CZ309103B6 - Způsob výroby geopolymerního pojiva s nízkou porozitou - Google Patents

Způsob výroby geopolymerního pojiva s nízkou porozitou Download PDF

Info

Publication number
CZ309103B6
CZ309103B6 CZ2019270A CZ2019270A CZ309103B6 CZ 309103 B6 CZ309103 B6 CZ 309103B6 CZ 2019270 A CZ2019270 A CZ 2019270A CZ 2019270 A CZ2019270 A CZ 2019270A CZ 309103 B6 CZ309103 B6 CZ 309103B6
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
low porosity
supernatant
binder
centrifugation
geopolymer binder
Prior art date
Application number
CZ2019270A
Other languages
English (en)
Other versions
CZ2019270A3 (cs
Inventor
Jan Kohout
Jan Mgr. Kohout
Petr KoutnĂ­k
Petr Ing. Koutník
Original Assignee
ORLEN UniCRE a.s.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ORLEN UniCRE a.s. filed Critical ORLEN UniCRE a.s.
Priority to CZ2019270A priority Critical patent/CZ309103B6/cs
Publication of CZ2019270A3 publication Critical patent/CZ2019270A3/cs
Publication of CZ309103B6 publication Critical patent/CZ309103B6/cs

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B14/00Use of inorganic materials as fillers, e.g. pigments, for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of inorganic materials specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B14/02Granular materials, e.g. microballoons
    • C04B14/04Silica-rich materials; Silicates
    • C04B14/10Clay
    • C04B14/106Kaolin
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/24Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing alkyl, ammonium or metal silicates; containing silica sols
    • C04B28/26Silicates of the alkali metals
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P40/00Technologies relating to the processing of minerals
    • Y02P40/10Production of cement, e.g. improving or optimising the production methods; Cement grinding

Abstract

Způsob výroby geopolymerního pojiva s nízkou porozitou mícháním pevné složky, kterou je alespoň jedna látka vybraná ze skupiny zahrnující metakaolin nebo kalcinovaný kaolinitický jílovec, s kapalnou složkou, kterou je alespoň jedna látka vybraná ze skupiny zahrnující sodný nebo draselný alkalický aktivátor ve formě roztoku křemičitanu sodného nebo křemičitanu draselného, v hmotnostním poměru pevná složka ku kapalné složce 1 : 1,54, po dobu 60 minut, spočívá v tom, že ze vzniklé směsi se před vytvrzením oddělí supernatant centrifugací, přičemž relativní odstředivá síla pro oddělení supernatantu centrifugací je výhodně alespoň 2000× g.

