RU2733833C1 - Бесклинкерное вяжущее щелочной активации - Google Patents
Бесклинкерное вяжущее щелочной активации Download PDFInfo
- Publication number
- RU2733833C1 RU2733833C1 RU2020109811A RU2020109811A RU2733833C1 RU 2733833 C1 RU2733833 C1 RU 2733833C1 RU 2020109811 A RU2020109811 A RU 2020109811A RU 2020109811 A RU2020109811 A RU 2020109811A RU 2733833 C1 RU2733833 C1 RU 2733833C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- marl
- alkaline
- silicified
- volcanic tuff
- specific surface
- Prior art date
Links
Images
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
- C04B7/00—Hydraulic cements
- C04B7/12—Natural pozzuolanas; Natural pozzuolana cements; Artificial pozzuolanas or artificial pozzuolana cements other than those obtained from waste or combustion residues, e.g. burned clay; Treating inorganic materials to improve their pozzuolanic characteristics
- C04B7/13—Mixtures thereof with inorganic cementitious materials, e.g. Portland cements
-
- 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
- C04B12/00—Cements not provided for in groups C04B7/00 - C04B11/00
- C04B12/005—Geopolymer cements, e.g. reaction products of aluminosilicates with alkali metal hydroxides or silicates
-
- 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
- C04B28/006—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 mineral polymers, e.g. geopolymers of the Davidovits type
-
- 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
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Geology (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)
- Silicates, Zeolites, And Molecular Sieves (AREA)
Abstract
Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при изготовлении бетонов и растворов на основе вяжущих щелочной активации. Бесклинкерное вяжущее щелочной активации включает реакционно-активный компонент, минеральный порошок и щелочной активатор. В качестве реакционно-активного компонента используют окремненный мергель. Окремненный мергель измельчают до удельной поверхности 1150 м/кг, далее термообрабатывают в муфельной печи при температуре 700°С. Затем окремненный мергель смешивают с минеральным порошком из вулканического туфа. Вулканический туф предварительно измельчают до удельной поверхности 905 м/кг, далее активируют щелочным раствором. Щелочной раствор приготовлен на основе гидроксида натрия и жидкого стекла натриевого с силикатным модулем 2,8 и плотностью 1,24 г/см. Компоненты используют в следующем соотношении, мас. %: термоактивированный мергель – 34,8-67,0; вулканический туф – 21,4-51,2; жидкое стекло NaSiO– 11,0-13,0; гидроксид натрия NaOH – 0,6-1,0. Технический результат – улучшение физико-механических свойств конечного продукта. 3 ил., 4 табл.
Description
Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при изготовлении бетонов и растворов на основе вяжущих щелочной активации.
Известно шлакощелочное вяжущее по патенту RU 2370466 от 21.05.2008 г., опубл. 20.10.2009 г., полученное обезвоживанием гранулированного шлака доменного или электротермофосфорного и вулканического пепла в сушильных барабанах горизонтального типа при температуре 150-250°С, охлаждением в холодильниках до температуры 20-85°С, дозированием указанных шлака и пепла с усреднением состава в шнековом смесителе непрерывного действия, измельчением в мельнице центробежно-ударного действия до фракции 0-80 мкм и удельной поверхности 2800-5000 см2/г с возвратом при этом на домол отделяемой в воздушном классификаторе непрерывного действия фракции более 80 мкм и последующим затворением щелочным активатором состава, мас. %: 20-25%-ный водный раствор гидроксида натрия NaOH или кальцинированной соды 20-75, жидкое стекло плотностью 1,15-1,26 г/см3 25-75, при следующем соотношении компонентов, мас. %: указанный шлак 81,80-94,20, щелочной активатор (на сухое) 3,85-7,27, вулканический пепел 1,92-9,09, лигносульфанат технический - ЛСТ в количестве 0,2-1,0% от массы шлака в пересчете на сухие вещества.
Недостатком изобретения можно считать сложность технологического процесса получения шлакощелочного вяжущего, для достижения заданных физико-механических свойств, при этом не осуществляемого без определенного оборудования.
Известно изобретение по патенту RU 2273610 от 15.11.2004 г., опубл. 10.04.2006 г., получаемое совместным тонким измельчении доменного гранулированного шлака и добавки из цеолитсодержащей породы Татарско-Шатршанского месторождения в соотношении 1:(0,05-0,1), затворенных щелочным раствором натриевого жидкого стекла.
Недостатком изобретения является дефицитность кремнистой цеолитсодержащей породы Татарско-Шатршанского месторождения, доступной только для данного региона, что приводит к повышению стоимости конечного продукта и ограничению сырьевой базы. При этом получение указанных показателей прочности возможно только в масштабах лаборатории, так как на производстве создание соответствующих условий выдерживания в воде не представляется возможным.
