CZ300134B6

CZ300134B6 - Dvousložkové geopolymerní pojivo a zpusob jeho výroby

Info

Publication number: CZ300134B6
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: CZ2007115A3

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

Oblast techniky

Vynález se tyká dvousložkového geopolymerního pojivá určeného pro stavebnictví a způsobu jeho výroby.

io Dosavadní stav techniky

Geopolymery neboli anorganické polymere' a pojivá znich vyráběná jsou alkalicky aktivované hlinitokřemičitany. Na rozdíl od poj i v na bázi portlandského cementu, u kterých tvrdnutí probíhá hydratací slínkových minerálů, vytvrzovaní geopolymerního pojivá probíhá polymeraei. Ta zahr15 nuje částečné rozpouštění hlinitokřemičitanú, transport a orientaci rozpouštěných částic a jejich následnou póly kondenzaci. Všechny tyto kroky probíhají ve vysoce alkalickém prostředí, které je podmínkou pro rozpouštění hl initokřemičitanú. Alkalické hydroxidy a soli také kata lyžuj í uvedené polykondenzační reakce.

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

Způsob přípravy geopolymerů aktivací hlín itokřemiěitanů, 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 (cca 20 ^yC) je tuhnutí podstatně pomalejší, jelikož reaktivita hlinitokřemiěitanu je nízká a pevnost vznikajícího ho 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 vysokopecní granulované strusce) podstatně urychluje proces tuhnutí a přispívá k dosažení vysokých pevností již během prvních dnů zrání. Vliv vápníku a křem ičilanů vápenatých na vznik nové fáze není zcela objasněn. Složení nové struktury je závislé na silikátovém modulu použitého alkalického aktivátoru, typu vápenaté sloučeniny a poměru hlinitokřemiěitan/vápenatá sloučenina. Vedle čistě geopolymerní fáze může vznikat amorfní C-S-H gel. Rovněž vápník nebo hořčík, obsažený např. ve strusce, může pronikat do geopolymerní struktury' a nahrazovat tak kationty alkalických kovů. V geopolymerním pojivu

4o pravděpodobně dochází k souběhu obou těchto procesů. V obou případech se tuhnutí geopolymerního pojivá značně urychluje, jelikož vznik C-S-ll gelu nebo geopolymerní fáze, obsahující dvoj mocné kationty alkalických zemin, je podstatně rychlejší než vznik geopolymerní fáze, obsahující pouze kationty alkalických kovů. Počáteční pevnosti takovéto matrice jsou vysoké,

V patentovém spisu US 4 509 985 je popsáno pojivo na bázi směsi metakaolinu a alkalického aktivátoru na bázi křemiěitanu 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 hmotu, 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 křemiěitanu, obsahujícího 0 až 90 hmotn. dílů hydroxidu sodného a/nebo draselného.

Q7. 300134 B6

V patentovém spisu WO 9204298 je popsáno jednosložkové geopolymerní pojivo obsahující alkalický aktivátor v pevné formě, používané především pro solidifikaei kapalných odpadů. Pojivo obsahuje 100 hmotn. dílů metakaolínu. 20 až 120 hmotn. dílů mleté vysokopecní granulované strusky a 46 až 64 hmotn. dílů suchého disilikátu draselného a/nebo sodného. Pojivo je nevýhod5 né kvůli vysoké dráždivostí suchého disilikátu draselného a/nebo sodného. Další nevýhodou je navlhání tohoto pojivá, což vede kjeho nekontrolovatelnému zatuhnutí.

V patentovém spisu WO 9204299 je popsán geopolymerní cement obsahující 40 až 140 hmotn. dílů metakaolínu, 20 až 70 hmotn. dílů mleté vysokopecní granulované strusky, 85 až. 130 hmotn.

to dílů popílku nebo kaícinovaného lupku. 40 až 500 hmotn. dílů speciálního typu amorfní siliky a 5 až 60 hmotn. dílů alkalického křemičitanů. obsahujícího I až 50 hmotn. dílů hydroxidu sodného a/nebo draselného. Nevýhodou tohoto postupu je použití hydroxidu draselného a/nebo sodného pro přípravu alkalického aktivátoru.

