CZ2007115A3

CZ2007115A3 - Dvousložkové geopolymerní pojivo a zpusob jeho výroby

Info

Publication number: CZ2007115A3
Application number: CZ20070115A
Authority: CZ
Inventors: Bortnovsky@Oleg; Roubícek@Pavel
Original assignee: Výzkumný ústav anorganické chemie, a. s.; Ceské lupkové závody, a. s.
Priority date: 2007-02-14
Filing date: 2007-02-14
Publication date: 2009-02-18
Also published as: CZ300134B6

Abstract

Dvousložkové geopolymerní pojivo, sestávající z pevné složky a kapalné složky. Pevnou složku tvorí suroviny obsahující metakaolinit, tedy kalcinovanéodprašky lupku nebo kaolinu, a mletá vysokopecní granulovaná struska. Kapalnou složkou je tekuté sodné vodní sklo jako aktivátor. Sušina dvousložkového geopolymerního pojiva obsahuje 43 až 60 % hmotn. suroviny obsahující metakaolinit, 11 až 37 % hmotn. mleté vysokopecní granulované strusky a 11 až 32 % hmotn. aktivátoru. Suroviny obsahující metakaolinit obsahují více než 35 % hmotn. Al.sub.2.n.O.sub.3.n. a aktivátor má silikátový modul SiO.sub.2.n. : Na.sub.2.n.O roven 1,6 až 2,1 : 1. Zpusob výroby dvousložkového geopolymerního pojiva spocívá v tom, že se pri výrobe dvousložkového geopolymerního pojiva, které sestává z pevné složky a kapalnésložky, vyrobí zvlášt pevná složka a zvlášt kapalná složka. Pri výrobe pevné složky se smíchá surovina obsahující metakaolinit a mletá vysokopecní granulovaná struska v hmotnostním pomeru 54 až 83 : 17 až 46. Kapalná složka se vyrobí primícháním vody do sodného alkalického aktivátoru o obsahu 40 až50 % hmotn. sušiny, vyjádrené jako suma koncentrací Na.sub.2.n.O + SiO.sub.2.n., v hmotnostním pomeru 0 až 0,9 : 1.

Description

(57) Anotace:

Dvousložkové geopolv měrní pojivo, sestávající / pevné složky a kapalné složky. Pevnou sktžku tvoří suroviny obsahující metakaolinit. tedy kalcinované odpra.šky lupku nebo kaolinu, a mlela vysokopeení granulovaná Mniška. Kapalnou složkou je tekuté sodné vodní sklo jako aktivátor. Sušina dvousložkového geopolyúterního pojivá obsahuje 43 až 60 % hmotn. suroviny obsahující metakaolinit. 11 až 57 ,i hmuln. mleté vy sokopeení granulované struskv a 11 až 32 % hmotn. aktiv átoru. Stintv iny obsahující metakaolinit obsahují více než 35 % hmotn. AhO, a aktivátor má silikátový modul SiO;: NaO roven 1,6 až 2.1 : 1. Způsob výroby dvousložkového geopolymerního pojivá spočívá v lom. ž.e se při výrobě dvousložkového geopoly memiho pojivá, které sestává / pevné složky a kapalné složky , v yrobí zvlášť pevná složka a zvlášť kapalná složka. Při výrobě pevné složky .se smíchá surovina obsahující metakaolinit a mletá vysokopeení granulov aná struska v hmotnostním poměru 54 až 83 : 17 až 46. Kapalná složka se vyrobí přimícháním vody do sodného alkalického aktivátoru o obsah ti 40 až 50 % hmotn. sušiny, vyjádřené jako suma koncentrací Na4> SÍO-, v hmotnostním poměru 0 až 0,9 : I.

Dvousložkové geopolymerní pojivo a způsob jeho výroby

Oblast techniky

Vynález se týká dvousložkového geopolymemího pojivá určeného pro stavebnictví a způsobu jeho výroby.

Dosavadní stav techniky (ieopolymery neboli anorganické polymery a pojivá z nich vyráběná jsou alkalicky aktivované hlinitokřemičitany. Na rozdíl od pojiv na bázi portlandského cementu, u kterých tvrdnuti probíhá hydratací slínkových minerálů, vytvrzovaní geopolymemího pojivá probíhá polymerátu. Ta zahrnuje částečné rozpouštění hlinitokřemičitanů, transport a orientaci rozpouštěných částic a jejich následnou póly kondenzaci. Všechny tyto kroky probíhají ve vysoce alkalickém prostředí, které je podmínkou pro rozpouštění hlinitokřemičitanů. Alkalické hydroxidy a soli také katalyzují uvedené polykondenzační reakce.

Rozpustnost hlinitokřemičitanů je tedy důležitým faktorem určujícím celý proces polymerace. Lze ji zvýšit zahřátím hlinitokřemičitanů (např. kaolinu) při teplotě 600 až 900 °C. Uvedená tepelná úprava způsobuje amortizaci původní krystalické struktury (např. kaolinitu) a tím zvýšení reaktivity hlinitokřemičitanů. Následná polymerace vede ke vzniku úplně nové amorfní nebo semi-krystalické fáze.

