Цементная композиция, которая содержит допа-меланин в качестве добавки, со значительно улучшенными физико-химическими и бактериологическими свойствами

ЦЕМЕНТНАЯ КОМПОЗИЦИЯ, КОТОРАЯ СОДЕРЖИТ ДОПА-МЕЛАНИН В КАЧЕСТВЕ ДОБАВКИ, СО ЗНАЧИТЕЛЬНО УЛУЧШЕННЫМИ ФИЗИКОХИМИЧЕСКИМИ И БАКТЕРИОЛОГИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ Изобретение предлагает цементную композицию, которая содержит допа-меланин в качестве добавки при максимальном содержании 30% от цемента. Эта добавка замещает воду в капиллярных сетях. Указанная цементная композиция имеет соотношение вода/цемент от 0,2 до 0,4, необязательно она может содержать различные количественные соотношения песка и гравия. Заявляемая цементная композиция образует сильные химические связи и дает повышенную стойкость к вымыванию по меньшей мере на 28% и более высокое упругое сопротивление бетона по меньшей мере на 50%. Ее растрескивание на ранних стадиях очень низкое или практически нулевое. Изобретение также относится к применению допа-меланина в качестве добавки к цементной композиции, которая замещает часть капиллярной воды в цементной композиции,а также к применению допа-меланина в водном растворе (менее чем 3%) в качестве агента для схватывания и выдерживания бетона, таким образом значительно повышается вязкость и стойкость к вымыванию цементной композиции. Таким образом, новая цементная композиция улучшает физико-химические и бактериологические свойства обычного бетона, причем особый интерес представляет значительное увеличение, касающееся сопротивления сжатию и вязкости или относительных сдвигов, при этом данные показатели страдают меньше по сравнению с композицией, содержащей воду. В значительной степени она также повышает, начиная с ранних стадий, объемную стабильность бетона, таким образом усиливая его стойкость к вымыванию,а также коррозионно-стойкость металлических элементов, погруженных в него, поскольку определенно данные элементы значительно защищены от износа.KR-A-20010027978 СОЛИС ЭРРЕРА АРТУРО (MX) Область техники Настоящее изобретение относится к разработке цементных композиций со значительно лучшими физическими (механическими), бактериологическими и физико-химическими свойствами, чем у обыкновенных композиций, благодаря тому, что этот цементный раствор содержит допа-меланин в качестве добавки. Предшествующий уровень техники Обыкновенный бетон получают из трех основных компонентов: цемента, воды и заполнителей, к которым иногда добавляют четвертый компонент. Этот компонент имеет общее название добавки, хотя воздух представляет собой другой компонент. Химически бетон составлен из четырех наиболее изобилующих в земной коре веществ (силикатов,алюминатов, железа и соединений кальция). Мы можем разъяснить, что цемент, один из компонентов бетона, использовался с начала 1800-х годов, и с тех пор наиболее применяемым в мире цементом стал портланд цемент. Цементные композиции могут быть гидравлическими, когда они схватываются и отвердевают при химической реакции с водой, или же они могут быть воздушными, когда они схватываются и отвердевают при контакте с воздухом. Для обеих цементных композиций начальные желаемые характеристики композиции или свежего бетона представляют собой пластичность, формуемость и легкую сжимаемость. Но этот цементный раствор будет постепенно становиться жестким, принимая вид, поведение и свойства твердого тела, образуя затвердевший бетон. Следовательно, механическое поведение и износостойкость этого материала в его применении зависит от трех основных аспектов: 1) характеристики состава и свойств затвердевшей цементной матрицы: это включает выбор подходящей цементной композиции, применение подходящего соотношения вода/цемент от 0,2 до 0,4 и возможное применение нужной добавки, с учетом всего вышеуказанного в результате можно получить потенциально надежное качество; 2) качественных заполнителей, соответствующих функциям, которые будет выполнять система, так чтобы они не являлись слабым местом в поведении бетона и в его способности к адекватному и долговременному сопротивлению воздействиям и условиям применения, для которого он предназначен; 3) сродства цементной матрицы к заполнителям и ее способности работать вместе зависит от физических и химических характеристик цемента, минералогического и петрографического состава щебня,который образует заполнитель, и формы, максимального размера частиц и их поверхностной текстуры. Кроме того, важны физические характеристики, которые вносят вклад во внутреннее качество бетона и которые могут быть измерены; они включают его механическое сопротивление, эластичность,термические характеристики и максимальный размер частиц; что позволяет установить качество цементной композиции в соответствии с национальными и международными стандартами (ASTM International,Американское Общество Тестирования и Материалов); т.