RU2780901C1 - Водозатворяемое геополимерное композиционное вяжущее и способ его получения - Google Patents
Водозатворяемое геополимерное композиционное вяжущее и способ его получения Download PDFInfo
- Publication number
- RU2780901C1 RU2780901C1 RU2022102364A RU2022102364A RU2780901C1 RU 2780901 C1 RU2780901 C1 RU 2780901C1 RU 2022102364 A RU2022102364 A RU 2022102364A RU 2022102364 A RU2022102364 A RU 2022102364A RU 2780901 C1 RU2780901 C1 RU 2780901C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- thermally activated
- water
- dolomite
- soluble
- limestone
- Prior art date
Links
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 title claims abstract description 35
- 229920000876 geopolymer Polymers 0.000 title claims abstract description 15
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 12
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title description 7
- 239000004927 clay Substances 0.000 claims abstract description 22
- 229910052570 clay Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- 235000019738 Limestone Nutrition 0.000 claims abstract description 17
- 239000006028 limestone Substances 0.000 claims abstract description 17
- 239000010459 dolomite Substances 0.000 claims abstract description 15
- 229910000514 dolomite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 229910052622 kaolinite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 229910052911 sodium silicate Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 239000004115 Sodium Silicate Substances 0.000 claims abstract description 9
- 235000019795 sodium metasilicate Nutrition 0.000 claims abstract description 9
- 239000012190 activator Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims abstract description 7
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 239000011707 mineral Substances 0.000 claims abstract description 7
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- -1 sodium metasilicate pentahydrate Chemical class 0.000 claims abstract description 3
- HQAITFAUVZBHNB-UHFFFAOYSA-N sodium;pentahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.[Na] HQAITFAUVZBHNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- 239000011734 sodium Substances 0.000 claims description 7
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Inorganic materials [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 15
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 5
- 239000005995 Aluminium silicate Substances 0.000 description 4
- PZZYQPZGQPZBDN-UHFFFAOYSA-N Aluminium silicate Chemical compound O=[Al]O[Si](=O)O[Al]=O PZZYQPZGQPZBDN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate dianion Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- 235000012211 aluminium silicate Nutrition 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 4
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 3
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 2
- NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N Sodium silicate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][Si]([O-])=O NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium monoxide Chemical compound [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000017 hydrogel Substances 0.000 description 2
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M potassium hydroxide Inorganic materials [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 235000019353 potassium silicate Nutrition 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 235000008733 Citrus aurantifolia Nutrition 0.000 description 1
- 229910000503 Na-aluminosilicate Inorganic materials 0.000 description 1
- URGAHOPLAPQHLN-UHFFFAOYSA-N Sodium aluminosilicate Chemical compound [Na+].[Al+3].[O-][Si]([O-])=O.[O-][Si]([O-])=O URGAHOPLAPQHLN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000015450 Tilia cordata Nutrition 0.000 description 1
- 235000011941 Tilia x europaea Nutrition 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- DLHONNLASJQAHX-UHFFFAOYSA-N aluminum;potassium;oxygen(2-);silicon(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Si+4].[Si+4].[Si+4].[K+] DLHONNLASJQAHX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002585 base Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000004566 building material Substances 0.000 description 1
- 239000000404 calcium aluminium silicate Substances 0.000 description 1
- 150000004649 carbonic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 239000002734 clay mineral Substances 0.000 description 1
- 239000004567 concrete Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KARVSHNNUWMXFO-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane;hydrate Chemical compound O.O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O KARVSHNNUWMXFO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011451 fired brick Substances 0.000 description 1
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 159000000011 group IA salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000010440 gypsum Substances 0.000 description 1
- 229910052602 gypsum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004571 lime Substances 0.000 description 1
- 229910052901 montmorillonite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 1
- 229910052627 muscovite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052652 orthoclase Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 229910052904 quartz Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000007873 sieving Methods 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000429 sodium aluminium silicate Substances 0.000 description 1
- 235000012217 sodium aluminium silicate Nutrition 0.000 description 1
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к водозатворяемому геополимерному композиционному вяжущему. Технический результат заключается в повышении прочности, повышении водостойкости, низкой водопотребности. Водозатворяемое геополимерное композиционное вяжущее содержит в качестве алюмосиликатного компонента термоактивированную полиминеральную монтмориллонит-каолинитовую глину, в качестве минеральных наполнителей доломит и термоактивированный известняк, а в качестве щелочного активатора пятиводный метасиликат натрия, при следующем соотношении компонентов, мас.%: термоактивированная монтмориллонит-каолинитовая глина – 25,6-35,7; термоактивированный известняк - 25,6-35,7; доломит – 14-34,2; пятиводный метасиликат натрия Na2SiO3⋅5H2O – 14,6. 3 табл.
