RO134320A0 - Materials with cement-based matrix with self-repairing properties, based on reactive granules with protective coating - Google Patents

Abstract

The invention relates to cement-based matrix materials with self-repairing properties, based on reactive granules with a protective coating, which, in case of cracks in the material, breaks and reacts with the water to form a crack filling product. According to the invention, the materials contain an addition of reactive granules (1) encapsulated in a polymeric film (2) representing at least 80% of the total addition mass, where the reactive granules (1) may be clinker, aluminum cement, ground furnace slag, hydraulically-active materials such as power plant ash and trass or anhydrous lime, with diameters below 160 μ m, the total addition mass representing 5 ... 10% of the total mass of the cement-based matrix material, and the encapsulation in polymer film is obtained by immersing the reactive granules (1) in polystyrene solution, a solution which represents a maximum of 20% of the total addition mass with self-repairing properties.

Description

Nr. Data denozit.Nr. Denoted date.

MATERIALE CU MATRICE PE BAZĂ DE CIMENT CU PROPRIETĂȚI DE AUTOREPARARE PE BAZĂ DE GRANULE REACTIVE CU ÎNVELIȘ PROTECTORMATERIALS WITH CEMENT-BASED MATRIX WITH SELF-REPAIR PROPERTIES BASED ON REACTIVE GRAINS WITH PROTECTIVE COATING

Autori - solicitant SC INCERTRANS SA:Authors - applicant SC INCERTRANS SA:

VOINITCHI Constantin-Dorinel, CLADOVEANU Flavius-Valeriu, ZAPCIU Miron, NICOLAE Adriana, IONESCU Nicoleta-Adaciza, DIMA CătălinVOINITCHI Constantin-Dorinel, CLADOVEANU Flavius-Valeriu, ZAPCIU Miron, NICOLAE Adriana, IONESCU Nicoleta-Adaciza, DIMA Cătălin

Autori - solicitant INCD URBAN-INCERC:Authors - applicant INCD URBAN-INCERC:

MEIȚĂ Vasile, MATEI Claudiu-Lucian, SZILAGYI Henriette, BAERĂ Cornelia, HEGYI Andreea-Cristina, SANDU MihaelaMEIȚĂ Vasile, MATEI Claudiu-Lucian, SZILAGYI Henriette, BAERĂ Cornelia, HEGYI Andreea-Cristina, SANDU Mihaela

Autori - solicitant INCD PM:Authors - applicant INCD PM:

DEĂK Gyorgy, MONCEA Mihaela-Andreea, DUMITRU Florina-Diana, PANAIT Ana-MariaDEĂK Gyorgy, MONCEA Mihaela-Andreea, DUMITRU Florina-Diana, PANAIT Ana-Maria

a) Rezumata) Summary

Invenția se referă la materiale cu matrice pe bază de ciment cu proprietăți de autoreparare pe bază de granule reactive cu înveliș protector. Materialul presupune utilizarea în mortare sau betoane a unui adaos inteligent alcătuit dintr-un material reactiv acoperit cu un înveliș impermeabil care se rupe în momentul apariției unei fisuri în material și permite reacția cu apa sau cu componenții pietrei de ciment și, în consecință, formarea unui produs de colmatare a fisurii. Adaosul inteligent este obținut prin amestecarea materialului reactiv cu soluția unui polimer, sau cu topitura acestuia, urmată de uscare/răcire. înglobarea adaosului în beton se face urmând tehnologia normală de fabricație a betonului, la fabricarea în stație sau prin malaxare la locul de turnare.The invention relates to cementitious matrix materials with self-repairing properties based on reactive granules with a protective coating. The material involves the use in mortars or concretes of a smart additive made of a reactive material covered with an impermeable coating that breaks when a crack appears in the material and allows the reaction with water or cement stone components and, consequently, the formation of a crack plugging product. The intelligent addition is obtained by mixing the reactive material with the solution of a polymer, or with its melt, followed by drying / cooling. the embedding of the addition in concrete is done following the normal technology of concrete manufacturing, at the manufacture in the station or by kneading at the pouring place.

biPrecizarea domeniului tehnic la care se re feră invențiab. Specification of the technical field to which the invention refers

Invenția se referă la domeniul realizării unor materiale tip beton sau mortar cu proprietăți autoreparante, obținute prin utilizarea unor adaosuri reactive față de apă, învelite în materiale impermeabile.The invention relates to the field of making concrete or mortar type materials with self-repairing properties, obtained by using water-reactive additives, wrapped in waterproof materials.