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

V patentovém spisu WO 9831644 jc popsán geopolymerní cement obsahujícího čtyři hlavní složky; 100 hmotn, dílů metakaolínu, 80 až 110 hmotn. dílů mleté vysokopecní granulované strusky. 150 až 250 hmotn. dílů bazického aluniinosilikátu a 55 až 145 hmotn. dílů alkalického křemičitanů draselného a/nebo sodného se silikátovým modulem SiO₂;M₂O - 1,6 až 2,0; 1.

V patentové přihlášce EP 1507749 je popsán geopolymerní cement vhodný pro stavebnictví obsahující kromě metakaolínu mletou vysokopecní granulovanou strusku o průměrné velikostí částic 15 až 25 μηι 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 se silikátovým modulem SiO₂:K₂O - 1,27: l, jehož lze dosáhnout jen použitím hydroxidu draselného.

.51»

V patentovém spisu US 6 869 473 jc popsán cement obsahující strusku z výroby nerezavějící oceli a geopolymer obsahující hlinitokřemičitan a křemičitan hořečnatý.

V patentovém spisu US 5 084 102 je popsán cement, který obsahuje 20 až 60 % mleté vysoko55 pecní granulované strusky s měrným povrchem 500 až. 650 m7kg a 40 až 80 % elektrárenského popílku a dále 2 % mletého slínku portlandského cementu (vztaženo na smčs strusky a popílku) a dále 2 až 12% pevného hydralovaného křemičitanů sodného se silikátovým modulem SiO₂:Na₂O - 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 směrným povrchem 500 až 700 m/kg, 2 až 15% mletého slínku portlandského cementu (vztaženo na směs strusky a popílku) a 2 až 12 % pevného hydralovaného křemičitanů sodného se silikátovým modulem SiOyNajO = 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 s měrným povrchem 100 až 600 nr/g, 2 až 40 % hmotn. další latentnč hydraulicky aktivní látky, 5 až 15% hmotn. alkalického aktivátoru, např. směs sodného nebo draselného vodního skla a NaOH či KOH. vyjádřené jako % hmotn. NaO, Další hydraulicky aktivní látkou jc mletá granulovaná struska směrným povrchem 200 až 600 nr/g aůiebo mletý slínek portlandského cementu s měrným povrchem 200 až 600 nr/g a/nebo přírodní a/nebo umělý pucolán a/nebo tepelně aktivovaný přírodní jíl. Silikátový modul alkalického aktivátoru SiOyNaO - 0,4 až 1:1.

V posledních třech uvedených patentových spisech se jako hlinitokřemičitá surovina používá elektrárenský popílek a silikátový modul alkalického aktivátoru SiO₂:Na₂O < 1,2:1.

Podstata vynálezu

Dvousložkové geopolyměrní pojivo, sestávající zpěvné složky a kapalné složky, přičemž pevná složka je tvořena surovinou obsahující metakaolinit a mletou vysokopeení granulovanou slruskoLi, a kapalná složka obsahuje sodný alkalický aktivátor, přičemž sušina dvousložkového geoio polymerního pojivá obsahuje 43 až 60 % hmotn. suroviny obsahující metakaolinit, 11 až 37 % hmotn. mleté vysokopeení granulované strusky o střední velikosti částic D₅₍₎ < 15 pm. a 11 až % hmotn. sodného alkalického aktivátoru, charakterizované tím. že surovina obsahující metakaolinit o střední velikosti ěástic D=_(l < ΙΟμηι, výhodně D_M) < 5 μηι, obsahuje více než 35% hmotn. AI₂O.?, výhodně více než 41 % hmotn. AKO,. a sodný alkalický aktivátor má silikátový i? modul SiOyNaO roven 1,6 až 2,1:1.