е. материал, использованный для создания цемента, влияет на легкость, с которой цемент может быть разлит и окончательно обработан, а также на время, которое нужно для его затвердевания, на сопротивление, которое он приобретает, и на хорошее выполнение функций, для которых он был подготовлен. Далее будет показано, каким образом каждый из компонентов цементной композиции вносит вклад в ее свойства и конкретные характеристики. Различные типы и классы цемента воздействуют на связность бетонной смеси, удобоукладываемость, затвердевание и разливание во время затвердевания, приобретение механического сопротивления, выделение тепла, сопротивляемость к воздействию сульфата,стабильность в размерах (объемные изменения) и химическую стабильность (реакции цементзаполнители). В некоторых отношениях влияние цемента является основным, но в других оно имеет меньшую важность, потому что имеются другие факторы, которые также влияют и воздействие которых является более сильным. Вода имеет два различных применения в качестве компонента бетона: внутреннее, когда она используется в смеси, и внешнее, когда ее применяют для "выдерживания" бетона. Хотя в случае таких применений характеристики воды имеют различные воздействия на бетон, желательно применять воду одинакового качества в обоих случаях. Требования к качеству воды, используемой в бетонной смеси, не имеют обязательной связи с бактериологическим аспектом (как в случае питьевой воды), в основном они относятся к ее физико-химическим характеристикам и ее воздействию на свойства и поведение бетона. При нежелательных воздействиях, которые могут проявиться из-за использования неудовлетворительной воды, они могут появиться через короткий промежуток времени (связано со временем затвердевания и начальными сопротивлениями), через средний промежуток времени (с сопротивлениями после 28 и более дней) и через большой промежуток времени (могут заключаться в агрессивном воздействии сульфата, реакции щелочь-заполнитель и обнажении стальной арматуры). Максимальное соотношение количества воды, необходимого для затвердевания, по отношению к количеству цемента составляет 40%. Дополнительная или избыточная вода может присутствовать в пропорции почти на 30% больше, она не фиксирована и занимает определенный объем в форме капиллярных пор в затвердевшей цементной ком-1 021885 позиции. Чем больше избыточной воды присутствует, тем больше будет количество капилляров в цементном тесте. Когда общее количество капилляров соответствует соотношению вода/цемент (в/ц)=0,7,капилляров так много, что они объединяются и создают проницаемую сеть. Следовательно, если вы добавляете 70 г воды к 100 г цемента (в/ц), первые 20 г химически фиксируются, следующие 20 г фиксируются адсорбцией и остальные 30 г остаются свободными в капиллярной сети. В обычных гидравлических бетонных смесях заполнители составляют от 60 до 75% от абсолютного объема всех компонентов; поэтому характеристики и свойства заполнителей оказывают столь значительное влияние на соответствующий бетон. Существуют различные материалы, которые с разной частотой сопровождают заполнитель и присутствие которых неприемлемо, например нежелательные мелкозернистые материалы (известь и глина) и органические материалы (гумус и мелкие фрагменты корней, растений или древесины) в числе прочих. Добавка представляет собой материал, отличный от воды, заполнителей гидравлического цемента и армирующих волокон, и она добавляется к цементному раствору непосредственно перед или во время смешивания (Американский институт бетона, или ACI 116(26; т.е. добавки к цементу используются с основной целью видоизменить подходящим путем поведение бетона в его свежем состоянии и/или индуцировать или улучшить желаемые свойства затвердевшего бетона. Это приведет к меньшим затратам в результате энергосбережения, например, путем повышения защитных характеристик против замерзания и оттаивания, задержки или ускорения времени затвердевания, и стоит упомянуть, что достигается очень высокое сопротивление. Некоторые из компонентов цементной композиции могут быть органическими, содержащими в своей структуре азот и/или жирные кислоты, могут быть термопластичными, что в целом повышает силу натяжения и ее гибкость. Вышеперечисленное показано патентами или заявками