Механизмы воздействия нанодобавок на гипсовые продукты

обзоре оценена ситуация и причины старта нового витка развития производства гипса и изделий из него.

Крупнейшие субъекты Российской Федерации – Нижегородская область, Татарстан, Москва, Московская область – заявили в открытой печати о необходимости расширить добычу гипса и ассортимента изделий из него.

За прошедшие два года ситуация обострилась ещё больше.

Строительный рынок предопределил необходимость развития новых технологий в гипсовой промышленности. Ниже приводятся некоторые инновационные направления развития технического прогресса в гипсовой промышленности, выявленные в результате патентного анализа.

he review estimates the situation and factors causing the new stage of development for gypsum and gypsum products manufacture.

The largest subjects of the Russian Federation – Nizhny Novgorod area, Tatarstan, Moscow, Moscow area – have stressed in the open press the necessity to expand extraction of gypsum and to broaden the assortment of gypsum products in the open press.

For the past two years the situation became more aggravated.

The building market predetermined the necessity of development of new technologies for the gypsum industry. Some innovative directions of development of technical progress in the gypsum industry, which were found out from patents analysis are given below.

Создание многофункциональных гипсовых материалов со специальными свойствами. Создание диффузионного барьера для электромагнитного излучения [1, 2]

СУХАЯ СТРОИТЕЛЬНАЯ СМЕСЬ

Патент РФ № 2307809

Недорогие строительные материалы возможно изготовить на основе предложенной сухой гипсовой шунгитовой смеси с функциональными добавками. Такие материалы обладают оптимальными эксплуатационными характеристиками, заменяющими несколько разных строительных материалов с моносвойствами.

Например, предлагаемые сухие гипсовые шунгитовые смеси обеспечивают антиэлектростатическую искробезо-пасность и защиту от электромагнитных излучений. При этом использование предложенной сухой смеси при строительстве жилых и производственных зданий позволяет создать внутри помещений неискаженную структуру естественного поля Земли и защитить человека от неблагоприятных воздействий электромагнитных излучений естественной и антропогенной природы. Покрытие из предложенной гипсовой шунгитовой смеси обладает повышенными адгезионными свойствами и вязкостью.

Создание экологически безопасных покрытий зданий в целях защиты человека от электромагнитных излучений и геопатогенного воздействия поля Земли обеспечивается за счет применения в строительных смесях шунгитовых пород. Шунгит является уникальным природным минералом, содержащим аллотропную модификацию углерода – фуллерен.

The creation of multipurpose gypsum materials with special properties. Creation of a diffusion barrier for electromagnetic radiation [1, 2]

DRY BUILDING MIX

The patent RF № 2307809

The inexpensive building materials can be produced on the basis of the offered dry gypsum schungit mix with functional additives. Such materials possess optimal operational characteristics, replacing some different building materials with monoproperties.

For example, the offered dry gypsum schungit mix provides antielectrostatic spark safety and protection against electromagnetic radiations. Thus, the use of the offered dry mix in the construction of inhabited and industrial buildings allows to create non deformed structure of the natural Earth’s field inside of premises and to protect the man from adverse influence of electromagnetic radiations of the natural and anthropogenous nature. The coating made of the offered gypsum schungit mix possesses the increased adhesive properties and viscosity.

Creation of ecologically safe coatings in buildings aimed at protection of the man from electromagnetic radiations and geopathogenic influence of the Earth’s field is provided due to application of schungit breeds in building mixes. Sc-hungit is the unique natural mineral, containing allotropic carbon modification – fullerene.

Studying various additives, scientists have determined that the molecules size of an additive is critical in the case when it is used as a diffusion barrier. Big molecules, for example ones of cellulose, increase viscosity, but at the same

В.П. КУЗЬМИНА

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

Нанодобавки могут быть напрямую смешаны с гипсобетонной смесью. Также получается лучший результат, если добавки замешаны в гипсобетон с влажными абсорбентами и мелким песком.

КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ Патент РФ № 2233254

ЗАО «АСТРИН» СПб,

НИЦ 26 ЦНИ института

Мин. обороны РФ

Композиция для получения строительных материалов – мас. %: цемент, известь, гипс или их смеси, и вода – отличается тем, что она дополнительно содержит углеродные кластеры фулле-роидного типа с числом атомов углерода 36 и более.

• •    Минеральное вяжущее – 33–77.

• •    Углеродные кластеры фуллероид-ного типа – 0,0001 – 2,0.

• •    Вода – остальное.

В качестве наномодифицирующих добавок представлены: астралены, фуллерены, нанодиоксид титана, TiO2, нанодиоксид кремния, SiO2 и наночастицы гипса – CaSO4.