Výhodné dvousložkové geopolymerní pojivo je charakterizované tím, že surovinou obsahující metakaolinit jsou kalcinované od prasky lupku.

Výhodné dvousložkové geopolymerní pojivo je charakterizované tím, že surovinou obsahující metakaolinit jsou kalcinované od prasky kaolinu.

Výhodné dvousložkové geopolymerní pojivo je charakterizované tím, že surovinou obsahující metakaolinit je směs kalcinovanýeh odpráskli lupku a kalcinovaných odprašků kaolinu.

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

Způsob výroby dvousložkového geopolymemího pojívaje charakterizovaný tím, že se při výrobě 3o dvousložkového geopolymemího pojivá, sestávajícího zpěvné složky a kapalné složky, vyrobí zvlášť pevná složka a zvlášť kapalná složka tak. že se při výrobě pevné složky smíchá surovina obsahující metakaolinit a mletá vysokopeení 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 koncentrací Na₂O + SiO₂. v hmotnostním poměru až 0.9:1.

Prokázalo se, že výhodnou pevnou složkou dvousložkového geopolymemího pojivá jsou kalcinované od prasky lupku a/nebo kaolinu z kale inačn í rotační pece ve směsi s mletou granulovanou vysokopeení struskou. Výhodnou kapalnou složkou geopolymemího pojívaje komerčně vyrábělo nc tekuté sodné vodní sklo se silikátovým modulem SiO₂:Na₂O je rovno 1.6 až 2,1:1 bez hydroxidu sodného jako alkalického aktivátoru.

Výhoda kalcinovaných odprašků lupku a/nebo kaolinu spočívá ve vhodné velikosti částic těchto surovin (D₄o< ΙΟμηι), které nevyžadují další mletí. Obvyklá velikost částic odprašků lupku a/nebo kaolinu D₅<) je 2,5 až 5 μηι a IV je 8 až 12 μηι. Obvyklá velikost částic mleté struskv Ds₍₎je 10 až 15 μπι a IV,_: je 25 až 35 μηι.

Výhodné jsou kalcinované odprašky lupku a/nebo kaolinu s obsahem nad 41 % hmotn. AKO?.

Kalcinované odprašky šlakovým obsahem AKO.·? vykazují větší rozpustnost hliníku a křemíku

5d v alkalickém prostředí, jsou tedy reaktivnější a mají větší schopnost vytvářet pevnou matrici.

Obsah AKO? v odprašeíeh lupku, nejvhodnějších pro dvousložkové geopolymerní pojivo, je 42,0 až 43.9 % hmotn. a v odprašeíeh kaolinu 41,0 až 43,0 % hmotn. Pro dvousložkové geopolvmerního pojívaje možné použít i odprašky s obsahem 35 až 41 % hmotn. AKCK.

Výhoda kalcinovaných od prášků lupku dále spočívá v tom, že dvousložkové geopoly měrní pojivo pří stejném složení jako pojivo s použitím kalcinovaných odprašku kaolinu je lépe zpracovatelné a schopné pojmout větší množství plniva, Iakto připravené geopolymerní kompozity vykazují větší pevnosti a lepší odolnost k působení vysokých teplot.

Kalcinovanc odprašky lupku a/nebo kaolinu a mletá vysokopecní granulovaná struska mohou být s výhodou smíchány v poměrech 54 až 83:17 až 46 % hmotn. a tvořit tak pevnou složku dvousložkového geopolymerního pojivá.

