PL198350B1

PL198350B1 - Masa na wyroby wapienno-piaskowe o podwyższonej wytrzymałości

Info

Publication number: PL198350B1
Application number: PL372230A
Authority: PL
Inventors: Zdzisław Pytel; Wiesław Kudowski; Jan Małolepszy; Jacek Kocjan
Original assignee: Akad Gorniczo Hutnicza
Priority date: 2005-01-13
Filing date: 2005-01-13
Publication date: 2008-06-30
Also published as: PL372230A1

Abstract

Masa na wyroby wapienno-piaskowe o podwyższonej wytrzymałości składająca się z piasku kwarcowego, wapna palonego oraz dodatku mineralnego, znamienna tym, że w charakterze aktywnego dodatku zawiera mielony wapień korzystnie kalcyt lub dolomit w ilości 7,0 - 23% wagowych i/lub mielony chalcedonit w ilości 4,0 - 46% wagowych

Description

Przedmiotem wynalazku jest masa na wyroby wapienno-piaskowe o podwyższonej wytrzymałości.

Masa surowcowa przeznaczona do produkcji wyrobów wapienno piaskowych stanowi mieszaninę piasku kwarcowego i wapna palonego niegaszonego o udziale masowym 92% piasku i 8% wapna. Podane proporcje obu składników w mieszaninie surowcowej odnoszą się do sytuacji, w której zakłada się 100% zawartości krzemionki w piasku oraz 100% aktywności wapna palonego.

Znany z polskiego zgłoszenia P-289444 sposób wytwarzania wyrobów wapienno-piaskowych charakteryzuje się tym, że część mieszaniny wapna palonego i piasku w ilości do 30%, w której udział wagowy wapna palonego wynosi 0 - 7% w stosunku do wyrobu gotowego, poddaje się mieleniu na mokro do uzyskania powierzchni właściwej 3000 - 4000 cm²/g, a następnie po zmieszaniu zmielonych składników z pozostałą ilością mieszaniny piasku i wapna palonego z reaktora stanowiącą 70%, w której udział wagowy wapna wynosi 0 - 9% wagowo w stosunku do wyrobu, surowiec poddaje się formowaniu i wygrzewaniu pod ciśnieniem w autoklawach znanymi metodami lub tym, że ułamek wagowy surowców wapna palonego i piasku do 30%, w którym udział wagowy wapna palonego wynosi do 9% wagowo w stosunku do wyrobu, poddaje się mieleniu na sucho do uzyskania powierzchni właściwej 3000 4000 cm²/g, a następnie łączy się z pozostałą częścią surowca w mieszadle, nawilża się surowce i poddaje się aktywacji w reaktorze, po czym z tak otrzymanej masy surowcowej formuje się wyroby, które następnie poddaje się wygrzewaniu pod ciśnieniem w autoklawach znanymi metodami. Do części surowców poddawanej mieleniu można dodawać substancje barwiące w ilości do 5% wagowo całego surowca.

Inne rozwiązanie znane ze zgłoszenia P-312161 dotyczy sposobu produkcji wyrobów wapienno-piaskowych o różnej barwie, wytwarzanych zwłaszcza w postaci płyt okładzinowych elewacyjnych. Do mieszaniny piasku kwarcowego z wapnem palonym dodaje się odporny na działanie światła i alkaliów barwiący pigment, w ilości od 0,2% do 15% wagowych w stosunku do masy składników suchych. Komponenty miesza się do uzyskania mieszaniny o jednolitym zabarwieniu, a następnie w znany sposób gasi się, formuje kształtki pod ciśnieniem i autoklawizuje.

Z polskiego opisu patentowego nr 185500 znana jest masa do wytwarzania autoklawizowanego materiału budowlanego, która obok tradycyjnych surowców jak piasek i wapno zawiera domieszkę metakaolinitu w ilości 1-10% wagowych.

Dopuszcza się również zastąpienie wapna palonego odpowiednio przygotowanym spoiwem (opis patentowy PL 174628), otrzymanym w oparciu o popioły lotne z węgla brunatnego. Takie rozwiązania technologiczne wiążą się z modyfikacją składu mieszanki surowcowej.