Известно алюмосиликатное кислотостойкое вяжущее по патенту RU 2554981 от 06.08.2014 г, опубл. 10.07.2015 г., получаемое мокрым помолом гранитного отсева до суспензии влажностью 14-22% и перемешиванием ее с кремнефтористым натрием в течение 5 мин с последующим перемешиванием с жидким стеклом в течение 3 мин при следующем соотношении компонентов, мас. %: жидкое стекло 25-30, суспензия 62-71, кремнефтористый натрий 4-8.
Недостатком изобретения является незначительно высокие показатели прочности при всей сложности и энергоемкости процесса получения вяжущего, заключающегося в приготовлении мокрой алюмосиликатной суспензии с соблюдением определенной влажности.
Известно изобретение по патенту RU 2395469 от 04.05.2009 г., опубл. 27.07.2010 г., получаемое измельчением в порошок габбро-диабаза, затворяемого раствором щелочного активизатора, без шлака или совместно со шлаком, при следующем соотношении компонентов, мас. %: габбро-диабаз -81,4-94,4, указанный шлак - 0-14,4, NaOH - 4,2-7,4, вода - до В/Т 0,13.
Недостаток изобретения состоит в том, что процесс приготовления связан с необходимостью прессования формовочной смеси для получения требуемой прочности бетона. К тому же использование высококонцентрированного щелочного раствора может привести к образованию высолов на поверхности получаемых бесклинкерных композитов, что может способствовать развитию коррозионных процессов.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является патент RU 2671018 от 14.08.2017 г., опубл. 29.10.2018 г. содержащее каолинитовую глину, активированную до удельной поверхности 640 м2/кг и обожженную при температуре 600-650°С, которую смешивают с вулканическим туфом, высушенным перед измельчением при температуре 105°С в течение 2-х часов, удельной поверхности 520 м2/кг в присутствии ускорителя твердения «кремнефтористого натрия» и щелочного активатора на основе гидроксида натрия и жидкого стекла натриевого с силикатным модулем 2,8 и плотностью 1,24 г/см3 при следующем соотношении компонентов, мас, %: метакаолин 26,8-61,2, вулканический туф 21,4-51,2, кремнефтористый натрий 5,8-8,0, жидкое стекло 11,0-13,0, гидроксид натрия 0,6-1,0.
Недостатком изобретения является ограниченность запасов, а также нестабильность химического и минералогического составов каолинитовых глин, являющихся источником синтеза метакаолинита, что влияет на свойства вяжущего и приводит к снижению сырьевой базы.
Техническим результатом является повышение эффективности путем снижения себестоимости и улучшения физико-механических свойств конечного продукта, а также расширение сырьевой базы бесклинкерной технологии, за счет использования минеральных тонкодисперсных порошков алюмосиликатной природы и щелочного затворителя.
Технический результат достигается тем, что бесклинкерное вяжущее щелочной активации включает окремненный мергель, измельченный до удельной поверхности 1150 м2/кг, с последующей термообработкой в муфельной печи при температуре 700°С, который смешивают с вулканическим туфом, предварительно измельченным до удельной поверхности 905 м2/кг, с дальнейшей активацией щелочным раствором на основе гидроксида натрия и жидкого стекла натриевого с силикатным модулем 2,8 и плотностью 1,24 г/см3 при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Термоактивированный мергель | 34,8-67,0 |
Вулканический туф | 21,4-51,2 |
Жидкое стекло Na2SiO3 | 11,0-13,0 |
Гидроксид натрия NaOH | 0,6-1,0 |
Для приготовления бесклинкерного вяжущего щелочной активации использовались следующие компоненты: окремненный мергель (Харачоевский карьер, ЧР), вулканический туф (Каменский карьер, КБР), раствор гидроксида натрия и жидкого стекла натриевого с силикатным модулем 2,8 и плотностью 1,24 г/см3.
Приготовление бесклинкерного вяжущего щелочной активации происходит следующим образом:
Привезенные с карьеров окремненный мергель и вулканический туф подвергают предварительному измельчению в лабораторной щековой дробилке до крупки. Химический состав минерального сырья представлен в таблице 1.
Далее измельченный материал выдерживают в сушильном шкафу при температуре 105°С в течение 2 часов. Навески высушенных материалов раздельно подвергают измельчению в течение 1 часа в лабораторной вибрационной шаровой мельнице. Удельная поверхность окремненного мергеля составила 1150 м2/кг, вулканического туфа 905 м2/кг. Высокая размолоспособность окремненного мергеля обусловлена органо-химическим оолитовым генезисом минералов в виде агрегатов сферических или эллипсоидальных оолитов кальцита, небольшого количества кварца и доломита, сцементированных скрытокристаллическим карбонатным веществом. Вулканический туф обладает меньшей размалываемостью, что объясняется содержанием кварца зеленосланцевой степени метаморфизма с дефектной структурой. Вулканический туф по природе является активной минеральной добавкой (до 46% аморфизованного стекла), а после того как его подвергают измельчению реакционная активность его значительно повышается.
