CZ309393B6 - Geopolymerní kompozit pro speciální aplikace - Google Patents
Geopolymerní kompozit pro speciální aplikace Download PDFInfo
- Publication number
- CZ309393B6 CZ309393B6 CZ2022-3A CZ20223A CZ309393B6 CZ 309393 B6 CZ309393 B6 CZ 309393B6 CZ 20223 A CZ20223 A CZ 20223A CZ 309393 B6 CZ309393 B6 CZ 309393B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- weight
- cement
- amount
- geopolymer
- cement used
- Prior art date
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 40
- 229920000876 geopolymer Polymers 0.000 title claims description 74
- 239000004568 cement Substances 0.000 claims abstract description 74
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 24
- 239000012190 activator Substances 0.000 claims abstract description 18
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims abstract description 17
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 17
- 239000010440 gypsum Substances 0.000 claims abstract description 15
- 229910052602 gypsum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229920001410 Microfiber Polymers 0.000 claims abstract description 9
- 239000003658 microfiber Substances 0.000 claims abstract description 9
- HRZFUMHJMZEROT-UHFFFAOYSA-L sodium disulfite Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]S(=O)S([O-])(=O)=O HRZFUMHJMZEROT-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 9
- 235000010262 sodium metabisulphite Nutrition 0.000 claims abstract description 9
- 229920000663 Hydroxyethyl cellulose Polymers 0.000 claims abstract description 8
- 239000004354 Hydroxyethyl cellulose Substances 0.000 claims abstract description 8
- 235000019447 hydroxyethyl cellulose Nutrition 0.000 claims abstract description 8
- 229910021487 silica fume Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N kaolin Chemical compound O.O.O=[Al]O[Si](=O)O[Si](=O)O[Al]=O NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000010881 fly ash Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000002893 slag Substances 0.000 claims abstract description 4
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 claims abstract description 3
- 239000004111 Potassium silicate Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000004115 Sodium Silicate Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims abstract description 3
- NNHHDJVEYQHLHG-UHFFFAOYSA-N potassium silicate Chemical compound [K+].[K+].[O-][Si]([O-])=O NNHHDJVEYQHLHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- 229910052913 potassium silicate Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 235000019353 potassium silicate Nutrition 0.000 claims abstract description 3
- 229910052911 sodium silicate Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims description 8
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims description 8
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 3
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 59
- 229920003041 geopolymer cement Polymers 0.000 description 20
- 239000011413 geopolymer cement Substances 0.000 description 20
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 description 12
- 239000011505 plaster Substances 0.000 description 10
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 8
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 7
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 239000004566 building material Substances 0.000 description 4
- 239000004567 concrete Substances 0.000 description 4
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 4
- DWAQJAXMDSEUJJ-UHFFFAOYSA-M Sodium bisulfite Chemical compound [Na+].OS([O-])=O DWAQJAXMDSEUJJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 3
- 235000010267 sodium hydrogen sulphite Nutrition 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002585 base Substances 0.000 description 2
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 2
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 2
- 239000003995 emulsifying agent Substances 0.000 description 2
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 2
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 229920002748 Basalt fiber Polymers 0.000 description 1
- 239000011398 Portland cement Substances 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 150000008044 alkali metal hydroxides Chemical class 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000005187 foaming Methods 0.000 description 1
- 229920000592 inorganic polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 1
- 238000006068 polycondensation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 1
- 239000011150 reinforced concrete Substances 0.000 description 1
- 239000012763 reinforcing filler Substances 0.000 description 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000004753 textile Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B14/00—Use 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
