Композиция для получения строительных материалов

КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ Изобретение относится к составам на основе минеральных вяжущих, таких как цемент, и может быть использовано в промышленности строительных материалов при изготовлении бетона,фибробетона, цементно-волокнистых строительных материалов, шифера, штукатурки, отделочных покрытий, в том числе лепнины и т.п. Технический результат заключается в повышении прочности строительных материалов на сжатие. Композиция для получения строительных материалов содержит цемент в качестве минерального вяжущего, песок в качестве наполнителя, воду и углеродные кластеры. В качестве углеродных кластеров композиция содержит кавитационноактивированный углеродосодержащий материал (КАУМ), содержащий многослойные углеродные наноструктуры с межслоевым расстоянием 0,34-0,36 нм и размером частиц 60-200 нм,полидисперсные углеродные трубчатые образования размерами 10-6-10-5 м, гидрированные углеродные фрактальные структуры размерами 10-8-10-5 м и активный рыхлый углерод с размерами дефектных микрокристаллитов графита, примерно равными 10 . Кашкина Людмила Васильевна,Кулагин Владимир Алексеевич,Стебелева Олеся Павловна, Кулагина Людмила Владимировна (RU) Ярыгина А.Л. (RU)(71)(73) Заявитель и патентовладелец: ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ "СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" (СФУ) (RU) Изобретение относится к составам на основе минеральных вяжущих, таких как цемент, и может быть использовано в промышленности строительных материалов при изготовлении бетона, фибробетона,цементно-волокнистых строительных материалов, шифера, штукатурки, отделочных покрытий, в том числе лепнины и т.п. Известна композиция для получения строительного материала [пат. RU2345968, МПК С 04 В 28/02 В 82 В 1/00 В 82 В 3/00 С 04 В 111/20, опубл. 10.02.2009 г.], содержащая цемент, песок, воду и углеродный наноматериал - сажу, полученную электродуговым методом и содержащую 7% углеродных нанотрубок при следующем соотношении компонентов, мас.%: 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, изложенным в статье Грушко Ю.С., Егоров В.М., Зимкин И.Н., Орлова Т.С., Смирнов Б.И. Некоторые физико-механические свойства катодных депозитов, образующихся при получении фуллеренов дуговым способом [журнал "Физика твердого тела". 1995, т. 37,6, с. 1838-1842]. Недостатком известной композиции является е высокая стоимость вследствие энергозатратности и неэкономичности метода получения сажи. Наиболее близкой по совокупности существенных признаков к заявляемой композиции является композиция для получения строительных материалов [пат. RU2233254, МПК С 04 В 28/02 С 04 В 111:20, опубл. 27.07.2004 г.] на основе минерального вяжущего, включающая минеральное вяжущее, выбранное из группы, включающей цемент, известь, гипс или их смеси и воду, дополнительно содержит углеродные кластеры фуллероидного типа с числом атомов углерода 36 и более при следующем соотношении компонентов в композиции (мас.%): минеральное вяжущее 33-77; углеродные кластеры фуллероидного типа 0,0001-2,0; вода - остальное. В качестве углеродных кластеров фуллероидного типа композиция может содержать полидисперсные углеродные нанотрубки. В качестве углеродных кластеров фуллероидного типа она может содержать полиэдральные многослойные углеродные наноструктуры с межслоевым расстоянием 0,34-0,36 нм и размером частиц 60-200 нм. В качестве углеродных кластеров фуллероидного типа композиция может содержать смесь полидисперсных углеродных нанотрубок и фуллерена С 60. Композиция может дополнительно содержать технологические добавки, взятые в количестве 100-250 мас.ч. на 100 мас.ч. минерального вяжущего. Полиэдральные многослойные углеродные наноструктуры с межслоевым расстоянием 0,34-0,36 нм и размером частиц 60-200 нм выделены из корки катодного депозита, полученного в пламени дугового разряда в атмосфере гелия путем последовательных операций окисления в газовой и в жидкой фазе и идентифицированы им. Недостатком данной композиции является е высокая стоимость вследствие энергозатратности методов получения углеродных кластеров фуллероидного типа, а также недостаточное увеличение прочности на сжатие (в 1,3 раза) бетона. Задачей настоящего изобретения является получение высокопрочной композиции строительных материалов при снижение е стоимости за счет снижения энергозатратности метода получения углеродных кластеров. Технический результат заключается в повышении прочности строительных материалов. Поставленная задача достигается тем, что композиция для получения строительных материалов,содержащая цемент в качестве минерального вяжущего, песок в качестве наполнителя, воду и углеродные кластеры, содержащие многослойные углеродные наноструктуры с межслоевым расстоянием 0,340,36 нм и размером частиц 60-200 нм, согласно изобретению в качестве углеродных кластеров содержит кавитационно-активированный углеродосодержащий материал (КАУМ), содержащий дополнительно полидисперсные углеродные трубчатые образования размерами 10-6-10-5 м, гидрированные углеродные фрактальные структуры размерами 10-8-10-5 м и активный рыхлый углерод с размерами дефектных микрокристаллитов графита, примерно равными 10 при следующем соотношении компонентов в композиции, мас.