Description

Způsob výroby geopolymerního pojivá s nízkou porozitou
Oblast techniky
Vynález se týká způsobu výroby geopolymerního pojivá s nízkou porozitou, které má po vytvrdnutí výhodné mechanické vlastnosti.
Dosavadní stav techniky
Geopolymerní pojivá jsou potencionální náhradou za běžně používaná pojivá na bázi portlandského cementu. Hlavním důvodem jsou nižší emise oxidu uhličitého při jejich výrobě, protože výroba geopolymemích pojiv není spojena s rozkladem vápence na oxid vápenatý a oxid uhličitý. Další výhody geopolymemích pojiv oproti pojivům na bázi portlandského cementu jsou, že vykazují velmi dobrou chemickou odolnost a odolnost proti vysokým teplotám.
Geopolymerní pojivá mohou být dále použita jako náhrada za keramické materiály. Výhodou oproti keramice jsou nižší výrobní náklady a tím nižší cena finálního produktu. Při výrobě geopolymemích pojiv dochází k jejich vytvrzení za laboratorní teploty, oproti tomu keramiku je potřeba vypálit při teplotách zpravidla vyšších než 1000 °C.
Dosavadní způsoby výroby geopolymemích pojiv spočívají v alkalické aktivaci hlinitokřemičitanů alkalickým roztokem. Ty zahrnují částečné rozpouštění hlinitokřemičitanů, které je následováno polykondenzační reakcí rozpuštěných částic hlinitokřemičitanů, při kterých se formují vazby SiO-Al-O.
Při alkalické aktivaci hlinitokřemičitanů alkalickým roztokem musí být kapalné a pevné složky dobře promíseny, a to v době několika minut. Směs musí obsahovat vodu, aby byla mísitelná. Aktivované geopolymerní pojivo se obvykle zpracovává litím do formy, kde se nechá vytvrdnout. Nevýhodou tohoto dosavadního způsobu výroby geopolymemích pojiv je, že s rostoucím obsahem vody v geopolymerním pojivu vzrůstá objem pórů ve vytvrzeném pojivu a tím se zhoršují jeho mechanické vlastnosti.
V patentovém spisu CN 106220006 A je popsán způsob výroby geopolymeru na bázi odpadu, jehož podstatou je lisování za studená. Patentový spis US 20180244572 AI se zabývá způsobem výroby vysoce pevného geopolymeru, jehož podstatou je lisování za tepla. Nevýhodou těchto způsobů je vyšší cena. Další nevýhodou druhého způsobuje nutnost vyšších teplot.
Uvedené nevýhody alespoň zčásti odstraňuje způsob výroby geopolymerního pojivá s nízkou porozitou podle vynálezu.
Podstata vynálezu
Způsob výroby geopolymerního pojivá s nízkou porozitou, charakterizovaný tím, že se ze směsi vzniklé mícháním pevné složky, kterou je alespoň jedna látka vybraná ze skupiny zahrnující metakaolin a kalcinovaný kaolinitický jílovec, s kapalnou složkou, kterou je alespoň jedna látka vybraná ze skupiny zahrnující sodný alkalický aktivátor ve formě roztoku křemičitanu sodného a draselný alkalický aktivátor ve formě roztoku křemičitanu draselného, v hmotnostním poměm pevná složka ku kapalné složce 1 : 1,54, po dobu až 60 minut, před vytvrzením oddělí supernatant centrifugací.
Výhodný způsob výroby geopolymerního pojivá s nízkou porozitou mícháním pevné složky, kterou je alespoň jedna látka vybraná ze skupiny zahrnující metakaolin a kalcinovaný kaolinitický
-1CZ 309103 B6 jílovec, s kapalnou složkou, kterou je alespoň jedna látka vybraná ze skupiny zahrnující sodný alkalický aktivátor ve formě roztoku křemiěitanu sodného a draselný alkalický aktivátor ve formě roztoku křemiěitanu draselného, v hmotnostním poměru pevná složka ku kapalné složce 1 : 1,54, po dobu až 60 minut, charakterizovaný tím, že relativní odstředivá síla pro oddělení supematantu centrifugací je alespoň 2000χ g.
Prokázalo se, že způsob výroby geopolymerního pojivá s nízkou porozitou podle vynálezu umožňuje výrobu geopolymemích pojiv s vysokou objemovou hmotností, která mají po vytvrdnutí výhodné mechanické vlastnosti, zejména vyšší pevnost v tlaku a v ohybu.
