Способ введения базальтового волокна в композитные материалы

^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^™          59

В.П. КУЗЬМИНА Способ введения базальтового волокна в композитные материалы результате патентного поиска и анализа запатентованных изобретений российских учёных в области строительства автором выявлено новое эффективное направление в технологии получения высокопрочных фибробетонов для строительства и эксплуатации зданий и сооружений в экстремальных климатических условиях с повышенной сейсмичностью, продолжительными низкотемпературными зимами.

Научное исследование применения дисперсного армирования различными синтетическими и природными обогащёнными волокнами защищено патентами № 2288198 и № 2355656.

Наиболее близкой по достигаемым результатам и составу патенту № 2288198 является фибробетонная смесь (см. патент № 2114081).

Фибробетонная смесь

Патент № 2114081

Состав этой фибробетонной смеси включает цемент «М 400», минеральное волокно, песок и воду. В качестве минерального волокна она содержит каолиновое или базальтовое волокно. Дополнительно вводится поливиниловый спирт и строительный гипс.

Соотношение компонентов фибробетонной смеси, мас. %:

Гранулы ПВС предварительно растворяют до однородной массы в воде при 80–90oС в течение 50–70 мин., раствор охлаждают до тем-

Цемент «М 400» 20–25 Указанное минеральное волокно 2–4 Песок 50–55 Поливиниловый спирт по сухому остатку 1–2 Строительный гипс 4–6 Вода остальное пературы окружающего воздуха. Смешение компонентов производят в смесителе принудительного действия.

Изобретение относится к составам бетонных смесей, дисперсионно армированных минеральными волокнами. Оно может быть эффективно

В.П. КУЗЬМИНА Способ введения базальтового волокна в композитные материалы использовано в конструкциях, подверженных значительным эксплуатационным воздействиям и температурным колебаниям, в частности, для ремонта аэродромных и дорожных цементобетонных покрытий. Целью изобретения является повышение прочности фибробетона на растяжение и изгиб при ускоренном наборе прочности.

Для приготовления композиции использовали: цемент М 400 (ГОСТ 10178-85), поливиниловый спирт Северодонецкого АО «Азот» с содержанием остаточных ацетатных групп 3–4 % по массе, каолиновое и базальтовое минеральное волокно, гипс строительный марки Г-10 (ГОСТ 125-79).

Фибробетонную смесь изготавливали в следующей последовательности. Гранулы поливинилового спирта растворяли до однородной массы в воде при 80–90oC в течение 50–70 мин., затем раствор, однородный по составу, охлаждали до температуры окружающего воздуха. Водный 5-процентный раствор поливинилового спирта стабилен длительное время.

Цемент, гипс строительный, песок и минеральное волокно перемешивали совместно в лопастном бетоносмесителе, затем вводили раствор поливинилового спирта и смесь тщательно перемешивали.

Уплотнение смеси проводили на вибростоле. Продолжительность уплотнения в 5 раз превышала жесткость смеси. Фибробетонная смесь должна быть использована до начала схватывания, то есть в течение 15–20 мин.

Твердение фибробетона проходило при нормальной влажности и температуре окружающего воздуха +15oC. Фибробетон испытывался в возрасте 3 и 28 суток, марка по водопроницаемости определялась в возрасте 28 суток.

Оптимальное содержание волокон, масс. %: базальтовое – 4, стеклянное – 4, каолиновое – 2 при одинаковой прочности при сжатии на 28 сутки – 46,3 МПа.

Бетонная смесь

Патент № 2288198

Изобретение относится к составам, преимущественно бетонам, и предназначено для изготовления как монолитных, так и сборных бетонных конструкций, используемых в строительстве. Технический ре- ( к содержанию 3

В.П. КУЗЬМИНА Способ введения базальтового волокна в композитные материалы зультат – повышение морозостойкости, водонепроницаемости, устойчивости к воздействию органических веществ, снижение стоимости и утилизация отходов.

Бетонная смесь, включающая цемент, кварцевый песок, минеральное волокно и воду, отличается тем, что в качестве цемента используют портландцемент, а в качестве минерального волокна – отходы производства базальтового волокна при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Портландцемент	20–22
Кварцевый песок	43–44
Отходы производства базальтового волокна	3,5–5
Вода	остальное

В предлагаемом составе бетонной смеси в качестве цемента используют портландцемент с высокими прочностными характеристиками, что позволяет снизить его расход. В соотношении же компонентов превалирует дешевый кварцевый песок, что позволяет снизить себестоимость.

