Механизмы воздействия нанодобавок на цементные продукты

результате патентного анализа выявлены механизмы воздействия на цементные продукты модифицирующих нанодобавок, таких как:

• •    астралены;

• •    фуллерены;

• •    композиции нанодобавок типа «золь-гель»;

• •    нанодиоксид титана, TiO₂, наноди-оксид кремния, SiO₂, и наночастицы минералообразующих оксидов цемента: 2CaO•SiO₂, 3CaO•SiO₂, Al₂O₃, Р–Са и их комбинации.

he patent analysis revealed the influence mechanisms of modifying nanoadditives on cement products, these nanoadditives are:

• •    Astralens.

• •    Fullerens.

• •    Composition of «Sol-Gel» nanoadditives.

• •    Nanoparticles: TiO₂ Titanium nanodioxide, SiO₂ Silicium nanodioxide, cement mineral oxides: 2CaO•SiO₂, 3CaO•SiO₂, Al₂O₃, Р–Са and their mixes.

В.П. Кузьмина.

Фотокатализ цементного камня и бетона, модифицированных нанодиоксидом титана [1, 2]

В процессе эксплуатации гражданских и, особенно, промышленных зданий на поверхности фасадов скапливаются загрязнения самой различной природы. Это могут быть бактерии, споры бактерий, плесень, грибок и просто пыль, которой покрыты стены любого здания. При освещении зданий и их остекления солнечными лучами частицы нанодиоксида титана начинают работать в качестве катализатора. Под их воздействием поверхностный слой фасада разлагается на воду, кислород и соли в присутствии катализатора.

Водную суспензию нанодиоксида титана под маркой nanoYo можно применять как для получения поверхностного покрытия, так и с водой затворения бетона для получения самоочищающегося фасада. Способ защиты зависит от объёма финансирования строительства объекта.

Таким образом, цемент с наночастицами периодически сам себя моет. Происходит это за счёт снижения угла смачиваемости поверхности наномоди-фицированного цементного камня от 80 до 0о. При этом поверхность фасада становится гидрофильной, т.е. вместо образования капель, вода равномерно по ней растекается. Гидрофильность поверхности фасада сохраняется до двух дней, а затем угол смачиваемости начинает постепенно увеличиваться до 80°. Поверхность становится водоотталкивающей, а накопившаяся за это время вода скатывается, увлекая за собой частички грязи.

Fotocatalysis of cement stone and concrete modified by titanium nanodioxide

When civil and especially industrial buildings are in service, pollutants of different origins accumulate on their facades. These pollutants can be bacteria, spores of bacteria, mould, fungus or simply the dust covering the walls of any building.

When a building or its glazing are illuminated by sun light, titanium nanodioxide particles start working as the catalyst. Under their influence superficial layer of the facade simply decays into water, oxygen and salts at presence of the catalyst.

It is possible to apply water suspension of titanium nanodioxide of mark «nano-Yo», both for producing superficial covering, and with concrete mixing water for obtaining self-cleaning facade. The way of protection depends of financing for construction object.

So, cement with nanoparticles washes itself periodically. This is due to decrease of a surface wettability corner of nanomodified cement stone from 80 to 0 degrees. At the same time, the facade surface becomes hydrophilous, i.e. instead of drop formation, water spreads in regular intervals. Wetting ability of the facade surface is kept about two days, and then the corner of wettability starts increasing gradually up to 80 degrees. The surface becomes water-repellent, and the water which has collected for this time rolls down from it, carrying away dirty particles.

В.П. Кузьмина.

Модификация пластификаторов с целью управления реологическими свойствами бетонных смесей.

Композиция для получения строительных материалов. Патент РФ № 2233254

Softeners modification aimed at control of rheological properties of concrete mixes

Изобретение относится к составам на основе минеральных вяжущих, таких как цемент, известь, гипс или их смеси, и может найти применение в промышленности строительных материалов при изготовлении бетона, фибробетона, цементно-волокнистых строительных материалов, шифера, штукатурки, отделочных покрытий, в том числе лепнины.

Введение в сухие строительные смеси наноразмерных зародышей ставит своей целью направленную кристаллизацию цементного камня за счёт динамического дисперсного самоармирования, управление подвижностью и водореду-цированием бетонных смесей за счет модификации пластификаторов.

Модификация и оптимизация структуры контактной зоны между цементным камнем и заполнителем. Композиция для получения строительных материалов.

Патент РФ № 2233254

The invention is referred to nanomodified composite materials on the basis of air and hydraulic binder substances, such as cement, lime, hemihydrate gypsum or their mixes, and it can find application in the industry of building materials at concrete manufacturing, fibrous concrete, cement-fibrous building materials, slate, plaster, finishing coverings, including a stucco moulding.

There is the nanosize germs introduction into dry building mixes for the directed crystallization of a cement stone due to dynamic disperse self-reinforcing, control of mobility and water reducing of concrete mixes due to softeners modification.

Modification and optimization of structure of contact zone between cement stone and filler

Нанокомпозитная некорродирующая арматура в виде различных нанотрубок, в том числе переменного состава (Mg,Fe)3Si2O5(OH)4, со структурой хризотила применяется для фотодинамической самостерилизации композиции, повышения её устойчивости к биологической коррозии и улучшения физико-механических свойств конечного продукта.