Použití komerčně vyráběného sodného vodního skla se silikátovým modulem SiOyNaO je rovno 1.6 až 2,1:1 bez přidaní hydroxidu sodného jako alkalického aktivátoru pro výrobu kapalné složky dvousložkového geopolymerního pojivá je 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 SiOyNa+O je rovno 1.6 až 2.1:1 vc směsi kalcinovaných odprašků lupku a/nebo kaolinu a mleté vysokopecní granulované strusky ke vzniku geopolymerii s vysokými krátkodobými pevnostmi (pevnost v tlaku nejméně 40 MPa po 24 hodinách zrání při teplotě 20 °C);

- při stejném obsahu alkálií vykazují geopoly mery připravené s použitím alkalického aktivátoru se silikátovým modulem SiO₂;Na₂O > 1.6:1 větší odolnost ke kyselinám;

- tento aktivátor je stalý velmi dlouho, na rozdíl od aktivátorů se silikátovým modulem SiO₂:Na₂O < 1,6:1, který se připravuje přidáním NaOH k vodnímu sklu, a může být připravován ii výrobce a nikoliv až těsně před přípravou geopolymerního pojivá;

- tekuté vodní sklo se silikátovým modulem SiO₂:Na₂O je rovno 1.6 až 2.1:1 patří do kategorie dráždi vých látek, na rozdíl od alkalických aktivátorů se silikátovým modulem SiO₂:Na₂O < 1,6:1, které patří do kategorie žíravých látek.

Tekuté sodné vodní sklo naředěnc vodou v hmotnostním poměru I 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 odprašků. strusky a pevného podílu v kapalné složce (obvykle suma Na₂O a SiO₂).

Pevná a kapalná složka dvousložkového geopolymerního pojivá obvykle se smísí v poměru 1:0,5 až 1,2.

Tuhnutí dvousložkového geopolymerního pojivá dle vynálezu probíhá při teplotách 0 až 60 °C, s výhodou při teplotách 15 až 25 °C. a nevyžaduje dodatečné sušení nebo aplikaci hydrotcrmálních podmínek.

Příklady pro v edení vynálezu

Příklad I - Dvousložkové geopolymerní pojivo:

a) Pevná složka dvousložkového geopolymerního pojivá

Tabulka 1 - Složení a vlastnosti pevných složek dvousložkového geopolymcrního pojivá

vzorek	AI2O3	SiO₂	CaO	MgO	K₂O	Fe₂O₃	TiO₂	ztráta žíháním.	velikost částic, pm
				% hmotn.				1^50	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
A3	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	-	-
A 5	36,07	51,81	6,99	1,76	0,74	0,98	0,22	1,43	-	-
A6	25,53	46,95	18,10	4,30	0,97	2,20	0,88	1,06	-	-

b) Kapalná složka dvou složkového geopolymcrního pojivá

Tabulka 2 - Složení a vlastnosti kapalných složek dvousložkového gcopolymemího pojivá

vzorek	Na₂O	SiO₂	M_s	hustota
	% hmotn.	mol/mol	g/cm³
Bl	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 pojívá zpěvných složek a kapalných složek v různých poměrech a 15 jejich složení jsou uvedeny v tabulce 3.

- s CZ 300134 Bó

Tabulka 3 - Složení dvousložkových geopolymemích pojiv

vzorek	pevná složka	kapalná složka	vodní součinitel	hmotnostní poměr ^! pevná ^! složka: kapalná složka	hmotnostní podíl v sušině, %
					surovina obsahující metakaolinit	mletá vysokopeční granulovaná struska	sodný alkalický aktivátor
Cl	Al	Bt	0.40	1 : 0,8	43,2	34,7	22,1
C2	Al	B2	0,42	1 :0,8	43,8	35,1	21,1
C'3	A2	BI	0,40	1 :0,8	43,2	34,7	22.1
C4	^: A2	B2	0,42	1 : 0,8	43,8	~35,1 .......’	21,1
C5	; Λ1+Α2 1	B1+B2	0,41	1 :0,8	43.5	34.9	21,6
Có	Λ2	B2 ;	0,38 i	1 : 0,7	44.6	36.5	19,2
C7	A2	B3	0,35	1 :0,62	45.8	37,5	16,7
C8	A2	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	Bó	0,46	1 : 1	52,3	21,0	26,7
Cil	A4	B7	0,45	1 :0,79	43,9	36,9	19.2
02	Λ5	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
04	Aó	Bl	0,40	1 :0,8	43,8	35,1	21.1
05	Aó	B2	0,42	1 :0,8	43,2	34,7	22,1