%: На чертеже, фиг. а представлена морфология композиции для получения строительных материалов без кавитационно-активированного углеродосодержащего материала, а на фиг. б - с кавитационноактивированным углеродосодержащим материалом. Кавитационно-активированный углеродосодержащий материал (КАУМ), содержащий многослойные углеродные наноструктуры с межслоевым расстоянием 0,34-0,36 нм и размером частиц 60-200 нм,полидисперсные углеродные трубчатые образования размерами 10-6 -10-5 м, гидрированные углеродные фрактальные структуры размерами 10-8-10-5 м и активный рыхлый углерод с размерами дефектных микрокристаллитов графита, примерно равными 10 получали путем гидродинамической обработки водной суспензии древесной сажи в кавитационном реакторе роторного типа в режиме суперкавитации. Опытным путем было установлено, что в режиме суперкавитации значение числа кавитации кр составило 0,2[Кулагин В. А., Вильченко А. П., Кулагина Т. А. Моделирование двухфазных суперкавитационных потоков. - Красноярск: ИПЦ КГТУ. 2001, 108 с.]. В кавитирующем реакторе роторного типа в режиме суперкавитации (число кавитации кр = 0,2) под действием пульсации кавитационных пузырьков происходит механодеструкция водной суспензии древесной сажи с образованием дефектных сажевых частиц с размерами 10-10-10-8 и активного рыхлого углерода с размерами дефектных микрокристаллитов графита, примерно равными 10 . В результате турбулетного перемешивания активный рыхлый углерод частично взаимодействует с дефектными сажевыми частицами (глобулами) с образованием различных гидрированных агрегатов и ассоциатов: многослойных углеродных наноструктур с межслоевым расстоянием 0,34-0,36 нм и размером частиц 60-200 нм, полидисперсных углеродных трубчатых образований размерами 10-6-10-5 м, гидрированных углеродных фрактальных образований размерами 10-8-10-5 м. Примеси тяжелых элементов выпадают в осадок,который затем удаляют. Углеродные кластеры вводятся в композицию в виде водной суспензии кавитационноактивированного углеродосодержащего материала (КАУМ). Повышение прочности строительных материалов обеспечивается тем, что композиция, в которую вводят углеродные кластеры в виде водной суспензии кавитационно-активированного материала (КАУМ), приобретает фибриллярную упрочняющую надмолекулярную структуру цементного камня (см. фиг. б). Это происходит вследствие того, что при введении данной суспензии в композицию твердая дисперсная фаза является центром направленной кристаллизации, а жидкая дисперсионная среда (активированная вода) оказывает влияние на кристаллохимические реакции твердения цементного камня. В результате прочность строительного материала повышается в 1,7 раз. Далее заявляемое изобретение поясняется примерами. Пример 1 (контрольный). Речной песок в количестве 43 мас.% смешивают с водой в количестве 14 мас.%. В него добавляют портландцемент марки М 400 в количестве 43 мас.%. Получившийся состав тщательно перемешивают до получения однородной массы, которую разливают по формам. Состав отвердевал в течение 28 суток в нормальных условиях. На полученных образцах определили микротвердость МПа с помощью микротвердомера ПМТ-3 по методу Виккерса. Состав композиции и прочностная характеристика приведены в таблице. Пример 2. Песок в количестве 43 мас.% смешивают с водной суспензией кавитационно-активированного углеродосодержащего материала (КАУМ) в количестве 0,024 мас.%. В него добавляют портландцемент марки М 400 в количестве 43 мас.% и воду в количестве 13,976 мас.%. Получившийся состав тщательно перемешивают до получения однородной массы, которую разливают по формам. Состав отвердевал в течение 28 суток в нормальных условиях. На полученных образцах определили микротвердость МПа с помощью микротвердомера ПМТ-3 по методу Виккерса. Состав композиции и прочностная характеристика приведены в таблице. Пример 3. Композицию получали как в примере 2 при следующем соотношении масс (мас.%): Песок - 43; КАУМ - 0,044; Портландцемент - 43; Вода - 13,956. Состав композиции и прочностная характеристика приведены в таблице. Пример 4. Композицию получали как в примере 2 при следующем соотношении масс (мас.%): Песок - 43; КАУМ - 0,064; Портландцемент - 43; Вода - 13,936. Состав композиции и прочностная характеристика приведены в таблице. Пример 5. Композицию получали как в примере 2 при следующем соотношении масс (мас.%): Песок - 60; КАУМ - 0,024; Портландцемент - 25; Вода - 14,976. Состав композиции и прочностная характеристика приведены в таблице. Таблица. Состав композиции и прочностная характеристика Как видно из таблицы, во всех случаях добавление водной суспензии КАУМ в состав композиции приводит к возрастанию микротвердости полученных образцов в сравнении с контрольным образцом. В результате добавления водной суспензии КАУМ в количестве 0,044 мас.% в состав композиции (см. пример 3) значение микротвердости полученных образов, равное 75,6 МПа, больше значения микротвердости контрольного образца в 1,7 раз. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Композиция для получения строительных материалов, содержащая цемент в качестве минерального вяжущего, песок в качестве наполнителя, воду и углеродные кластеры, содержащие многослойные углеродные наноструктуры с межслоевым расстоянием 0,34-0,36 нм и размером частиц 60-200 нм, отличающаяся тем, что в качестве углеродных кластеров содержит кавитационно-активированный углеродосодержащий материал (КАУМ), содержащий дополнительно полидисперсные углеродные трубчатые образования размерами 10-6-10-5 м, гидрированные углеродные фрактальные структуры размерами 10-8-10-5 м и активный рыхлый углерод с размерами дефектных микрокристаллитов графита, примерно равными 10, при следующем соотношении компонентов в композиции, мас.%: