CZ309416B6 - Odlehčený tepelně izolační geopolymerní kompozit pro speciální aplikace a způsob jeho výroby - Google Patents

Odlehčený tepelně izolační geopolymerní kompozit pro speciální aplikace a způsob jeho výroby Download PDF

Info

Publication number
CZ309416B6
CZ309416B6 CZ2022-94A CZ202294A CZ309416B6 CZ 309416 B6 CZ309416 B6 CZ 309416B6 CZ 202294 A CZ202294 A CZ 202294A CZ 309416 B6 CZ309416 B6 CZ 309416B6
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
amount
geopolymer
weight
powder form
minutes
Prior art date
Application number
CZ2022-94A
Other languages
English (en)
Other versions
CZ202294A3 (cs
Inventor
Ewa Katarzyna Buczkowska
Buczkowska Ewa Katarzyna Ing., Ph.D.
Petr Louda
CSc. Louda Petr prof. Ing.
Piotr Los
David Nefe
Original Assignee
Technická univerzita v Liberci
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 Technická univerzita v Liberci filed Critical Technická univerzita v Liberci
Priority to CZ2022-94A priority Critical patent/CZ309416B6/cs
Publication of CZ202294A3 publication Critical patent/CZ202294A3/cs
Publication of CZ309416B6 publication Critical patent/CZ309416B6/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
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00Processes or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/50Disassembling, repairing or modifying dynamo-electric machines
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B09DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09BDISPOSAL OF SOLID WASTE NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B09B5/00Operations not covered by a single other subclass or by a single other group in this subclass
    • 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
    • C04B14/22Glass ; Devitrified glass
    • 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
    • C04B18/00Use 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
    • C04B18/04Waste materials; Refuse
    • C04B18/06Combustion residues, e.g. purification products of smoke, fumes or exhaust gases
    • C04B18/08Flue dust, i.e. fly ash
    • 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
    • C04B18/00Use 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
    • C04B18/04Waste materials; Refuse
    • C04B18/14Waste materials; Refuse from metallurgical processes
    • C04B18/141Slags
    • 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
    • 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
    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/91Use of waste materials as fillers for mortars or concrete

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Crushing And Pulverization Processes (AREA)
  • Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)

Abstract

Odlehčený tepelně izolační geopolymerní kompozit pro speciální aplikace 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 geopolymerního cementu a duté skleněné mikrokuličky vyrobené ze sodnovápenatého skla, borosilikátového skla či jejich směsi o velikosti mikrokuliček do 150 µm, přičemž obsah mikrokuliček je od 0,1 až do 20 % hmotnosti použitého množství geopolymerního cementu. Dalšími příměsemi kompozitu jsou buď jednotlivě nebo ve vzájemné kombinaci uhlíková mikrovlákna, mikrosilika, mikrocelulóza v práškové formě, disiřitan sodný v práškové formě a sádra v práškové formě. Způsob výroby geopolymerního kompozitu zahrnuje mísení geopolymerního cementu s alkalickým aktivátorem po dobu 2 až 5 minut, příměs uhlíkových mikrovláken s následným promícháním po dobu 4 až 8 minut, následuje přidání mikrosiliky a/nebo mikrocelulózy v práškové formě a/nebo disiřičitanu sodného v práškové formě s následným promícháním po dobu 2 až 5 minut, přídavek dutých skleněných mikrokuliček do směsi a její míchání po dobu 1 až 3 minut a nakonec se přidá do kompozitu sádra v práškové formě a následně se promíchá po dobu 1 až 3 minut.