Invenția se aplică construcțiilor din beton aferente infrastructurii rutiere, traverse de cale ferată, tuneluri, construcții hidrotehnice, etc.The invention applies to concrete constructions related to road infrastructure, railway sleepers, tunnels, hydrotechnical constructions, etc.

c)Prezentarea stadiului tehnicii în prezent există încercări de realizare a betoanelor autoreparante utilizând diferite principii. Se pot utiliza în interiorul betonului rețete vasculare, conținând rășini înglobate sau provenind dintr-o sursă externă, adaosuri de polimeri superabsorbanți, sau chiar utilizarea unor bacterii încapsulate împreună cu nutrienții necesari și care, în momentul apariției fisurii își reîncep a 2020 00022c) Presentation of the state of the art There are currently attempts to make self-repairing concrete using different principles. Vascular recipes can be used inside the concrete, containing embedded resins or from an external source, additions of superabsorbent polymers, or even the use of bacteria encapsulated together with the necessary nutrients and which, when the crack appears, resume 2020 00022

20/01/2020 metabolismul, cu degajare de CO2, care carbonatează portlanditul rezultat din hidratarea cimentului portland și având drept consecință colmatarea fisurii. Există și metode care presupun utilizarea unor adaosuri hidraulice active care, în prezența portlanditului, vor dezvolta hidrocompuși care pot asigura colmatarea fisurii, sau a fibrelor ce diminuează din lărgimea fisurii și permit autorepararea naturală a betonului. Dezavantajele sunt reprezentate de dificultatea de implementare a soluțiilor adoptate care au fost testate doar în condiții de laborator și care nu se pretează la o implementare în condiții reale de șantier.20/01/2020 metabolism, with CO2 release, which carbonates the portlandite resulting from the hydration of the portland cement and having as a consequence the clogging of the crack. There are also methods that involve the use of active hydraulic additives that, in the presence of portlandite, will develop hydrocomposites that can ensure the clogging of the crack, or fibers that reduce the width of the crack and allow natural self-repair of concrete. The disadvantages are represented by the difficulty of implementing the adopted solutions which have been tested only in laboratory conditions and which are not suitable for implementation in real site conditions.

Pe plan internațional există preocupări pentru utilizarea de bitum autoreparant modificat cu polimeri (PmB), pentru a crește elasticitatea straturilor de drum, pentru a crește rezistența la uzură și a oboselii la temperaturi ridicate. Materialele aditive pe bază de polimeri sunt utilizate în general pentru modificarea bitumului. Dintre acești aditivi, copolimerii pe bază de stirenbutadienă-stiren (SBS) sunt utilizați cel mai des (Brevet WIPO cu nr. de identificare WO 2017/116354 Al „Self-healing modified bitumen composition for use in asphalt production, and method of producing same ' - Aplicant Turkiye petrol rafinerileri anonim sirketi tupras /2017).Internationally, there are concerns about the use of polymer-modified self-repairing bitumen (PmB), to increase the elasticity of road layers, to increase wear resistance and fatigue at high temperatures. Polymer-based additives are generally used for bitumen modification. Of these additives, styrene-butadiene-styrene copolymers (SBS) are the most commonly used (WIPO patent with identification number WO 2017/116354 Al „Self-healing modified bitumen composition for use in asphalt production, and method of producing same '- Applicant Turkiye petrol refinerileri anonim sirketi tupras / 2017).

