Вяжущая суспензия

 

Использование: строительные материалы, в частности производство строительной керамики на основе кремнеземсодержащего вяжущего. Сущность изобретения: вяжущая суспензия содержит в твердой фазе оксид кремния непрерывного фракционного состава с размером зерен от 0,01 до 100 мкм и Na₂O-содержащую добавку в количестве 0,1 - 2,0 % в пересчете на оксид натрия. Вяжущая суспензия может содержать никель, хром, железо в количествах 0,05 - 0,3; 0,05 - 0,3; 0,1 - 1,0 мас.% соответственно. Повышается морозостойкость изделий на основе вяжущей суспензии. 1 з. п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к строительным материалам, в частности к керамике, и может быть использовано при производстве изделий из строительной керамики на основе кремнеземсодержащего вяжущего.

Известна вяжущая суспензия, получаемая мокрым измельчением кварцевого песка, дисперсность которой характеризуется содержанием коллоидных (0,001-0,1 мкм) и тонких (0,1-5,0 мкм) фракций 27-45% объемной концентрации и крупных фракций (5,0 мкм и более) 3-10% Недостатком вяжущей суспензии указанного состава является низкая прочность полученных из нее отливок, в частности предел прочности на изгиб составляет от 18 до 38 кг/см². Прочность отливок возрастает, если помол производят в щелочной среде, предел прочности на изгиб поднимается до 30-50 кг/см², однако при этом значительно увеличивается трудоемкость приготовления суспензии.

Известна также вяжущая суспензия на основе плавленого кварца, состав твердой фазы которой характеризуется полной интегральной кривой фракционного распределения, при этом содержание фракций распределяется следующим образом, мас.

0,01-0,02 мкм 0,1-1,2 0,02-0,03 мкм 0,1-0,8 0,03-0,04 мкм 0,1-0,6 0,04-0,05 мкм 0,1-0,7 0,05-0,06 мкм 0,1-0,7 0,06-0,08 мкм 0,2-1,0 0,08-0,1 мкм 0,3-1,0 0,1-1 мкм 8,0-19,0 1-10 мкм 31,0-43,0
10-20 мкм 19,0-21,0
20-40 мкм 11,0-28,0
40-100 мкм 2,0-11,0 Минимальная вязкость и максимальные прочностные свойства суспензии плавленого кварца при помоле достигаются в кислой области (рН 4-6).

Наряду с решением задачи достижения оптимального разжижения при помоле, регулируемого рН, параллельно должна решаться и задача оптимального и регулируемого растворения, дисперсной фазы вяжущей суспензии. Этот важный фактор в значительной степени определяет состав и свойства дисперсионной среды (содержание коллоидного компонента) и вяжущие свойства суспензии. Эта задача для большинства вяжущих суспензий решается посредством введения в систему щелочных добавок. Однако помол при получении суспензии плавленого кварца в щелочной среде (с добавкой, например, жидкого стекла) резко увеличивает продолжительность процесса.

Непосредственно после получения вяжущих суспензий они характеризуются повышенной вязкостью и недостаточными вяжущими свойствами, существенное улучшение этих характеристик достигается дополнительной стабилизацией суспензии. Метод стабилизации механическим гравитационным перемешиванием позволяет качественно изменить свойства суспензии: снизить вязкость и особенно дилатансию (по сравнению с таковой при помоле), повысить агрегативную и седиментационную устойчивость суспензии с соответствующим ростом плотности и прочности отливок на их основе. Наряду со стабилизацией перемешиванием разжижение и стабилизацию вяжущих суспензий осуществляют также посредством введения электролитов разжижающих добавок (коллоидно-химический принцип стабилизации). Введение щелочных добавок достигается изменение водородного показателя рН за счет увеличения в растворе концентрации ионов ОН-. При стабилизации суспензии в щелочной среде введение жидкого стекла приводит к повышению рН и увеличению вязкости. Последующая дополнительная стабилизация перемешиванием понижает вязкость вплоть до значений исходной при продолжительном времени перемешивания (18-24 час).

Цель изобретения повышение морозостойкости изделий, полученных на основе вяжущего.

Повышение морозостойкости имеет существенное значение при использовании вяжущих в производстве строительных материалов, так как в данном случае требования к суспензии заключаются в высокой производительности при ее получении и долговечности и прочности строительных изделий, изготовленных на ее основе.

Цель достигается тем, что вяжущее, содержащее в твердой фазе оксид кремния непрерывного фракционного состава с размером зерен от 0,01 до 100 мкм, дополнительно содержит оксид натрия содержащую добавку в количестве 2-0,05 мас. в пересчете на оксид натрия (Na₂O).

Сопоставительный анализ предлагаемого вяжущего с прототипом показывает, что заявляемый состав вяжущего отличается от известного наличием нового компонента оксид натрия содержащей добавки в количестве 2,0-0,05 мас. в пересчете на оксид натрия (Na₂O), что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого решения критерию изобретения "новизна".