на патент: МХ/А/2004/010631, WO2006/116387 А 2, МХ 230744, МХ 221807, МХ 167038, РА/А/2006/005553,JP2004231497, JP2001213649, KR20010027978, ES2030845, JP11107459, RU2275342. Некоторые цементные композиции включают элементы для предотвращения вымывания (МХ 154260, МХ 187569,РА/а/2006/005091, JP2004231497). Также было описано много других цементных композиций (GB 2 398296, JP2004224647, USRE37,655, МХ/РА/А/2002/012612, US6755907, DE4324190, JP2003107025,JP4292447, JP9296033, MX 191331, РА/а/1999/008311, МХ 160941, РА/а/1999/02182, РА/а/1996/05755,МХ 241331, РА/а/1998/09713, МХ 253295, МХ/А/2008/003801, WO1995/13995, WO01/14277). Добавки могут быть наночастицами (US2008/0242769A1), могут быть антимикробными (US 2008/0242769 А 1), они могут быть гранулярными, полимерными и /или водорастворимыми, все они добавляются с целью предотвращения загрязнений, повышения упругости, звукоизоляции и адгезивности,в том числе (MX 238915, JP8059325, ES2135634, СН 679665, DE3436215, DE3143071, US3042608,US6902002). Другие добавки делаются из изношенных материалов (KR20030088716, ES2152197,DE19728164). Конкретно в этой заявке на патент допа-меланин применяют в качестве добавки с получением положительного эффекта, благодаря особым характеристикам этого компонента. Давайте вспомним выдающиеся свойства меланина и меланоцита, связанные с водой (меланин на свету диссоциирует воду); эти свойства стали известны сравнительно недавно; таким образом, первые публикации, которые привлекали внимание к данной теме, датируются примерно в 1996 г. Начиная с 1997 г., предложили (Solis Herrera, 1997) использовать необычные свойства молекулы меланина для различных промышленных процессов, таких как многоразовые источники энергии, для медицинских целей,и данный документ предлагает использование меланина для улучшения свойств бетона в процессе выдерживания путем улучшения свойств его физического сопротивления, гибкости без существенного уменьшения его механических свойств (вязкости) и стойкость к вымыванию, которое вызывает потери в сцеплении сталь-бетон и номинальном диаметре армирующей стали, чтово многих случаях является причиной разрушения в большей или меньшей степени и в прямой или непрямой форме. Меланин обладает химическими, биохимическими и электронными свойствами, которые не были объяснены, определены, поняты или предсказаны в целом; но одним из них является то, что меланин образует молекулярный кислород и водород, образующийся при фотолизе воды. Это основано на следующей реакции: По этой причине, чем больше меланина, тем большим количеством молекулярного кислорода и водорода бетон будет обладать так же, как и энергией и высокоэнергетичными электронами для протекания различных химических реакций, которые в норме происходят во всех соединениях, из которых бетон не является исключением. Цель изобретения Принимая во внимание, что бетон является вторым веществом (после воды), преимущественно используемым человеком, целью данного изобретения является предоставление новой цементной композиции со значительно повышенными свойствами сопротивления, гибкости (вязкости), плотности и стойкости к вымыванию. Подробное описание изобретения Исходя из опыта производства бетонных смесей с допа-меланином, проанализировали качество цементной композиции в зависимости от характеристик и свойств добавок, используемых в этом изобретении. Внутренняя структура новой цементной композиции имеет увеличенную плотность (благодаря более высокому молекулярному притяжению) и более высокую гомогенность, что повышает ее гибкость и позволяет избежать областей брака в течение процесса затвердевания. Эти характеристики связаны со способностью добавки уменьшать количество воздушных пузырьков, погруженных в композицию, и молекулярное отталкивание. Более того, ее способность к объединению (связыванию) облегчает молекулярное сближение. С другой стороны, консистенция цементной композиции более мягкая и значительно более пластичная, она легче обрабатывается и поэтому с ней легче работать. Другие характеристики, которые зависят от внутренней структуры цементной композиции, представляют собой более высокое сопротивление, гибкость (вязкость) и стойкость к вымыванию, благодаря молекулярному размеру меланина (измеренному в миллионах Дальтон) и присутствию зарядов; по этой причине добавка может быть растворена в воде при различных концентрациях, но включая концентрации не выше 3 об.