O altă invenție oferă o metodă de reparare rapidă a betonului asfaltic sub acțiunea microundelor. Betonul utilizat pentru diferite placări /pavaje este încălzit rapid și uniform la 45 -85 ⁰ C, pentru o anumită perioadă de timp, iar recuperarea căldurii asfaltului este utilizată pentru o autovindecarea rapidă a betonului. în afară de componentele obișnuite ale betonului, în compoziție se utilizează o pulbere de ferită în procent de 2,1% - 8,5% și fibre de ferită de până la 0,3%. (Brevet cu nr. de identificare CN105036614 „Asphalt concrete capable of rapid self-healing under microwave action, preparation method and repairing method thereof' brevet China / 2015)Another invention provides a method of quickly repairing asphalt concrete under the action of microwaves. The concrete used for different cladding / paving is heated quickly and evenly to 45 -85 ⁰ C, for a certain period of time, and the asphalt heat recovery is used for a fast self-curing of the concrete. In addition to the usual components of concrete, a composition of 2.1% - 8.5% ferrite powder and up to 0.3% ferrite fibers is used in the composition. (Patent with identification number CN105036614 „Asphalt concrete capable of rapid self-healing under microwave action, preparation method and repairing method thereof 'patent China / 2015)

O altă modalitatea de auto-vindecare a betonului asfaltic este obținută în cadrul brevetului cu nr. de identificare CN103396652 „Asphalt concrete crack self-healing microcapsule and preparation method thereof' — brevet China / 2013. Microcapsula conform invenției crește auto-vindecarea și capacitatea asfaltului de a prelungi durata de viață a produselor utilizate ca pavaje. Lichidul de reparație este compus dintr-un agent de cuplare (10-20%), un agent de întărire (50-65%) și un accelerator al procesului de întărire (18-30%) pe bază de rășină epoxidică.Another way of self-healing of asphalt concrete is obtained in the patent with no. identification number CN103396652 'Asphalt concrete crack self-healing microcapsule and preparation method thereof' - patent China / 2013. The microcapsule according to the invention increases the self-healing and the ability of asphalt to extend the life of products used as pavements. The repair liquid is composed of a coupling agent (10-20%), a hardening agent (50-65%) and an accelerator of the hardening process (18-30%) based on epoxy resin.

în cadrul brevetului cu nr. de identificare CN107032665 „Bionic self-healing asphalt mixture and preparation method thereof' - brevet China /2017, componenta de auto-vindecare constă în umplerea fisurii cu una sau mai multe rășini expandate, hidrogel, ciment sau grafit expandat. Invenția adoptă o componentă de auto-vindecare care este expansivă, spontană și proliferează la temperatura normală, combinându-se cu matricea de asfalt și agregat mineral (care sunt comune în domeniu) imitându-se mecanismul de vindecare umană.within the patent with no. identification number CN107032665 "Bionic self-healing asphalt mixture and preparation method thereof" - patent China / 2017, the self-healing component consists in filling the crack with one or more expanded resins, hydrogel, cement or expanded graphite. The invention adopts a self-healing component that is expansive, spontaneous and proliferates at normal temperature, combining with the matrix of asphalt and mineral aggregate (which are common in the art) mimicking the human healing mechanism.

O altă metodă de auto-vindecare este descrisă în cadrul brevetului JP2005239482A - Brevet Japonia / 2005 „Self-healing concrete''. Betonul este obținut prin amestecarea apei cu pudră de ciment, un material în expansiune și un material anorganic de proliferare a cristalelor de ciment, un agregat fin și unul grosier. Pulberea de ciment are un rol definitoriu. într-un astfel de caz, raportul ponderal (apă-pulbere) dintre apă și pulbere care conține ciment, materialul în a 2020 00022Another method of self-healing is described in patent JP2005239482A - Japan Patent / 2005 "Self-healing concrete". Concrete is obtained by mixing water with cement powder, an expanding material and an inorganic material for the proliferation of cement crystals, a fine aggregate and a coarse one. Cement powder has a defining role. in such a case, the weight ratio (water-powder) between water and powder containing cement, the material in 2020 00022

20/01/2020 expansiune și materialul de proliferare a cristalelor de ciment anorganic este controlat până la <60%, greutatea materialului în expansiune este controlată la 10-80 kg / m3 și greutatea materialului de proliferare a cristalelor de ciment anorganic este controlată la 0,1-10 kg / m3.20/01/2020 expansion and the proliferation material of inorganic cement crystals is controlled up to <60%, the weight of the expanding material is controlled at 10-80 kg / m3 and the weight of the proliferation material of inorganic cement crystals is controlled at 0 , 1-10 kg / m3.