W wyniku reakcji syntezy zachodzącej w warunkach hydrotermalnych, przebiegającej głównie pomiędzy jonami wapnia i krzemu, powstają produkty z grupy uwodnionych krzemianów wapnia. Głównymi produktami końcowymi reakcji syntezy, obecnymi w wyrobach wapienno-piaskowych otrzymywanych z tradycyjnych surowców ( tj. mieszaniny piasku kwarcowego z wapnem palonym) jest amorficzna faza C-S-H oraz krystaliczny tobermoryt.

Produkowane obecnie wyroby uzyskują zwykle wytrzymałość na ściskanie odpowiadającą klasie 10 i 15, a w wyjątkowych przypadkach 20, natomiast na rynku materiałów budowlanych istnieje zapotrzebowanie na tego typu wyroby w klasie 30 i wyższej.

Celem wynalazku jest opracowanie składu masy surowcowej oraz wprowadzenie takich dodatków mineralnych, aby wyroby silikatowe charakteryzowały się zwiększoną wytrzymałością.

Istotę wynalazku stanowi masa na wyroby wapienno-piaskowe o podwyższonej wytrzymałości, która obok podstawowych surowców piasku kwarcowego w ilości 45 - 90% oraz wapna palonego w ilości 6 - 9 % zawiera dodatek mineralny w postaci mielonego wapienia w ilości 7,0 - 23% wagowych i/lub mielonego chalcedonitu w ilości 4,0 do 46% wagowych.

Wprowadzenie do składu surowcowego aktywnych dodatków mineralnych według wynalazku w sposób korzystny modyfikuje przebieg procesów chemicznych zachodzących podczas autoklawizacji wyrobów wapienno-piaskowych, w efekcie czego uzyskujemy poprawę ich cech wytrzymałościowych.

Dodatki te w warunkach hydrotermalnych reagują z wapnem i krzemionką tworząc odrębne fazy mineralne lub dodatkowe ilości fazy C-S-H

Jako aktywny dodatek mineralny wprowadza się surowce węglanowe (kalcyt lub dolomit), które tworzą niezależną fazę mineralną w postaci skautytu, będącego węglano-krzemianem wapniowym o wzorze strukturalnym Ca7[Si6O17](CO3)2H2O. Produkt ten, występujący zazwyczaj w postaci amorficznej, posiada właściwości wiążące, a zatem jego obecność, podobnie jak faza C-S-H, wpływa korzystnie na kształtowanie się właściwości mechanicznych tworzyw autoklawizowanych. W przypadku

PL 198 350 B1 współwystępowania skautytu i fazy C-S-H uzyskuje się efekt synergiczny, polegający na wzajemnym wspomaganiu obu produktów reakcji syntezy przebiegającej w warunkach hydrotermalnych, co wpływa na podwyższenie właściwości wytrzymałościowych otrzymanych wyrobów.

Podobny efekt można uzyskać modyfikując skład tradycyjnej mieszaniny surowcowej dodatkiem mineralnym w postaci naturalnego chalcedonitu, który jest nośnikiem aktywnych chemicznie form, głównie SiO2 i w mniejszym stopniu Ά^Θβ,. Skała ta składająca się głównie z chalcedonu tj, skrytokrystalicznej odmiany kwarcu, w środowisku o wysokim pH wywołanym obecnością nasyconego roztworu Ca(OH)2, łatwo przechodzi do fazy ciekłej, w której są również obecne jony Ca⁺², pochodzące z dysocjacji Ca(OH)2. W wyniku tego powstają sprzyjające warunki do przebiegu reakcji chemicznej pomiędzy jonami wapniowymi i krzemowymi, w efekcie czego tworzy się faza C-S-H. Powstająca faza C-S-H na bazie aktywnej krzemionki pochodzącej z rozpuszczania chalcedonitu, stanowi dodatkową ilość tego produktu, wpływając tym samym na wzrost ogólnej jego zawartości w wyrobie gotowym. Dzięki takiej modyfikacji składu mieszanki surowcowej uzyskujemy tworzywo charakteryzujące się wytrzymałością na ściskanie, pozwalającą zakwalifikować je do klasy 30 i wyższej.

