Наноцемент, мікробетон (сіал), пеномікробетон (Піносіал)
завантажити
м.Пенза тел. 8-960-326-58-44
Нанотехнології для будіндустрії
Творче об'єднання «Наука» працює у сфері практичного використання фізико-хімічних ефектів у галузі нанорозмірів з метою створення нових матеріалів, економії сировини, енергії та палива.
Головним напрямом діяльності організації є використання нанотехнологій під час виробництва багатотоннажної продукції.
Основою всіх технологій, що розробляються, є:
- Використання ефекту надмолекулярної полімеризації для отримання колоїдних композицій та смолоподібних термопластів, у тому числі неорганічних, застосування їх для створення конструкційних матеріалів та виробів з них.
- Використання переходу з мікронного рівня структурних елементів матеріалів на нанорівень для різкого поліпшення споживчих параметрів.
- Використання фізико-механічних та фізико-хімічних ефектів, що виявляються при поєднанні в одному матеріалі мікроструктурних компонентів різної форми, розмірів, хімічного складу.
Організація розробляє оригінальне технологічне обладнання: помольне, формувальне, сушильне і т.д.
Розроблені технології та обладнання для їх реалізації призначені для серійного виробництва з метою здійснення технологічного прориву, технологічного переоснащення виробництва та монопольного захоплення ринку нових товарів, у тому числі і за кордоном.
НАНОЦЕМЕНТ, МІКРОБЕТОН (СІАЛ),
Класичний портланд-цемент є порошок з частинками від 1 мк до 100 мк із середнім розміром 20- 40 мк. Однак зазвичай дрібні частинки (менше10 мк) відсутні внаслідок їх злипання в грудочки та агломерації з більшими. Комочки і конгломерати не руйнуються під час приготування бетонної суміші і тому, якщо не використовуються ПАР, в процесі зміцнення бетону бере участь лише близько 50% цементу.
У цементі М400 30-40% частинок понад 20 мк. і вони у принципі неможливо знайти повністю гидратированы, т.к. ядро частинки закривається продуктами гідратації, і процес винесення матеріалу припиняється. Ступінь гідратації цементу у бетонах 50-60 %.
Таким чином, використання звичайного портландцементу призводить до колосального перевитрати в'яжучого (до половини його використовується лише як мікронаповнювач).
Практично 30-50 % цементних заводів працюють на компенсацію цих технологічних втрат, тобто. вхолосту.
100% використання клінкерного матеріалу можливе лише при переході до в'яжучих із середнім розміром частинок у 100 разів менше звичайного. У цьому випадку ступінь гідратації досягає 100% і для отримання марочної міцності можна використовувати на 30-50% менше за клінкерний матеріал, замінивши його тонкодисперсною добавкою.
Перехід до супердисперсного цементу, розмір частинок якого змінюється в межах від 10 до 1000 нм із середнім розміром - 200 нм, забезпечує незвичайні параметри:
- Підвищується марка цементу до М 2000
- Максимальний розмір пор у гідратованому цементі зменшується до 1 мк., внаслідок чого різко збільшується морозостійкість.
- Ступінь використання клінкерного матеріалу наближається до 100%
- Збільшується швидкість набору марочної міцності.
Класичні бетони єкомпозитами, що складаються з наповнювача (до 90% за вагою) та зв'язки (цементу) (10-15%). Розмір частинок зв'язки має значення від 1 до 100 мк., наповнювача від 1 000 до 50 000 мк.
Мікробетон складається з компонентів, розмір частинок яких у 100 разів менший за розміри компонентів звичайного бетону. Частинки в'яжучого в ньому мають діаметр 10 – 1000 нм, а наповнювача 10 – 500 мк.
Мікробетон (сіал) при рівній міцності із звичайним бетоном має:
Перехід від формування пор в бетоні діаметром 50-200 мк до створення пор на 2 порядки меншого розміру (0,5 - 2 мк) призводить до того, що міцність пористого композиту, що зазвичай швидко падає зі збільшенням порожнечі, у пеносіалу зменшується повільніше. У зв'язку з цим, при рівній об'ємній вазі міцність пеносіалу буде в 2 – 2,5 рази вищою, ніж у звичайного пінобетону.
