Вяжущее вещество

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при изготовлении кислотоупорных бетонов и растворов на основе безобжигового вяжущего.Техническим результатом является повышение эффективности кислотоупорного вяжущего за счет улучшения его физико-механических и эксплуатационных свойств. Вяжущее вещество содержит реакционно-активный компонент, ускоритель твердения и щелочной активатор; согласно изобретению в качестве реакционно-активного компонента используют каолинитовую глину, активированную до удельной поверхности 640 м²/кг и обожженную при температуре 600-650°C, которую смешивают с вулканическим туфом, высушенным перед измельчением при температуре 105°C в течение 2-х часов и измельченным до удельной поверхности 520 м²/кг в присутствии ускорителя твердения «кремнефтористого натрия» и щелочного активатора на основе гидроксида натрия и жидкого стекла натриевого с силикатным модулем 2,8 и плотностью 1,24 г/см³ при следующем соотношении компонентов, мас. %: метакаолин 26,8-61,2, вулканический туф 21,4-51,2, кремнефтористый натрий Na₂SiF₆ 5,8-8,0, жидкое стекло Na₂SiO₃ 11,0-13,0, гидроксид натрия NaOH 0,6-1,0. 1 табл.

 

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при изготовлении кислотоупорных бетонов и растворов на основе безобжигового вяжущего.

Известно вяжущее по патенту RU 2273610 от 15.11.2004 г., опубл. 10.04.2006 г., полученное совместным помолом шлака с добавкой цеолитсодержащей породы Татарско-Шатршанского месторождения РТ в соотношении 1:(0,05-0,1), затворенного раствором жидкого стекла.

Недостатком изобретения является неравномерное распределение зерен кремнезема на частицах шлака, и коагуляция щелочных компонентов в процессе приготовления шлакощелочного раствора, что приводит к снижению физико-механических свойств и сокращению сроков схватывания шлакощелочного теста.

Известно вяжущее (RU 2370465 от 21.05.2008 г., опубл. 20.10.2009 г.), полученное совместным измельчением гранулированного шлака доменного или электротермофосфорного и вулканического пепла до фракции 0-80 мкм и удельной поверхности 2800-5000 см²/г с дальнейшим затворением щелочным активатором состава, мас. %: 20-25 водный раствор гидроксида натрия NaOH или кальцинированной соды 20-75, жидкое стекло 25-75, при последующем соотношении компонентов, мас. %: шлак 81,80-94,20, щелочной активатор 3,85-7,27, вулканический пепел 1,92-9,09.

Недостатком данного вяжущего является то, что при полученных высоких показателях физико-механических характеристик, не исследована коррозионная стойкость шлакощелочного материала.

Наиболее близким к заявленному решению является изобретение, известное по RU 2554981 от 06.08.2014 г, опубл. 10.07.2015 г., получаемое мокрым помолом гранитного отсева до суспензии влажностью 14-22% и перемешиванием ее с кремнефтористым натрием в течение 5 мин с последующим перемешиванием с жидким стеклом в течение 3 мин при следующем соотношении компонентов, мас. %: жидкое стекло 25-30, суспензия 62-71, кремнефтористый натрий 4-8.

Недостатком является незначительно высокие показатели прочности при всей сложности и энергоемкости при получении вяжущего, заключающемся в приготовлении мокрой алюмосиликатной суспензии с соблюдением определенной влажности, что снижает эффективность прототипа.

Техническим результатом является повышение эффективности кислотоупорного вяжущего вещества за счет улучшения его физико-механических и эксплуатационных свойств.

Технический результат достигается тем, что кислотоупорное вяжущее вещество включает каолинитовую глину, активированную до удельной поверхности 640 м2/кг и обожженную при температуре 600-650 0С, которую смешивают с вулканическим туфом, высушенным перед измельчением при температуре 105 0С в течение 2-х часов, удельной поверхности 520 м2/кг в присутствии ускорителя твердения «кремнефтористого натрия» и щелочного активатора на основе гидроксида натрия и жидкого стекла натриевого с силикатным модулем 2,8 и плотностью 1,24 г/см3 при следующем соотношении компонентов, мас., %:

Метакаолин	26,8-61,2;
Вулканический туф	21,4-51,2;
Кремнефтористый натрий, Na2SiF6	5,8-8,0;
Жидкое стекло, NaaSiO3	11,0-13,0;
Гидроксид натрия, NaOH	0,6-1,0.

Для приготовления кислотоупорного вяжущего вещества щелочной активации на основе метакаолина применяют минеральные материалы (жидкое натриевое стекло, гидроксид натрия, кремнефтористый натрий) удовлетворяющие ГОСТ 25192-82. Для приготовления кислотоупорного тонкодисперсного наполнителя используют высокоалюминатную каолинитовую глину (Дуба-Юртовский карьер, ЧР) и вулканический туф (Каменский карьер, КБР)

Приготовление вяжущего вещества происходит следующим образом:

Привезенные с карьеров высокоалюминатная каолинитовая глина (минерал каолинит Al₂O₃-2SiO₂-2H₂O более 80%, монтмориллонит до 17%, остальное примеси) и вулканический туф после предварительной сушки в сушильном шкафу при температуре 105°C в течение 2 часов измельчают раздельно в лабораторной роликовой мельнице, вулканический туф предварительно дробят в щековой дробилке. Глина в естественном виде является уже дисперсным материалом и содержит не менее 50% частиц размером меньше 0,01 мм, в том числе не менее 25-30% частиц меньше 0,001 мм, а подвергнув ее до обжига механоактивации в роликовой мельнице в течение 10 минут мы дополнительно повышаем ее дисперсность (S_уд составляет 640 м²/кг). Вулканический туф тоже является по природе активной минеральной добавкой (до 46% аморфизованного стекла), а после того как его подвергают измельчению реакционная активность его значительно повышается. Вулканический туф измельчают в роликовой

2

мельнице в течение 15 минут (S_уд составляет 520 м²/кг). На следующем этапе высокоалюминатную каолинитовую глину обжигают в муфельной печи при температуре 600-650°C, в результате получают высокоактивный метакаолин.