Description

Odlehčený tepelně izolační geopolymerní kompozit pro speciální aplikace a způsob jeho výroby
Oblast techniky
Předkládaný vynález se týká kompozitního materiálu na bázi geopolymeru upraveného pomocí příměsí, které vylepšují jeho mechanické vlastnosti. Vyztužený geopolymerní kompozit je určen k využití v aplikacích, které vyžadují zlepšené mechanické vlastnosti oproti běžným geopolymerům či betonům. Vynález se rovněž týká způsobu výroby odlehčeného tepelně izolačního geopolymemího kompozitu.
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 původu (metakaoliny) či umělého původu (odletový popílek). Při reakci vznikají tzv polysialáty se zeolitickou strukturou. Tento proces imituje přírodní procesy vytvrzován 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 na jejich výrobu a emise CO2 při výrobě a také 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 tepelní 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 z oceli, které zlepšují pevnost v tahu a v tahu za ohybu výsledného materiálu (železobetonu) Alternativou ke kovovým tyčím jsou pak různé druhy vláken, například skleněná, textilní uhlíková, čedičová 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 pouze pokud jsou alkalivzdomá. Pro výztuhu geopolymerů jsou vhodná například uhlíková vlákna, neboť jsou schopna odolat alkalickému prostředí a mají vyšší pevnost v tahu než například skelná vlákna. Kromě toho jsou nehořlavá, tepelně stabilní, netoxická a lze je recyklovat.
Podstata vynálezu
Předmětem vynálezu je geopolymerní kompozitní materiál odlehčený a tepelně izolační se specifickým složením a příměsí skleněných mikrokuliěek a také dalších příměsí, které mu poskytují výrazně nižší hustotu a lepší termoizolaění vlastnosti, díky čemuž je materiál vhodný pro aplikace, při kterých jsou tyto vlastnosti vhodné, například jako zvuková izolace či materiál pro výrobu odlehčených konstrukcí. Duté skleněné mikrokuliěky (vyráběné například firmou 3M) jsou vynikající odlehěující příměsí pro kompozitní materiály, včetně plastových či betonových. Díky velice nízké hustotě výrazně snižují hmotnost výsledného dílu, přičemž jejich vliv na mechanické vlastnosti kompozitu je malý. Také jsou chemicky i tepelně stabilní a odolné vůči vodě i jiným kapalinám. Odolávají i silně zásaditému prostředí v geopolymerech. Tyto duté skleněné
- 1 CZ 309416 B6 mikrokuličky se vyrábějí ze sodnovápenatého nebo borosilikátového skla. Geopolymemí směs připravená s příměsí těchto mikrokuliček je též vhodná pro 3D tisk.
Podstata vynálezu spočívá v tom, že geopolymemí kompozit je vytvořen s příměsí, vyjádřeno v procentech hmotnosti užitého množství geopolymemího cementu, dutých skleněných mikrokuliček vyrobených ze sodnovápenatého skla nebo borosilikátového skla či jejich směsi, o velikosti mikrokuliček do 150 pm, a s rozsahem jejich množství v geopolymemím kompozitu odpovídajícímu 0,1 až 20 % hmotnosti použitého množství geopolymemího cementu. Vzhledem k nízké hmotnosti mikrokuliček mohou jejich některé dmhy dosahovat velmi vysokého objemového podílu. Základní složení geopolymemího kompozitu obsahuje tedy geopolymemí cement složený z hlinitokřemičitého pojivá na bázi metakaolinu a/nebo mleté vysokopecní granulované stmsky 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 geopolymemího cementu a shora uvedené duté skleněné mikrokuličky s velikostí do 150 pm. Obvykle užívané množství alkalického aktivátoru představuje 90 % hmotnosti použitého množství geopolymemího cementu.
K tomuto uvedenému základnímu složení geopolymemího kompozitu mohou být přidány další příměsi, ato buď jednotlivě nebo ve zvolené vzájemné kombinaci. Dále uvedené příměsi přispívají ke zlepšení vlastností kompozitního materiálu a také určují vhodnost kompozitu k různým účelům jeho použití.