Způsob přípravy geopolymerů aktivací hlinitokřemičitanů, např. metakaolinu, sodným nebo draselným vodním sklem s různým silikátovým modulem je již znám. Tento proces však probíhá dostatečnou rychlostí pouze za teplot vyšších než laboratorní. Při laboratorní teplotě (eea 20 °C) je tuhnutí podstatně pomalejší, jelikož reaktivita hlinitokřemičitanů je nízká a pevnost vznikajícího geopolvmeru roste tak pomalu, že je měřitelná teprve po 7 až 14 dnech.

Přídavek suroviny obsahující vápník (hydroxid vápenatý, uhličitan vápenatý a především reaktivní křemičitan vápenatý, obsažený např. ve vysokopeení granulované strusce) podstatně urychluje proces tuhnutí a přispívá k dosažení vysokých pevností již během prvních dnu zraní. Vliv vápníku a křemicilanů vápenatých na vznik nové fáze není zcela objasněn. Složení nové struktury je závislé na silikátovém modulu použitého alkalického aktivátoru, typu vápenaté sloučeniny a poměru hlinitokřemičitan/vápenatá sloučenina. Vedle čistě

ί.

geopolymemí fáze muže vznikat amorfní C-S-H gel. Rovněž vápník nebo hořčík, obsažený např. ve strusce, může pronikat do geopolymemí struktury a nahrazovat tak kationtv alkalických kovu. V geopolymemím pojivu pravděpodobně dochází k souběhu obou těchto procesů. V obou případech sc tuhnutí geopolymemího pojivá značně urychluje, jelikož vznik C-S-H gelu nebo geopolymemí fáze, obsahující dvojmocné kationty alkalických zemin, je podstatně rychlejší než vznik geopolymemí fáze, obsahující pouze kationty alkalických kovů, Počáteční pevnosti takovéto matrice jsou v ysoké.

V patentovém spisu US 4 509 985 je popsáno pojivo na bázi směsi metakaolinu a alkalického aktivátoru na bázi křemičitanu draselného a/nebo sodného a hydroxidu draselného a/nebo sodného za přídavku 16 až 26 % hmotn. vysokopecní granulované strusky. Nevýhodou tohoto pojíva je použití hydroxidu draselného a/nebo sodného pro přípravu alkalického aktivátoru a jeho množství, což vede k delší době tuhnutí směsi při laboratorní teplotě a pomalejšímu růstu pevnosti.

V patentovém spisu US 4 642 137 je popsáno pojivo obsahující 100 hmotn. dílů metakaolinu, 20 až 70 hmotn. dílů mleté vysokopecní granulované strusky. 85 až 130 hmotn. dílů popílku nebo kalcinovaného lupku, 70 až 215 hmotn. dílů amorfní siliky a 55 až 145 hmotn. dílů alkalického křemičitanu, obsahujícího 0 až 90 hmotn. dílů hydroxidu sodného a/nebo draselného.

V patentovém spisu WO 9204298 je popsáno jednosložkové geopolymemí pojivo obsahující alkalický aktivátor v pevné formě, používané především pro solidifikaci kapalných odpadů. Pojivo obsahuje 100 hmotn, dílů metakaolinu, 20 až 120 hmotn. dílů mleté vysokopecní granulované strusky a 46 až 64 hmotn, dílů suchého disilikátu draselného a/nebo sodného. Pojivo je nevýhodné kvůli vysoké dráždivostí suchého disilikátu draselného a/nebo sodného. Další nevýhodou je navlhání tohoto pojivá, což vede k jeho nekontrolovatelnému zatuhnutí.

V patentovém spisu WO 9204299 je popsán geopolymemí cement obsahující 40 až 140 hmotn. dílů metakaolinu, 20 až 70 hmotn. dílů mleté vysokopecní granulované strusky. 85 až 130 hmotn. dílů popílku nebo kalcinovaného lupku, 40 až 500 hmotn. dílů speciálního typu amorfní siliky a 5 až 60 hmotn. dílů alkalického křemičitanu, obsahujícího 1 až 50 hmotn. dílů hydroxidu sodného a/nebo draselného. Nevýhodou tohoto postupu je použití hydroxidu draselného anebo sodného pro přípravu alkalického aktivátoru.

V patentovém spisu WO 9513995 je popsán geopolymerní cement obsahující dvě reaktivní složky, z nichž jedna odpovídá svým složením metakaolinu a druhá hydratovanému alkalickému křemíčitanu, vzniklého „in-situ” alkalickou aktivací zeskelnatěného alkalického skla.