На следующем этапе окремненный мергель в виде тонкодисперсного порошка подвергают обжигу в муфельной печи при температуре 700°С, термообработка способствует получению фаз переменного состава схожих с природным минералом ларнитом Ca2SiO4.
Реакционная активность приготовленных минеральных порошков была установлена по методике определения обменной емкости по отношению к ионам кальция с целью выявления бренстедовских активных центров кристаллизации на поверхности минерального порошка. В результате проведенных исследований установлена высокая поверхностная концентрация ионообменных центров: предложенный термоактивированный мергель - 42 мг⋅экв/г, вулканический туф - 34 мг⋅экв/г.
Полученные тонкодисперсные реакционно активные компоненты, в соответствующем количестве тщательно перемешивают в течение 2 минут. Далее в подготовленные композиции добавляют в заданном соотношении щелочной активатор следующего состава (жидкое стекло натриевое с силикатным модулем 2,8 плотностью 1,24 г/см3 и гидроксид натрия) и перемешивают в течение 2-3 минут.
Приготовленные образцы сначала твердеют в нормальных условиях при температуре 20±2°С, через 2 суток образцы помещают в сушильный шкаф при температуре 50°С на пару часов в течение 28 суток. Электронно-зондовые исследования и рентгенофазовый анализ установили, что основными структурообразующими фазами выступают гидраты натриевых алюмосиликатов кальция, часто образующих плотные срастания кристаллов размером до 10-20 мкм (фиг. 1, таблица 2), ассоциирующие с кальцитом и тонкими фазами Са(ОН)2 (фиг. 2, таблица 3), а также тонкими чешуйкам слюд.
По результатам рентгенофазового анализа установлено присутствие кварца, полевых шпатов, близких к альбиту и ортоклазу, слюд, кальцита, цеолитов (фиг. 3). Цеолит по рентгеноструктурным данным идентифицируется как близкий к гаррониту Na2Ca5Al⋅12Si20⋅27(H2O), отчетливо выражен основной рефлекс этой фазы (20Θ - 12,4 ()).
Далее полученные лабораторные образцы подвергают испытанию. Результаты испытаний, в сравнении с аналогами, представлены в таблице 4.
В представленной рецептуре вяжущих щелочной активации, за счет присутствия в его составе реакционно активных компонентов, оптимизированы процессы формирования структуры и прочности в проектируемом материале и, соответственно, тем самым повышены физико-механические характеристики.
Таким образом, заявленное изобретение позволяет получить вяжущее щелочной активации для бесклинкерных строительных композитов повышенной эффективности, путем снижения себестоимости и улучшения физико-механических свойств конечного продукта, а также способствует расширению сырьевой базы бесклинкерной технологии, за счет использования минеральных тонкодисперсных порошков алюмосиликатной природы и щелочного затворителя.
Claims (2)
- Бесклинкерное вяжущее щелочной активации, включающее реакционно-активный компонент, минеральный порошок и щелочной активатор, отличающееся тем, что в качестве реакционно-активного компонента используют окремненный мергель, измельченный до удельной поверхности 1150 м2/кг, с последующей термообработкой в муфельной печи при температуре 700°С, который смешивают с минеральным порошком из вулканического туфа, предварительно измельченного до удельной поверхности 905 м2/кг, с дальнейшей активацией щелочным раствором на основе гидроксида натрия и жидкого стекла натриевого с силикатным модулем 2,8 и плотностью 1,24 г/см3, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
-
Термоактивированный мергель 34,8-67,0 Вулканический туф 21,4-51,2 Жидкое стекло Na2SiO3 11,0-13,0 Гидроксид натрия NaOH 0,6-1,0
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020109811A RU2733833C1 (ru) | 2020-03-05 | 2020-03-05 | Бесклинкерное вяжущее щелочной активации |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020109811A RU2733833C1 (ru) | 2020-03-05 | 2020-03-05 | Бесклинкерное вяжущее щелочной активации |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2733833C1 true RU2733833C1 (ru) | 2020-10-07 |
Family
ID=72927150
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020109811A RU2733833C1 (ru) | 2020-03-05 | 2020-03-05 | Бесклинкерное вяжущее щелочной активации |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2733833C1 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2000000447A1 (en) * | 1998-06-30 | 2000-01-06 | International Mineral Technology Ag | Alkali activated supersulphated binder |
RU2243175C1 (ru) * | 2003-05-21 | 2004-12-27 | Общество с ограниченной ответственностью НПП "КРОНА-СМ" | Вяжущее (варианты) |