Takovou příměsí může být užití mikrosiliky o jemnosti 0,1 až 0,3 pm v množství 0,1 až 15 % hmotnosti použitého geopolymemího cementu. Další vhodnou příměs mohou tvořit uhlíková mikrovlákna o průměru 6 ±1 pm a délkou vláken 6 mm v množství 0,1 až 5 % hmotnosti použitého geopolymemího cementu. Příměs disiřičitanu sodného v práškové formě množství 0,1 až 10 % hmotnosti použitého geopolymemího cementu je další možností vytvoření kompozitu. Další příměsí, je vysokoviskózní hydroxyethylcelulóza v práškové formě v množství 0,1 až 3 % hmotnosti použitého geopolymemího cementu. Nakonec je za příměs kompozitu zvolena sádra v práškové formě v množství 0,1 až 5 % hmotnosti použitého geopolymemího cementu.
Uvedené kompozitní směsi je možno v závislosti na jejich využití vyztužit jednou nebo více zpevňovacími sítěmi z vhodného materiálu, například z uhlíku, který v zásaditém prostředí geopolymemí směsi nedegraduje. Výztuha z uhlíkových vláken je vložena do tloušťky vrstvy geopolymem s velikostí ok od 10 x 10 mm až do 50 x 50 mm o měrné hmotnosti 130 až 500 g/m2.
Pro tento typ geopolymemího kompozitu je třeba při jeho přípravě přidávat jednotlivé složky v následujícím pořadí. Jako prvá složka je do odměřeného množství geopolymemího cementu přidán alkalický aktivátor a směs je třeba promíchat dvě až pět minut. Při přípravě směsi za použití všech uvedených přísad je třeba dodržovat přidávání přísad v následujícím pořadí a rovněž dodržovat čas na jejich zapracování do směsi. Třetí položkou přidávanou do připravované polymemí směsi jsou uhlíková mikrovlákna s následným mícháním po dobu čtyř až osmi minut. Následují položky v uvedeném pořadí mikrosilika, vysokoviskózní hydroxyethylcelulóza v práškové formě a disiřičitan sodný v práškové formě s následným promícháním takto připravené směsi po dobu dvě minuty až pět minut. Poté se do připravované směsi kompozitního materiálu přidají duté skleněné mikrokuličky v požadovaném množství a směs se opět promíchá po dobu jedné minuty až tří minut. Nakonec se do směsi přidá sádra v práškové formě a připravený kompozit se míchá po dobu jedné minuty až tří minut.
Takto provedený postup míchání směsi zajišťuje postupné důkladné rozmíchání všech složek, především uhlíková mikrovlákna je vhodné rozmíchávat delší dobu, a zároveň zvolený postup zabraňuje přílišnému míchání sádry či dutých skleněných mikrokuliček, což by mohlo vést k horším vlastnostem výsledného geopolymeru.
-2CZ 309416 B6
Pokud některá z uvedených přísad není použita, ostatní přísady jsou přidávány ve stejném shora uvedeném pořadí a při zachování stejných časů přípravy geopolymemího kompozitu. Čas stanovený na promíchání kompozitní směsi pro vynechanou přísadu se nepoužije.
Základní složení geopolymemího kompozitu, jak bylo uvedeno, obsahuje geopolymemí cement, alkalický aktivátor a duté skleněné mikrokuličky s velikostí do 150 pm. Po smíchání zvoleného množství geopolymemího cementu a příslušného množství alkalického aktivátoru se směs míchá v časovém intervalu dvě minuty až pět minut. Do kompozitní směsi se nyní přidá stanovené zvolené množství dutých skleněných mikrokuliček a materiál se podrobí míchání v časovém intervalu jedna minuta až tři minuty. Tím je základní složení geopolymemího kompozitu připraveno k použití. Duté skleněné mikrokuličky snižují hustotu výsledného materiálu a zlepšují jeho teplotní a zvukovou izolaci.
Uhlíková mikrovlákna přidaná do směsi zlepšují mechanické vlastnosti výsledného geopolymemího kompozitu, mikrosilika zlepšuje mechanické vlastnosti a chemickou odolnost, disiřičitan sodný v práškové formě slouží jako emulgátor tekuté směsi a urychluje geopolymerizaci a sádra v práškové formě zajišťuje rychlejší schnutí a lepší adhezi k povrchům, především těm vertikálním, nicméně příliš vysoký obsah sádry (přes 5 %) by vedl k popraskání geopolymeru při schnutí. Vysokoviskózní hydroxyethylcelulóza v práškové formě brání praskání použitého kompozitu a zvyšuje elasticitu směsi, což zlepšuje možnost nanášení na různé povrchy.