Un brevet foarte apropiat ca subiect este cel revendicat în Korea de Sud: KR 20150055589A / 2015 cu denumirea „Seif Healing Concrete, and Concrete Admixture therefor”. în special, coroziunea poate apărea atunci când armarea cu oțel din structura de beton este expusă atmosferei sau umidității din cauza fisurii, iar umiditatea și aerul se deplasează în interiorul structurii de beton prin fisură pentru a accelera coroziunea armăturii din oțel. Expansiunea ulterioară prin înghețare accelerează distrugerea betonului. Sulfatul alcalin în apă este un „expandator solubil” care contribuie la împletirea și repararea fisurilor prin formarea de hidrați expansivi (3CaOA12O3*3CaSO4*32H2O) atunci când este hidratat. Acesta are o pondere de 25 până la 69% din greutatea întregului amestec anorganic de auto-vindecare. Dacă sulfatul alcalin este mai mic de 25% în greutate, expandabilitatea este prea mică și vindecarea fisurii devine dificilă, deoarece sursa de expansiune, capabilă să restabilească fisura, este redusă. Pe de altă parte, când sulfatul alcalin depășește 69% din greutate, poate fi problematic prin faptul că materialul se poate distruge din cauza expansiunii excesive.A very close patent as a subject is the one claimed in South Korea: KR 20150055589A / 2015 with the name "Safe Healing Concrete, and Concrete Admixture therefor". In particular, corrosion may occur when the steel reinforcement in the concrete structure is exposed to the atmosphere or moisture due to cracking, and moisture and air move inside the concrete structure through the crack to accelerate the corrosion of the steel reinforcement. Subsequent expansion by freezing accelerates the destruction of concrete. Alkaline sulfate in water is a "soluble expander" that contributes to the weaving and repair of cracks by forming expansive hydrates (3CaOA12O3 * 3CaSO4 * 32H2O) when hydrated. It has a weight of 25 to 69% by weight of the entire inorganic self-healing mixture. If the alkaline sulfate is less than 25% by weight, the expandability is too low and the healing of the crack becomes difficult because the expansion source, capable of restoring the crack, is reduced. On the other hand, when the alkaline sulphate exceeds 69% by weight, it can be problematic because the material can be destroyed due to excessive expansion.

Un alt exemplu de vindecare autogenă, dar a unui compozit cementos, este realizată în cadrul brevetului cu numărul 20080261027 din SUA, din anul 2008, „Engineered Seif Healing Cementitious Composites”, autori fiind Victor C. Li și En-Hua Yang, iar revendicările fiind ale instituției „The Regents of the University of Michigan”. Brevetul se referă la un compozit cementos auto-vindecător și, în special, la un compozit pe bază de ciment armat cu fibre, care are o lățime de fisură autocontrolată de preferință 50 pm și de maximum 150 pm. Autovindecarea poate avea loc într-o varietate de condiții de mediu chiar și atunci când materialul este deteriorat, de exemplu prin încărcare la tracțiune. Auto-vindecarea în acest caz a fost autogenă și observată prin testul de analizare a rezistenței betonului la pătrunderea ionilor de clorură, în conformitate cu standardul AASHTO T259-80. Compozitul cuprinde ciment hidraulic, apă, nisip, cenușă zburătoare, agent de reducere a apei și fibre scurte și discontinue. Fibrele sunt pe bază de alcool polivinilic și au diametre cuprinse între 30 și 60 micrometri și se regăsesc într-un procent de 1,5% - 3,0% în volumul compozitului.Another example of autogenous healing, but of a cement composite, is made in the patent number 20080261027 from the USA, from 2008, "Engineered Seif Healing Cementitious Composites", authors being Victor C. Li and En-Hua Yang, and the claims being from The Regents of the University of Michigan. The patent relates to a self-healing cement composite and, in particular, to a fiber-reinforced cement-based composite, which has a self-controlled crack width of preferably 50 μm and a maximum of 150 μm. Self-healing can take place in a variety of environmental conditions even when the material is damaged, for example by tensile loading. Self-healing in this case was autogenic and observed by the test for analyzing the resistance of concrete to the penetration of chloride ions, according to the AASHTO standard T259-80. The composite comprises hydraulic cement, water, sand, fly ash, water reducing agent and short and discontinuous fibers. The fibers are based on polyvinyl alcohol and have diameters between 30 and 60 micrometers and are found in a percentage of 1.5% - 3.0% in the volume of the composite.