Теплопровідність піносіалу на 20-30% нижче, ніж у пінобетону тієї ж марки.
Морозостійкість виробів з піносіалу на порядок вища за морозостійкість класичного пінобетону.
Технологія виробництва наноцементу, сіалу, піносіалу та комплекси обладнання для реалізації цих технологій розроблені на рівні винаходів.«КЕРЛІТ» - НОВІВНЕУ вищезгаданому проекті реалізується оригінальна технологія отримання конструкційних та теплоізоляційних будівельних матеріалів з використанням як сполучного наносуспензії з неорганічних полімерів силікатного складу.
Як основна вихідна сировина використовується широко поширений кварцовий пісок або відхід ливарного виробництва - горіла формувальна земля.
У принципі вихідною сировиною може бути будь-який неорганічний полімер.
При виробництві сполучного первинний матеріал подрібнюється у водному середовищі до розмірів частинок від 10 до 100 нм.Концентрована суспензія стабілізується та зберігає свої в'яжучі властивості деякий час.
Приготовлена маса - «КЕРЛІТ», при видаленні води загусає і при температурі понад 100 0 С перетворюється на камнеподібне, дуже міцне тіло, стійке до дії води.
Зміцнення первинного матеріалу та поява водостійкості обумовлено його надмолекулярною орієнтаційною полімеризацією.
Ефект проявляється в поєднанні окремих мікроструктурних елементів надмолекулярних розмірів, але не більше 100 нм при видаленні з поверхні молекул води. У цьому випадку формуються численні та міцні незворотні фазові контакти між частинками.
Встановлено, що чим менше розмір твердофазних елементів структури керліту, тим міцніший матеріал.
Використання ефекту надмолекулярної полімеризації природних неорганічних полімерів дозволяє зробити технологічний прорив у сфері виробництва будматеріалів.
Композитні матеріали у вигляді сумішей керліту та різних видів наповнювачів можна формувати методами екструдування або напівсухого пресування та отримувати широкий спектр конструкційних виробів, наприклад, облицювальної цегли, плит, жароміцної, кислотостійкої цегли та плит, різних балок, бруса і т.д.
Собівартість кінцевого продукту буде нижчою з таких причин:
- Вихідна сировина використовується і як наповнювач.
- При зміцненні виключаються
б) використання підвищеного тиску для інтенсифікації твердіння, як при виробництві силікатної цегли
Керлітова маса після насичення повітрям є гарним матеріалом для виробництва теплозвукоізоляційних виробів у виглядіплит, шкаралуп, у тому числі для високотемпературної ізоляції.
Керлітова зв'язка може бути використана також при виробництві фасадних фарб, жароміцних, кислотостійких покриттів.
КЕРЛІТОБЕТОН та АРМОЛІТ
Міцність гірських порід базальтів, кварцитів досягає 7000 кг см 2 , в той час як штучні аналоги - бетони, мають міцність до 1500 кг/см 2 при середній не більше 600 кг/см 2 .
Основна причина низької міцності штучних конструкційних будівельних матеріалів – їх неоднорідність, що зумовлює виникнення динамічних та термічних напруг, поява мікротріщин та руйнування при дуже низьких навантаженнях.
Підвищення міцності таким чином зводиться до підвищення однорідності матеріалу.
Домогтися різкого збільшення однорідності конструкційного матеріалу можна лише вирішивши такі проблеми:
а) зниження розмірів структурних елементів;
б) збільшення зчеплення наповнювача та зв'язки;
в) інтенсифікація усереднення формувальної суміші.
Творче об'єднання "Наука" під керівництвом В.В. Пеннера успішно вирішило ці проблеми.