Příklady uskutečnění vynálezu
Následující příklady provedení vynálezu slouží k jeho objasnění, aniž by jimi byl vynález, jakkoliv omezen.
Pro přípravu jednotlivých vzorků kompozitu byla využita uhlíková síť typu HTC 10/15, výrobce Alligard s.r.o., velikost ok 10/15 mm (příčně/podélně).
U všech ukázkových kompozitních směsí byly využity kuličky výrobce 3M, typu 20K - Do 105, průměr 105 pm a při přípravě jednotlivých kompozitů byl použit postup uvedený v patentových nárocích a rovněž popsaný v odstavci uvádějící podstatu vynálezu, a to v závislosti na použitých druzích příměsí.
Postup při výrobě a přípravě odlehčených tepelně izolačních geopolymemích směsí obsahuje následující kroky:
• geopolymemí cement + alkalický aktivátor - doporučeno míchat 2 minuty až 5 minut;
• příměs uhlíkových mikrovláken - doporučeno míchat 4 minuty až 8 minut;
• mikrosilika a/nebo mikrocelulóza v práškové formě a/nebo disiřičitan sodný v práškové formě - doporučeno míchat 2 minuty až 5 minut;
• duté skleněné mikrokuličky - doporučeno míchat 1 minutu až 3 minuty; a • sádra v práškové formě - doporučeno míchat 1 minutu až 3 minuty.
Příklad 1
První ukázková směs geopolymemího kompozitu obsahuje kromě základu geopolymemího cementu a alkalického aktivátoru pouze přísadu skleněných dutých mikrokuliček v množství odpovídajícímu 3 % hmotnosti použitého množství geopolymemího cementu. Geopolymemí cement tvoří hlinitokřemičité pojivo na bázi metakaolinu a mletá vysokopecní granulovaná stmska ve zvoleném jednotkovém množství. Použitý alkalický aktivátor tvoří vodný roztok křemičitanu sodného nebo draselného v množství 90 % hmotnosti použitého geopolymemího cementu.
Použití samotných dutých skleněných mikrokuliček tepelné izolační geopolymemí kompozit výrazně odlehčuje, nicméně jeho užitné vlastnosti lze dále zlepšit pomocí dalších dodatečných příměsí.
Příklad 2
Další odlehčený tepelně izolační geopolymemí kompozit obsahuje duté skleněné mikrokuličky v množství 4 % hmotnosti z použitého množství geopolymemího cementu a mikrosiliku o jemnosti 0,1 až 0,3 pm v množství 10 % hmotnosti použitého geopolymemího cementu. Geopolymemí ίο cement tvoří hlinitokřemičité pojivo na bázi metakaolinu a mletá vysokopecní granulovaná struska ve zvoleném jednotkovém množství. Použitý alkalický aktivátor je vodný roztok křemičitanu sodného nebo draselného v množství 90 % hmotnosti použitého geopolymemího cementu.
Podobně jako v prvním příkladu je geopolymemí kompozit výrazně lehčí, než by byl bez dutých 15 skleněných mikrokuliček, použitá mikrosilika navíc geopolymemí směs zpevňuje a zvyšuje její trvanlivost i chemickou odolnost (za tímto účelem se silika přidává i do běžného cementu).
Příklad 3
K vytvoření základního složení kompozitu je využit geopolymemí cement, alkalický aktivátor a duté skleněné mikrokuličky v souladu s příkladem 2. Navíc kompozitní směs obsahuje kromě dutých skleněných mikrokuliček ještě uhlíková mikrovlákna o průměru 6 ±1 pm s průměrnou délkou vláken 6 mm v množství 2 % hmotnosti použitého geopolymemího cementu.
Uhlíková mikrovlákna výrazně zlepšují mechanické vlastnosti geopolymem, především pevnost v tahu za ohybu, která není u samotného geopolymem příliš dobrá. V kombinaci se skleněnými mikrokuličkami tak vzniká odlehčená a pevná struktura, kterou je možné využívat například jako tepelně a zvukově izolační materiál.
Příklad 4