V patentovém spisu WO 9831644 je popsán geopolymerní cement obsahujícího čtyři hlavní složky: 100 hmotn. dílů metakaolinu, 80 až 110 hmotn. dílu mleté vysokopecní granulované strusky, 150 až 250 hmotn. dílů bazického aluminosilikátu a 55 až 145 hmotn. dílů alkalického křemíčitanu draselného a/nebo sodného se silikátovým modulem SiO?: MY) ⁷⁷

1.6 až 2.0: l.

V patentovém přihlášce EP 1507749 je popsán geopolymerní cement vhodný pro stavebnictví obsahující kromě metakaolinu mletou vysokopecní granulovanou strusku o průměrné velikostí částic i 5 až 25 pm a alkalicky aktivovanou kalcinovanou zvětralou žulu, která částečně nebo úplně nahrazuje metakaolin. Složení alkalického aktivátoru v patentových nárocích není specifikováno, avšak v příkladech je uvedeno použití draselného alkalického aktivátoru sc silikátovým modulem SiO_?: hUO = 1,27 ,1, jehož lze dosáhnout jen použitím hydroxidu draselného.

V patentovém spisu US 6 869 473 je popsán cement obsahující strusku z výroby nerezavějící oceli a geopolymer obsahující hlinitokřemiěitan a křemiěitan hořečnatý.

V patentovém spisu US 5 084 102 je popsán cement, který obsahuje 20 až 60 % mleté vysokopecní granulované strusky s měrným povrchem 500 až 650 m²/kg a 40 až 80 % elektrárenského popílku a dále 2 % mletého slínku portlandského cementu (vztaženo na směs strusky a popílku) a dále 2 až 12% pevného hydratovaného křemíčitanu sodného se silikátovým modulem SiOi: Na?O - 0.8 až 1,2 : 1,

V patentovém spisu US 5 482 549 je popsán cement, obsahující 20 až 80% mleté vysokopecní granulované strusky s měrným povrchem 500 až 700 nr/kg a 30 až 70 % mletého elektrárenského popílku s měrným povrchem 500 až 700 nr/kg, 2 až 15 % mletého slínku portlandského cementu (vztaženo na směs strusky a popílku) a 2 až 12% pevného hydratovaného křemíčitanu sodného se silikátovým modulem Si(Z>₃: Na^O = 0,8 až 1,2 : 1.

V patentu CZ 289 735 je popsáno alkalicky aktivované pojivo na bázi hydraulicky aktivních látek určené pro výrobu kaší, malt a betonů tvrdnoucích při teplotách 15 až 95 °C. To sestává ze 35 až 93 % hmotn. elektrárenského popílku směrným povrchem 100 až <>0() nPg. 2 až 49 % hmotn. další latentne hydraulicky aktivní látky, 5 až 15 o hmotn. alkalického aktivátoru, např, směs sodného nebo draselného vodního skla a NaOH éi KOH, vyjádřené jako % hmotn. NtoO. Další hydraulicky aktivní látkou je mletá granulovaná struska s měrným povrchem 200 až 600 m^2/g amebo mletý slínek portlandského cementu s měrným povrchem 200 až 600 m'g a, nebo přírodní anebo umělý pueolán anebo tepelně aktivovaný přírodní jíl. Silikátový modul alkalického aktivátoru Sifh· Na-,0 0 4 až 1:1.

V posledních třech uvedených patentových spisech se jako hlínitokřemičitá surovina používá elektrárenský popílek a silikátový modlil alkalického aktivátoru SiCV: NýoO < 1.2 : I.

Podstata vynálezu

Dvousložkově geopolymerni pojivo, sestávající z pevné složky a kapalné složky, přičemž pevná složka je tvořena surovinou obsahující metakaolinit a mletou vysokopeení granulovanou struskou a kapalná složka obsahuje sodný alkalický aktivátor, přičemž sušina dvousložkového geopolymemího pojivá obsahuje 43 až 60 % hmotn, suroviny obsahující metakaolinit. 11 až 37% hmotn. mleté vysokopeení granulované strusky o střední velikosti částic Dyn'’ 15 pm a 11 až32%hmotn. sodného alkalického aktivátoru, charakterizované tím. že surovina obsahující metakaolinit o střední velikosti částic DyďUOpm. výhodně D₅o < 5 pm, obsahuje více než 35 % hmotn. AHO}, výhodně více než 41 % hmotn. AbOj. a sodný alkalický aktivátor má silikátový modul SiOj: Na?O ³ 1,6 až 2.1 : 1.

Výhodné dvousložkové geopolymerni pojivo je charakterizované tím. že surovinou obsahující metakaolinit jsou kaleinované odprašky lupku.

Výhodné dvousložkové geopolymerni pojivo je charakterizované tím, že surovinou obsahující metakaolinit jsou kaleinované odprašky kaolinu.

Výhodné dvousložkové geopolymerni pojivo je charakterizované lim, že surovinou obsahující metakaolinit je směs kalcinovaných odprašku lupku a kalcinovaných odprašku kaolinu.

Výhodné dvousložkové geopolymerni pojivo je charakterizované tím. že sodným alkalickým aktivátorem je tekuté sodné vodní sklo.