% от массы (мас./об.). Эти характеристики, присущие данной композиции, важны в области строительства. Например, для удовлетворения требований к реакции на сейсмические воздействия для различных строений, для которых эти структуры предназначены, становится возможным использование более тонких (пластичных) структурных элементов с меньшими количествами армирующей стали (например, стальных прутьев), что ведет к уменьшению расходов и появлению возможности строить большие пролеты с меньшим количеством структурных элементов (таких как колонны). Новая цементная композиция имеет свойства стойкости к вымыванию благодаря антикоррозийным свойствам добавки. Поэтому присутствие добавки ингибирует рост микроорганизмов по причине присутствия молекулярного кислорода, образующегося от действия допа-меланина на молекулы воды (в частности, ингибируется рост анаэробных микроорганизмов), так что композиция может быть использована в зонах с высокой влажностью. Также добавка уменьшает агрессивное воздействие различных ксенобиотических веществ, которые откладываются в структуре (и появляются из известных или неизвестных источников, от опасных или вредных веществ), абсорбируются или адсорбируются и позже постепенно освобождаются измененным путем, в большей или меньшей степени, в зависимости от каждого вещества, его соотношения структура/активность или присутствия сульфгидрилов в числе прочих. Большая стабильность цементной композиции по данному изобретению также обусловлена внутренними свойствами допа-меланинового буфера, который защищает от температурных или кислотнощелочных воздействий среды, что препятствует повреждению композиции и в конечном итоге разрушению структуры в целом. С другой стороны, композиция, которая обладает активностью допа-меланина,дает более совершенную структуру, потому что она способна образовывать большое количество высокоэнергетичных электронов и молекулярного кислорода и водорода в сочетании с ее способностью абсорбировать различные вещества в большом количестве. Это создает структуру с большой эффективностью,обусловленной новой композицией, способную быстро отвечать на различные воздействия (отрицательные воздействия, резкие изменения, агрессивные вещества) окружающей среды, обстановки или каждодневные, которые являются следствием напряжений или изменений в них самих (моменты), что ведет к разрушению структуры, связанному со старением. Это означает, что структура, сформированная из композиции с большим содержанием допа-меланина, будет иметь большее сопротивление к биохимическим и физическим агрессивным воздействиям по сравнению с бетоном с меньшим количеством добавки. У нового бетона наблюдаются и другие характеристики, отличные от обычного бетона. Например,что касается внешнего вида, он имеет более темный цвет, что приятнее на вид. Известно, что бетоны,имеющие добавку, не имеют запаха, в отличие от обычных бетонов, что может быть объяснено тем, что допа-меланин образует ковалентные связи с тиолами, веществами, которые относятся к молекулам, которые наиболее часто связаны с ароматическими соединениями. С другой стороны, рассматривая обычную реакцию тепловыделения бетона, заметную, когда они применяются, в бетоне с добавкой меланина температурные изменения менее выражены, что означает,что реакции более стабильны, потому что происходит меньше потерь энергии в форме тепла. Поскольку допа-меланин позволяет, чтобы большее количество энергии использовалось в различных типах химических связей, поэтому этот бетон "холоднее", когда его трогают. Его большая удобоукладываемость позволяет получить более тонкое и точное финиширование с большей пригодностью к опалубке или к форме для его отливки, поскольку ему легче принимать их форму с меньшей дополнительной обработкой,такой как вибрация. Явление, известное как "дренирование" (расслаивание на тесто и каменные заполнители), сильно уменьшается, когда применяется добавка, благодаря тому, что процессы вибрации применяют меньше и реже, чем для обычного цемента. Композиция обладает большей связностью, что в случае финиширования позволяет получить более однородную, эстетичную и приятную на вид и на ощупь поверхность, приложив намного меньше усилий или работы. Одно из применений, которые дает данная цементная композиция, связано со зданиями, имеющими отношение к излучению гамма-лучей (например, центральные атомные станции), композиция способна поглощать радиацию благодаря присутствию допа-меланина. По этой причине, несмотря на то что стены будут на 50% тоньше по сравнению с построенными из обычного бетона, изоляция от этого смертельного излучения явяляется намного более эффективной. Соотношение структура/активность поверхности раздела бетона/добавки позволяет