Další ukázková kompozitní směs obsahuje geopolymemí cement na bázi metakaolinu a odletového popílku ve zvoleném jednotkovém množství, alkalický aktivátor tvořený vodným roztokem křemičitanu sodného nebo draselného v množství tvořícím 90 % hmotnosti použitého 35 geopolymemího cementu a duté skleněné mikrokuličky vyrobené ze sodnovápenatého skla a s obsahem dutých skleněných mikrokuliček v množství 4 % hmotnosti použitého geopolymemího cementu. Kromě shora uvedených ingrediencí geopolymemí směs obsahuje disiřičitan sodný v práškové podobě v množství 5 % hmotnosti použitého geopolymemího cementu.
Disiřičitan sodný slouží jako emulgátor tekuté směsi, vhodný je především pro použití při větším množství dodatečných přísad v kompozitní směsi.
Příklad 5
Složení této kompozitní směsi vychází z předchozího příkladu 4 při zachování složení geopolymemího cementu, obsahu alkalického aktivátoru a také obsahu dutých skleněných kuliček. Další složkou této směsi je obsah mikrocelulózy v práškové formě v množství 5 % hmotnosti použitého množství geopolymemího cementu.
so Celulóza brání praskání geopolymem, takto připravená směs je tedy vhodná pro přípravu bezvadných vrstev geopolymem či v kombinaci s přísadami, které mohou vyvolat praskání vrstvy geopolymem jako je příkladně sádra. Také přísada mikrocelulózy zvyšuje elasticitu směsi.
-4CZ 309416 B6
Příklad 6
V této geopolymerní směsi cement tvoří hlinitokřemičité pojivo na bázi metakaolinu a odletový popílek ve zvoleném jednotkovém množství. Použitý alkalický aktivátor tvoří vodný roztok křemičitanu sodného nebo draselného v množství 90 % hmotnosti použitého geopolymemího cementu. Skleněné duté mikrokuličky v množství odpovídajícímu 4 % hmotnosti použitého množství geopolymemího cementu. Další příměsí kompozitu je sádra v práškové formě, a to v maximálním množství 5 % hmotnosti použitého množství geopolymemího cementu.
Sádra urychluje schnutí geopolymemího cementu a zajišťuje lepší adhezi k povrchu, což opět činí směsi obsahující sádru vhodné pro využití při aplikaci na vertikální povrch, například jako omítka, nicméně příliš vysoký obsah sádry (přes 5 %) vede k popraskání geopolymem.
Příklad 7
Tento příklad reprezentuje užití zpevňující sítě z uhlíkových vláken. Tato ukázková kompozitní směs vychází z příkladu 1 a obsahuje geopolymerní cement, alkalický aktivátor podle příkladu 1 a duté skleněné mikrokuličky v množství 4 % hmotnosti použitého množství geopolymemího cementu. Uhlíková síť je vložena do geopolymerní formy či na její povrch, na který je uvedená směs nanášena. Síť z uhlíkových vláken je vložena do tloušťky vrstvy geopolymem. Použita je síť s velikostí ok 10 x 15 mm (příčně x podélně) o měrné hmotnosti 230 g/m2.
Uhlíkové sítě obecně zlepšují mechanické vlastnosti geopolymem, především pevnost v tahu, jsou tedy vhodné prakticky pro geopolymer jakéhokoliv složení.
Příklad 8
Další ukázková kompozitní směs podle tohoto příkladu obsahuje všechny přísady uváděné v patentových nárocích vyjma uhlíkové sítě. Směs obsahuje cement složený z hlinitokřemičitého pojivá na bázi metakaolinu, mleté vysokopecní granulované strusky a odletového popílku ve zvoleném jednotkovém množství s další základní příměsí kterou je alkalický aktivátor tvořený vodným roztokem křemičitanu sodného nebo draselného v množství tvořícím 90 % hmotnosti použitého geopolymemího cementu.
Dalšími příměsemi geopolymem tedy jsou uhlíková mikrovlákna o průměru 6 ±1 pm o průměrné délce vláken 6 mm v množství 1 % hmotnosti použitého geopolymemího cementu, mikrosilika o jemnosti 0,1 až 0,3 pm v množství 15 % hmotnosti použitého geopolymemího cementu, vysokoviskózní hydroxyethylcelulóza v práškové formě v množství 1 % hmotnosti použitého geopolymemího cementu, disiřičitan sodný v práškové formě v množství 5 % hmotnosti použitého geopolymemího cementu, duté skleněné mikrokuličky vyrobené z borosilikátového skla o velikosti do 105 pm a obsahem mikrokuliček 7 % hmotností použitého množství geopolymemího cementu, a nakonec sádra v práškové formě v množství 5 % hmotnosti použitého geopolymemího cementu.