Application of nanocomposite nonattacked armature in the form of various nanotubes, including ones with variable structure (Mg,Fe)3Si2O5(OH)4, with chrysotile structure for photodynamic self-sterilization of composition, increase of its stability to biological corrosion and improvement of physicom-echanical properties.

В.П. Кузьмина.

Создание диффузионного барьера для ионов агрессивных сред [3, 4, 5]

Инженеры национального института стандартов и технологий NIST запатентовали способ, увеличивающий в два раза срок службы бетона. Для снижения скорости фильтрации хлоридов и сульфатов грунтовых вод, проникающих в бетон, они, вместо изменения размера и количества пор в бетоне, изменили вязкость бетонного раствора в микромасштабе. «Проплыть через бассейн с медом займет больше времени, чем через бассейн с водой», – сообщил инженер Дэйл Бенц.

Изучая различные добавки, ученые определили, что размер молекул в добавке является критическим в случае использования ее как диффузионного барьера. Большие молекулы, например, целлюлоза увеличивает вязкость, но не улучшает диффузионный барьер. Маленькие молекулы, размером менее, чем 100 нанометров, уменьшают диффузию ионов.

Дэйл Бенц объясняет: «Когда молекула добавки является большой, но присутствует в низкой концентрации, это приводит к тому, что ионы легко проникают сквозь барьер. Но когда вы имеете большую концентрацию молекул маленького размера, увеличивающих вязкость раствора, это более эффективно для уменьшения скорости проникновения ионов».

Уменьшение скорости передвижения ионов приводит как к уменьшению стоимости капитального ремонта, так и к снижению риска полного внезапного разрушения бетонной конструкции.

Нанодобавки могут быть напрямую смешаны с бетоном и современными технологическими премиксами. Также получается лучший результат, если

Creation of diffusion barrier for ions of hostile environments [3, 4, 5]

Engineers of national institute of standards and technologies NIST have patented a method increasing the concrete service life twice.

Instead of changing size and quantity of concrete pores, they have changed viscosity of concrete solution in micro-scale in order to decrease speed of a chlorides and sulfates filtration of the subsoil waters getting into concrete. «To float through pool with honey will borrow more time, than through pool with wa-ter», – engineer Dale Benz claimed.

Studying various additives, scientists have determined that the molecules size of an additive is critical in the case if it is used as a diffusion barrier. Greater molecules, for example ones of cellulose or ksantum, increase viscosity, but at the same time do not improve a diffusion barrier. Small molecules, which size is less than 100nm, reduce diffusion of ions.

Dale Benz explains: «When the molecule of the additive is big, but is present at low concentration, it leads to that ions easily get through a barrier. But when you have greater concentration of molecules of the small size increasing viscosity of a solution, it is more effective for reduction of speed of penetration of ions».

Reduction of ions movement speed results in reduction of overhaul cost as well as in decrease of risk of full sudden destruction of a concrete structure.

Nanoadditives can be directly mixed with concrete and modern technological premixes. The best result is obtained, if additives are involved in concrete with damp absorbents and fine sand. Research is proceeding also with concrete mixes and engineers are searching for a way добавки замешаны в бетон с влажными абсорбентами и мелким песком. Исследование продолжается и на других материалах, инженеры ищут способ улучшить изобретение сокращением концентрации и цены добавки, необходимой для увеличения срока службы бетона.

Усиление пуццолановой реакции и повышение прочности цементных продуктов [6, 7, 8]

to improve the invention by reducing of concentration and the price of the additive necessary for increasing of concrete service life.

Pozzolana reactions strengthening and increase of cement products durability

Нанодиоксид кремния является мировым лидером по объемам производства, составляющим 40% от общего объема производства нанопорошков.

Нанодисперсии гидрозоля двуокиси кремния – один из продуктов поликонденсации кремниевых кислот, к которым относятся также гидрогели, силикагели (силикаксерогели), аэросилы и др. Однако получение золей или гелей SiO2 является очень дорогостоящим процессом, что ограничивает их применение для создания строительных материалов.

Применение нанодисперсии гидрозоля кремнезема (состоящего из воды и наночастиц аморфного кремнезема и называемого коллоидным кремнеземом) в качестве дисперсной фазы позволяет достичь двойного эффекта: повышения пуццолановости цементов и прочности цементного камня. Размер частиц золя может колебаться в пределах от 1 до 100 и более нм, а их концентрация достигает 50 масс.% и выше при обеспечении устойчивости систем.

Последнее означает, что они устойчивы к седиментации и гелеобразованию, а также способствуют процессу образования низкоосновных гидросиликатов кальция.

Silicium nanodioxide hydrosols is the world leader by production volume, which is equal to 40% of total amount of nanopowders manufacture.

Nanodispersions of silicium dioxide hydrosol is one of the silicon acids polycondensation products, including also hydrogels, silicagels (silicakserogels) fumed silica, etc. However, production of SiO2 sols or gels is a very expensive process, that limits their application for building materials creation.

The application of silicium nanodioxide hydrosols, called amorphous silica, consisting of water and amorphous silica nanoparticles, as a disperse phase allows achieving double effect: to increase poz-zolana reactions of cements and cement stone durability. The size of sol particles can be in the range from 1 to 100 and more nanometers, and their concentration reaches 50 mass percentage and more, when providing system stability.

The last means, that they are resistant to sedimentation and gel formation, and also favour the process of formation of low basic hydrosilicates of calcium.

В.П. Кузьмина.