- C04B14/02—Granular materials, e.g. microballoons
- C04B14/04—Silica-rich materials; Silicates
- C04B14/044—Polysilicates, e.g. geopolymers
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B14/00—Use 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
- C04B14/02—Granular materials, e.g. microballoons
- C04B14/04—Silica-rich materials; Silicates
- C04B14/06—Quartz; Sand
- C04B14/062—Microsilica, e.g. colloïdal silica
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B14/00—Use 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
- C04B14/38—Fibrous materials; Whiskers
- C04B14/386—Carbon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B18/00—Use of agglomerated or waste materials or refuse as fillers for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of agglomerated or waste materials or refuse, specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
- C04B18/04—Waste materials; Refuse
- C04B18/14—Waste materials; Refuse from metallurgical processes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
- C04B28/24—Compositions 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
- C04B28/26—Silicates of the alkali metals
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
- Y02P40/10—Production of cement, e.g. improving or optimising the production methods; Cement grinding
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W30/00—Technologies for solid waste management
- Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
- Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)
Abstract
Kompozit obsahuje cement složený z hlinitokřemičitého pojiva na bázi metakaolinu a/nebo mleté vysokopecní granulované strusky a/nebo odletového popílku ve zvoleném jednotkovém množství s dalšími příměsemi, kterými jsou alkalický aktivátor tvořený vodným roztokem křemičitanu sodného nebo draselného v množství tvořícím 65 až 112 % hmotnosti použitého cementu a šamot o velikosti částic v rozmezí 0,1 až 0,5 mm v množství 5 až 120 % hmotnosti užitého cementu a/nebo šamot o velikosti částic v rozmezí 0,05 až 0,1 mm v množství 5 až 80 % hmotnosti použitého cementu. Kromě uvedeného šamotu obsahuje příměs mikrosiliky o jemnosti 0,1 až 0,3 µm v množství tvořícím 5 až 15 % hmotnosti užitého cementu a/nebo uhlíkových mikrovláken o průměru 6 ± 1 µm a délkou vláken 6 mm v množství 1 až 5 % hmotnosti použitého cementu a/nebo disiřičititan sodný v práškové formě v množství 5 až 10 % hmotnosti použitého cementu a/nebo příměs vysokoviskózní hydroxyethyl celulózy v práškové formě v množství 1 až 5 % hmotnosti použitého cementu a/nebo sádru v práškové formě v množství 4 až 5 % hmotnosti použitého cementu.
Description
Geopolymerní kompozit pro speciální aplikace
Oblast techniky
Předkládaný vynález se týká kompozitního materiálu na bázi geopolymerního kompozitu upraveného pro speciální aplikace pomocí dalších příměsí, které vylepšují jeho mechanické vlastnosti. Upravený geopolymerní kompozit je určen k využití v aplikacích, které vyžadují zlepšené mechanické vlastnosti oproti běžným geopolymerům či betonům.
Dosavadní stav techniky
Geopolymery jsou anorganické polymery vznikající polykondenzací hlinitokřemičitých materiálů v zásaditém prostředí, kterého se obvykle dosahuje pomocí speciálních aktivačních roztoků tvořených hydroxidy a oxidy alkalických kovů. Tyto materiály mohou být přírodního (metakaoliny) či umělého původu (odletový popílek). Při reakci vznikají tzv. polysialáty se zeolitickou strukturou. Tento proces imituje přírodní procesy vytvrzování hornin, byť je mnohem rychlejší. Geopolymery mají oproti portlandskému cementu (nejčastěji využívanému stavebnímu materiálu) vyšší pevnost v tlaku, odolnost proti vysokým teplotám, chemickým vlivům, nižší spotřebu energie a nižší emise CO2 při výrobě a nižší tepelnou vodivost. Nižší je naopak pevnost v tahu za ohybu, díky čemuž je vhodné geopolymery vyztužit, podobně jako beton, jehož pevnost v tahu též není příliš vysoká.
Geopolymerní kompozity je možné využít jako alternativu betonu, především do prostředí, kde jsou lépe zužitkovány jejich vlastnosti. Například jejich odolnost vůči vysokým teplotám je umožňuje využít jako formy pro odlévání skla či kovů, zatímco jejich nízká tepelná vodivost a možnost jejich jednoduchého vypěnění umožňuje jejich využití v pasivní protipožární ochraně.
Jakožto výztuž pro stavební materiály je možné využívat například kovové tyče nebo vlákna. K výztuži betonu se nejčastěji používají kovové tyče, obvykle vyrobené ze železa nebo oceli, které zlepšují pevnost v tahu a za ohybu výsledného materiálu (železobetonu). Alternativou ke kovovým tyčím jsou pak různé druhy vláken, například skleněná, textilní, uhlíková, čedičová vlákna apod.