Bardzo korzystny efekt poprawy cech wytrzymałościowych wyrobów wapienno-piaskowych obserwuje się w przypadku łącznego stosowania mielonego wapienia i mielonego chalcedonitu. Dodatki te wprowadzone w odpowiednich ilościach do mieszaniny piasku i wapna palonego, zapewniają uzyskanie autoklawizowanych tworzyw wapienno-piaskowych, wykazujących wysoką wytrzymałość na ściskanie, w granicach wymaganych klasą 40 i wyższej. W tym przypadku występuje synergiczne oddziaływanie obu rodzajów dodatków mineralnych na poprawę cech wytrzymałościowych uzyskiwanych tworzyw, co potwierdzają pozytywne wyniki badań

P r z y k ł a d 1

W celu określenia wpływu i efektywności stosowania dodatków mineralnych, według wynalazku, na właściwości fizyczne próbek uzyskiwanych z mas o różnym składzie, próbki autoklawizowanych tworzyw wapienno-piaskowych otrzymywano każdorazowo według tej samej procedury. Procedura ta polega na tym, że po odważeniu wymaganych ilości poszczególnych składników masy, surowce poddaje się procesowi homogenizacji w dwóch etapach, w pierwszej kolejności na sucho, a następnie po dodaniu odpowiedniej ilości wody. Przygotowaną w ten sposób mieszankę surowcową umieszczano w hermetycznych naczyniach szklanych i poddano procesowi ogrzewania w temperaturze 70°C w czasie 2 godzin. Po zakończeniu tego procesu, którego celem jest przede wszystkim hydratacja wolnego wapna, a tym samym wyeliminowanie niekorzystnych zjawisk spowodowanych nierównomiernymi zmianami wolumetrycznymi wywołanymi opóźnioną hydratacją CaO i MgO obecnych w wapnie, formowano próbki w postaci walców o wymiarach 25 x 25 mm. Prasowanie walców odbywało się dwustopniowo, z międzystopniowym odpowietrzaniem, przy wartościach ciśnień odpowiednio równych 10 i 20 MPa. Następnie próbki poddawano obróbce w autoklawie, przy czym warunki obróbki hydrotermalnej próbek były następujące:

temperatura pary wodnej nasyconej 100°C ciśnienie pary wodnej nasyconej 1,02 MPa czas obróbki hydrotermalnej 8 gdzzin

Wpływ zastosowanych dodatków mineralnych według wynalazku na jakość tworzyw oceniano na podstawie analizy porównawczej podstawowych właściwości tworzyw wapienno-piaskowych uzyskanych z ich udziałem w odniesieniu do właściwości próbek tworzywa otrzymanego z masy surowcowej o tradycyjnym składzie (masa 0). Skład masy 0 piasek kwarcowy (uziarnienie poniżej 0,5 mm) 91% wapno palone (niegaszone) o aktywności 88,9% 9% woda (woda/ilość suchych składników) w/s=0,1 właściwości próbek tworzyw autoklawizowanych wykonanych z w/w masy 0

Symbol próbki	Gęstość objętościowa C0 kg/m³	Wytrzymałość na ściskanie Rc MPa
WP-0	1578	18,8

Skład masy surowcowej według wynalazku z udziałem mielonego wapienia:

piasek kwarcowy (uziarnienie poniżej 0,5 mm) 70,2 - 84,3% wapno palone (niegaszone) o aktywności 88,3% 6,9 - 8,4% mączka wapienna (uziarnienie 0 - 80 pm) 7,3 - 22,9% (8,15,20,30)% sumy zawartości wapna i piasku woda (woda/ilość suchych składników) w/s =0.1

PL 198 350 B1

Właściwości próbek tworzyw autoklawizowanych z udziałem mielonego wapienia przedstawiono w tabeli

Symbol próbki	Udział mielonego wapienia	Gęstość objętościowa C_o ^kg/m³	Wytrzymałość na ściskanie Rc MPa
MW-8	8%	1700	22,1
MW-15	15%	1730	23,1
MW-20	20%	1770	24,7
MW-30	30%	1810	27,3