При получении вяжущей суспензии оксид натрия содержащую добавку вводят в измельчаемый кварцевый песок непосредственно в процессе мокрого измельчения в мельнице или последующей стабилизации. В ходе механохимической активации измельчаемого материала и добавки происходят следующие процессы. На свежераскалывающейся поверхности зерен кварцевого песка вследствие обрыва энергетических трансляций возникают участки нескомпенсированного заряда. Последнее приводит к слипанию микрозерен песка в агрегаты, которые связывают (иммобилизуют) избыточное количество воды затворения. Это обусловливает проявление тиксотропного характера течения вяжущей суспензии, повышение ее вязкости и, соответственно, увеличение макропористости вяжущего, снижение его механической прочности и морозостойкости.

Если в состав вяжущего входит оксид натрия содержащий компонент, то в ходе механохимической активации в водной среде имеет место гидролитическая диссоциация указанной добавки с образованием положительно заряженного аквакомплекса натрий-иона. Последний по механизму специфической адсорбции адсорбируется на свежеобразованную отрицательную заряженную поверхность микрозерен кварцевого песка и способствует формированию двойного электрического слоя. В результате агрегаты распадаются, высовобождается связанная вода, снижается вязкость вяжущей суспензии, обусловливает уменьшение пористости вяжущего, повышение механической прочности и морозостойкости.

Увеличение содержания оксида натрия в добавке более 2,0 мас. создает в межфазовом слое зерен измельчаемого кварца критическую концентрацию аквакомплексов натрий-ионов. Последнее приводит к резкому повышению вязкости вяжущего, но в этом случае в результате возникновения дилатантного характера течения значительно снижается производительность формования изделий, а также происходит существенное снижение прочности, коэффициента водостойкости и морозостойкости.

Таким образом, вяжущее приобретает новые свойства, связь которых с использованием стабилизирующей добавки в виде оксид натрия содержащей добавки в количестве 2,0-0,05% в пересчете на оксид натрия из известных решений явным образом не следует, т.е. предлагаемое изобретение можно признать соответствующим критерию "изобретательский уровень".

Для проверки промышленной применимости предлагаемого вяжущего было подготовлено 4 состава ингридиентов, в которых оксид кремния был взят с одинаковым содержанием фракций во всех составах (табл.1).

Составы вяжущего готовят следующим образом. Оксид кремния естественной влажности загружают в трубную шаровую мельницу с мелющими телами, в частности, в виде металлических шаров (сплав железа с никелем и хромом), одновременно добавляют 12-18% воды и засыпают оксид натрия содержащую добавку в количестве 2,0-0,05% в пересечете на оксид натрия, затем производят помол до получения состава с соответствующими фракциями.

Использование металлических шаров приводит к появлению в смеси частиц металла от их истирания. Сплав металла подобран таким образом, чтобы не происходило ухудшения прочностных свойств отливок. Экспериментальным путем установлены количества металлов в составе вяжущего, мас. никель 0,05-0,3; хром 0,05-0,3; железо 0,1-1,0.

Испытания образцов в виде кубиков с ребром 30 мм и балочек с размерами 10 х 10 х 70 (после упрочнения вяжущего) проводили с использованием лабораторного пресса, определяя предел прочности на сжатие и изгиб, а также на морозостойкость.

В табл.2 отражены свойства изделий, полученных с использованием вяжущих указанных выше четырех вариантов составов.

Приведенные в табл. 2 данные свидетельствуют, что по сравнению с известными вяжущее предлагаемого состава обладает большей прочностью и морозостойкостью, и это позволяет использовать вяжущее в промышленности строительных материалов.

Формула изобретения

1. ВЯЖУЩАЯ СУСПЕНЗИЯ, содержащая в твердой фазе оксид кремния непрерывного фракционного состава с размером зерен 0,01 100,0 мкм при следующем распределении зерен по фракциям:
мкм мас.

0,01 0,02 0,1 2,2
0,02 0,03 0,1 0,8
0,03 0,04 0,1 0,6
0,04 0,05 0,1 0,7
0,05 0,06 0,1 0,7
0,06 0,08 0,2 1,0
0,08 0,1 0,3 1,0
0,1 1,0 8 19
1 10 31 43
10 20 19 21
20 40 11 28
40 100 2 11
а также R₂O-содержащую добавку, отличающаяся тем, что, с целью повышения морозостойкости изделий на основе этой вяжущей суспензии, она содержит Na₂O-содержащую добавку в количестве 0,1 2,0 мас. в пересчете на оксид натрия.

2. Суспензия по п. 1, отличающаяся тем, что ее твердая фаза содержит металлы в следующих количествах, мас.

Никель 0,05 0,3
Хром 0,05 0,3
Железо 0,1 1,0

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2