Механизмы воздействия нанодобавок на гипсовые продукты time do not improve a diffusion barrier. Small molecules, which size is less than 100 nm, reduce a diffusion speed.

Nanoadditives can be directly mixed with gypsum concrete mix. The best result is obtained, if additives are involved in gypsum concrete with damp absorbents and fine sand.

COMPOSITION FOR PRODUCTION OF BUILDING MATERIALS The patent RF № 2233254 Joint-Stock Company «ASTRIN», SPb, Research Center 26 CSR institute Min.oborony of the Russian Federation

Composition for manufacturing of building materials – mas. %: cement, lime, gypsum or their mixes , and water – is different in following: in addition it contains carbon cluster fulleroid type with number of atoms of carbon 36 and more.

• •    Mineral binder – 33–77.

• •    Carbon cluster fulleroid type – 0,0001 – 2,0.

• •    Water – the rest.

There are modifying nanoadditives: astralens, fullerenes, nanoparticles: TiO2 Titanium nanodioxide, SiO2 Silicium nanodioxide, nanoparticles of gypsum mineral – CaSO4.

В.П. КУЗЬМИНА

Фотокатализ гипсового штукатурного камня и гипсобетона, модифицированных нанодиоксидом титана [3, 4]

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 гипсобетона для получения самоочищающегося фасада. Способ защиты зависит от объёма финансирования строительства объекта.

Таким образом, гипс с наночастицами периодически сам себя моет. Происходит это за счёт снижения угла смачиваемости поверхности наномо-дифицированного гипсового 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 80о. Поверхность становится водоотталкивающей, а накопившаяся за это время вода скатывается, увлекая за собой частички грязи.

Fotocatalysis of gypsum plaster stone and gypsum concrete modified by titanium nanodioxide [3, 4]

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 under the mark «nanoYo», both in producing of superficial covering, and in obtaining of selfcleaning facade with gypsum concrete mixing water. The way of protection depends on the financing specified for construction object.

Thus, gypsum with nanoparticles washes itself periodically. This is due to decrease of a surface wettability corner of nanomodified gypsum stone from 80 to 0 degrees. At the same time, the facade surface becomes hygrophilous, i.e. instead of drop formation, water spreads in a 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 гипсобетонных смесей

Softeners modification aimed at control of rheological properties of gypsum concrete mixes

Патент РФ № 2233254

Изобретение относится к наномо-дифицированным составам на основе воздушных или гидравлических минеральных вяжущих материалов, таких как гипс или его смеси, и может найти применение в промышленности строительных материалов при изготовлении гипсобетона, фиброгипсобетона, гип-сно-волокнистых строительных материалов, штукатурки, отделочных покрытий, в том числе лепнины.

Введение в сухие строительные смеси наноразмерных зародышей ставит своей целью направленную кристаллизацию гипсового камня за счёт динамического дисперсного самоарми-рования, управление подвижностью и водоредуцированием гипсобетонных смесей за счет модификации пластификаторов.

Модификация и оптимизация структуры контактной зоны между гипсовым камнем и заполнителем

КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ Патент РФ № 2233254

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.

The patent RF № 2233254

The invention is referred to nanomodified composite materials on the basis of air and hydraulic binder substances, such as gypsum, lime, hemihydrate gypsum or its mixes, and it can be applied in the building materials industry when manufacturing gypsum concrete, gypsum fibrous concrete, gypsum-fibrous building materials, plaster, finishing coatings, including a stucco moulding.

Introduction of the nanosize germs into dry building mixes aimed at the directed crystallization of a gypsum stone due to dynamic disperse self-reinforcing as well as at the control of mobility and water reducing of gypsum concrete mixes due to softeners modification.

Modification and optimization of the structure of the contact zone between gypsum stone and filler

COMPOSITION FOR PRODUCTION OF BUILDING MATERIALS

The patent RF № 2233254

Nanocomposite nonattacked armature in the form of various nanotubes, including ones with variable structure (Mg, Fe)3Si2O5(OH)4, with chrysotile structure is used for photodynamic selfsterilization of composition, increase of its stability to biological corrosion and improvement of physic mechanical properties.

Патент РФ № 2204540

ООО «ВЕФТ»

• 1.    микрокремнезем – 0,1–30,0;

• 2.    пластификатор – 0,5–3,0;

• 3.    доломитовая или известняковая мука – 40,0–92,0;

• 4.    водорастворимый эфир целлюлозы – 0,1–3,0;

• 5.    редисперсионный порошок в виде сополимеров поливинилацетата или акрилата – 0,3–24,0;

• 6.    заполнитель включает, мас. %: песок кварцевый 99,9–85,0 с модулем крупности мкр. не более 1,5 и пылевидный кварц 0,10–15,0 при следующем соотношении компонентов смеси, мас. %:

• •    вяжущее – 25–35;

• •    заполнитель – 55–74;

• •    модифицированная добавка – 1,0–10,0.