Příklady uskutečnění vynálezu
Příklad 1
Geopolymerní pojivo s nízkou porozitou bylo připraveno smícháním metakaolinu jako pevné složky se sodným vodním sklem smíchaným s vodným roztokem hydroxidu sodného jako kapalnou složkou v hmotnostním poměru uvedeném v tabulce 1. Po 60 minutách míšení pevné a kapalné složky byl ze vzniklé směsi odcentrifugován supernatant v kyvetě odolné vůči působení alkálií. Odstředění bylo prováděno v centrifuze při relativní odstředivé síle 11 068x g, 10 000 otáčkách za minutu po dobu 30 minut.
Odstředěný supernatant, tedy tekutina nad sedimentem, byl odlit a sediment byl upěchován do formy. Geopolymerní pojivo s nízkou porozitou bylo ponecháno vytvrdnout při teplotě 60 °C po dobu 6 hodin. Molámí poměry oxidů v geopolymerním pojivu s nízkou porozitou jsou uvedeny v tabulce 2.
Tabulka 3 uvádí vlastnosti geopolymerního pojivá s nízkou porozitou (sedimentu) ve srovnání s geopolymerním pojivém připraveným bez odstředění supematantu.
Tabulka 1 - Složení geopolymerního pojivá s nízkou porozitou
Označení vzorku Hmotnostní poměr pevná složka : kapalná složka Hmotnostní podíl v sušině, % hmotn.
Metakaolin Sodný alkalický aktivátor
G1 1 : 1,54 63,5 36,5
Tabulka 2 - Molámí poměiy oxidů v geopolymerním pojivu s nízkou porozitou
Označení vzorku SiO2: A12O3 Na2O: A12O3 Na2O : SiO2 SiO2: H2O
G1 3,84 0,95 0,25 0,25
Tabulka 3 - Vlastnosti geopolymerního pojivá s nízkou porozitou a geopolymerního pojivá připraveného bez odstředění supematantu
-2CZ 309103 B6
Označení vzorku Pevnost v tlaku Pevnost v ohybu Objem pórů Průměr pórů (střed, hodn.) Porozita
[MPa] [MPa] [mm3/g] [nm] [%]
G1 bez odstředění kapalné složky 22,1 5,6 410 49,6 46,8
G1 35,8 6,3 250 31,8 34,8
Příklad 2
Geopolymerní pojivo s nízkou porozitou bylo připraveno smícháním kalcinovaného kaolinitického jílovce jako pevné složky s draselným vodním sklem smíchaným s vodným roztokem hydroxidu draselného jako kapalnou složkou v hmotnostním poměru uvedeném v tabulce 4. Po 10 minutách míšení pevné a kapalné složky byl ze vzniklé směsi odcentrifugován supernatant v kyvetě odolné vůči působení alkálií. Odstředění bylo prováděno v centrifuze při relativní odstředivé síle 2767* g, 5000 otáčkách za minutu po dobu 10 minut.
Odstředěný supernatant, tedy tekutina nad sedimentem, byl odlit a vzniklý sediment byl vlit do formy. Geopolymerní pojivo s nízkou porozitou bylo ponecháno vytvrdnout při teplotě 60 °C po dobu 6 hodin. Molární poměiy oxidů v geopolymemím pojivu s nízkou porozitou jsou uvedeny v tabulce 5.
Tabulka 6 uvádí vlastnosti geopolymemího pojivá s nízkou porozitou (sedimentu) ve srovnání s geopolymemím pojivém připraveným bez odstředění supematantu.
Tabulka 4 - Složení geopolymemího pojivá s nízkou porozitou
Označení vzorku Hmotnostní poměr pevná složka : kapalná složka Hmotnostní podíl v sušině, % hmotn.
Metakaolin Draselný alkalický aktivátor
G2 1 : 1,54 63,5 36,5
Tabulka 5 - Molární poměry oxidů v geopolymemím pojivu s nízkou porozitou
Označení vzorku SiO2: A12O3 K2O: A12O3 K2O : SiO2 SiO2: H2O
G2 3,26 0,82 0,25 0,26
Tabulka 6 - Vlastnosti geopolymemího pojivá s nízkou porozitou a geopolymemího pojivá připraveného bez odstředění supematantu
Označení vzorku Pevnost v tlaku Pevnost v ohybu Objem pórů Průměr pórů (střed, hodn.) Porozita
[MPa] [MPa] [mm3/g] [nm] [%]
G2 bez odstředění kapalné složky 44,1 3,0 390 9,9 46,6
G2 51,0 5,6 220 6,4 32,4
-3CZ 309103 B6
Průmyslová využitelnost
Způsob výroby geopolymerního pojivá s nízkou porozitou podle vynálezu je průmyslově využitelný při výrobě geopolymemích pojiv s vysokou objemovou hmotností, která mají po vytvrdnutí výhodné mechanické vlastnosti, zejména vyšší pevnost v tlaku a v ohybu.