RU2370465C1 (ru) * | 2008-05-21 | 2009-10-20 | Игорь Иванович Романенко | Шлакощелочное вяжущее "граунд-м" и способ его получения |
RU2671018C1 (ru) * | 2017-08-14 | 2018-10-29 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Грозненский государственный нефтяной технический университет имени акад. М.Д. Миллионщикова" | Вяжущее вещество |
-
2020
- 2020-03-05 RU RU2020109811A patent/RU2733833C1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2000000447A1 (en) * | 1998-06-30 | 2000-01-06 | International Mineral Technology Ag | Alkali activated supersulphated binder |
RU2243175C1 (ru) * | 2003-05-21 | 2004-12-27 | Общество с ограниченной ответственностью НПП "КРОНА-СМ" | Вяжущее (варианты) |
RU2370465C1 (ru) * | 2008-05-21 | 2009-10-20 | Игорь Иванович Романенко | Шлакощелочное вяжущее "граунд-м" и способ его получения |
RU2671018C1 (ru) * | 2017-08-14 | 2018-10-29 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Грозненский государственный нефтяной технический университет имени акад. М.Д. Миллионщикова" | Вяжущее вещество |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
САЛАМАНОВА М.Ш., Использование наполнителя из окремненного мергеля для получения композиционного вяжущего, Сборник научных трудов по материалам международной научно-практической конференции 24.10.2014, Наука сегодня, Ч.1, НЦ "Диспут", Вологда, 2014, с.66-69. * |
САЛАМАНОВА М.Ш., Использование наполнителя из окремненногомергеля для получения композиционного вяжущего, Сборник научных трудов по материаламмеждународной научно-практической конференции 24.10.2014, Наука сегодня, Ч.1, НЦ "Диспут", Вологда, 2014, с.66-69. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Huseien et al. | Compressive strength and microstructure of assorted wastes incorporated geopolymer mortars: Effect of solution molarity | |
Dehghani et al. | Effects of initial SiO2/Al2O3 molar ratio and slag on fly ash-based ambient cured geopolymer properties | |
Kaze et al. | Effect of silicate modulus on the setting, mechanical strength and microstructure of iron-rich aluminosilicate (laterite) based-geopolymer cured at room temperature | |
Rovnaník et al. | Rheological properties and microstructure of binary waste red brick powder/metakaolin geopolymer | |
Sarkar et al. | Partial replacement of metakaolin with red ceramic waste in geopolymer | |
Matalkah et al. | Mechanochemical synthesis of one-part alkali aluminosilicate hydraulic cement | |
Castaldelli et al. | Study of the binary system fly ash/sugarcane bagasse ash (FA/SCBA) in SiO2/K2O alkali-activated binders | |
Kouamo et al. | Synthesis of volcanic ash-based geopolymer mortars by fusion method: Effects of adding metakaolin to fused volcanic ash | |
Mijarsh et al. | Effect of delay time and Na2SiO3 concentrations on compressive strength development of geopolymer mortar synthesized from TPOFA | |
Çetintaş et al. | Relations between structural characteristics and compressive strength in volcanic ash based one–part geopolymer systems | |
US10800704B2 (en) | Fly ash-based geopolymer concrete and method of formation | |
Selmani et al. | Physical–chemical characterization of Tunisian clays for the synthesis of geopolymers materials | |
Kushwah et al. | The Process, Characterization and Mechanical properties of fly Solid form geopolymer via mechanical activation | |
Haddaji et al. | Effect of sodium hexafluorosilicate addition on the properties of metakaolin based geopolymers cured at ambient temperature | |
US5122191A (en) | Admixture and cement composition using same | |
Mostefa et al. | Elaboration of geopolymer cement based on dredged sediment | |
Wang et al. | Development of Cementitious Materials Utilizing Alkali-activated Yellow River Silt | |
Rashad | An investigation on alkali-activated slag pastes containing quartz powder subjected to elevated temperatures | |
RU2733833C1 (ru) | Бесклинкерное вяжущее щелочной активации | |
RU2664083C1 (ru) | Способ получения кислотоупорного вяжущего | |
RU2732904C1 (ru) | Способ получения бесклинкерного вяжущего щелочной активации | |
Hamdi et al. | Use of the Algerian natural pozzolan for the production of a geopolymer as a complete cement replacement | |
Khater | Nano-Silica effect on the physicomechanical properties of geopolymer composites | |
Ivanov et al. | Effect of sodium silicate slurries on the properties of alkali-activated materials | |
Mostefa et al. | Sedimentary clays as geopolymer precursor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20201119 |
|
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20210818 Effective date: 20210818 |