d)Prezentarea problemei tehnice pe care solicitantul și-a propus să o rezolve invențiad) Presentation of the technical problem that the applicant intended to solve the invention

Betoanele autoreparante sunt utilizate în scopul prelungirii duratei de viață sau duratei dintre intervenții de reparații la construcțiile din beton armat, care sunt supuse acțiunii ionilor agresivi din apă, sol sau aer. Pătrunderea ionilor agresivi în beton se poate face prin difuzie în masa acestuia, sau prin fisurile existente, conducând la atacarea armăturii din oțel. Difuzia prin masa lui poate fi în principiu prevăzută, existând mijloace teoretice și experimentale în acest sens.Self-repairing concretes are used in order to prolong the life or the duration between repair interventions in reinforced concrete constructions, which are subjected to the action of aggressive ions from water, soil or air. The penetration of aggressive ions into concrete can be done by diffusion in its mass, or through existing cracks, leading to the attack of steel reinforcement. Diffusion through its mass can in principle be predicted, there are theoretical and experimental means in this regard.

Pătrunderea ionilor agresivi prin fisuri este periculoasă, conducând la coroziunea locală a armăturii și cedarea acesteia. Betonul autoreparant sigilează aceste fisuri prin diferite mijloace și diminuează foarte mult accesul ionilor agresivi, prin fisuri, la armatură.The penetration of aggressive ions through cracks is dangerous, leading to local corrosion of the reinforcement and its failure. Self-repairing concrete seals these cracks by various means and greatly reduces the access of aggressive ions, through cracks, to the reinforcement.

ejExpunerea invenției, așa cum este revendicată a 2020 00022Exposition of the invention as claimed of 2020 00022

20/01/202020/01/2020

Betonul are proprietăți autoreparante intrinseci, apariția unor fisuri sub 0,15 mm conduce în timp la colmatarea acestora prin activarea hidratării miezului nehidratat al unor granule de ciment, prin care trece fisura, prin accesul CO2 și carbonatarea portlanditului sau prin alte mecanisme de transport de substanță. Invenția constă în creșterea potențialului natural de autoreparare a betonului, prin introducerea în masa lui a unor granule de material reactiv față de apă, protejate fiind de un înveliș impermeabil.Concrete has intrinsic self-repairing properties, the appearance of cracks below 0.15 mm leads in time to clogging them by activating the hydration of the unhydrated core of some cement granules, through which the crack passes, by CO2 access and carbonation of portlandite or other substance transport mechanisms. . The invention consists in increasing the natural self-repair potential of the concrete, by introducing in its mass some granules of reactive material against water, being protected by an impermeable coating.

Materialul reactiv propus în cadrul acestei invenții generează noi compuși prin reacție cu apa sau ionii dizolvați în aceasta, compuși care se depun în fisură și diminuează accesul soluțiilor agresive. Materialul reactiv nu trebuie să conțină sau să genereze sulfați, cloruri, alcalii sau alți ioni agresivi pentru beton.The reactive material proposed in this invention generates new compounds by reaction with water or ions dissolved in it, compounds that deposit in the crack and diminish the access of aggressive solutions. The reagent material must not contain or generate sulphates, chlorides, alkalis or other aggressive ions for concrete.

învelișul impermeabil trebuie să protejeze materialul reactiv de apă până la formarea fisurii care îl traversează, să fie aderent la granulele reactive, să nu influențeze negativ procesele de hidroliză și hidratare a cimentului, să reziste la eforturile care apar în timpul procesului de preparare a betonului, să fie rezistent în mediul alcalin din beton, să nu sufere variații de volum pozitive în mediu alcalin și să fie casant, astfel încât să se spargă la apariția unei fisuri și să permită contactul cu apa care se va infiltra din mediul ambiant.the impermeable coating must protect the reactive material from water until the crack that passes through it, be adherent to the reactive granules, not adversely affect the hydrolysis and hydration processes of the cement, withstand the stresses that occur during the concrete preparation process, be resistant to alkaline concrete environments, not suffer from positive volume variations in alkaline environments and be brittle, so as to break when a crack appears and allow contact with water that will infiltrate from the environment.

