RU2795802C1 - Raw mixture for geopolymer foam concrete and method for its production - Google Patents
Raw mixture for geopolymer foam concrete and method for its production Download PDFInfo
- Publication number
- RU2795802C1 RU2795802C1 RU2022125657A RU2022125657A RU2795802C1 RU 2795802 C1 RU2795802 C1 RU 2795802C1 RU 2022125657 A RU2022125657 A RU 2022125657A RU 2022125657 A RU2022125657 A RU 2022125657A RU 2795802 C1 RU2795802 C1 RU 2795802C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- kaolin
- fly ash
- geopolymer
- low
- mixture
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к легкому пенобетону из геополимерного вяжущего и способу его получения и может быть использовано в промышленности строительных материалов.The present invention relates to lightweight foam concrete from a geopolymer binder and a method for its production and can be used in the building materials industry.
Известны сырьевые смеси и способы получения пенобетона близкие к заявляемому по своей технической сущности и достигаемому результату [Патент № CN 201710279623.0 A, опубликован 2017-09-22] (П1) и [Патент WO 2012092047 A1, 2012-07-05] (П2).Known raw mixes and methods for producing foam concrete are close to the claimed technical essence and the achieved result [Patent No. CN 201710279623.0 A, published 2017-09-22] (P1) and [Patent WO 2012092047 A1, 2012-07-05] (P2) .
Сырьевая смесь и способ приготовления пенобетонной смеси по (П1) заключается в перемешивании сухого материала, такого как порошок сталеплавильного шлака, измененный красный шлам, модифицированный метакаолин, порошок молотого шлака; добавлении щелочного активатора и воды в смесь из твердых компонентов и их смешение до образования суспензии; параллельно с этим: приготовление пены путем смешения пенообразователя и воды в соотношении 1:15 с помощью гомогенизатора; добавление полученной пены в суспензию и их смешение в течение 2,5-3 мин до равномерного распределения пены в суспензии. The raw material mixture and the method for preparing the foam concrete mixture according to (P1) is to mix dry material such as steelmaking slag powder, modified red mud, modified metakaolin, ground slag powder; adding an alkaline activator and water to a mixture of solid components and mixing them until a suspension is formed; in parallel with this: preparation of foam by mixing the foaming agent and water in a ratio of 1:15 using a homogenizer; adding the resulting foam to the suspension and mixing them for 2.5-3 minutes until the foam is evenly distributed in the suspension.
Недостатками известной сырьевой смеси и способа по (П1) являются многокомпонентность твердофазной составляющей, состоящей, в основном, из промышленных отходов. Это значительно усложняет технологический процесс подбора составов, а также повышает риск разброса по эксплуатационным характеристикам в связи с нестабильностью свойств сырьевых компонентов. Для обеспечения заявленных эксплуатационных характеристик требуется длительное время отверждения – в течение 28 сут, что значительно увеличивает производственный процесс. Основным недостатком известной сырьевой смеси способа является относительно высокая средняя плотность и коэффициент теплопроводности при относительно низкой прочности на сжатие конечного ячеистого композита.The disadvantages of the known raw material mixture and the method according to (P1) are the multicomponent solid phase component, consisting mainly of industrial waste. This greatly complicates the technological process of selecting compositions, and also increases the risk of variation in performance due to the instability of the properties of raw materials. To ensure the declared performance characteristics, a long curing time is required - within 28 days, which significantly increases the production process. The main disadvantage of the known raw mixture of the method is the relatively high average density and thermal conductivity with a relatively low compressive strength of the final cellular composite.
При значении средней плотности пенобетона 550 кг/м3 и коэффициенте теплопроводности: 0,107 Вт/(м·К), прочность на сжатие составляет не более 2,8 МПа.With an average foam concrete density value of 550 kg/m 3 and a thermal conductivity coefficient of 0.107 W/(m·K), the compressive strength is not more than 2.8 MPa.
Сырьевая смесь и способ приготовления пенобетонной смеси по (П2) заключается в смешении следующих компонентов: зол-уноса класса С (высококальциевая) и класса F (низкокальциевая) и их смеси, солей щелочных металлов и лимонной кислоты, силикатов щелочных металлов, пенообразователей и, предпочтительно, стабилизатора пены, такого как поливиниловый спирт. Составы, содержащие летучую золу класса F, могут дополнительно содержать портландцемент типа III. Способ получения: силикат натрия и цитрат натрия и пенообразователь смешивают с водой для образования раствора с последующим его добавлением к твердофазному компоненту или смеси из твердофазных компонентов с последующим перемешиванием до однородной смеси.The raw material mixture and the method for preparing the foam concrete mixture according to (P2) consists in mixing the following components: class C (high calcium) and class F (low calcium) fly ash and mixtures thereof, alkali metal salts and citric acid, alkali metal silicates, foaming agents and, preferably, , a foam stabilizer such as polyvinyl alcohol. Class F fly ash formulations may additionally contain Type III Portland cement. Production method: sodium silicate and sodium citrate and a foaming agent are mixed with water to form a solution, followed by its addition to a solid phase component or a mixture of solid phase components, followed by mixing until a homogeneous mixture.