Příprava tohoto geopolymem předpokládá postup uvedený v patentových nárocích, resp. postup uvedený v odstavci podstaty vynálezu. Pořadí míšení jednotlivých složek kompozitu a následné jejich promíchávání v požadovaných časových intervalech je třeba dodržovat. Geopolymerní cement s přídavkem alkalického aktivátoru se míchá 2 minuty až 5 minut. Po přidání uhlíkových mikrovláken do směsi následuje míchání po dobu čtyři minuty až 8 minut. Následné příměsi jsou mikrosilika, mikrocelulóza v práškové formě a disiřičitan sodný v práškové formě, doporučuje se míchat 2 minuty až 5 minut. Po přidání dutých skleněných mikrokuliček doporučeno míchat 1 minutu až 3 minuty. Nakonec se přidává do kompozitu sádra v práškové formě s doporučeným promícháním 1 minutu až 3 minuty.
-5CZ 309416 B6
Takto připravená směs kombinuje vlastnosti předchozích směsí, především nízkou hustotu, tepelné a zvukové izolační vlastnosti, dobré mechanické vlastnosti, rychlé schnutí a nízkou míru praskání.
Příklad 9
Další ukázková směs obsahuje všechny uváděné přísady včetně uhlíkové vlákenné sítě. Kompozitní směs obsahuje cement složený z hlinitokřemičitého pojivá na bázi metakaolinu, mleté vysokopecní granulované strusky a odletového popílku ve zvoleném jednotkovém množství s další základní příměsí, kterou je alkalický aktivátor tvořený vodným roztokem křemičitanu sodného nebo draselného v množství tvořícím 90 % hmotnosti použitého geopolymemího cementu.
Dalšími příměsemi geopolymeru tedy jsou uhlíková mikrovlákna o průměru 6 ±1 pm o průměrné délce vláken 6 mm v množství 1 % hmotnosti použitého geopolymemího cementu, mikrosilika o jemnosti 0,1 až 0,3 pm v množství 15 % hmotností použitého geopolymemího cementu, vysokoviskózní hydroxyethylcelulóza v práškové formě v množství 1 % hmotnosti použitého geopolymemího cementu, disiřičitan sodný v práškové formě v množství 5 % hmotnosti použitého geopolymemího cementu, duté skleněné mikrokuličky vyrobené z borosilikátového skla o velikosti do 105 pm a obsahem mikrokuliček 7 % hmotnosti použitého množství geopolymemího cementu, a nakonec sádra v práškové formě v množství 5 % hmotnosti použitého geopolymemího cementu. Do tloušťky vrstvy připraveného geopolymeru je vložena jedna síť z uhlíkových vláken s velikostí ok 10 x 15 mm o měrné hmotnosti 300 g/m2.
Pořadí míšení jednotlivých složek kompozitu a následné jejich promíchávání v požadovaných časových intervalech je třeba dodržet. Geopolymemí cement s přídavkem alkalického aktivátoru se míchá 2 minuty až 5 minut. Po přidání uhlíkových mikrovláken do směsi následuje míchání po dobu čtyři minuty až 8 minut. Následné příměsi jsou mikrosilika, mikrocelulóza v práškové formě a disiřičitan sodný v práškové formě, dopomčuje se míchat 2 minuty až 5 minut. Po přidání dutých skleněných mikrokuliček doporučeno míchat 1 minutu až 3 minuty. Nakonec se přidává do kompozitu sádra v práškové formě s doporučeným promícháním 1 minutu až 3 minuty.
Takto připravená směs kombinuje vlastnosti předchozích směsí, především nízkou hustotu, tepelné a zvukové izolační vlastnosti, dobré mechanické vlastnosti, rychlé schnutí a nízkou míru praskání. Přidaná uhlíková síť dále zlepšuje mechanické vlastnosti tohoto materiálu.
Průmyslová využitelnost
Takto připravené geopolymemí směsi se zlepšenou schopností tepelné i zvukové izolace umožňují využití jakožto materiálu pro opravu prasklin ve stěnách či jako termoizolační vrstva. Též mají výrazně nižší hustotu při zachování dobrých mechanických vlastností, což umožňuje jejich využití jako materiálu pro výrobu odlehčených konstrukcí. Tato směs je také vhodná pro 3D tisk, například právě 3D tisk různých odlehčených struktur či staveb.