Description
Водозатворяемое геополимерное композиционное вяжущее относится к промышленности строительных материалов и может применяться для получения растворов и бетонов общестроительного назначения.
Известно бесклинкерное композиционное вяжущее [1] состава (мас.%): известняк или доломит 20-90%, щелочной компонент 2-3% (щелочи NаОН, КОН, щелочные соли Nа2СО3, К2СО3, а также смеси указанных щелочей с щелочными карбонатами и жидкими стеклами), шлак - остальное, влажность смеси 12-16%.
Известно бесклинкерное композиционное вяжущее [2] состава (мас.%): глина 30 - 50, известь 5 - 10, гидроксид натрия 0,6 - 1,0, шлак металлургического производства - остальное, а влажность смеси 8 - 14%. Способ изготовления изделий на основе глиношлакового вяжущего включает раздельное измельчение компонентов в мельницах, смешение и совместную обработку на бегунах, прессование изделия.
Недостатками описанных вяжущих является их применимость для получения строительных изделий - безобжигового кирпича и стеновых блоков только методом полусухого прессования и необходимость использования не повсеместно доступных известняка с высоким содержанием кальцита и доменного гранулированного шлака.
Известно вяжущее на основе метакаолина и щелочного активатора [3-5]. Недостатком этого вяжущего являются высокая водопотребность (водовяжущее отношение 0.55-0.75), необходимость применения каолиновой глины с высоким содержанием каолина, высокое содержание щелочного активатора (в пересчете на Na2O более 10%), затворение вяжущего водным раствором щелочного активатора, что усложняет технологический процесс производства материалов на основе этого вяжущего.
Наиболее близким аналогом является вяжущее, предложенное в [6], состава (масс.%): метакаолин 20-50, известняк 50-80, водный раствор жидкого стекла (5% в пересчете на Na2O). Недостатком этого вяжущего являются высокая водопотребность (в/ц 0.55-0.75), необходимость применения каолиновой глины и известняка с высоким содержанием породообразующих минералов, затворение вяжущего водным раствором щелочного активатора, что усложняет технологический процесс производства материалов на основе этого вяжущего.
Задачами изобретения являются:
- расширение сырьевой базы бесклинкерных гидравлических вяжущих за счет использования более распространенных полиминеральных монтмориллонит-каолинитовых вместо каолиновых и частичного использования доломита вместо известняка,
- получение геополимерного гидравлического вяжущего, затворяемого водой, характеризующегося быстрым набором прочности, водостойкостью, низкой водопотребностью и низким содержанием алюмосиликатного компонента в виде термообработанной полиминеральной монтмориллонит-каолинитовой глины.
Технический результат достигается тем, что водозатворяемое геополимерное композиционное вяжущее содержит в качестве алюмосиликатного компонента термоактивированную полиминеральную монтмориллонит-каолинитовую глину, в качестве минеральных наполнителей доломит и термоактивированный известняк, а в качестве щелочного активатора пятиводный метасиликат натрия, при следующем соотношении компонентов (мас.%):
- термоактивированная монтмориллонит-каолинитовая глина - 25,6-35,7,
- термоактивированный известняк - 25,6-35,7,
- доломит - 14-34,2,
- пятиводный метасиликат натрия Na2SiO3 .5H2O - 14,6.
Для получения геополимерного вяжущего использовали следующие материалы.
- монтмориллонит-каолинитовые глины (минеральный состав представлен в табл.1);
| Таблица 1 | ||
| Минерал | Глина 1 | Глина 2 |
| Монтмориллонит | 41.98 | 16.94 |
| Каолинит | 5.03 | 11.39 |
| Клинохлор | 5.28 | 10.91 |
| Ортоклаз | 7.05 | 9.31 |
| Мусковит | 14.61 | 19.7 |
| Кварц | 26.05 | 28.8 |
| Гипс | - | 2.95 |
- известняк с содержанием кальцита 99% и доломит с содержанием доломита 99%;
- метасиликат натрия Na2SiO3 .5H2O.
Получение водозатворяемого геополимерного композиционного вяжущего заключается в следующем.
Высушенные до остаточной влажности 0,5% глину, известняк и доломит подвергали раздельному дроблению на шаровой мельнице с последующим просеиванием через сито 1,25 мм. Просеянные глину и известняк подвергали раздельному обжигу в течение 1 ч при температуре 800 и 850°С, соответственно. Обожженные материалы и доломит размалывали на планетарной мельнице: глину до удельной поверхности не менее 900 м2/кг, известняк и доломит до удельной поверхности не менее 600 м2/кг. Далее минеральные компоненты и метасиликат натрия загружали в смеситель для тщательного перемешивания. Образцы изготавливали из теста нормальной густоты путем затворения водой полученных вяжущих. Испытания геополимерного вяжущего проводились в соответствии с ГОСТ 30744-2001.Прочность образцов определяли в возрасте 2 и 28 сут твердения в нормально-влажностных условиях.