Způsob výroby dvousložkového geopolymemího pojivá je charakterizovaný tím. že se při výrobě dvousložkového geopolymemího pojivá, sestávajícího zpěvně složky a kapalné složky. vyrobí zvlášť pevná složka a zvlášť kapalná složka tak. že se při výrobě pevne složky smíchá surovina obsahující metakaolinit a mletá vysokopccní granulovaná struska v hmotnostním poměru 54 až 83 : 17 až 46 a kapalná složka se vyrobí přimícháním vody do sodného alkalického aktivátoru o obsahu 40 až 50% hmotn. sušiny, vyjádřené jako suma koncentraci Nad) /- SiO> v hmotnostním poměru 0 až 0,9 : 1.

Prokázalo se, že výhodnou pevnou složkou dvousložkového geopolymemího pojivá jsou kalcinované odprašky lupku a/nebo kaolinu zkaleinačni rotační pece ve směsi s mletou granulovanou vysokopecni struskou. Výhodnou kapalnou složkou geopolymemího pojivá je komerčně vyráběné tekuté sodné vodní sklo se silikátovým modulem SiOy: Na?() =

1,6 až 2.1 : I bez hydroxidu sodného jako alkalického aktivátoru.

Výhoda kalcinovaných odpraškú lupku a/nebo kaolinu spočívá ve vhodné velikosti částic těchto surovin < 10 pm). které nevyžadují další mletí. Obvyklá velikost částic odpraškú lupku a/nebo kaolinu I%i je 2,5 až 5 pm a Dm je 8 až 12 pm. Obvykla velikost částic mleté strusky D.-_o je 10 až 15 pm a Dmi je 25 až 35 pm.

Výhodné jsou kalcinované odprašky lupku a/nebo kaolinu s obsahem nad 41 % hmotn. Ά1Α>,. Kalcinované odprašky s takovým obsahem AKO} vykazují větší rozpustnost hliníku a křemíku v alkalickém prostředí, jsou tedy reaktivnější a mají vetší schopnost vytvářet pevnou matrici. Obsah ALOj vodprašcíeh lupku, nejvhodnějšíeh pro dvousložkové geopolymemí pojivo, je 42,0 až 45,9 % hmotn. a v odprašcíeh kaolinu 41.0 až 43,0 % hmotn. Pro dvousložkové geopolymemího pojivá je možné použít i odprašky s obsahem 35 až 41 % hmotn. AKO:.

Výhoda kalcinovaných odpraškú lupku dále spočívá v tom, že dvousložkové geopolymemí pojivo při stejném složení jako pojivo s použitím kalcinovaných odpraškú kaolinu je lepe zpracovatelné a schopné pojmout větší množství plniva, lakto připravené geopolymemí kompozity vykazují větší pevnosti a lepší odolnost k působení vysokých teplot.

Kalcinované odprašky lupku a/nebo kaolinu a mletá vysokopecni granulovaná struska mohou být s výhodou smíchaný v poměrech 54 až 83: 17 až 46⁰«hmotu, a tvořit tak pevnou .složku dvousložkového geopolymemího pojivá.

Použití komerčně vyráběného sodného vodního skla se silikátovým modulem Si(b : Nad) ~

1.6 až 2.1 : 1 bez přidaní hydroxidu sodného jako alkalického aktivátoru pro výrobu kapalné složky dvousložkového geopolymerního pojívaje výhodné zejména z následujících důvodů;

na rozdíl od geopolymerního pojivá složeného ze směsi popílku a strusky (viz CZ 289 735) vede použití alkalického aktivátoru se silikátovým modulem Sifb: Nad.) 1,6 až 2,1:1 ve směsi kalctnovaných odpráskli lupku Anebo kaolinu a mleté vysokopeení granulované strusky ke vzniku geopolymerú s vysokými krátkodobými pevnostmi (pevnost v tlaku nejméně 40 MPa po 24 hodinách zrání při teplotě 20 ' ( )· při stejném obsahu alkálií vykazuji geopolymery připravené s použitím alkalického aktivátoru se silikátovým modulem SiCb : Nad) > 1.6 : 1 větší odolnost ke kyselinám;

tento aktivátor je stalý velmi dlouho, na rozdíl od aktivátorů sc silikátovým modulem SiO₂: NibO < 1,6 : 1. který se připravuje přidáním NaOH k vodnímu sklu, a může byt připravován u výrobce a nikoliv až těsně před přípravou geopolymerního pojivá;

tekuté vodní sklo se silikátovým modulem SiOi: Na₂O - 1.6 až 2.1 : 1 patři do kategorie dráždivých látek, na rozdíl od alkalických aktivátoru se silikátovým modulem SKH: Na?O < 1,6 : 1, které patří do kategorie žíravých látek.