Velkou nevýhodou geopolymerů je nemožnost využívat k jejich výztuži materiály, které neodolají jejich silné zásaditosti, například lehké kovy či jejich slitiny nebo sklo. Skelná vlákna je možné využívat k výztuži geopolymerů pouze pokud jsou alkalivzdorná. Pro výztuhu geopolymerů jsou vhodná například uhlíková vlákna, neboť jsou schopna odolat alkalickému prostředí a mají vyšší pevnost v tahu než například skleněná vlákna. Kromě toho jsou nehořlavá, tepelně stabilní, netoxická a lze je recyklovat.
Podstata vynálezu
Předmětem vynálezu je geopolymerní kompozitní materiál určený pro speciální aplikace se specifickým složením, které takto připravenému geopolymernímu kompozitu poskytují zlepšené mechanické vlastnosti, díky čemuž je materiál vhodný pro aplikace/při kterých dochází k jeho namáhání, příkladně jako silniční podklad, stavební materiál či materiál pro nanášení ochranných vrstev na budovy či jiné objekty.
Geopolymerní kompozit je vytvořen z cementu složeného z hlinitokřemičitého pojiva na bázi metakaolinu a/nebo mleté vysokopecní granulované strusky a/nebo odletového popílku ve zvoleném jednotkovém množství s dalšími příměsemi kterými v základním složení geopolymeru jsou alkalický aktivátor tvořený vodným roztokem křemičitanu sodného nebo draselného v množství tvořícím 65 až 112 % hmotnosti použitého cementu a šamot. Šamot je použit ve formě
- 1 CZ 309393 B6 hrubě namletého šamotu o velikosti částic v rozmezí 0,1 až 0,5 mm v množství 5 až 120 % hmotnosti použitého cementu neboje použit šamot ve formě jemně namletého šamotu o velikosti částic v rozmezí 0,05 až 0,1 mm v množství 5 až 80 % hmotnosti použitého cementu. Základní složení geopolymerního kompozitu obsahuje rovněž současnou přítomnost jak hrubě namletého šamotu v uvedeném množství 5 až 120 % použitého množství geopolymerního cementu, tak současnou přítomnost jemně namletého šamotu v uvedeném množství 5 až 80 % použitého množství geopolymerního cementu. Hmotnost aktivátoru je v rozsahu 65 až 112 % hmotnosti použitého geopolymerního cementu, nicméně obvykle je používáno 90 % hmotnosti geopolymerního cementu.
Kromě uvedeného základního složení geopolymerního materiálu může geopolymer obsahovat další příměsi, a to jednotlivě nebo i ve vzájemné kombinaci. Jedná se o příměs mikrosiliky, tvořené nanočásticemi oxidu křemičitého o jemnosti 0,1 až 0,3 pm v množství tvořícím 5 až 15 % hmotnosti použitého geopolymerního cementu.
Další příměsí jsou uhlíková mikrovlákna v množství 1 až 5 % hmotnosti použitého cementu, přičemž uhlíková mikrovlákna vykazují průměr 6 ±0,3 pm s délkou vláken 6 mm.
Disiřičitan sodný v práškové formě jakožto emulgátor v množství 5 až 10 % použitého množství geopolymerního cementu může tvořit další složku geopolymeru, kromě tedy jemně namletého šamotu a/nebo hrubě namletého šamotu. Disiřičitan sodný se přidává do tekuté směsi geopolymeru/a urychluje geopolymerizaci.
Vysokoviskózní hydroxyethylcelulózy v práškové formě tvoři příměs v množství 1 až 5 % hmotnosti použitého geopolymerního cementu. Celulóza brání praskání geopolymeru a zvyšuje melasticitu směsi, což zlepšuje možnost nanášení na různé povrchy.
Nakonec je možno do geopolymerního materiálu přidat sádru v práškové formě v množství 4 až 5 % hmotnosti použitého geopolymerního cementu. Sádra zajišťuje rychlejší schnutí a lepší adhezi k povrchům, především těm vertikálním, nicméně příliš vysoký obsah sádry (přes 5 % z hmotnosti cementu) by vedl k popraskání geopolymeru při schnutí.
Tyto všechny shora uvedené směsi geopolymerního materiálu je též možné, v závislosti na jejich použití a využití, vyztužit alespoň v jedné vrstvě jednou nebo více zpevňovacími sítěmi z uhlíkových vláken s velikostí ok sítě od 10 x 10 mm do 50 x 50 mm o měrné hmotnosti 130 až 500 g/m2. Sítě z uhlíkových vláken jsou vhodné a v zásaditém prostředí geopolymerní směsi nedegradují.
