self-compacting concrete. | |
| DE202006003653U1 (de) | Mineralzement | |
| Khartode et al. | Mix proportioning of HSC using manufactured sand | |
| JPH0676235B2 (ja) | 水硬性セメント組成物 | |
| EP3517516A1 (en) | Composition based on calcium carbonate for use as a cement | |
| JP2011006311A (ja) | 骨材の製造方法 | |
| Balykov et al. | Self-compacting fine-grained concretes based on highly filled cement binders | |
| JP6856111B1 (ja) | モルタル・コンクリート用混和材、水硬性組成物、セメント組成物及びコンクリート | |
| Naik et al. | Manufacturing of Self Compaction Concrete Application of Red Mud | |
| Saoudi et al. | Impact on mechanical propreties of cement sand mortar contai-ning waste dust cement and glass poder | |
| US20230219844A1 (en) | High-strength concrete and method of producing same |