Adaosul este inteligent prin faptul că acționează doar în momentul în care se produce fisura și agentul agresiv pătrunde în material prin intermediul apei.The addition is intelligent in that it acts only when the crack occurs and the aggressive agent enters the material through the water.

Gradul de vindecare a fisurii poate fi estimat prin analiză de microscopie electronică de baleiaj cuplată cu spectroscopie de raze X cu energie dispersivă și prin intermediul difuziei clorurilor sub acțiunea unui câmp electric conform standardului ASTM C 1202 - 97 Standard Test Method for Electrical Indication of Concrete ’s Ability to Resist Chloride Ion Penetration.The degree of crack healing can be estimated by scanning electron microscopy coupled with dispersive energy X-ray spectroscopy and by diffusion of chlorides under the action of an electric field according to ASTM C 1202 - 97 Standard Test Method for Electrical Indication of Concrete ' s Ability to Resist Chloride Ion Penetration.

Autorepararea a putut fi vizualizată prin utilizarea microscopiei electronice de baleiaj cuplată cu EDAX și gradul de autoreparare poate fi definit ca raportul dintre sarcina electrică care trece într-un interval de timp prin fisura provocată într-un beton în care se găsește adaosul autoreparant și cea dintr-un beton martor.Self-repair could be visualized by using EDAX-coupled scanning electron microscopy and the degree of self-repair can be defined as the ratio of the electrical charge passing through a crack in a concrete in which the self-repairing addition is found to that of -a concrete witness.

în condiții de laborator, în cadrul invenței a fost realizat un grad de vindecare de peste 50% pentru o fisura cu deschiderea de 0,25 mm. Imaginile obținute prin analiza de microscopie electronică validează prezența compușilor de hidratare și deci modul de funcșionare al adaosului.under laboratory conditions, a degree of cure of more than 50% has been achieved in the invention for a crack with an opening of 0.25 mm. The images obtained by electron microscopy analysis validate the presence of hydrating compounds and therefore the mode of operation of the addition.

^Prezentarea avantajelor invenției^ Presentation of the advantages of the invention

Invenția are următoarele avantaje:The invention has the following advantages:

- Mărirea duratei de viață pentru betoanele utilizate în lucrări de beton armat în contact cu agenți agresivi;- Increasing the service life for concrete used in reinforced concrete works in contact with aggressive agents;

- Mărirea duratei dintre două reparații pentru betoanele armate utilizate în lucrări din infrastructură;- Increasing the duration between two repairs for reinforced concrete used in infrastructure works;

- Utilizarea unor materiale reciclabile în realizarea adaosului inteligent;- The use of recyclable materials in making the smart addition;

- Este extrem de practică, fiind adaptată condițiilor de șantier a 2020 00022- It is extremely practical, being adapted to the site conditions of 2020 00022

20/01/202020/01/2020

g) Prezentarea figurilor în figura 1 este reprezentat principiul de autoreparare a betonului (4), capacitatea naturală de autoreparare fiind îmbunătățită printr-un adaos de material reactiv față de apă (1), acesta fiind protejat de un înveliș impermeabil (2). Umplerea parțială a fisurii se realizează prin formarea de compuși cu volum superior (3).g) The presentation of the figures in figure 1 is represented by the principle of self-repair of concrete (4), the natural self-repair capacity being improved by adding water-reactive material (1), which is protected by an impermeable coating (2). Partial filling of the fissure is achieved by the formation of compounds with higher volume (3).

1- material reactiv; 2 - înveliș impermeabil; 3- compuși cu volum superior; 4 - beton.1- reactive material; 2 - waterproof coating; 3- compounds with higher volume; 4 - concrete.

Fig.l. Modul de acțiune a adaosului inteligentFig How smart add-on works

Figura 2 prezintă cele două modalități de obținere a adaosului inteligent: prin încapsularea materialului reactiv (1) cu un film de polimer (2), care se obține prin imersarea materialului reactiv în soluția de polimer (figura 2a) sau în topitura acestuia (figura 2b).Figure 2 shows the two ways to obtain the smart addition: by encapsulating the reactive material (1) with a polymer film (2), which is obtained by immersing the reactive material in the polymer solution (figure 2a) or in its melt (figure 2b ).