Недостатками известной сырьевой смеси и способа по (П2) также является многокомпонентность, как по твердофазным компонентам, так и по активирующим агентам. Кроме того, вводится дополнительный компонент – стабилизатор пены. Это способствует появлению дополнительных контролируемых факторов, что значительно усложняет технологический процесс. Кроме того, большое количество промышленных отходов в качестве сырьевых компонентов повышает риск расширения диапазона разброса по эксплуатационным свойствам пенобетона из-за нестабильности свойств сырья.The disadvantages of the known raw mixture and the method according to (P2) is also multicomponent, both in terms of solid-phase components and activating agents. In addition, an additional component is introduced - a foam stabilizer. This contributes to the emergence of additional controlled factors, which greatly complicates the process. In addition, a large amount of industrial waste as raw materials increases the risk of expanding the range of dispersion in the performance properties of foam concrete due to the instability of the properties of raw materials.
Основным недостатком известной сырьевой смеси и способа является относительно высокая средняя плотность и коэффициент теплопроводности при относительно низкой прочности на сжатие конечного ячеистого композита. При минимальной средней плотности 957 кг/м3 обеспечивается прочность на сжатие 3,3 МПа.The main disadvantage of the known raw mix and method is the relatively high average density and thermal conductivity at a relatively low compressive strength of the final cellular composite. With a minimum average density of 957 kg/m 3 a compressive strength of 3.3 MPa is provided.
В обоих случаях (П1) и (П2) используют дополнительный компонент - стабилизатор пены.In both cases (P1) and (P2), an additional component is used - a foam stabilizer.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению техническим решением, принятым за прототип, является сырьевая смесь и способ изготовления ячеистой геополимерной смеси (Cong M., Zhang Sh., Sun D., Zhou K. Optimization of Preparation of Foamed Concrete Based on Orthogonal Experiment and Range Analysis. Frontiers in Materials. Vol. 8, 778173, 2021, DOI=10.3389/fmats.2021.778173), сырьевая смесь состоящая из каолина, шлака, золы-уноса, полых микросфер, комплексного щелочного активатора (жидкое стекло + натр едкий), пенообразователя, стабилизатора пены и воды и получаемая в следующей последовательности: комплекс щелочных активирующих агентов смешивают с водой до образования водного щелочного раствора; затем смешивают сухие компоненты: каолин, шлак и золу-уноса, до однородной массы в течение ≈ 3 мин; затем приготовленный водный щелочной раствор постепенно вливают в равномерно перемешанную смесь из твердых компонентов с непрерывным перемешиванием в течение ≈ 1 мин до образования геополимерной суспензии; параллельно готовят пену путем смешения пенообразователя и воды и стабилизатора пены; полученную пену помещают в смеситель, заполненный геополимерной суспензией, и быстро перемешивают в течение примерно 45 с до образования пастообразного пенобетона.The technical solution closest to the proposed invention, taken as a prototype, is a raw mix and a method for manufacturing a cellular geopolymer mixture (Cong M., Zhang Sh., Sun D., Zhou K. Optimization of Preparation of Foamed Concrete Based on Orthogonal Experiment and Range Analysis Frontiers in Materials, Vol. a foam and water stabilizer and obtained in the following sequence: a complex of alkaline activating agents is mixed with water until an aqueous alkaline solution is formed; then dry components are mixed: kaolin, slag and fly ash, to a homogeneous mass for ≈ 3 min; then, the prepared aqueous alkaline solution is gradually poured into a uniformly mixed mixture of solid components with continuous stirring for ≈ 1 min until a geopolymer suspension is formed; in parallel, foam is prepared by mixing a foaming agent and water and a foam stabilizer; the resulting foam is placed in a mixer filled with a geopolymer slurry and mixed rapidly for about 45 seconds until a pasty foam concrete is formed.
Недостатками известного прототипа также является многокомпонентность сырьевой смеси и относительно высокая средняя плотность и коэффициент теплопроводности при относительно низкой прочности на сжатие конечного ячеистого композита. При значении средней плотности пенобетона 510-570 кг/м3 и коэффициенте теплопроводности 0,075-0,082 Вт/(м·К), прочность на сжатие составляет не более 1,36-1,73 МПа.The disadvantages of the known prototype is also a multicomponent raw mixture and a relatively high average density and thermal conductivity with a relatively low compressive strength of the final cellular composite. When the value of the average density of foam concrete 510-570 kg/m 3 and the coefficient of thermal conductivity of 0.075-0.082 W/(m·K), the compressive strength is not more than 1.36-1.73 MPa.
Изобретение направлено на снижение многокомпонентности сырьевой смеси, а также снижение средней плотности и коэффициента теплопроводности конечного пенобетонного композита при сохранении показателя прочности на сжатие. Это достигается за счет повышения стойкости пеномассы без дополнительного стабилизирующего агента в процессе приготовления и дальнейшего твердения ячеистого композита. Повышение стойкости пеномассы позволяет обеспечить, более правильную форму пор и их более равномерное распределение в структуре пеномассы и структуре конечного (затвердевшего) геополимерного пенобетона без отягощения сырьевой смеси дополнительными компонентами.The invention is aimed at reducing the multicomponent nature of the raw mix, as well as reducing the average density and thermal conductivity of the final foam concrete composite while maintaining the compressive strength. This is achieved by increasing the stability of the foam mass without an additional stabilizing agent during the preparation and further hardening of the cellular composite. Increasing the stability of the foam mass makes it possible to provide a more regular shape of the pores and their more uniform distribution in the structure of the foam mass and the structure of the final (hardened) geopolymer foam concrete without burdening the raw mixture with additional components.
