В статье приведен анализ патентной информации о механизмах воздействия нанодобавок на гипсовые продукты, таких как создание диффузионного барьера для электромагнитного излучения и повышение прочности гипсовых продуктов; фотокатализ гипсового камня и гипсобетона, модифицированных нанодиоксидом титана; модификация пластификаторов с целью управления реологическими свойствами гипсобетонных смесей; модификация и оптимизация структуры контактной зоны между гипсовым камнем и заполнителем.
УДК 691
В.П. КУЗЬМИНА, канд. техн. наук, академик АРИТПБ
Ключевые слова: гипсовые продукты, шунгит, диффузный барьер, нанодобавки, наномодификация, механоактивация, пластификатор, фотокатализ, гипсобетонная смесь, прочность, долговечность
Keywords: gypsum products, schungit, diffusion barrier, nanoadditives, nanomodification, mechanical activation, plastiser, fotocatalysis, gypsum concrete mixes, strength, durability
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.
Создание многофункциональных гипсовых материалов со специальными свойствами. Создание диффузионного барьера для электромагнитного излучения [1, 2]
Недорогие строительные материалы можно изготовить на основе предложенной сухой гипсовой шунгитовой смеси с функциональными добавками (Патент РФ № 2307809. Сухая строительная смесь).
Такие материалы обладают оптимальными эксплуатационными характеристиками, заменяющими несколько разных строительных материалов с моносвойствами.
Например, предлагаемые сухие гипсовые шунгитовые смеси обеспечивают антиэлектростатическую искробезопасность 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 обеспечивается за счет применения в строительных смесях шунгитовых пород. Шунгит является уникальным природным минералом, содержащим аллотропную модификацию углерода – фуллерен.
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, масс. %, – цемент, известь, гипс или их смеси, вода – отличается тем, что дополнительно содержит углеродные кластеры фуллероидного типа с числом атомов углерода 36 и более: минеральное вяжущее – 33-77; углеродные кластеры фуллероидного типа – 0,0001 – 2,0; вода – остальное.
В качестве наномодифицирующих добавок представлены: астралены, фуллерены, нанодиоксид титана – TiO2, нанодиоксид кремния – SiO2 и наночастицы гипса – CaSO4 (Патент РФ № 2233254 ЗАО «АСТРИН» СПб, НИЦ 26 ЦНИ Минобороны РФ. Композиция для получения строительных материалов).
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. 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 объема финансирования строительства объекта. Таким образом, гипс с наночастицами периодически сам себя моет. Происходит это за счет снижения угла смачиваемости поверхности наномодифицированного гипсового камня от 80° до 0°. 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 80°. Поверхность становится водоотталкивающей, а накопившаяся за это время вода скатывается, увлекая за собой частички грязи.
Модификация пластификаторов с целью управления реологическими свойствами гипсобетонных смесей
Технология (Патент РФ № 2233254) относится к наномодифицированным 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, гипсоволокнистых строительных материалов, штукатурки, отделочных покрытий, в том числе лепнины.
Введение в сухие строительные смеси наноразмерных зародышей ставит своей целью направленную кристаллизацию гипсового камня за счет динамического дисперсного самоармирования, управление подвижностью и водоредуцированием гипсобетонных смесей за счет модификации пластификаторов.
Модификация и оптимизация структуры контактной зоны между гипсовым камнем и заполнителем
Разработана инновационная технология и композиция для получения строительных гипсовых 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 ее устойчивости к биологической коррозии и улучшения физико-механических свойств конечного продукта.
Разработана гипсовая сухая строительная смесь (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. Редиспергируемый порошок в виде сополимеров поливинилацетата или акрилата – 0,3-24,0;
6. Заполнитель включает, масс. %: 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: гипс – 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 ведется в две стадии. Сначала дробленку 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 – и цветной строительный гипс высокого качества получен.
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 открывает новую страницу в декоративной отделке фасадов и интерьеров зданий.
Библиографический список
1. Патент РФ № 2307809. Сухая строительная смесь / В.И. Быков; 2006102784/03; заявл. 01.02.2006; опубл. 10.10.2007. http://www1.fips.ru/wps/wcm/connect/content_ru/ru, http://www1.fips.ru/fips_servl/fips_servlet
2. О шунгите / интернет-сайт компании «Парагона». http://www.schungit.ru
3. Кузьмина В.П. Нанодиоксид титана. Применение в строительстве // Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал, № 4, 2011, с. 82-90. http://www.nanobuild.ru
4. Нанодиоксид титана в покрытии на водной основе / Химические вещества и материалы. http://www.asia.ru/ru/ProductInfo/922313.html
5. Сухая дисперсионная добавка FREM NANOGIPS для модификации гипсовых вяжущих / Каталог продукции // интернет-портал ООО «ФРЭЙМХАУСТРЭЙД». http://www.frame.by/ru/products/?cat=217
6. Кузьмина В.П. Виброцентробежные мельницы для механоактивации полупродуктов ССС // Строительные материалы, № 5, 2007. Приложение Technology, № 9, 2007, с. 2-5.
7. Патент РФ № 2182137. Сухая строительная смесь и способ ее получения / В.П. Кузьмина, Е.П. Крылов, И.В. Малыхин, Л.А. Колмакова, Т.Д. Игонина. 2000132250/03, заявл. 22.12.2000; опубл. 9.05.2002. http://www1.fips.ru/wps/portal, http://www1.fips.ru/fips_servl/fips_servlet
8. Кузьмина В.П. Механоактивация материалов для строительства. Гипс // Строительные материалы, № 9 (633), 2007, с. 52-54.