использовать его в качестве самовыравнивающегося бетона, что в ряде случаев, таких как тротуары, представляет большую экономию в смысле квалификации, требуемой для лучшего финиширования, которая в случае меланина будет намного ниже. Что касается воздействия солнечных лучей, то структуры, построенные с применением новой цементной композиции, при отвердении будут иметь более однородную температуру, несмотря на разницу в солнечном облучении, которое они получают в отношении областей, подверженных действию большего или меньшего количества солнечных лучей. Химическая реакция имеет меньшую разницу в температурах в цементной композиции, образуя намного более адекватную структуру для целей, на которые она рассчитана. Химическая стабильность, придаваемая бетону допа-меланином, также обусловливает преимущества, относящиеся к процессу отвердения, потому что температура отвердения более стабильна, в действительности преимущества имеют место с момента внесения добавки, а также когда она добавляется во время отвердевания (внешнее увлажнение), с целью более постепенного уменьшения диапазона влажности; что в результате дает затвердевший бетон с лучшими свойствами. Суммируя: допа-меланин применяют в цементных композициях в качестве добавки, что обеспечивает замечательные характеристики, такие как: а) антикоррозийные: при применении в отношении бетона добавка предотвращает окисление пассивационных слоев в армирующей стали, что избавляет от последующих повреждений элементов в результате коррозии или воздействия плохой погоды; при этом сталь сохраняет свои геометрические свойства, не подвергаясь воздействию ржавчины,вызванной реакцией кислорода со сталью с ее различными легирующими добавками; она может найти применение в местах, где наблюдается высокое воздействие щелочей и влажности окружающей среды.b) она улучшает механические свойства: когда добавку включают в смеси цемент-песок и цемент-гравий-песок, она вызывает бурную экзотермическую реакцию, при этом сжатие бетона значительно уменьшается и растрескивание на ранних стадиях очень мало или почти не происходит; создаются сильные химические связи, и при этом повышает прочность на сжатие, таким образом его пустотное соотношение низкое, при этом получают более плотный элемент. Это означает: плотность и объемная стабильность значительно выше, что делает его более предсказуемым; в то же время добавка интенсифицирует механические свойства при боковых нагрузках, повышая диапазон гибкости, и, как следствие, получается меньше повреждений в элементах (пластичность); уменьшает поперечные секции элементов и количество стали, требуемой для определенных нагрузок смещения; внесение большого количества добавки в смесь в пассивационный слой пластических шарниров повышает ее способность к вращению и образованию шарниров для диссипации энергии во время землетрясений; с) улучшает финиширование элементов: добавки допа-меланина в водном растворе, будучи внесены в смесь цемент-песок и цемент-гравийпесок, существенно уменьшают образование пустот, обычно образующихся при смешении с водой. В результате образуется текстура, приятная на вид; требует меньшей вибрации во время литья элементов, уменьшая возможную сегрегацию в смеси и,как следствие, дренирование в бетоне; одно из преимуществ, обеспечиваемых добавкой для цементной композиции, является то, что обеспечивается сооружение:c) элементов, подвергаемых воздействию высокой относительной влажности или погружаемых в водную среду;d) поперечных стенок в зданиях из монолитного бетона;e) бетонных элементов в зданиях, расположенных в областях с высоким напряжением сдвига (сейсмических зонах);f) элементов, которые требуют сложных форм и тонкой отделки. Когда она свежая, цементная композиция по изобретению достигает большой плотности, она более однородна, стабильна, гибка, имеет более высокую жидкотекучесть и лучшую удобообрабатываемость. Эти характеристики проявляются намного быстрее, чем в обычной цементной композиции. Это означает,что ее затвердевание значительно ускоряется, благодаря наличию большей энергии, несомой водородом,который появляется в результате диссоциации воды, вызванной допа-меланином. Это позволяет химическим реакциям, которые соответствуют целому (бетона), протекать более эффективным путем, благодаря большему наличию водорода и его значительным энергетическим зарядам. Напомним, что водород представляет собой энергетический носитель, в наибольшей степени используемый природой во Вселенной. Указанные характеристики ведут к получению более основательно затвердевающей цементной