Hydraulické pojivo
Oblast techniky
Vynález se týká hydraulického pojivá z jemně mleté, nad 5000 cm2/g podle Blaina, mírně latentní hydraulické vysokopecní strusky, která obsahuje sulfátové aktivátory a aktivační přísady.
Dosavadní stav techniky
Vysokopecní struska vzniká jako vedlejší produkt při získávání surového železa. Ve vysoké peci se tvoří ze součásti železné rudy obsahující jíl, kyselinu křemičitou a vápno, jakož i z vápence a nečistot v uhlí při teplotách 1900 °C vedle taveniny železa lehčí tavenina, takzvaná vysokopecní struska. Tato struska se ochlazuje vodou při 1400 °C. Tímto prudkým ochlazením vzniká vysoce sklovitý granulát, který má latentní hydraulické vazebné síly. Proto nepřichází sklovitá vysokopecní struska jako samostatná spojovací vazná látka v úvahu. Její energie tvrdnutí může být aktivována přidáním aktivátoru. Pro tuto aktivaci existují v podstatě dvě možností: přidání hydroxidu vápenatého nebo cementu (alkalická aktivace) a přidání síranu vápenatého (sulfátová aktivace). Každá struska není ovšem stejně aktivovatelná.
Posouzení latentní hydraulické vazebné síly strusky se provádí podle složení strusky. Tak posuzuje Dr. Fritz Keil v „Zement, Herstellung und Eigenschaften“, Springer-Verlag, Berlin 1971 na straně 116 kvalitu strusky podle poměru CaO+CaS+0,5MgO+Al2O3)/(SiO2+MnO) je rovně hodnotě F. Leží-li hodnota F nad 1,9, platí struska za velmi dobrou, pod 1,5 jako mírně hydraulická.
Dalším kriteriem posuzování aktivity strusky je obsah SiO2. Tak platí strusky s méně než 32 % obecně za vysoce hydraulické, s více jak 37 % za méně hydraulické.
Pokud jde o alkalickou aktivaci, klade si podle EN-197 1 při přípravě cementu pro kvalitu strusky následující požadavek: poměr (CaO+MgO)/SiO2) musí být větší než 1,0.
Pro sulfátovou aktivaci jsou podle literatury vhodné strusky, které vykazují obsah A12O3 alespoň 13 % a průměr (CaO+MgO+Al2O3)/(SiO2) leží nad 1,6. Několik patentů požaduje obsah CaO nad 40 % a obsah A12O3 nad 14 % (viz například CA-PS 1 131 664).
V Ca-PS 1131 664 je popsáno pojivo, které vykazuje následující složení:
až 85 % granulované vysokopecní strusky (s 40 až 50 % CaO až 20% AI2O3 až 35 % SiO2 až 8 % MgO), až 17 % CaSO4 (vypočteno jako anhydrit),
1,5 až 2,5 % portlandského cementu,
0,1 až 0,5 % organické karboxylové kyseliny nebo její soli,
0,03 až 0,6 % methylcelulózy, Na-stearátu nebo Na-laurylbenzensulfonátu a
0,6 až 2 % síranu sodného.
V souladu s tím, co bylo řečeno výše, je vysokopecní struska používána. Ke zlepšení se dokonce doporučuje přidávat ke strusce A12O3 a CaO a tuto směs zahřívat.
-1 CZ 297709 B6
Na základě těchto výše uvedených kriterií je bohužel velká část vypadající vysokopecní strusky označitelná jako mírně hydraulická. Tyto méněhodnotné vysokopecní strusky mohou být v cementovém průmyslu použity jako přimleté látky podle zkušeností až do maximálně 65 % obsahu cementu, protože nadto pevnosti rychle klesají. Také betonový průmysl může tyto strusky použít jako přísady jen omezeně.
Podstata vynálezu
Úkolem předkládaného vynálezu je poskytnout pojivo úvodem zmíněného druhu, u něhož dojdou použití méněhodnotné strusky a které nicméně poskytuje vysoce hodnotný produkt.