Sítě z uhlíkových vláken a v základu geopolymerního materiálu použitého šamotu zlepšují mechanické vlastnosti výsledného geopolymerního kompozitu. Takovouto síť je možné využít do všech geopolymerních směsí uváděných složení pro zlepšení mechanické odolnosti kompozitu.
Příklady uskutečnění vynálezu
Následující příklady provedení vynálezu slouží k jeho objasnění, aniž by jimi bylo provedení vynálezu, jakkoliv omezeno.
Všechny geopolymerní kompozitní směsi byly připraveny stejným postupem. Nejprve byl smíchán geopolymerní cement s alkalickým aktivátorem a tato směs byla důkladně promíchána, minimálně po dobu několika minut. Následně byl přidán jemně mletý šamot a/nebo hrubě namletý šamot. Dále byly postupně přidávány jednotlivé uvedené přísady, resp. všechny vyjmenované ostatní přísady, směs byla dále promíchávána a následně nanesena na zkušební plochu a ponechána k vytvrzení při pokojové teplotě, nejméně po dobu jednoho dne. Pokud byla součástí geopolymerní směsi i uhlíková síť, byla nanesena do tloušťky vrstvy spolu s geopolymerním kompozitem.
- 2 CZ 309393 B6
Příklad 1
První geopolymerní směs obsahovala kromě základních přísad pouze jemný šamot o velikosti částic do 0,1 mm v množství 80 % hmotnosti použitého geopolymerního cementu, tvořeného hlinitokřemičitým pojivém na bázi metakaolinu. Použité množství alkalického aktivátoru představovalo 90 % hmotnosti použitého cementu. Geopolymer vykazuje relativně jemnou strukturu, což umožňuje využití této směsi například jako stavební omítky. Vlastnosti směsi mohou být ještě zlepšeny dodatečnou přísadou, resp. dodatečnými přísadami uváděnými a vyjmenovanými výše.
Příklad 2
Další geopolymerní směs obsahovala kromě základních přísad pouze hrubě mletý šamot o velikosti částic v rozmezí od 0,1 do 0,5 mm v množství 100 % hmotnosti použitého geopolymerního cementu. Použité množství alkalického aktivátoru představovalo 90 % hmotnosti použitého cementu. Hrubý šamot slouží v geopolymerních směsích jako zpevňující výplň a tuto směs je tedy možno využít například jako stavební omítku s hrubým vzhledem, kdy se využívá její mechanická odolnost a nízká tepelná vodivost. Geopolymer se využije také jako základ pro další směsi, nicméně vlastnosti kompozitu mohou být zlepšeny vyjmenovanými dodatečnými přísadami.
Příklad 3
Další geopolymerní směs obsahovala kromě základních přísad hrubě mletý šamot o velikosti částic v rozmezí od 0,1 do 0,5 mm v množství 80 % hmotnosti použitého geopolymerního cementu a také jemně mletý šamot o velikosti částic do 0,1 mm v množství 70 % hmotnosti použitého geopolymerního cementu, tvořeného hlinitokřemičitým pojivem na bázi metakaolinu a mleté vysokopecní granulované strusky. Užití kompozitu je obdobné jako v příkladu 1 nebo v příkladu 2, záleží na použitém poměrném množství obou šamotů. Použité množství alkalického aktivátoru představovalo 90 % hmotnosti použitého cementu.
Příklad 4
Další odzkoušená směs obsahovala kromě základních přísad hrubě mletý šamot o velikosti částic v rozmezí od 0,1 do 0,5 mm v množství 100 % hmotnosti použitého cementu a příměs mikrosiliky o jemnosti 0,1 až 0,3 μm v množství tvořícím 10 % hmotnosti cementu. Použité množství alkalického aktivátoru představovalo 90 % hmotnosti použitého cementu.
Podobně jako předchozí kompozitní směs je i tuto směs možné používat například jako omítku s hrubým vzhledem, použitá silika navíc geopolymerní směs zpevňuje a zvyšuje její trvanlivost i chemickou odolnost.