P r z y k ł a d 2

Procedura postępowania jak w przykładzie 1

Skład masy surowcowej z udziałem mielonego chalcedonitu piasek kwarcowy (uziarnienie poniżej 0,5 mm) 45,5 - 86,5% wapno palone (niegaszone) o aktywności 88,3% 9% mielony chalcedonit (uziarnienie 0 - 60 pm) 4,5 - 45,5% (5,10,15,25,50)% substytucji piasku woda (woda/ilość suchych składników) w/s = 0,1

Właściwości próbek tworzyw autoklawizowanych z udziałem mielonego chalcedonitu przedstawiono w tabeli

Symbol próbki	Udział mielonego chalcedonitu	Gęstość objętościowa C^{0 kg/}m³	Wytrzymałość na ściskanie Rc MPa
CHL-5	5%	1710	23,2
CHL-10	10%	1750	26,6
CHL-15	15%	1770	36,1
CHL-25	25%	1754	49,3
CHL-50	50%	1665	63,0

P r z y k ł a d 3

Procedura postępowania jak w przykładzie 1

Skład masy surowcowej z udziałem mielonego wapienia i mielonego chalcedonitu piasek kwarcowy (uziarnienie poniżej 0,5 mm) 57 - 78,7% wagowych wapno palone (niegaszone) o aktywności 88,3% mączka wapienna (uziarnienie 0 -80 pm)

7,5 - 8,2% wagowych

- 16,5% (10,20)% sumy zawartości suchych składników masy

4,1 - 20,7% (5,10,15,20,25)% substytucji piasku w/s =0,1 mielony chalcedonit (uziarnienie 0 - 60 pm) woda (woda/ilość suchych składników)

Właściwości próbek tworzyw autoklawizowanych z udziałem mielonego chalcedonitu przedsta wiono w tabeli

Symbol próbki	Udział mielonego chalcedonitu	Udział mielonego wapienia	Gęstość objętościowa C^{0 kg/}m³	Wytrzymałość na ściskanie Rc MPa
CHL-5-MW-10	5%	10%	1710	23,2
CHL-10-MW-10	10%	10%	1750	26,6
CHL-15-MW-10	15%	10%	1770	36,1
CHL-20-MW-20	20%	20%	1800	39,9
CHL-25-MW-20	25%	20%	1815	56,5
CHL-25-MW-10	25%	10%	1810	57,1

PL 198 350 B1

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Masana wyrobywapienno-piaskoweo podwyższonejwytrzymałościskładającasięz piasku kwarcowego, wsons odlnnngn -rso WnastOu minnrpinngn, znamienna tym, Sn w aharsOteron sktrwnngn anastku oswinrs minlonż wsoinń Οο^ζζ^ Oslart lub anlnmit w ilncci 7,0 - 23% wdgowżah i/lub minlonż ahslcnaonit w ilocci 4,0 - 46% wsgowżch.

2. Madzwynługzodśtrz. 1, z znmieenntym. żs zowieraw % wydgwyżCpiadaeko/yrccwy rp il occi 70 - 85%, wsono oslonn w ilocci 7 - 8,5%, minlonr wsoinń o uoisminniu onniSnj 80 pm w ilocci

7.5 - 23% orso woaę w ilocci 10% msar auchrch zkłsaników.

3. Msas wnaług osoktro. 1, znamienna tym, Sn oswinrs w % wsgowżch oisank Owsrcowr w ilocci 45 - 86%, wsono oslonn w ilocci 9%, minlonr chslcnaonit o uoisrninniu onniSnj 60 om w ilocci

4.5 - 45,5% orso woaę w ilocci 10% msar auchrch akłsaników.

4. Msas wnaług osnatro. 1, znamienna tym, Sn oswinrs w % wsgnwrch oisank Owsrcowr w ilocci 57 - 79%, wsono oslonn w ilocci 7,5 - 8,5%, minlonr wsoinń o uoisrninniu ooniSnj 80 om w ilocci 9,0 - 15%, minlonr chslcnaonit o uoisrninniu ooniSnj 60 om w ilocci 4,1 - 29,7% orso woaę w ilocci 10% msar auchrch akłsaników.