Составы геополимерных вяжущих приведены в табл.2.
| Таблица 2 | ||||
| Компоненты | Составы геополимерных вяжущих | |||
| состав 1 | состав 2 | состав 3 | состав 4 | |
| Термоактивированная глина 1 | 70,8 | - | 25,6 | - |
| Термоактивированная глина 2 | - | 70,8 | - | 35,7 |
| Термоактивированный известняк | - | - | 25,6 | 35,7 |
| Доломит | - | - | 34,2 | 14 |
| Метасиликат натрия Na2SiO3 .5H2O | 29,2 | 29,2 | 14,6 | 14,6 |
Результаты определения физико-механических свойств бездобавочного и композиционного геополимерного вяжущего приведены в табл.3.
| Таблица 3 | ||||
| Показатель | Составы вяжущих (по табл.1) | |||
| 1 | 2 | 3 | 4 | |
| Нормальная густота, % | 0,5 | 0,5 | 0,36 | 0,36 |
| Средняя плотность, г/см3 | 1,8 | 1,8 | 2,2 | 2,2 |
| Коэффициент размягчения | 0,95 | 0,95 | 0,95 | 0,95 |
| Прочность при сжатии в возрасте 2 сут, МПа | 12,1 | 8,9 | 15 | 12,4 |
| Прочность при сжатии в возрасте 28 сут, МПа | 31,0 | 27,8 | 33,2 | 31,3 |
Приведенные в табл. 3 данные свидетельствует об эффективности введения карбонатных наполнителей в геополимерное вяжущее на основе термоактивированной монтмориллонит-каолинитовой глины, состоящей в:
- снижении водопотребности вяжущего,
- повышении плотности,
- замене термоактивированной глины карбонатными наполнителями на 58,6-70,5% в зависимости от содержания глинистых минералов,
- повышении прочности вяжущего,
- снижения расхода дорогостоящего щелочного компонента с 15 до 5%.
Улучшение механических показателей достигается тем, то при замещении термоактивированной глины карбонатными наполнителями возрастает соотношение щелочной активатор/алюмосиликатный компонент, что повышает степень геополимеризации термоактивированной глины. Кроме этого, карбонатные наполнители способствуют повышению плотности геополимерного вяжущего на уровне продуктов геополимеризации и микроструктуры. Так, введение термоактивированного известняка, после термической обработки содержащего реакционноспособный СаО, приводит к формированию натрий-кальциевого алюмосиликатного гидрогеля смешанного состава N-(C)-A-S-H c более плотной структурой в сравнении с натриевым алюмосиликатным гидрогелем N-A-S-H, образующемся при щелочной активации только термоактивированной глины. Введение доломита, в свою очередь, дополнительно повышает плотность вяжущего на уровне микроструктуры путем повышения плотности упаковки частиц, снижения пористости.
1. Калашников В.И., Викторова О.Л., Нестеров В.Ю., Хвастунов В.Л., Крестин И.Н., Марусенцев В.Я., Жуковский Н.К., Измайлов В.А., Шембаков В.А., Юдин И.В. Бесклинкерное композиционное вяжущее. Патент № 2139263, МПК С04 В 7/14. Заявл. 24.07.1997, Опубл. 10.10.1999.
2. Калашников В.И., Хвастунов В.Л., Нестеров В.Ю., Крестин И.Н., Шалыгин Н.П., Жуковский Н.К., Марусенцев В.Я. Бесклинкерное композиционное вяжущее. Патент № 2133233, МПК С04 В 7/153. Заявл. 12.12.1996, Опубл. 20.07.1999.
3. Davidovits J. Minerals polymers and methods of making them. US Patent 4472199; 1982.
4. Zhang Zuhua, Yao Xiao, Zhu Huajun. Potential application of geopolymers as protection coatings for marine concrete. I. Basic properties. Appl Clay Sci 2010;49:1-6.
5. Wang Hongling, Li Haihong, Yan Fengyuan. Synthesis and mechanical properties of metakaolinite-based geopolymer. Colloids Surf A:Physicochem Eng Aspects 2005;268:1-6.
6. Perez-Cortes, P., & Escalante-Garcia, J. I. (2020). Design and optimization of alkaline binders of limestone-metakaolin - A comparison of strength, microstructure and sustainability with portland cement and geopolymers. Journal of Cleaner Production, 273, 123118.