Příklad 5
Další vytvořená směs obsahovala kromě základních přísad hrubě mletý šamot o velikosti částic v rozmezí od 0,1 do 0,5 mm v množství 100 % hmotnosti použitého cementu a příměs uhlíkových mikrovláken o průměru 6 ±1 μm o délce vláken 6 mm v množství 2 % hmotnosti použitého cementu. Alkalický aktivátor představoval 90 % hmotnosti použitého cementu.
Uhlíková vlákna výrazně zlepšují mechanické vlastnosti geopolymeru, především pevnost v tahu za ohybu, která není u samotného geopolymeru příliš dobrá. V kombinaci se šamotem je možné tuto směs využívat jako stavební materiál. Uhlíková vlákna bývají obvykle využívána v kombinaci se silikou.
- 3 CZ 309393 B6
Příklad 6
Další kompozitní směs obsahovala na hrubo mletý šamot o velikosti částic v rozmezí od 0,1 do 5 0,5 mm a příměs disiřičitanu sodného v práškové formě. Šamot představoval 100 % hmotnosti použitého cementu, disiřičitan sodný 5 % hmotnosti použitého cementu a alkalický aktivátor 90 % hmotnosti použitého cementu. Geopolymerní kompozit obsahoval také geopolymerní cement o zvoleném hmotnostním množství, k jehož zvolené hmotnosti se udává použité množství disiřitanu sodného a šamotu. Disiřičitan sodný slouží jako emulgátor tekuté směsi, vhodný je 10 především pro použití při větším množství dalších přísad v geopolymerním kompozitu.
Příklad 7
Další vhodná geopolymerní směs obsahuje hrubý šamot a příměs vysokoviskózní 15 hydroxyethylcelulózy v práškové formě v množství 5 % hmotnosti použitého geopolymerního cementu. Hrubě namletého šamotu je v kompozitu obsaženo 100 % hmotnosti použitého cementu a alkalického aktivátoru je použito 90 % hmotnosti cementu. Základ geopolymeru tvoří geopolymerní cement složený z hlinitokřemičitého pojiva na bázi metakaolinu a elektrárenský odletový popílek. Užitá celulóza brání praskání geopolymeru a také zvyšuje elasticitu směsi. Takto 20 připravená směs je vhodná pro přípravu bezvadných vrstev geopolymeru či geopolymeru v kombinaci s přísadami, které mohou vyvolat jejich praskání, příkladně sádra.
Příklad 8
Tento další příklad ukázkové směsi kompozitu obsahuje jemně namletý šamot a sádru v práškové formě. 60 % hmotnosti použitého geopolymerního cementu tvoří jemně mletý šamot, 5 % hmotnosti použitého cementu tvoří prášková sádra a 90 % hmotnosti použitého cementu tvoří alkalický aktivátor.
Sádra urychluje schnutí cementu a zajišťuje lepší adhezi k pracovnímu povrchu, což činí geopolymerní kompozity s obsahem sádry vhodné pro využití při aplikacích na vertikální povrchy. Příkladem užití jsou omítky, avšak příliš vysoký obsah sádry vede k popraskání geopolymeru (přes 5 %).
Příklad 9
Tento příklad dokládá užití uhlíkové sítě, která je vložena buď do geopolymerní formy nebo do tloušťky vrstvy geopolymeru, resp. na povrch, na který je kompozitní směs nanášena. Kompozitní směs obsahuje geopolymerní cement, 90 % z hmotnosti použitého geopolymerního cementu 40 alkalického aktivátoru a 100 % hmotnosti použitého geopolymerního cementu hrubě namletý šamot. Užita je síť z uhlíkových vláken s velikostí ok 30 x 30 mm o měrné hmotnosti 250 g/m2. Uhlíkové sítě obecně zlepšují mechanické vlastnosti geopolymeru, především pevnost v tahu. Jsou vhodné prakticky obecně pro geopolymer jakéhokoliv složení.
Příklad 10
Specifikem této geopolymerní směsi je vysoký obsah jemného šamotu, konkrétně 80 % z hmotnosti použitého geopolymerního cementu, což je nejvyšší obsah ve stanoveném rozsahu, a nulový obsah hrubého šamotu. Směs měla následující složení. Geopolymerní cement a alkalický aktivátor 50 v množství 90 % hmotnosti z použitého množství cementu tvoří základní přísady kompozitu.