Tekuté sodné vodní sklo naředěné vodou v hmotnostním poměru 1 až 12 : 1 na hodnotu vodního součinitele vhodnou pro přípravu geopolymerního pojivá představuje kapalnou složku dvousložkového geopolymerního pojivá. Celkový vodní součinitel je počítán jako poměr celkové vody obsažené v kapalné složce - alkalickém aktivátoru - k celkovému obsahu pevných složek, tedy kalcinovaných odpraškú, strusky a pevného podílu v kapalné složce (obvykle suma Nad) a SiO?).

Pevná a kapalná složka dvousložkového geopolymerního pojivá obvy kle se smísí v poměru 1 :0.5 až 1.2.

Tuhnutí dvousložkového geopolymerního pojivá dle vynálezu probíhá při teplotách až 60 °C. s výhodou při teplotách 15 až 25 °C, a nevyžaduje dodatečné sušení nebo aplikaci hydrotermálníeh podmínek.

Příklady provedeni vynálezu

Příklad 1 Dvousložkové geopolymerní pojivo:

a) Pevná složka dvousložkového geopolymerního pojivá

Tabulka 1 - Složení a vlastnosti pevných složek dvousložkového geopolymerního pojivá

vzorek	A1₂O₃	Si()₂	CaO	MgO	K₂O	FeA	TÍO₂	ztráta žíháním.	velikost částic, pm
	% hmotn.	Dso	D90
Al	28.61	46.24	17,88	3,94	0.63	0,74	0,23	1,73	3,70	15,19
A2	28.74	46,22	17,50	4,05	0.51	0.75	0,92	1,31	3,38	17,25
A.3	33.78	49.31	11,50	2.60	0,59	1,03	1,17	1,47	5,58	17.96
A4	26.63	47,85	18,45	4,40	0,59	0,80	0,22	1,06	-	-
Λ5	36,07	51,81	6,99	1,76	0,74	0,98	0,22	1,43	-	-
Λ6	25.53	46,95	18,10	4,30	0,97	2,20	0,88	1,06	-	-

b) Kapalná složka dvousložkového geopolymerního pojivá

Tabulka 2 - Složení a vlastnosti kapalných složek dvousložkového geopolymerního pojivá

vzorek	Na₂O	SiO₂		hustota
	% hmotn.	mol/mol	g/cm^!
BI	12,05	23,44	2,01	1,406
B2	13,00	20,33	1.61	1,393
B3	12,68	19,83	1,61	-
B4	11,00	17,20	1,61	-
B5	9,22	14,42	1,61	-
B6	12,24	24,42	2,06	-
B7	11,33	19,67	1,79	-
B8	13,89	27,70	2.06	-
B9	15,57	25,22	1,67	-

c) Dvousložkové geopolymerní pojivo

Dvousložková geopolymerní pojivá z pevných složek a kapalných složek v různých poměrech a jejich složení jsou uvedeny v tabulce 3.

Tabulka 3 - Složení dvousložkových geopolymerních pojiv

vzorek	pevná složka	kapalná složka	vodní součinitel	hmotnostní poměr pevná složka : kapalná složka	hmotnostní podíl v sušině. %
					surovina obsahující metakaolinit	mletá vysokopecní granulovaná struska	sodný alkalický aktivátor
Cl	ΛΙ	B1	0,40	1 :0.8	43.2	34.7	77 ]
C2	Al	B2	0,42	1 : 0,8	43,8	35,1	21.1
C3	A2	B1	0.40	1 :0,8	43,2	34,7	22,1
C4	Λ2	B2	0,42	1 :0.8	43,8	35,1	21,1
C5	A1+A2	B1+B2	0.41	1 :0.8	43,5	34,9	21,6
C6	A2	B2	0,38	1 : 0,7	44,6	36,5	19,2
C7	A2	B3	0.35	1 :0,62	45.8	37.5	16,7
C8	Λ2	B4	0,36	1 :0,59	47,1	38.6	14,3
C9	A2	B5	0,38	1 : 0,56	49,0	39,3	11,7
CIO	A3	B6	0,46	1 : 1	52,3	21,0	26.7
Cil	A4	B7	0,45	1 :0,79	43,9	36,9	19,2
C12	A5	B8	0.45	0,88 : 1	59,2	11.8	29,0
C13	A5	B9	0,42	0,91 : 1	56,8	11.4	31.8
C14	A6	B1	0,40	1 :0,8	43,8	35,1	21,1
C15	Aó	B2	0,42	1 :0,8	43,2	34,7	22,1

Počátky a konce doby tuhnutí vybraných dvousložkových geopolymerních pojiv jsou uvedeny v tabulce 4.