В результаті багаторічних робіт всього колективу було створено два нові види конструкційних композитних матеріалів: керлітобетон та армоліт, матрицею в яких є «КЕРЛІТ» - алюмосилікатний природний полімер подрібнений до нанорозмірів, а наповнювачем є в першому - вихідний матеріал (пісок), а в другому - вихідний матеріал (пісок) і волокна або тільки волокна.
В основу технології одержання цих матеріалів покладено ефект появи в'яжучих властивостей у всіх неоганічних полімерних матеріалів, що подрібнюються у водному середовищі до субмікронних розмірів.
Основні елементи технології:
1. Отримання сполучного з тієї ж вихідноїматеріалу, з якого складається наповнювач.
2. Ретельне усереднення формувальної маси.
3. Зменшення до економічно доцільного розміру наповнювача.
4. Формування виробів під максимально можливим тиском.
5. Сушіння виробів після формування. Дослідження показали, що для кварцового піску при зменшенні розмірів наповнювача до 10 мікрон міцність на стиск керлітобетону при напівсухому формуванні коливається в межах 2000-4000 кг/см 2
З метою підвищення міцності на вигин ударної міцності т.ч. "Наука" розробило оригінальний композиційний матеріал: "Армоліт".
У даному композиті полімерна алюмосилікатна матриця заповнюється волокнистим наповнювачем, частка якого за обсягом становить від 5 до 70%.
Як наповнювач використовуються скловолокно, пластинчасті та голчасті кристали.
Керлітобетон та Армоліт – будівельні конструкційні матеріали, призначені для виготовлення виробів методом напівсухого пресування та екструдування під великим тиском (≥1000 кг/см 2 ).
Вироби мають підвищені параметри міцності, водонепроникні, водостійкі, стійкі до корозії, мають підвищену морозостійкість, зносостійкість.
Виготовляти можна плити, листи, панелі, рулонні вироби, черепицю, шифер, брус, балки, блоки, цеглу.
Дуже перспективним є використання армоліту для виготовлення тонкостінних виробів, одержуваних методом екстудування.
Наприклад, труби з армоліту мають достатню міцність, щоб замінити металеві у водопровідній мережі, зате втричі легше і вдвічі дешевше.
МІКРОАРБОЛІТ
Творче об'єднання «Наука» розробило спосіб виготовлення будівельних виробів на основі соломи, відходів лісопиляння тамеблевого виробництва. В результаті застосування дуже ефективного в'яжучого: наноцементу та спеціальної обробки рослинного матеріалу вийшов матеріал, що задовольняє сучасним вимогам: «МІКРОАРБОЛІТ»
Залежно від порожнечі формувального матеріалу вироби мають різну щільність, теплопровідність та міцність.
Методом лиття у форми можна виготовити вироби щільністю 400-800 кг/м3, міцністю від 10 до 35 кг/см2.
Пресуванням можна досягти щільності до 1300 кг/м³ та міцності на стиск понад 150 кг/см². Теплопровідність у сухому стані надщільних матеріалів (1300 кг/м³) можна порівняти з теплопровідністю деревини.
Сировиною для вищезгаданого матеріалу є в основному відходи: лісопиляння (тирса) меблевого виробництва (тирса, шліфпил), сільського господарства (солома).
За технологією ТО «Наука» рослинна сировина руйнується до окремих волокон і в такому стані поєднується з наноцементом.
Частинки наноцементу сорбуються на всіх волокнах, повністю покриваючи їх неорганічною плівкою, у результаті органічні волокна втрачають свої горючі властивості. До того ж, покриття перешкоджають мікробіологічному руйнуванню органіки.
Окремі волокна та інгредієнти тирси механічно зв'язуються між собою під час гідратаційної кристалізації та формують міцну структуру.
У зв'язку з тим, що пори в мінеральному покритті тирси менше 1мікрона вода після сушіння виробів не може проникнути в деревину волокна і викликати його набухання.
Внаслідок того, що марка і дисперстність частинок наноцементу значно вищі за звичайний в'яжучий, у мікроарболіті частка наповнювача може досягати 85% за вагою або 95% за обсягом.