Активность полученных порошков доказана по методике определения обменной емкости по отношению к ионам кальция с целью выявления бренстедовских активных центров кристаллизации на поверхности минерального порошка. В результате проведенных исследований установлена высокая поверхностная концентрация ионообменных центров: предложенный метакаолин - 48 мг⋅экв/г, вулканический туф - 37 мг⋅экв/г.

Полученные порошкообразные тонкодисперсные реакционно активные компоненты, в соответствующем количестве, смешивают с ускорителем гидролиза и выпадения геля кремниевой кислоты - кремнефтористым натрием Na₂SiF₆ (ТУ 113-08-587-86) в течение 5 минут. Далее в подготовленные композиции добавляют щелочной активатор следующего состава (жидкое стекло натриевое с силикатным модулем 2,8 плотностью 1,24 г/см³ и гидроксид натрия) и перемешивают в течение 2-3 минут.

Формирование структуры и прочности кислотоупорных вяжущих осуществляется в результате протекания сложных физико-химических процессов. В композициях на жидком стекле твердение происходит только при выделении в осадок геля кремниевой кислоты, который и обладает вяжущими свойствами: Na₂⋅SiO₃+СО₂+2Н₂О=Si(OH)₄+Na₂CO₃.

Ускорению данного процесса способствует кремнефтористый натрий: Na₂SiF₆+2Na₂SiO₃+6H₂O=6NaF+3Si(OH)₄.

В предлагаемом кислотоупорном материале, в комплексе с щелочным активатором, роль вяжущего играет метакаолин и вулканический туф. Объяснению этому служит то, что при температуре 600-650°C основной компонент глин каолинит (Al₂0₃⋅2SiO₂⋅2H₂O) - обезвоживается и переходит в активный каолинитовый ангидрид - метакаолин (Al₂0₃⋅2Si0₂), аморфизованный в результате удаления гидратной воды. Далее синтезированный активный силикат алюминия и аморфный кремнезем вступают в химическое взаимодействие с NaOH и Na₂SiO₃, в результате чего в щелочной среде возникают соединения алюмосиликатных компонентов с появлением алюминатных и полимерных силикатных анионов, из которых в дальнейшем формируются связи Si-O-Al-O-Si и образуется трехмерный полимерный каркас (алюмосиликатный гидрогель). Щелочные катионы натрия входят в состав каркаса и компенсируют отрицательный заряд, создаваемый при выстраивании тетраэдров AlO₄ между кремнекислородными тетраэдрами, а алюминий создает дефицит положительного заряда, который компенсируется вхождением в структуру

3

каркаса щелочных катионов. Таким образом, катионы натрия, находятся защемленными в прочной связи алюмосиликатного каркаса, способствуя синтезу водостойкого и кислотоупорного материала.

Далее из кислотоупорного вяжущего изготавливают лабораторные образцы размером 40×40×160 мм. Приготовленное вяжущее укладывают в открытые трехгнездные формы. Образцы твердеют в нормальных условиях при температуре 20±2°C в течение 28 суток. Полученные таким образом лабораторные образцы подвергают испытанию. Результаты испытаний, в сравнении с аналогами, представлены в таблице 1.

Область применения заявляемого изобретения (кислотоупорного вяжущего щелочной активации на основе метакаолина) - это производство кислотоупорных бетонов и растворов, но предполагаемый результат будет достигнут при строгом соблюдении рецептуры.

В представленной рецептуре кислотоупорного вяжущего, за счет присутствия в его составе реакционно активных компонентов, оптимизированы процессы формирования структуры и прочности в проектируемом материале и, соответственно, тем самым повышены физико-механические и эксплуатационные характеристики.

Таким образом, использование указанного кислотоупорного вяжущего щелочной активации на основе высокоактивных минеральных компонентов позволяет повысить эффективность получения кислотоупорных материалов.

4

Вяжущее вещество, содержащее реакционно-активный компонент, ускоритель твердения и щелочной активатор, отличающееся тем, что в качестве реакционно-активного компонента используют каолинитовую глину, активированную до удельной поверхности 640 м²/кг и обожженную при температуре 600-650°C, которую смешивают с вулканическим туфом, высушенным перед измельчением при температуре 105°C в течение 2-х часов и измельченным до удельной поверхности 520 м²/кг в присутствии ускорителя твердения кремнефтористого натрия и щелочного активатора на основе гидроксида натрия и жидкого стекла натриевого с силикатным модулем 2,8 и плотностью 1,24 г/см³ при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Метакаолин	26,8-61,2
Вулканический туф	21,4-51,2
Кремнефтористый натрий Na2SiF6	5,8-8,0
Жидкое стекло Na2SiO3	11,0-13,0
Гидроксид натрия NaOH	0,6-1,0