I abulka 4 - Počátek a konec doby tuhnutí dvousložkových geopolymemích poj i v

vzorek	počátek tuhnutí	konec tuhnutí
Cl	1 h 20 min	2 h 15 min
C2	1 h 50 min	2 h 22 min
C3	2 h 05 min	3 h 10 min
C4	2 h 40 min	4 h 00 min
C9	0 h 50 min	1 h 35 min
CIO	4h 00 min	5 h 20 min
04	2 h 40 min	3h 25 min
05	3h 05 min _	4h 10 min

Příklad 2 - Způsob výroby dvousložkového geopolymemího pojivá

a) Suroviny pro pevné složky dvousložkového geopolymemího pojivá Tabulka 5 - Složení a vlastnosti surovin pro výrobu pevné složky dvousložkového geopolymemího pojivá

komponent	vzorek	AfOi	SiO_:	CaO	MgO	K,0	FeO,	TÍO_?	ztráta žíháním	velikost částic, pm
										Oso	0«)
Odprašky kaolinu	K1	41.57	54,11	0,32	0,23	0,82	1,08	0.22	1,65	3.37	9,38
Odprašky lupku	I.l	43.85	51,15	0,60	0,23	0,60	l,()5	l,67	0,85	2,85	10,17
Odprašky lupku	L2	39,00	52,24	0,41	0,22	l,50	3.60	I,40	1,63	5,00	10,69
Slruska-1	SI	8,68	39,76	39,45	g n	0,31	0,46	0,22	0,35	10,40	28,86
Struska-2	S2	6,50	38,20	40.80	ll.lt)	0,63	0,49	0,46	-	12,49	27,17 _

b) Suroviny pro kapalné složky dvousložkového geopolymerního pojivá Tabulka 6 - Složeni a vlastnosti surovin pro výrobu kapalné složky dvousložkového geopolymerního pojivá

tekuté sodné vodní sklo	Na?O	SiO₂	M,	hustota	viskozita
vzorek	% hmotn.	mol/mol	20°C g/cnť	20°C MPa.s
VSI	15,65	30,45	2,01	-	-
VS2	17,36	27.14	1,61	-	-
VS3	15,02	29,96	2,06	1,552	660,5
VS4	18.19	31,61	1,79	1,645	5574
VS5	17,06	27,64	1,67	1,572	-

c) Způsob výroby dvousložkového geopolymerního pojivá z pevné a kapalné složky

Způsob výroby dvousložkového geopolymerního pojivá spočívá v přípravě pevné složky dvousložkového geopolymerního pojivá a kapalné složky dvousložkového geopolymerního pojivá. Pevná složka dvousložkového geopolymerního pojivá se připraví tak, že se smíchá surovina obsahující metakaolinit a mletá granulovaná vysokopccní struska v hmotnostních poměrech uvedených v tabulce 7. Obě části pevné složky dvousložkového geopolymerního pojivá sc míchají v mísící na suché směsi po dobu 10 minut. Příprava kapalné složky dvousložkového geopolymerního pojivá se provádí tak, že se smíchá tekuté sodné vodní sklo a voda v hmotnostních poměrech uvedených v tabulce 7. Kapalná část dvousložkového geopolymerního pojivá se smíchá v nádobě odolné vůči působení alkálií s použitím shora umístěného míchadla. Doba míchaní pro dosažení dokonalého promísení vodního skla s vodou je minimálně 5 minut.

Dvousložkové geopolymerní pojivo se připravuje přidáním kapalné složky k pevné složce dvousložkvého geopolymerního pojivá v poměrech uvedených v tabulce 7. Smíchání pevné složky a kapalné složky dvousložkvého geopolymerního pojivá sc provádí těsně před použitím dvousložkového geopolymerního pojivá v míchačce vybavené planetárním mechanizmem míchání po dobu cca 10 minut.

Tabulka 7 - Způsob výroby dvousložkového geopolymerniho pojivá ll

vzorek	pevná složka	kapalná složka	pevná složka a kapalná složka
surovina obsahující metakaolinit	mletá vysokopecní granulovaná struska	hmotnostní poměr metakaolinito vá surovina: struska	tekuté sodné vodní sklo	hmotnostní poměr voda : tekuté vodní sklo sodné	hmotnostní poměr pevná složka: kapalná složka
Cl	Kl	Sl	55 :45	VSI	0,30 : 1	1 : 0,8
C2	Kl	SI	55 :45	VS2	0,34 : 1	1 : 0,8
C3	Ll	Sl	55 ;45	VSI	0,30 : l	1 : 0,8
C4	Id	Sl	55 : 45	VS2	0,34 : 1	1 :0.8
Có	Ll	Sl	55 :45	VS2	0,34: 1	1 : 0,7
C7	Ll	Sl	55 :45	VS2	0,37 ·. 1	1 :0,62
C8	Ll	Sl	55 :45	VS2	0.58 : 1	1 : 0,59
C9	Ll	Sl	55 :45	VS2	0.88 : 1	1 :0,56
CIO	Ll	Sl	71 :29	VS3	0,23 : 1	1 : 1
Cil	Kl	S2	54 :46	VS4	0,67 : 1	1 :0,79
C12	Kl	Sl	83 : 17	VS3	0,09: 1	1 : 1,13
03	Kl	Sl	83 : 17	VS5	0,10: 1	1 : 1,1
C'14	L2	Sl	55:45	VSI	0,30 : 1	1 :0,8
C15	L2	Sl	55 : 45	VS2	0,34 : 1	1 : 0.8