- material reactiv 1 - material reactiv- reactive material 1 - reactive material

- solvent sau polimer topit 2 - solvent sau polimer topit- molten solvent or polymer 2 - molten solvent or polymer

Fig.2. Modalități de obținere a adaosului inteligent a 2020 00022Fig.2. Ways to get the smart addition of 2020 00022

20/01/202020/01/2020

Figura 3 exemplifică în mod succint cele două posibilități de obținere a betonului autoreparant: introducerea adaosului inteligent în timpul malaxării în stație (figura 3a), sau la locul descărcării (figura 3b), acolo unde se toarnă betonul.Figure 3 briefly exemplifies the two possibilities for obtaining self-repairing concrete: the introduction of smart addition during mixing in the station (figure 3a), or at the place of unloading (figure 3b), where the concrete is poured.

Fig.3. Obținerea betonului autoreparant în figura 4 se prezintă o imagine obținută prin microscopie electronică (SEM) a unei zone vindecate a materialului, în care se remarcă prezența hidrosificaților de calciu suplimentari în interiorul granulei protejate de un strat polimeric, cu grosimea medie în intervalul 4,3 - 6,3 micrometri.Figure 3. Obtaining the self-repairing concrete Figure 4 shows an image obtained by electron microscopy (SEM) of a cured area of the material, which shows the presence of additional calcium hydrosifiers inside the granule protected by a polymeric layer, with an average thickness in the range of 4.3 - 6.3 micrometers.

a 2020 00022at 2020 00022

20/01/202020/01/2020

Fig.4. Imagine SEM a unei zone vindecate a materialului, eu formarea hidrosilicaților de calciu suplimentariFigure 4. SEM image of a healed area of the material, I the formation of additional calcium hydrosilicates

h)Prezentarea in detaliu a cel puțin unui mod de realizare a invenției în continuare se detaliază un exemplu de realizare a invenției, cu referire la figurile 1,2 și 3.h) The detailed presentation of at least one embodiment of the invention further details an embodiment of the invention, with reference to Figures 1, 2 and 3.

Adaosul inteligent (1) acționează după formarea fisurii care traversează învelișul impermeabil (figura 1) și contactul cu apa (2) prin formarea de noi compuși cu volum superior (3); aceștia se pot forma prin hidratarea materialului reactiv sau prin reacție cu alți componenți ai pietrei de ciment (4). Pot fi folosite diverse adaosuri reactive: clincher, ciment aluminos, materiale cimentoide măcinate cum ar fi zgura de fumai, materiale hidraulic active: cenușa de termocentrală, trass sau chiar var nestins care prin hidratare și carbonatare ulterioară formează compuși cu volum mare, ce pot sigila fisura.The intelligent addition (1) acts after the formation of the crack that crosses the impermeable coating (figure 1) and the contact with water (2) by the formation of new compounds with higher volume (3); they can be formed by hydrating the reactive material or by reacting with other components of the cement stone (4). Various reactive additives can be used: clinker, aluminous cement, ground cementitious materials such as smoky slag, hydraulically active materials: thermal power ash, trass or even slaked lime which by subsequent hydration and carbonation form high volume compounds that can seal fissure.

Adaosul inteligent poate fi obținut (figura 2a) prin acoperirea cu un polimer; acesta poate fi dizolvat într-un. solvent corespunzător (2) și amestecat cu materialul reactiv (1). Ulterior, prin uscarea solventului, se obține materialul cu un anumit grad de impermeabilizare. Adaosul inteligent poate fi obținut (figura 2b) și prin amestecarea materialului reactiv (1) cu un polimer topit (2) urmată de răcire.The smart addition can be obtained (figure 2a) by coating with a polymer; it can be dissolved in a. appropriate solvent (2) and mixed with the reagent material (1). Subsequently, by drying the solvent, the material with a certain degree of waterproofing is obtained. The smart addition can be obtained (figure 2b) by mixing the reactive material (1) with a molten polymer (2) followed by cooling.