Claims (5)
- Водозатворяемое геополимерное композиционное вяжущее, содержащее в качестве алюмосиликатного компонента термоактивированную полиминеральную монтмориллонит-каолинитовую глину, в качестве минеральных наполнителей доломит и термоактивированный известняк, а в качестве щелочного активатора пятиводный метасиликат натрия, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
- термоактивированная монтмориллонит-каолинитовая глина - 25,6-35,7;
- термоактивированный известняк - 25,6-35,7;
- доломит - 14-34,2;
- пятиводный метасиликат натрия Na2SiO3⋅5H2O - 14,6.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2780901C1 true RU2780901C1 (ru) | 2022-10-04 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6572698B1 (en) * | 1998-06-30 | 2003-06-03 | International Mineral Technology Ag | Activated aluminosilicate binder |
| WO2009005205A1 (en) * | 2007-06-29 | 2009-01-08 | Industry Foundation Of Chonnam National University | Alkali-activated binder with no cement, method for fabricating mortar using it, and method for fabricating alkali-activated reinforcement mortar with no cement |
| RU2622263C2 (ru) * | 2012-04-27 | 2017-06-13 | Юнайтед Стейтс Джипсэм Компани | Размерностабильные геополимерные композиции и способ |
| RU2622283C2 (ru) * | 2012-04-27 | 2017-06-13 | Юнайтед Стейтс Джипсум Компани | Геополимерная композиция с устойчивыми размерами и способ |
| RU2664723C2 (ru) * | 2013-02-04 | 2018-08-22 | Рефратехник Холдинг Гмбх | Геополимерная вяжущая система для жаростойких бетонов, сухая жаростойкая бетонная смесь, содержащая вяжущую систему, а также применение смеси |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6572698B1 (en) * | 1998-06-30 | 2003-06-03 | International Mineral Technology Ag | Activated aluminosilicate binder |
| WO2009005205A1 (en) * | 2007-06-29 | 2009-01-08 | Industry Foundation Of Chonnam National University | Alkali-activated binder with no cement, method for fabricating mortar using it, and method for fabricating alkali-activated reinforcement mortar with no cement |
| RU2622263C2 (ru) * | 2012-04-27 | 2017-06-13 | Юнайтед Стейтс Джипсэм Компани | Размерностабильные геополимерные композиции и способ |
| RU2622283C2 (ru) * | 2012-04-27 | 2017-06-13 | Юнайтед Стейтс Джипсум Компани | Геополимерная композиция с устойчивыми размерами и способ |
| RU2664723C2 (ru) * | 2013-02-04 | 2018-08-22 | Рефратехник Холдинг Гмбх | Геополимерная вяжущая система для жаростойких бетонов, сухая жаростойкая бетонная смесь, содержащая вяжущую систему, а также применение смеси |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Dembovska et al. | Effect of pozzolanic additives on the strength development of high performance concrete | |
| Wang | Review of recent research on alkali-activated concrete in China | |
| Karrech et al. | Sustainable geopolymer using lithium concentrate residues | |
| Qureshi et al. | Effect of silicate content on the properties of alkali-activated blast furnace slag paste | |
| Alonso et al. | Viability of the use of construction and demolition waste aggregates in alkali-activated mortars | |
| Castaldelli et al. | Preliminary studies on the use of sugar cane bagasse ash (SCBA) in the manufacture of alkali activated binders | |
| Wang et al. | Development of Cementitious Materials Utilizing Alkali-activated Yellow River Silt | |
| EP3733628A1 (en) | Autoclaved cement compositions | |
| RU2780901C1 (ru) | Водозатворяемое геополимерное композиционное вяжущее и способ его получения | |
| Kishar et al. | Geopolymer cement based on alkali activated slag | |
| Rashad | An investigation on alkali-activated slag pastes containing quartz powder subjected to elevated temperatures | |
| RU2402505C1 (ru) | Керамическая масса для изготовления облицовочной плитки | |
| RU2355657C2 (ru) | Сырьевая смесь для получения зольных бетонов и способ ее приготовления (варианты) | |
| RU2373163C1 (ru) | Цемент низкой водопотребности и способ его получения | |
| RU2197446C2 (ru) | Керамическая масса для изготовления керамического кирпича | |
| RU2536693C2 (ru) | Сырьевая смесь для изготовления неавтоклавного газобетона и способ приготовления неавтоклавного газобетона | |
| RU2817111C1 (ru) | Способ получения силикатного кирпича | |
| RU2813503C1 (ru) | Способ получения неавтоклавного силикатного кирпича | |
| Bayer et al. | Effect of alkaline activator quantity and temperature of curing on the properties of alkali-activated brick dust | |
| RU2090528C1 (ru) | Способ получения алюмосиликатного неостеклованного песка | |
| RU2805439C1 (ru) | Активная минеральная добавка для портландцемента и способ ее получения | |
| Harbi et al. | Resistance to seawater of a new cement mortar based on additions of recycled product | |
| LU504510B1 (en) | Machine-made sand geopolymer alkali activator concrete | |
| JP2019147719A (ja) | 曲げ性能が高いジオポリマー硬化体及びその製造方法 | |
| US11518713B2 (en) | Use of a clay in the preparation of a geopolymer precursor |