Použitý šamot o velikosti částic v rozmezí 0,05 až 0,1 mm. Dalšími přísadami jsou mikrosilika o jemnosti 0,1 až 0,3 μm v množství tvořícím 10 % hmotnosti použitého cementu, uhlíková mikrovlákna o průměru 6 ± 1 μm a průměrnou délkou vláken 6 mm v množství 1 % hmotnosti použitého cementu, disiřičitan sodný v práškové formě v množství 5 % hmotnosti použitého 55 cementu, vysokoviskózní hydroxyethylcelulózy v práškové formě v množství 1 % hmotnosti
- 4 CZ 309393 B6 použitého cementu a sádra v práškové formě v množství 5 % hmotnosti použitého množství cementu.
Takto připravená geopolymerní směs je vhodná například jako materiál pro opravu prasklin ve stěnách či jako omítka. Dodatečné přísady dále zlepšují mechanické vlastnosti, urychlují schnutí a omezují praskání geopolymeru. Uvedené přísady je vhodné využívat zároveň pro výrazné zlepšení mechanických i užitných vlastností kompozitu.
Příklad 11
Specifikem této geopolymerní směsi je rovněž obsah jemného šamotu, konkrétně 60 % hmotnosti oproti hmotnostnímu obsahu geopolymerního cementu a také nulový obsah hrubého šamotu. Geopolymerní cement a alkalický aktivátor v množství 90 % hmotnosti z použitého množství cementu tvoří základní přísady kompozitu. Směs měla následující složení. Mikrosiliku o jemnosti 0,1 až 0,3 pm v množství 10 % hmotnosti použitého množství geopolymerního cementu, uhlíková mikrovlákna o průměru 6 ±1 pm s průměrnou délkou vláken 6 mm v množství 1 % hmotnosti použitého cementu, disiřičitan sodný v práškové formě v množství 5 % hmotnosti použitého cementu, vysokoviskózní hydroxyethylcelulózu v práškové formě v množství 1 % hmotnosti použitého cementu a sádru v práškové formě v množství 4 % hmotnosti použitého množství cementu.
Takto připravená geopolymerní směs je též vhodná například jako materiál pro opravu prasklin ve stěnách či jako omítka. Využiti dodatečných přísad dále zlepšuje mechanické vlastnosti, urychluje schnutí a omezuje praskání geopolymeru.
Příklad 12
Specifikem této geopolymerní směsi je 100 % obsah hrubého šamotu oproti obsahu geopolymerního cementu a nulový obsah jemného šamotu. Hrubý šamot vykazuje velikost částic v rozmezí 0,1 do 0,5 mm. Geopolymerní cement a alkalický aktivátor v množství 90 % hmotnosti z použitého množství cementu tvoří základní přísady kompozitu. Směs měla následující složení. Mikrosiliku o jemnosti 0,1 až 0,3 pm v množství 10 % hmotnosti použitého množství geopolymerního cementu, uhlíková mikrovlákna o průměru 6 ±1 pm s průměrnou délkou vláken 6 mm v množství 1 % hmotnosti použitého cementu, disiřičitan sodný v práškové formě v množství 5 % hmotnosti použitého cementu, vysokoviskózní hydroxyethylcelulózu v práškové formě v množství 1 % hmotnosti použitého cementu a sádru v práškové formě v množství 4 % hmotnosti použitého množství cementu.
Takto připravená geopolymerní směs je vhodná například jako termoizolační mezivrstva či omítka s hrubým vzhledem, též může sloužit například jako základ pro směsi s dalšími příměsemi, příkladně kamínky pro vytvoření přírodního vzhledu omítky. Aplikace dodatečných přísad do kompozitu dále zlepšuje mechanické vlastnosti, urychluje schnutí a omezuje praskání geopolymeru.