Adaosul inteligent poate fi adăugat în beton folosind tehnologia clasică a acestuia (figura 3: în timpul malaxării în stație (figura 3a) sau la locul descărcării (figura 3b).The smart addition can be added to the concrete using its classic technology (figure 3: during mixing in the station (figure 3a) or at the place of unloading (figure 3b).

a 2020 00022at 2020 00022

20/01/202020/01/2020

Demonstrarea vindecării fisurilor unei matrici de ciment cu conținut de adaos inteligent se poate realiza prin analize de microscopie electronică (figura 5) care evidențiază prezența unui strat polimeric, pe suprafața adaosului reactiv, care în prezența soluției intergranulare și a microfisurării este parțial deteriorat. Se permite astfel difuzia soluției intergranulare la interfața film polimeric / adaos reactiv și inițierea proceselor de hidratare - hidroliză, cu formare de hidrocompuși suplimentari ce cristalizează în microfisurile din matrice, vindecând astfel zona.Demonstration of crack healing of a cement matrix with intelligent addition content can be done by electron microscopy analysis (figure 5) which highlights the presence of a polymeric layer on the surface of the reactive addition, which in the presence of intergranular solution and microcracking is partially damaged. It allows the diffusion of the intergranular solution at the polymer film / reactive addition interface and the initiation of hydration-hydrolysis processes, with the formation of additional hydrocompounds that crystallize in the microcracks in the matrix, thus healing the area.

Figura 5. Aprecierea gradului de vindecareFigure 5. Assessment of the degree of healing

Considerându-se cea mai mare dimensiune uniaxială a unei granule de adaos reactiv peliculizat cu polimer ca fiind aproximativ egală cu 193pm (figura 5), respectiv dimensiunea uniaxială a zonei de cristalizare a hidrocompușilor formați în urma distrugerii peliculei (zona vindecată ~ 123 pm), s-a calculat un grad de vindecare de aproximativ 64%.Considering the largest uniaxial size of a polymer-film-reactive addition granule to be approximately equal to 193pm (Figure 5), respectively the uniaxial size of the area of crystallization of hydrocomposites formed following the destruction of the film (cured area ~ 123 pm), a cure rate of approximately 64% was calculated.

Claims (4)

Revendicăriclaims 1) Materiale cu matrice pe bază de ciment cu proprietăți de autoreparare pe bază de granule reactive cu diametre sub 160 micrometri, utilizabile în lucrări de construcții.1) Cement-based matrix materials with self-repair properties based on reactive granules with diameters below 160 micrometers, usable in construction works. 2) Granulele reactive, conform revendicării nr.l, sunt reprezentate de:2) The reactive granules, according to claim no. 1, are represented by: Clincher,Clinker, Ciment aluminos,Aluminum cement, Zgura de furnal ca material cimentoid măcinatBlast furnace slag as ground cementitious material Materiale hidraulic active: cenușă de termocentrală, trassHydraulically active materials: power plant ash, trass Var nestinsQuick lime 3) Utilizarea în mortare sau betoane a unei încapsulări a materialului reactiv, descris în cadrul revendicării nr. 2. încapsularea se face cu un film de polimer care se obține prin imersarea materialului reactiv în soluția de polimer sau în topitura acestuia.3) The use in mortars or concretes of an encapsulation of the reactive material, described in claim no. 2. The encapsulation is made with a polymer film which is obtained by immersing the reactive material in the polymer solution or in its melt. 4) Metodă de aproximare a gradului de vindecare a microfisurilor apărute într-o probă de mortar fisurat controlat, având la bază modelul unei granule de adaos reactiv peliculizat cu polimer, aflată în curs de hidratare, utilizând microscopia electronică de baleiaj (SEM) cuplată cu spectroscopie de raze X cu energie dispersivă (EDS).4) Method for approximating the degree of curing of microcracks in a controlled cracked mortar sample, based on the model of a polymer-film-reactive addition granule, being hydrated, using scanning electron microscopy (SEM) coupled with Dispersive energy X-ray spectroscopy (EDS). Această cerere de brevet de invenție a fost suportată prin proiectul sectorial al Ministerului Cercetării și Inovării cu titlul Soluții inovative de protecție a infrastructurii de transport utilizând materiale de construcții cu proprietăți speciale de auto-întreținere și autoreparare, contract nr. 6PS/13.09.2019This patent application was supported by the sectoral project of the Ministry of Research and Innovation entitled Innovative solutions for the protection of transport infrastructure using construction materials with special properties of self-maintenance and self-repair, contract no. 6PS / 09.13.2019