Claims (8)

  1. PATENTOVÉ NÁROKY
    1. Odlehčený tepelně izolační geopolymemí kompozit pro speciální aplikace, vytvořený na bázi geopolymemího cementu, vyznačující se tím, že obsahuje cement složený z hlinitokřemičitého pojivá 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 geopolymemího cementu a duté skleněné mikrokuličky vyrobené ze sodnovápenatého skla, borosilikátového skla či jejich směsi o velikosti do 150 pm, přičemž obsah mikrokuliček je od 0,1 až do 20 % hmotnosti použitého množství geopolymemího cementu.
  2. 2. Odlehčený tepelně izolační geopolymemí kompozit podle nároku 1, vyznačující se tím, že je vytvořen s příměsí mikrosiliky o jemnosti 0,1 až 0,3 pm v množství 0,1 až 15 % hmotnosti použitého geopolymemího cementu.
  3. 3. Odlehčený tepelné izolační geopolymemí kompozit podle nároku 1, vyznačující se tím, že je vytvořen s příměsí uhlíkových mikrovláken o průměru 6 ±1 pm a délkou vláken 6 mm v množství 0,1 až 5 % hmotnosti použitého geopolymemího cementu.
  4. 4. Odlehčený tepelně izolační geopolymemí kompozit podle nároku 1, vyznačující se tím, že je vytvořen s příměsí disiřičitanu sodného v práškové formě v množství 0,1 až 10 % hmotnosti použitého geopolymemího cementu.
  5. 5. Odlehčený tepelně izolační geopolymemí kompozit podle nároku 1, vyznačující se tím, že je vytvořen s příměsí vysokoviskózní hydroxyethylcelulózy v práškové formě v množství 0,1 až 3 % hmotnosti použitého geopolymemího cementu.
  6. 6. Odlehčený tepelně izolační geopolymemí kompozit podle nároku 1, vyznačující se tím, že je vytvořen s příměsí sádry v práškové formě v množství 0,1 až 5 % hmotnosti použitého geopolymemího cementu.
  7. 7. Odlehčený tepelně izolační geopolymemí kompozit podle nároku 1, vyznačující se tím, že do tloušťky vrstvy geopolymem 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.
  8. 8. Způsob výroby odlehčeného tepelně izolačního geopolymemího kompozitu podle nároků 1 až 6, vyznačený tím, že nejprve se smíchá alkalický aktivátor tvořený vodným roztokem křemičitanu sodného nebo draselného v množství tvořícím 65 až 112 % hmotnosti použitého geopolymemího cementu s geopolymemím cementem složeným z hlinitokřemičitého pojivá na bázi metakaolinu a/nebo mleté vysokopecní granulované strusky a/nebo odletového popílku ve zvoleném jednotkovém množství a tyto složky se míchají po dobu 2 až 5 minut, následně se přidají uhlíková mikrovlákna o průměru 6 ±1 pm s délkou vláken 6 mm v množství 0,1 až 5 % hmotnosti použitého geopolymemího cementu a směs se míchá po dobu 4 až 8 minut, následuje příměs mikrosiliky o jemnosti 0,1 až 0,3 pm v množství 0,1 až 15 % hmotnosti použitého geopolymemího cementu a/nebo mikrocelulózy v práškové formě v množství 0,1 až 3 % hmotnosti použitého geopolymemího cementu a/nebo disiřičitanu sodného v práškové formě s následujícím mícháním směsi po dobu 2 až 5 minut, po přídavku dutých skleněných mikrokuliček v množství od 0,1 do 20 % hmotnosti použitého množství geopolymemího cementu vyrobených ze sodnovápenatého skla, borosilikátového skla či jejich směsi o velikosti mikrokuliček do 150 pm následuje míchání kompozitní směsi po dobu 1 až 3 minut a po přidání poslední příměsi, kterou je sádra v práškové formě v množství 0,1 až 5 % hmotnosti použitého geopolymemího cementu se geopolymemí kompozit promíchá podobu 1 až 3 minut.
CZ2022-94A 2022-02-28 2022-02-28 Odlehčený tepelně izolační geopolymerní kompozit pro speciální aplikace a způsob jeho výroby CZ309416B6 (cs)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2022-94A CZ309416B6 (cs) 2022-02-28 2022-02-28 Odlehčený tepelně izolační geopolymerní kompozit pro speciální aplikace a způsob jeho výroby