Создание обычных и декоративных высокопрочных гипсов для реставрационных и отделочных работ [6–8]

Несомненный интерес представляет механохимическая технология получения цветного гипса. Процесс ведётся в две стадии. Сначала дроблёнку из кристаллического гипсового камня слегка орошаем водой, затем раздавливаем, измельчаем и окрашиваем кислотостойкими пигментами. Процесс происходит в секционных барабанах единственной виброцентробежной мельницы. Кристаллическая природа гипса сохраняется в любых размерах частиц и играет роль каркаса в получаемых пигментах.

На втором этапе порошкообразную смесь строительного полуводного белого или серого гипса и полученного пигмента подвергаем механоактивации,

The patent of the Russian Federation № 2204540«VEFT» Ltd.

• 1.    silverbond – 0,1–30,0;

• 2.    softener – 0,5–3,0;

• 3.    dolomitic or calciferous flour – 40,0– 92,0;

• 4.    water-soluble ether of cellulose – 0,1– 3,0;

• 5.    redispersion powder in the form of copolymers polyvinilathetate or ac-rilate – 0,3–24,0;

• 6.    the filler includes, mas. %: quartz sand 99,9–85,0 with the size module Mkr. no more than 1,5 and powder quartz 0,10–15,0 according to the following ratio of components of a mix, mas. %:

• •    binder – 25–35;

• •    filler – 55–74;

• •    the modified additive – 1,0–10,0.

Creation of common and decorative high-strength gypsums for restoration and decorating works [6–8]

Mechanochemical technology of color gypsum production is of great interest. Process is conducted in two stages. At first a sized crystal gypsum stone is slightly irrigated with water, then it is pressed, crushed and painted by acid resistant pigments. Process happens in section drums of the single vibrocentrifugal mills. The crystal nature of gypsum is kept in any sizes of particles and plays a role of a skeleton in obtained pigments.

At the second stage a powder mix of building semiaqueous white or grey gypsum and the obtained pigment is subjected to mechanical activation, and color building gypsum of high quality is produced. There are no limits for development of the given technology. It obeys

В.П. КУЗЬМИНА и цветной строительный гипс высокого качества получен. Пределов развития технологии не существует. Она подчиняется законам образования материи в вихревых потоках Вселенной.

При механоактивации целесообразно ввести в смесь «FREM NANOGIPS» по ТУ 5745-005-78356600-09. Это даст снижение водогипсового отношения и повышение в 3–6 раз прочностных характеристик получаемых гипсовых изделий и материалов, при дополнительных положительных эффектах: регулирование сроков схватывания, снижение водопоглощения, деформационных усадок, трещиноватости, повышение водостойкости, поверхностной твердости и адгезии к различным другим материалам

Данная технология позволяет получать традиционные и цветные гипсы любого заданного цвета и открывать новую страницу в декоративной отделке фасадов и интерьеров зданий.

Механизмы воздействия нанодобавок на гипсовые продукты the laws of formation of a matter in vertical streams of the Universe.

During mechanical activation it is expedient to put «FREM NANOGIPS» into the mix according to technical conditions 5745-005-78356600-09. That will provide reduction of the water-gypsum relation and will increase the strength characteristics of obtained gypsum products and materials by 3–6 times. There are also additional positive effects: regulation of hardening terms, decrease of water absorption, decrease of strain shrinkages and fissuring, increase of water resistance, superficial hardness and adhesion to various materials.

The given technology allows to produce color plasters of any set color and to open new page in decorative furnish of facades and interiors of buildings.

Уважаемые коллеги!

При использовании материала данной статьи просим делать библиографическую ссылку на неё:

Кузьмина В.П. Механизмы воздействия нанодобавок на гипсовые продукты // Нанотехнологии в строительстве: научный Интернет-журнал. М.: ЦНТ «НаноСтроительство». 2012, Том 4, № 3. C. 98–106. URL: http://nanobuild. ru/magazine/nb/ (дата обращения: ______________).

Dear colleagues!The reference to this paper has the following citation format:

Kuzmina V.P. Mechanisms of nanoadditives influence on gypsum products. Nanotechnologies in Construction: A Scientific Internet-Journal, Moscow, CNT «NanoStroitelstvo». 2012, Vol. 4, no. 3, pp. 98–106. Available at: http://www. (Accessed _____________).

(In Russian).