Tuto úlohu řeší pojivo úvodem zmíněného druhu podle vynálezu tím, že mírně latentní hydraulická vysokopecní struska vykazuje následující analytické hodnoty:
sklovitost: > 93 %;
SiO2: 34 až 40 %,
CaO: 34 až 37 %,
A12O3: > 9 % (CaO+MgO)/(Al2O3+SiO2): 0,88 až 0,98.
Překvapivě bylo nalezeno, že strusky, které splňují tyto parametry, poskytují dobré produkty, i když jsou zařaditelné podle obvyklých kriterií jako mírně hydraulické. Mohou být použity strusky s méně než 13 % A12O3. Hodnota F může ležet pod 1,5 a poměr (CaO+MgO+A12O3)/SiO2 pod 1,6.
Struska bude však jenom zřídka náhodně vykazovat všechny podle vynálezu požadované vlastnosti. Protože však je mnoho méněhodnotných strusek, je často možné směsí alespoň dvou vysokopecních strusek docílit všech požadovaných vlastností. To má tu další výhodu, že stupeň aktivace je mnohem vyšší, jestliže je dosaženo shora uvedených předpokladů míšením strusek různého původu.
Aktivace strusky se provádí přimíšením nebo přimletím přírodní sádry, sádry z odsířených kouřových plynů (sádry REA) nebo 12 až 20 % anhydritu, 0,5 až 5 % portlandského cementu a/nebo jiných nosičů CaO jako horké moučky, páleného vápna nebo 0,5 až 3 % Ca(OH)2, 0 až 3 % alkalických síranů nebo alkalických uhličitanů a/nebo 0,5 až 3 % vápenatých solí karboxylových kyselin. Jako výhodné se zde ukázalo použití horké moučky, čímž se urychlí hydratace strusky a zvýší se pevnosti v tlaku.
Horká moučka je z 70 až 90 % odkyselená surová moučka, která vzniká v nejnižším cyklonovém stupni pece výměníku tepla při 800 až 900 °C při výrobě portlandského cementového slínku. Moučka se odebírá z pecního systému pomocí bypassu. Obsahuje převážně CaO.
Hranolky vytvořené z tohoto pojivá vykazují vyšší odpor vůči síranovému ataku a poskytují pevnosti, které odpovídají třídám pevnosti ÓNORM B3310 a EN 197-1 a jsou srovnatelné s normálním portlandským cementem nebo dokonce lepší.
-2CZ 297709 B6
Příklady provedení vynálezu
Na základě příkladu bude předkládaný vynález objasněn. Bylo připraveno pojivo z následujících komponent:
% strusky (hodnota podle Blaina 5800 cm2/g) % sádky REA % portlandského cementu
0,5 % horké moučky
0,5 % octanu vápenatého
Jako struska se používá jednou struska podle vynálezu a jednou jiná struska (srovnávací pokus). Údaje o struskách a obdržené pevnosti jsou udány v následující tabulce:
|
Analýza |
Směs strusek vhodná |
Směs strusek nevhodná |
|
sklovitost |
94 |
94 |
|
SiO2 % |
38,3 |
37,3 |
|
A12O3 % |
11,2 |
10,0 |
|
CaO % |
35,8 |
38,2 |
|
MgO % |
9 |
10,5 |
|
(CaO+MgO) / (Al2O3+SiO) |
0,91 |
1,03 |
| |
ÓN B3310 |
EN 196-1 |
ON B3310 |
EN 196-1 |
|
Pevnost v tlaku N/rnu/ |
|
|
|
|
|
po 2 dnech |
|
7 |
|
9 |
|
po 3 dnech |
10 |
|
11 |
|
|
po 7 dnech |
26 |
30 |
15 |
18 |
|
po 28 dnech |
46 |
49 |
22 |
24 |
Pevnosti mohou být navíc ještě podstatně zvýšeny betonovými aditivy (jako zřeďovadly ke snížení hodnoty voda/pojivo z 0,6 na 0,30).
Pojivo podle vynálezu se vyznačuje velmi nízkým hydratačním teplem. Je vysoce vhodné pro výrobu čiřících zařízení, potrubí kanálů, nádraží, zachycovacích van a konstrukčních objektů, které jsou vystaveny sulfátovému ataku.