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

-6CZ 300134 Bó

Tabulka 4 - Počátek a konec doby tuhnutí dvousložkových geopolymerních 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
C14	2 h 40 min	3h 25 min
Cl 5	3h 05 min	4h 10 min

Příklad 2 - Způsob výroby dvousložkového geopolymerního pojivá a) Suroviny pro pevné složky dvousložkového geopolymerního pojivá labulka 5 - Složení a vlastnosti surovin pro výrobu pevné složky dvousložkového geopolymerního pojivá

komponent	vzorek	ALO.i	SiO>	CaO	MgO	K₂O	Fe₂O.i	TiO?	ztráta žíháním	J velikost částie. μπι
										I©	L><)0
Odprašky kaolinu	KI	41,57	54,11	0.32	0,23	0,82	1,08	0,22	1,65	3.37	\|- 9,38
Odprašky lupku	LI	43,85	51,15	0,60 1	0,23	0,60	1,05	1.67	0,85	2,85	10.17
Odprašky lupku	L2	39,00	1 52,24	0,41	0.22	1,50	3,60	1,40	1,63	5,00	10,69
Struska-1	Sl	8,68 1	39,76	39,45	9,22	0,31	0,46	0,22	0,35	10,40	28,86
Struska-2	S2	6,50	38,20	40,80	11,10	0,63	0,49	0,46	-	12.49	27,17

b) Suroviny pro kapalné složky dvousložkového geopolymerního pojivá

Tabulka 6- Složení a vlastnosti surovin pro výrobu kapalné složky dvou složkového geopolymerního pojivá

tekuté sodné vodní sklo	Na₂0 ί	SiO₂	Λί,	hustota	viskozita
vzorek	% hmotn.	mol/mol	20 °C g/cm³	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 _f	27,64	1,67	1,572	-

s

c) Způsob výroby dvou složkového 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, io Pevná složka dvousložkového geopolymerního pojivá se připraví tak, že se smíchá surovina obsahující metakaolinit a mletá granulovaná vysokopecní struska v hmotnostních poměrech uvedených v tabulce 7. Obě části pevné složky dvousložkového geopolymerního pojivá se míchají v mísiči na suché směsi po dobu 10 minut. Příprava kapalné složky dvousložkového geopolymerního pojivá se provádí tak, žc se smíchá tekuté sodné vodní sklo a voda v hmotnostních is 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 jc minimálně 5 minut.

Dvousložkové geopolyměrní pojivo se připravuje přidáním kapalné složky k pevné složce dvou2(i složkového geopolymerního pojívá v poměrech uvedených v tabulce 7. Smíchání pevné složky a kapalné složky dvousložkového geopolymerního pojivá se provádí těsně před použitím dvousložkového geopolymerního pojivá v míchačce vybavené planetárním mechanizmem míchání po dobu cca 10 minut.

CZ 300134 Bó

Tabulka 7 - Způsob výroby dvousložkového geopolymerního pojivá

vzorek	pevná složka	kapalná složka	pevná složka a kapalná složka hmotnostní poměr pevná složka : kapalná složka
surovina obsahující metakaolinit	mletá vysokopecní granulovaná struska	hmotnostní poměr metakaolinito vá surovina : struska	tekuté sodné vodní sklo	1 hmotnostní i poměr voda: tekuté vodní sklo sodné
Cl	Kl	Sl	55 :45	VSI	0,30 : 1	1 : 0,8
C2	Kl	Sl	55 :45	VS2	0,34 : 1	1 : 0,8
C3	Ll	Sl	55 : 45	VSI	0,30 : 1	1 : 0.8
C4	Ll	Sl	55 :45	VS2	0,34 : 1	1 : 0,8
C6	Ll	Si	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
02	Kl	Sl	83 : 17	VS3	0,09 : 1	1 : 1,13
03	Kl	Sl	83 : 17	VS5	0,10: 1	1 : 1,1
04	L2	Sl	55 : 45	VSI	0,30 : 1	1 : 0,8
C15	L2	Sl	55 :45	VS2	0,34 : 1	1 : 0,8