Claims (2)

  1. PATENTOVÉ NÁROKY
    1. Způsob výroby geopolymemího pojivá s nízkou porozitou, vyznačující se tím, že se ze směsi 5 vzniklé mícháním pevné složky, kterou je alespoň jedna látka vybraná ze skupiny zahrnující metakaolin a kalcinovaný kaolinitický jílovec, s kapalnou složkou, kterou je alespoň jedna látka vybraná ze skupiny zahrnující sodný alkalický aktivátor ve formě roztoku křemiěitanu sodného a draselný alkalický aktivátor ve formě roztoku křemiěitanu draselného, v hmotnostním poměru pevná složka ku kapalné složce 1 : 1,54, po dobu až 60 minut, před vytvrzením oddělí supernatant ίο centrifugací.
  2. 2. Způsob výroby podle nároku 1, vyznačující se tím, že relativní odstředivá síla pro oddělení supematantu centrifugací je alespoň 2000x g.
CZ2019270A 2019-05-02 2019-05-02 Způsob výroby geopolymerního pojiva s nízkou porozitou CZ309103B6 (cs)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2019270A CZ309103B6 (cs) 2019-05-02 2019-05-02 Způsob výroby geopolymerního pojiva s nízkou porozitou

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2019270A CZ309103B6 (cs) 2019-05-02 2019-05-02 Způsob výroby geopolymerního pojiva s nízkou porozitou

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ2019270A3 CZ2019270A3 (cs) 2021-02-03
CZ309103B6 true CZ309103B6 (cs) 2022-02-02

Family

ID=74222091

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ2019270A CZ309103B6 (cs) 2019-05-02 2019-05-02 Způsob výroby geopolymerního pojiva s nízkou porozitou

Country Status (1)

Country Link
CZ (1) CZ309103B6 (cs)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CZ20021011A3 (cs) * 2002-03-20 2003-12-17 Vysoká škola chemicko-technologická v Praze Geopolymerní pojivo na bázi popílků
CN106007524A (zh) * 2016-05-23 2016-10-12 武汉理工大学 一种孔隙率梯度可控的地聚物外墙保温板材及其制备方法
US20180244572A1 (en) * 2017-05-23 2018-08-30 Navid Ranjbar Ultra-high strength hot-pressed geopolymeric composition and production method thereof

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CZ20021011A3 (cs) * 2002-03-20 2003-12-17 Vysoká škola chemicko-technologická v Praze Geopolymerní pojivo na bázi popílků
CN106007524A (zh) * 2016-05-23 2016-10-12 武汉理工大学 一种孔隙率梯度可控的地聚物外墙保温板材及其制备方法
US20180244572A1 (en) * 2017-05-23 2018-08-30 Navid Ranjbar Ultra-high strength hot-pressed geopolymeric composition and production method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
CZ2019270A3 (cs) 2021-02-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Liew et al. Structure and properties of clay-based geopolymer cements: A review
RU2599742C2 (ru) Геополимерный композит для бетона ультравысокого качества
Ding et al. Application of geopolymer paste for concrete repair
Al Bakri Abdullah et al. Optimization of alkaline activator/fly ash ratio on the compressive strength of manufacturing fly ash-based geopolymer
RU2387607C2 (ru) Добавка для модификации гипсовых вяжущих, строительных растворов и бетонов на их основе
CN115321858B (zh) 胶凝材料及其制备方法和组合物的用途
FR2758323A1 (fr) Methodes de fabrication de ciments geopolymeriques et ciments obtenus par ces methodes
CN114180898A (zh) 一种再生透水混凝土及其制备方法
CZ309103B6 (cs) Způsob výroby geopolymerního pojiva s nízkou porozitou
CZ2010943A3 (cs) Dvousložkové geopolymerní pojivo a zpusob jeho výroby
RU2412136C1 (ru) Смесь для пенобетона на основе наноструктурированного вяжущего (варианты), способ изготовления изделий из пенобетона (варианты)
Astutiningsih et al. Durability of geopolymer concretes upon seawater exposure
Parveen et al. Mechanical properties of geopolymer concrete: A state of the art report
CZ300134B6 (cs) Dvousložkové geopolymerní pojivo a zpusob jeho výroby
Thang Influence of curing and water to the mechanical properties of geopolymer mortar
RU2197446C2 (ru) Керамическая масса для изготовления керамического кирпича
Zulkifly et al. The synergetic compressive strength and microstructure of fly ash and metakaolin blend geopolymer pastes
RU2786468C1 (ru) Способ получения стеклощелочного вяжущего
RU2440946C2 (ru) Сырьевая смесь для изготовления керамических теплоэффективных стеновых изделий
EP0590210A1 (fr) Mortier ou béton à hautes performances
KR102607272B1 (ko) 알칼리 활성화제 수용액을 활용한 시멘트 조성물의 양생 방법
Mitrović et al. Properties of composite cement with commercial and manufactured metakaolin
RU2804940C1 (ru) Геополимерный композит
Siyal et al. Effect of NaOH and water contents on solidification of sodium silicate free geopolymer
EP3914565B1 (fr) Composition pour la formation d'un géopolymère à propriétés ignifuges et mécaniques améliorées, procédé de fabrication de ce géopolymère et ses utilisations

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Patent lapsed due to non-payment of fee

Effective date: 20230502