Příklad 13
Další geopolymerní směs měla následující složení. Jejím specifikem je kombinování obsahu hrubého šamotu s 60 % hmotnosti zvoleného z obsahu geopolymerního cementu a současného obsahu jemného šamotu s 30 % hmotnosti z obsaženého geopolymerního cementu. Hrubě namletý šamot má velikost částic v rozmezí od 0,1 do 0,5 mm, jemně namletý šamot vykazoval částice v rozmezí 0,05 do 0,1 mm. Alkalického aktivátoru bylo užito 90 % hmotnosti použitého množství geopolymerního cementu. Dalšími přísadami kompozitu jsou mikrosilika o jemnosti 0,1 až 0,3 pm v množství 10 % hmotnosti použitého množství geopolymerního cementu, uhlíková mikrovlákna o průměru 6 ±1 pm s průměrnou délkou vláken 6 mm v množství 1 % hmotnosti použitého cementu, disiřičitan sodný v práškové formě v množství 5 % hmotnosti použitého cementu,
- 5 CZ 309393 B6 vysokoviskózní hydroxyethylcelulóza v práškové formě v množství 1 % hmotnosti použitého cementu a sádra v práškové formě v množství 4 % hmotnosti použitého množství cementu.
Takto připravená geopolymerní směs je, podobně jako předchozí směs v příkladu 12, vhodná 5 například jako termoizolační mezivrstva či omítka s hrubým vzhledem, též může sloužit například jako základ pro směsi s dalšími příměsemi, například kamínky pro vytvoření přírodního vzhledu omítky. Shora zmíněné přísady kompozitu dále zlepšují mechanické vlastnosti, urychlují schnutí a omezují praskání geopolymeru.
Průmyslová využitelnost
Takto připravené geopolymerní směsi vykazují zlepšené mechanické a termoizolační vlastnosti oproti samotnému geopolymeru, což umožňuje jejich využití například jako mezivrstev pro 15 tepelnou izolaci či materiálu pro opravu prasklin ve stěnách. K tomu jsou vhodné především směsi využívající hrubý šamot. Směsi s jemným šamotem pak mají hladší povrch, díky čemuž jsou vhodné například jakožto odolná a izolující omítka, čemuž napomáhá i vysoká adheze této směsi k vertikálním povrchům.
Claims (7)
1. Geopolymerní kompozit pro speciální aplikace, vytvořený na bázi geopolymerního cementu, vyznačující se tím, že obsahuje cement složený z hlinitokřemičitého pojiva na bázi metakaolinu a/nebo mleté vysokopecní granulované strusky a/nebo odletového popílku ve zvoleném jednotkovém množství s dalšími příměsemi kterými jsou alkalický aktivátor tvořený vodným roztokem křemičitanu sodného nebo draselného v množství tvořícím 65 až 112 % hmotnosti použitého cementu a šamot o velikosti částic v rozmezí 0,1 až 0,5 mm v množství 5 až 120 % hmotnosti použitého cementu a/nebo šamot o velikosti částic v rozmezí 0,05 až 0,1 mm v množství 5 až 80 % hmotnosti použitého cementu.
2. Geopolymerní kompozit pro speciální aplikace podle nároku 1, vyznačující se tím, že obsahuje příměs mikrosiliky o jemnosti 0,1 až 0,3 pm v množství tvořícím 5 až 15 % hmotnosti použitého cementu.
3. Geopolymerní kompozit pro speciální aplikace podle nároku 1, vyznačující se tím, že obsahuje příměs uhlíkových mikrovláken o průměru 6 ±1 pm a délkou vláken 6 mm v množství 1 až 5 % hmotnosti použitého cementu.
4. Geopolymerní kompozit pro speciální aplikace podle nároku 1, vyznačující se tím, že obsahuje příměs disiřičitanu sodného v práškové formě v množství 5 až 10 % hmotnosti použitého cementu.
5. Geopolymerní kompozit pro speciální aplikace podle nároku 1, vyznačující se tím, že obsahuje příměs vysokoviskózní hydroxyethylcelulózy v práškové formě v množství 1 až 5 % hmotnosti použitého cementu.
6. Geopolymerní kompozit pro speciální aplikace podle nároku 1, vyznačující se tím, že obsahuje příměs sádry v práškové formě v množství 4 až 5 % hmotnosti použitého cementu.