Příklad 3 - Použití dvou složkového geopolymerního pojivá

Způsob použití dvousložkového geopolymerního pojivá spočívá v lom, že se do něj přidá plnivo, o např. písek, šamot, kamenivo nebo vláknitá výztuž, např. skelné vlákno a/nebo rohože, čímž vniká geopolyměrní kompozit, např. geopolyměrní malta, geopolyměrní beton nebo geopolvměrní vyztužený kompozit. V tabulce 8 je uvedeno složení geopolymerních kompozitu, v nichž je plnivem šamotové a kaolinové kamenivo, písek a agregáty.

Tabulka 8 - Složení a podmínky zrání kompozitů z dvousložkového geopolymerního pojivá

kompozit	pojivo	plnivo	zrnitost plniva	plnivo : pojivo	teplota
vzorek	vzorek		mm	hmotnostní poměr	°C
KI	Cl	šamot	0 až 1	1,25 : 1	20 ±2
K2	; C2	šamot	0 až 1	1,25 : 1	20 ±2
K3	C3	šamot	Oaž 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	C6	šamot	0 až 1	1,20: 1	20 ±2
K7	C6	šamot	0 až 1	1,20: 1	60 ± 2. 20 h
K8	C7	šamot	Oaž 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
Kil	CIO	šamot	0 až 0,5	1,38: 1	20 ±2
K12	CIO	Šamot	0,5 až 1	1,66:1 1	20 ±2 1
K13	CIO	šamot	1 až 2	1,84: 1	20 ±2
K14	Cil	šamot	0 až 0,5	1,26:1	20 ±2
K15	Cil	písek	0 až 0,5	1,26 : 1	20 ±2
K16	Cil	šamot	0 až 1	1,26: 1	20 ±2
K17	Cil	písek	Oaž 0,5	1,26: 1	0±5
K18	cn	šamot	0 až 1	1,02 : 1	20 ±2
K19	03	šamot	0 až 1	1,25: 1	20 + 2
K20	04	šamot	0 až 1	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	0 až 8	3 : 1	20 + 2
K24	C4	písek + agregáty	Oaž 8	3:1	20 + 2
K25	C4	mikrosilika skelné rohože	0 až 10 pm	0,14 : 1 5 vrstev	80 °C, 3 h 1 MPa

- in Vzorek C4 dvousložkového geopolymerního pojivá byl smíchán s mikrosilikou pro zlepšení jeho reologických 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 °C.

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 geopoly memích 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	-	i	-	-	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	-
K17	-	-	-	7,9	-	-	-	-	54	-
K18	-	-	: 13,4 i ¹	-	-	-	-	106	-	-
K21	i i	11,1 i	11,2	11.8	-	-	81	88	102	-
K22	-	-	9,0	-	-	-	-	85	-	-
K24	-	-	-	-	-	-	-	60	-	-
K25	56,8	-	-	-	-	-	-	-	-	-

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

o Geopolymerní kompozity vykazují vysoký součinitel mrazu vzdoru ostí, který po 50 až 100 zm razo vacích cyklech neklesá pod hodnotu 75 %.

Geopolymerní kompozity vykazují vysokou odolnost vůči působení kyseliny chlorovodíkové. Úbytek hmotnosti geopolymcrního kompozitu za 1 den uložení v 5% HCI nepřesahuje 0,7 % ? hmotn. Úbytek hmotnosti geopolymcrního kompozitu za 1 den uložení v 1% HCI nepřesahuje 0.3 % hmotn.