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2022-94A CZ309416B6 (cs) 2022-02-28 2022-02-28 Odlehčený tepelně izolační geopolymerní kompozit pro speciální aplikace a způsob jeho výroby

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ202294A3 CZ202294A3 (cs) 2022-12-14
CZ309416B6 true CZ309416B6 (cs) 2022-12-14

Family

ID=84391375

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ2022-94A CZ309416B6 (cs) 2022-02-28 2022-02-28 Odlehčený tepelně izolační geopolymerní kompozit pro speciální aplikace a způsob jeho výroby

Country Status (1)

Country Link
CZ (1) CZ309416B6 (cs)

Citations (4)

* 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
CZ201537A3 (cs) * 2015-01-22 2016-02-24 Technická univerzita v Liberci Žáruvzdorný geopolymerní kompozit s nízkou měrnou hmotností pro konstrukční prvky protipožárních zábran
CN110255996A (zh) * 2019-07-22 2019-09-20 北京慕湖房地产开发股份有限公司 一种粉煤灰地聚物混凝土及其制备方法
CZ2019507A3 (cs) * 2019-08-06 2020-09-09 First Point a.s. Izolační materiál a způsob jeho výroby

Patent Citations (4)

* 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
CZ201537A3 (cs) * 2015-01-22 2016-02-24 Technická univerzita v Liberci Žáruvzdorný geopolymerní kompozit s nízkou měrnou hmotností pro konstrukční prvky protipožárních zábran
CN110255996A (zh) * 2019-07-22 2019-09-20 北京慕湖房地产开发股份有限公司 一种粉煤灰地聚物混凝土及其制备方法
CZ2019507A3 (cs) * 2019-08-06 2020-09-09 First Point a.s. Izolační materiál a způsob jeho výroby

Also Published As

Publication number Publication date
CZ202294A3 (cs) 2022-12-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Aygörmez et al. Assessment of geopolymer composites durability at one year age
Guo et al. Sulfate resistance of hybrid fiber reinforced metakaolin geopolymer composites
Qin et al. Mechanical properties of basalt fiber reinforced magnesium phosphate cement composites
Calis et al. Evaluation and optimisation of foam concrete containing ground calcium carbonate and glass fibre (experimental and modelling study)
Thokchom et al. Effect of water absorption, porosity and sorptivity on durability of geopolymer mortars
Zabihi et al. Evaluation of monomer ratio on performance of GGBFS-RHA alkali-activated concretes
Albegmprli et al. Strength performance of alkali activated structural lightweight geopolymer concrete exposed to acid
CZ201537A3 (cs) Žáruvzdorný geopolymerní kompozit s nízkou měrnou hmotností pro konstrukční prvky protipožárních zábran
Kishore Geopolymer concrete and its strength influencing variables
Jamal et al. Thermal and mechanical performance of lightweight geopolymer concrete with pumice aggregate
Beytekin et al. Effect of fiber type, size, and utilization rate on mechanical and thermal properties of lightweight concrete facade panels
Neupane Investigation on modulus of elasticity of powder-activated geopolymer concrete
Abd El Hafez et al. Effect of exposure to elevated temperatures on geopolymer concrete properties
Majumdar et al. Fibre cement composites: research at BRE
CZ309416B6 (cs) Odlehčený tepelně izolační geopolymerní kompozit pro speciální aplikace a způsob jeho výroby
Gnanasoundarya et al. Experimental study on ternary blended concrete under elevated temperature
Patil et al. Chloride penetration resistance and behaviour under acid attack of metakaolin and silica fume based composite fiber (glass and polypropylene) reinforced high performance concrete
Parveen et al. Mechanical properties of geopolymer concrete: A state of the art report
Le Chi et al. Experimental investigation of four-point flexural behavior of textile reinforcement in geopolymer mortar
CZ309421B6 (cs) Antivibrační geopolymerní kompozit pro speciální aplikace
Rao et al. Residual compressive strength of fly ash based glass fiber reinforced high performance concrete subjected to acid attack
CZ20223A3 (cs) Geopolymerní kompozit pro speciální aplikace
Patil et al. Behaviour of fly ash and metakaolin based composite fiber (Glass and polypropylene) reinforced high performance concrete under acid attack
Yıldızel Mechanical and thermal behaviors comparison of basalt and glass fibers reinforced concrete with two different fiber length distributions
CZ36243U1 (cs) Antivibrační geopolymerní kompozit pro speciální aplikace