Přiklad 3 - Použití dvousložkového geopolymerniho pojivá

Způsob použiti dvousložkového geopolymerniho pojivá spočívá v tom, že se do něj přidá plnivo, např. písek, šamot, kamenivo nebo vláknitá výztuž, např. skelné vlákno a/nebo rohože, čímž vniká geopolymerní kompozit, např. geopolymemí malta, geopolymemí beton nebo geopolymerní vyztužený kompozit. V tabulce 8 je uvedeno složení geopolymemích kompozitu, v nichž je plnivem šamotové a kaolinové kamenivo, písek a agregáty.

Tabulka 8 - Složení a podmínky zráni kompozitu z dvousložkového geopolymerního pojivá

kompozit	pojivo	plnivo	zrnitost plniva	plnivo: pojivo	teplota
vzorek.	vzorek		mm	hmotnostní poměr	°C
K1	Cl	šamot	Oažl	1,25 : 1	20 + 2
K2	C2	šamot	0 až 1	1.25 : 1	20 + 2
K3	C3	šamot	0 až 1	1,40: 1	20 + 2
K4	C4	šamot	0 až 1	1,40: 1	20 + 2
K5	C5	šamot	0 až 1	1,33 : 1	20 + 2
K6	Có	šamot	0 až 1	1,20: 1	20 + 2
K7	C6	šamot	Oaž 1	1,20 : 1	60 + 2, 20 h
K8	C7	šamot	0 až 1	1,00: 1	20 + 2
K9	C8	šamot	0 až 1	1,00: 1	20 ±2
K10	C9	šamot	0 až 1	1,00 ; 1	20 + 2
Kli	CIO	šamot	0 až 0,5	1,38 : 1	20 + 2
K12	CIO	šamot	0,5 až 1	1,66:1	20 ±2
K13	CIO	šamot	1 až 2	1,84: 1	20 ±2
K.14	Cil	šamot	0 až 0,5	1,26:1	20 ±2
K15	Cil	písek	0 až 0,5	1,26 : 1	20 + 2
K.16	CH	šamot	Oaž 1	1,26: 1	20 ±2
K.17	Cil	písek	0 až 0,5	1,26: 1	0± 5
K18	C12	šamot	Oaž 1	1,02 : 1	20 ±2
K19	03	šamot	0 až 1	1,25 : 1	20 + 2
K20	04	šamot	0 až I	1,40 : 1	20 ±2
K21	C15	šamot	0 až 1	1,40: 1	20 + 2
K22	CIO	kaolin	0 až 2	1,25: 1	20 + 2
K23	C3	písek + agregáty	Oaž 8	3 : 1	20 + 2
K24	C4	písek τ agregáty	0 až 8	3: 1	20 ±2
K25	C4	mikrosilika	0 až 10 μιη	0,14: 1	80 T. 3 h
		skelné rohože í	5 vrstev	1 MPa ¹ - -

Vzorek C4 dvousložkového geopolymerního pojivá byl smíchán s mikrosilikou pro zlepšení jeho reologiekých vlastností. Poté bylo takto upravené pojivo použito pro impregnaci skelné rohože o rozměrech 20x100x1 mm. Impregnované skelné rohože byly umístěný na sebe a uloženy ve vakuovém lisu po dobu 1 hodiny při laboratorní teplotě a poté po dobu 3 hodin při teplotě 80 ⁵C. Výsledný vyztužený geopolymerní kompozit K25 měl rozměry 25x120x3 mm.

V tabulce 9 jsou uvedeny pevnosti v tahu ohybem a v tlaku vybrané geopolymerní kompozity,

Tabulka 9 - Pevnost v tahu ohybem a pevnost v tlaku geopolymerníeh kompozitu

	pevnost v	tahu ohybem, MPa	pevnost v tlaku, MPa
vzorek	1 den	7 dní	28 dní	90 dní	180 dní	1 den	7 dní	28 dní	90 dní	180 dní
K1	6,4	9,9	11,7	10,9	13,0	47	78	89	95	91
K4	6,8	12,6	12.4	13,2	12,9	56	84	91	96	110
K5	6,7	10,2	9,5	10,8	-	49	73	96	93	-
K7	10,5	-	-	-	-	79	-		-	-
K10	-	4,0	4,9	7.4	-	-	31	45	46	-
K13	-	-	5,8	-	-	-	-	77	-	-
K14		8,4	8,5	-	-	-	52	63	-	-
K15	-	8.3	8,5	9,8	-	-	46	58	69	-
K.17	-	-	-	7,9	-	-	-	-	54	-
K18	-	-	i 3,4	-	-	-	-	106	-	-
K21	-	11.1	11,2	11,8	-	-	81	88	102	-
K22	-	-	9,0	-	-	-	-	85	-	-
K24	-	-	-	-	-	-	-	60	-	-
K25	56,8	-	-	-	-	-		-	-	-

Geopolymerní kompozity se šamotovým plnivem vykazují po kalcinaee při teplotách 600 až 1200 °C smršťovaní v rozmezí 0,01 až 2,5 % a zbytkové pevnosti v rozmezí 40 až 280 %.