Использование в качестве минерального волокна отходов производства базальтового волокна позволяет утилизировать отходы, оздоравливая экологию в регионе, и значительно снижает стоимость бетонной смеси.

Технические характеристики предлагаемого состава бетонной смеси позволяют использовать ее методом залива для изготовления монолитных бетонных конструкций, например дорожных и аэродромных покрытий, полов, как жилых, так и нежилых помещений, тротуарных плит, пролетных строений мостов.

Предлагаемая бетонная смесь обладает повышенной водонепроницаемостью, высоко устойчива к воздействию органических веществ (масел, растворителей, слабых кислотных и щелочных сред), что позволяет применять ее методом набрызга на внутреннюю поверхность железобетонных емкостей (для получения гидроизоляционных покрытий), используемых для хранения горючесмазочных и других агрессивных сред.

( к содержанию 3

В.П. КУЗЬМИНА Способ введения базальтового волокна в композитные материалы

Предлагаемая бетонная смесь с минеральной волокнистой основой образует термоизолирующую структуру материала, что позволяет применять ее при изготовлении изделий в виде кровельных панелей, тонкостенных ограждающих и облицовочных конструкций, стеновых панелей типа «Сендвич».

Бетонная смесь

Патент № 2355656

Бетоны и строительные растворы, полученные из цемента, извести, гипса или их смесей в различном сочетании, содержат в качестве заполнителя песок, щебень, гравий и т. п.

Обычно они имеют недостаточные для успешной эксплуатации показатели прочности при растяжении и трещиностойкость, а главное – отличаются неравномерностью (анизотропностью) механических свойств.

Задачей изобретения (см. патент № 2355656) явилось повышение физико-механических характеристик изделий из композиций на основе минеральных вяжущих путем микроструктурирования искусственного (цементного, известкового, гипсового, цементно-известкового или цементно-гипсового) камня за счёт его модификации наночастицами, нанесёнными на базальтовое волокно.

Изобретение относится к составам бетонных смесей, применяющихся для изготовления монолитных и сборных конструкций, используемых в строительстве.

Используемые в строительстве (гражданском, промышленном и др.) бетонные смеси должны давать бетон, обладающий высокими прочностными показателями, а также низким водопоглощением.

В качестве добавки, снижающей водопоглощение или повышающей водостойкость изделий из бетона, часто применяется базальтовое волокно.

Бетонная смесь, включающая цемент, наполнитель, базальтовое волокно и воду, отличается тем, что в качестве базальтового волокна смесь содержит волокно (диаметром 8–10 мкм и длиной 100–500 мкм), модифицированное веществом из группы, включающей полиэдральные многослойные углеродные наноструктуры фуллероидного типа (имеющие межслоевое расстояние 0,34–0,36 нм, средний размер частиц ( к содержанию 3

В.П. КУЗЬМИНА Способ введения базальтового волокна в композитные материалы

60–200 нм и насыпную плотность 0,6–0,8 г/см3), и многослойные углеродные нанотрубки (имеющие межслоевое расстояние 0,34–0,36 нм), взятым в количестве 0,0001–0,005, и многослойные углеродные нанотрубки, взятым в количестве 0,0001–0,005 мас.ч. на одну массовую часть базальтового волокна. Причем в качестве наполнителя смесь содержит наполнитель, выбранный из группы, включающей смесь гравия с песком и смесь гравия с алюмосиликатными микросферами. Дополнительно смесь содержит полинафталинметиленсульфонат натрия в качестве пластификатора при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Цемент	24–48
Наполнитель	30–60
Модифицированное базальтовое волокно	2–6
Пластификатор	0,9–1,1

Данное направление работ получит своё дальнейшее развитие за счёт создания новых волокон модифицированной фибры и новых комплексных нанодобавок.

Выводы

Данный анализ не исчерпан рассмотрением вышеприведённых патентов на изобретения по теме «Способ введения нанодобавок на базальтовом волокне в композиционные материалы», но позволяет утверждать, что данное направление работ по модификации бетонов волокнами, обогащёнными нанодобавками, является перспективным для внедрения полученных результатов в промышленное производство и строительство специальных сооружений.

Наличие патентов указывает на перспективность развития данных работ в течение будущих двадцати лет.

Контакты / Contact:

e-mail: kuzminavp@yandex.ru