7. Geopolymerní kompozit pro speciální aplikace podle nároku 1, vyznačující se tím, že do tloušťky vrstvy geopolymeru je vložena alespoň jedna síť z uhlíkových vláken s velikostí ok od 10 x 10 mm až do 50 x 50 mm o měrné hmotnosti 130 až 500 g/m2.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2022-3A CZ20223A3 (cs) | 2022-01-04 | 2022-01-04 | Geopolymerní kompozit pro speciální aplikace |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2022-3A CZ20223A3 (cs) | 2022-01-04 | 2022-01-04 | Geopolymerní kompozit pro speciální aplikace |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ309393B6 true CZ309393B6 (cs) | 2022-11-09 |
| CZ20223A3 CZ20223A3 (cs) | 2022-11-09 |
Family
ID=83899253
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2022-3A CZ20223A3 (cs) | 2022-01-04 | 2022-01-04 | Geopolymerní kompozit pro speciální aplikace |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ20223A3 (cs) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| UA102872C2 (ru) * | 2011-06-14 | 2013-08-27 | Публичное Акционерное Общество "Украинский Научно-Исследовательский Институт Огнеупоров Имени А.С. Бережного" | Алюмосиликатная бетонная смесь |
| CZ2019602A3 (cs) * | 2019-09-23 | 2020-07-15 | Unipetrol výzkumně vzdělávací centrum, a.s. | Kompozit s velkou akumulací tepla |
-
2022
- 2022-01-04 CZ CZ2022-3A patent/CZ20223A3/cs unknown
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| UA102872C2 (ru) * | 2011-06-14 | 2013-08-27 | Публичное Акционерное Общество "Украинский Научно-Исследовательский Институт Огнеупоров Имени А.С. Бережного" | Алюмосиликатная бетонная смесь |
| CZ2019602A3 (cs) * | 2019-09-23 | 2020-07-15 | Unipetrol výzkumně vzdělávací centrum, a.s. | Kompozit s velkou akumulací tepla |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ20223A3 (cs) | 2022-11-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Ali et al. | Influence of glass fibers on mechanical and durability performance of concrete with recycled aggregates | |
| Şahin et al. | Effect of basalt fiber on metakaolin-based geopolymer mortars containing rilem, basalt and recycled waste concrete aggregates | |
| Guo et al. | Sulfate resistance of hybrid fiber reinforced metakaolin geopolymer composites | |
| Alomayri et al. | Characterisation of cotton fibre-reinforced geopolymer composites | |
| RU2721049C1 (ru) | Холодный бетон | |
| Midhun et al. | Mechanical and fracture properties of glass fiber reinforced geopolymer concrete | |
| Cai et al. | Low-energy impact behavior of ambient cured engineered geopolymer composites | |
| Ganesh et al. | Structural performance of hybrid fiber geopolymer concrete beams | |
| Bayraktar et al. | Slag/diatomite-based alkali-activated lightweight composites containing waste andesite sand: mechanical, insulating, microstructural and durability properties | |
| Won et al. | Eco-friendly fireproof high-strength polymer cementitious composites | |
| CZ201537A3 (cs) | Žáruvzdorný geopolymerní kompozit s nízkou měrnou hmotností pro konstrukční prvky protipožárních zábran | |
| Montes et al. | Influence of activator solution formulation on fresh and hardened properties of low-calcium fly ash geopolymer concrete | |
| Neupane | Investigation on modulus of elasticity of powder-activated geopolymer concrete | |
| CZ309393B6 (cs) | Geopolymerní kompozit pro speciální aplikace | |
| Gnanasoundarya et al. | Experimental study on ternary blended concrete under elevated temperature | |
| Rao et al. | Residual compressive strength of fly ash based glass fiber reinforced high performance concrete subjected to acid attack | |
| CZ309421B6 (cs) | Antivibrační geopolymerní kompozit pro speciální aplikace | |
| CZ309516B6 (cs) | Rychletuhnoucí geopolymerní kompozit pro speciální aplikace | |
| CZ36243U1 (cs) | Antivibrační geopolymerní kompozit pro speciální aplikace | |
| CZ36789U1 (cs) | Geopolymerní kompozit | |
| CZ309416B6 (cs) | Odlehčený tepelně izolační geopolymerní kompozit pro speciální aplikace a způsob jeho výroby | |
| CZ36122U1 (cs) | Rychletuhnoucí geopolymerní kompozit pro speciální aplikace | |
| Yıldızel | Mechanical and thermal behaviors comparison of basalt and glass fibers reinforced concrete with two different fiber length distributions | |
| CZ2022160A3 (cs) | Geopolymerní kompozit pro speciální aplikace, vytvořený na bázi geopolymerního cementu | |
| Teja et al. | Investigation on metakaolin and silicafume incorporated concrete under elevated temperature |