Geopolymerní kompozity vykazují vysoký součinitel mrazuvzdornosti. kléry po 50 až 100 zmrazovacíeh cyklech neklesá pod hodnotu 75 %.

Geopolymerní kompozit)' vykazují vysokou odolnost vůči působení kyseliny chlorovodíkové.

Úbytek hmotnosti geopolymerního kompozitu za 1 den uložení v 5% HC1 nepřesahuje

0.7% hmotn. Úbytek hmotnosti geopolymerniho kompozitu /.a l den uloženi v 1% UUl nepřesahuje 0.3 % hmotn.

Zbytkové pevnosti v tlaku neklesly pod 30 % při umístění v 5% HU1 a pod 90 “i při umístění v 1% HC1 po dobu 14 dní.

Průmyslová využitelnost

Dvousložkové geopolymerní pojivo je průmyslově využitelné ve stavebnictví a pro aplikace při teplotách až do 1200 °U.

Dvousložkové geopolymerní pojivo lze s použitím různých druhy plniv, např. písek, štěrk, čedič, drcená žula, drcený mramor, drcený vápenec, mastek, slída, opuka, keramzit a staveni suť, průmyslově využit pro přípravu gcopolymerních kompozitu (umělého kamene, malty, betonu, apod.) pro výrobu ozdobných předmětů, architektonických prvků, obkladových panelů a dalších stavebních výrobků. Lze je též využít pro opravy historických budov a památek.

Dvousložkové geopolymerní pojivo lze s použitím šamotu a kaicinovaného kaolinu obvykle o velikosti částic 0,1 až 32 mm jako plniva průmyslově využít pro výrobu ohni vzdorných geopolymcmích kompozitu vhodných pro výrobu kamen a krbů,

Dvousložkové geopolymerní pojivo lze průmyslově využit pro zhotovení podlah odolných vůči působení kyselin a dalších chemikálií, např. v chemickém průmyslu.

Dvousložkové geopolymerní pojivo lze průmyslově využít rovněž jako matrice pro sklovláknité kompozity.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

Dvousložkové geopolymemí pojivo, sestávající zpěvné složky a kapalné složky, přičemž pevná složka je tvořena surovinou obsahující metakaolinit a mletou vysokopecní granulovanou struskou a kapalná složka obsahuje sodný alkalický aktivátor, přičemž sušina dvousložkového geopolymemího pojivá obsahuje 43 až 60 % hmotn. suroviny obsahující metakaolinit, 11 až 37 % hmotn. mleté vysokopecní granulované strusky o střední velikosti částic D₅₀ < 15 μιη a 11 až 32 % hmotn. sodného alkalického aktivátoru, vyznačující se tím, že surovina obsahující metakaolinit o střední velikosti částic Ds₍₎< 10 pm, výhodně D₅q<5 pm, obsahuje více než 35 % hmotn. AI2O3, výhodně více než 41 % hmotn. ABO3 a sodný alkalický aktivátor má silikátový modul SiCB: Na2Č) 1,6 až 2,1 : 1.
2. Dvousložkové geopolymemí pojivo podle nároku 1, vyznačující se tím, že surovinou obsahující metakaolinit jsou kalcinované odprašky lupku.
3. Dvousložkové geopolymemí pojivo podle nároku l, vyznačující se tím, že surovinou obsahující metakaolinit jsou kalcinované odprašky kaolinu.
4. Dvousložkové geopolymemí pojivo podle nároku 1, vyznačující se tím, že surovinou obsahující metakaolinit je směs kale i no váných odprašků lupku a kalcinovaných odprašků kaolinu.
5. Dvousložkové geopolymemí pojivo podle nároku 1 nebo 2 nebo 3 nebo 4, vyznačující se tím, že sodným alkalickým aktivátorem je tekuté sodné vodní sklo.

0. Způsob výroby dvousložkového geopolymemího pojivá podle nároku l nebo 2 nebo 3 nebo 4 nebo 5, vyznačující se tím, že se při výrobě dvousložkového geopolymemího pojivá, sestávajícího z pevné složky a kapalné složky, vyrobí zvlášť pevná složka a zvlášť kapalná složka tak, že sc při výrobě pevné složky smíchá surovina obsahující metakaolinit a mletá vysokopecní granulovaná struska v hmotnostním poměru 54 až 83:17 až 46 a kapalná složka se vyrobí přimícháním vody do sodného alkalického aktivátora o obsahu 40 až 50 % hmotn. sušiny, vyjádřené jako suma koncentraci NajO h SiCh, v hmotnostním poměru až 0,9 : 1.