Zbytkové pevnosti v tlaku neklesly pod 30 % při umístění v 5% HCI a pod 90 % při umístění v 1 % HCI po dobu 14 dní.

Průmyslová využité In o st

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

Dvousložkové geopolymerní pojivo lze s použitím různých druhy plniv. např. písek, štěrk, čedič, drcená žida. drcený mramor, drcený vápenec, mastek, slída, opuka, keramzit a stavení suť, průmyslově využít pro přípravu geopolymerních kom požit ů (umělého kamene, malty, betonu, apod.)

CT. 300134 B6 pro výrobu ozdobných předmětů, architektonických prvků, obkladových panelů a dalších stavebních výrobků. Lze je též využít pro oprav} historických budova památek.

Dvousložkové geopoly měrní pojivo lze s použitím šamotu a kalci no váného kaolinu obvykle o 5 velikosti částic OJ až 32 mm jako plniva průmyslově využít pro výrobu ohnivzdorných geopolymerních kompozitu vhodných pro výrobu kamen a krbů.

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

!C)

Dvousložkové geopolymemí pojivo lze průmyslově vy užít rovněž jako matrice pro sklovláknité kompozity.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

20 1. Dvousložkové geopolymemí pojivo, sestávající zpěvné složky a kapalné složky, přičemž pevná složka jc tvořena surovinou obsahující metakaolinit a mletou vysokopecní granulovanou struskou. a kapalná složka obsahuje sodný alkalický aktivátor, přičemž sušina dvousložkového geopolymerního pojivá obsahuje 43 až 60% hmotn. suroviny obsahující mctakaolinít, 11 až 37 % hmotn. mleté vysokopecní granulované strusky o střední velikosti částic D50 < 15 μηι, a 11

25 až 32 % hmotn. sodného alkalického aktivátoru, vyznačující se t í ni, že surovina obsahující mctakaolinít o střední velikosti částic D₅₀ < 10 Bm, výhodně D₅₍i < 5 μηι, obsahuje více než 35 % hmotn. A1₂()i, výhodně více než 41 % hmotn. ATO-u a sodný alkalický aktivátor má silikátový modul SiO₂:Na₂O = 1.6 až
2,1 J .

tu 2. Dvousložkové geopolymemí pojivo podle nároku 1. v v z n a č u j í c í se t í m , že surovinou obsahující mctakaolinít jsou kalcinované odprašky lupku.
3. Dvousložkové geopolymemí pojivo podle nároku 1,vyznačující se t í m . že surovinou obsahující metakaolinit jsou kalcinované odprašky kaolinu.
4. Dvousložkové geopolymemí pojivo podle nároku 1,vyznačující sc t í m , že surovinou obsahující metakaolinit je směs kalcinovaných odprašků lupku a kalcinovaných odprašků kaolinu.

40
5. Dvousložkové geopolymemí pojivo podle nároku 1 nebo 2 nebo 3 nebo 4, vyznačující se t í m , že sodným alkalickým aktivátorem je tekuté sodné vodní sklo.
6. Způsob výroby dvousložkového geopolymerního pojivá podle nároku 1 nebo 2 nebo 3 nebo 4 nebo 5. v y z n a č 11 j í c í se t í in . že se při výrobě dvousložkového geopolymerního pojivá,

45 sestávajícího z pevné složky a kapalné složky, vyrobí zvlášť pevná složka a zvlášť kapalná složka tak. že se při výrobě pevné složky smíchá surovina obsahující metakaolinit a mletá vysokopecní granulovaná struska v hmotnostním poměru 54 až 83 J 7 až 46, a kapalná složka se vyrobí přimícháním vody do sodného alkalického aktivátoru o obsahu 40 až 50 % hmotn. sušiny, vyjádřené jako suma koncentrací Na_?O 1 SiO₂, v hmotnostním poměru až 0,9J.