композиции с большей стойкостью к вымыванию, с большей способностью ингибировать рост микроорганизмов,более стабильной температурой, со способностью абсорбировать электромагнитные излучения с большей длиной волны (включая гамма-лучи), она имеет более темный цвет, не имеет запаха и приятна на ощупь и на вид. Вышеупомянутое связано с различными молекулами воды в присутствии допамеланина, так как, например, испарение сильно уменьшается. В данном изобретении заявлена цементная композиция, которая включает допа-меланин в качестве добавки, в максимальном содержании 30% от бетона, указанная добавка замещает воду из капиллярных сетей, данная композиция имеет соотношение вода-цемент от 0,2 до 0,4, но не ограничиваясь этим соотношением, и необязательно она может содержать гравий и песок в разных пропорциях; указанная цементная смесь образует сильные химические связи (благодаря большему наличию энергии, привносимой водородом) и имеет повышенную стойкость к вымыванию по крайней мере на 28% и более высокое упругое сопротивление по крайней мере на 50% с низким или почти нулевым растрескиванием в течение ранних стадий. Настоящее изобретение также относится к применению допа-меланина в качестве добавки к цементной композиции, которая замещает капиллярную воду в цементной композиции. А также к применению допа-меланина в водном растворе в содержании менее 3% (но не ограничиваясь этим) в качестве агента для схватывания (затвердевания) и выдерживания цемента, существенно улучшающего гибкость,сопротивление и стойкость к вымыванию цементной композиции. Подводя итог, допа-меланин существенно улучшает физико-химические и бактериологические свойства бетона. Примеры Изготавливали цементную композицию с применением допа-меланина в качестве добавки, данную добавку химически синтезировали с непрозрачным черным цветом и абсолютно жидкой консистенцией. Она была синтезирована в соответствии с высокими стандартами качества органических соединений. Добавку применяли с замещением части воды в композиции, не нарушая соотношения вода/цемент,которое было предварительно рассчитано для сопротивления, требуемого композицией. Тесты на сжатие проводились на цементных плитах и тесты на изгиб образца на цементных композициях с допа-меланином и образцах без допа-меланина. Тесты на сжатие, примененные к цементным плиткам, оценивались по среднему значению для серии из трех образцов цемента с допа-меланином и по среднему значению для серии из двух образцов цемента без допа-меланина. Результаты показывают, что цемент с допа-меланином дает максимальное сопротивление 326,14 кг/см 2, а цемент без допа-меланина дает максимальное сопротивление 274,69 кг/см 2; цемент с допа-меланином выдерживает по крайней мере на 25% больше максимальной приложенной нагрузки по сравнению с цементом без допа-меланина и сопротивление возрастает по крайней мере на 28% по сравнению с цементом без допа-меланина. Тесты на изгиб проводились на образцах цемента с допа-меланином и цемента без допа-меланина, в следующей таблице приведены средние значения для четырех протестированных образцов цемента с допа-меланином и трех образцов без допа-меланина. Цемент с допа-меланином выдерживает максимальную нагрузку 163,69 кгс, скажем, он выдержал,по крайней мере на 30% больше максимально приложенной нагрузки по сравнению с цементом без допамеланина. Кроме того, растрескивание на ранних стадиях очень низкое или практически нулевое по сравнению с обычным цементом. Сразу после приготовления композиций легко заметить разницу между ними, поскольку смесь с допа-меланином имеет тенденцию стабилизироваться быстрее по сравнению со смесью с водой, потому что последняя требует на 20% больше цемента для того, чтобы достичь стабильности допа-меланиновой композиции. Данное увеличение представляет собой скорость схватывания, характеристику, которая имеет соответствующие практические применения, например когда применяется в зонах с высокой относительной влажностью. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Цементная композиция, включающая допа-меланин в качестве добавки при максимальном содержании 30% от цемента, указанная добавка замещает капиллярную воду в цементной композиции; где указанная цементная композиция имеет соотношение вода/цемент, составляющее от 0,2 до 0,4. 2. Применение допа-меланина в качестве добавки к цементной композиции для замещения части капиллярной воды в указанной цементной композиции. 3. Применение водного раствора допа-меланина, содержащего менее 3% допа-меланина, в качестве агента для схватывания и выдерживания бетона.