Это достигается тем, что сырьевая смесь для геополимерного пенобетона включает алюмосиликатную составляющую из золы-уноса низкокальциевой и каолина, щелочной активатор – едкий натр NaOH, пенообразователь и воду, при этом используют золу-уноса низкокальциевую с удельной поверхностью 1850 см2/г, каолин используют с удельной поверхностью 10910 см2/г, пенообразователь используют белкового происхождения при следующем соотношении компонентов, мас.%:This is achieved by the fact that the raw mix for geopolymer foam concrete includes an aluminosilicate component of low-calcium fly ash and kaolin, an alkaline activator - sodium hydroxide NaOH, a foaming agent and water, while using low-calcium fly ash with a specific surface of 1850 cm 2 /g, kaolin is used with a specific surface of 10910 cm 2 /g, a foaming agent of protein origin is used in the following ratio of components, wt.%:
– зола-уноса низкокальциевая – 50,5–52,9;- low-calcium fly ash - 50.5–52.9;
– каолин – 2–3,4;– kaolin – 2–3.4;
– едкий натр NaOH – 8,5–9,1;- caustic soda NaOH - 8.5–9.1;
– пенообразователь белкового происхождения – 0,16–0,2;- foaming agent of protein origin - 0.16–0.2;
– вода – остальное.- water - the rest.
Способ получения сырьевой смеси для геополимерного пенобетона включает приготовление щелочного раствора из воды и едкого натра, приготовление смеси из алюмосиликатных твердофазных компонентов - золы-уноса низкокальциевой и каолина, приготовление геополимерной вяжущей суспензии, приготовление пены путем смешения пенообразователя и 1/10 части щелочного раствора с последующим ее добавлением в геополимерную вяжущую суспензию, состоящую из оставшихся 9/10 частей щелочного раствора и смеси алюмосиликатных твердых компонентов: золы-уноса низкокальциевой и каолина.The method for producing a raw mix for geopolymer foam concrete includes preparing an alkaline solution from water and caustic soda, preparing a mixture of aluminosilicate solid-phase components - low-calcium fly ash and kaolin, preparing a geopolymer binder suspension, preparing foam by mixing a foaming agent and 1/10 part of an alkaline solution, followed by by adding it to a geopolymer binder suspension consisting of the remaining 9/10 parts of an alkaline solution and a mixture of aluminosilicate solid components: low-calcium fly ash and kaolin.
Характеристики используемых материалов.Characteristics of the materials used.
1. Зола-унос – тонкодисперсный остаток сгорания угольного топлива из его минеральных примесей, содержащийся в дымовом газе во взвешенном состоянии с удельной поверхностью 1850 см2/г (химический состав представлен в табл. 1).1. Fly ash is a finely dispersed coal fuel combustion residue from its mineral impurities contained in the flue gas in suspension with a specific surface area of 1850 cm 2 /g (the chemical composition is presented in Table 1).
2. Каолин – это мономинеральная глинистая алюмосиликатная порода с удельной поверхностью 10910 см2/г (химический состав представлен в табл. 1).2. Kaolin is a monomineral clay aluminosilicate rock with a specific surface area of 10910 cm 2 /g (the chemical composition is presented in Table 1).
3. Вода ГОСТ 23732-2011 «Вода для бетонов и строительных растворов. Технические условия».3. Water GOST 23732-2011 “Water for concrete and mortar. Specifications".
4. Щелочной активатор – натр едкий NaOH, ГОСТ Р 55064-2012. «Натр едкий технический. Технические условия».4. Alkaline activator - sodium hydroxide NaOH, GOST R 55064-2012. “Technical caustic soda. Specifications".
5. Пенообразователь белкового происхождения, например, Biofoam (производитель ООО «БиоФомм»).5. Foaming agent of protein origin, for example, Biofoam (manufactured by BioFomm LLC).
Таблица 1Table 1
Химический состав золы-уноса низкокальциевой и каолинаChemical composition of low-calcium fly ash and kaolin
Таблица 2table 2
Характеристики предлагаемых составов геополимерного пенобетона и прототипаCharacteristics of the proposed compositions of geopolymer foam concrete and prototype
плотность,
кг/м3 Medium
density,
kg / m 3
белкового
происхожденияblowing agent
protein
origin
Использование данного способа приготовления геополимерной пеномассы при указанном соотношении компонентов позволяет повысить стойкость пеномассы. Это приводит к формированию более правильной формы пор и их более равномерному распределению в структуре конечного (затвердевшего) геополимерного пенобетона без отягощения сырьевой смеси дополнительными компонентами. В результате, формирование правильной поровой структуры позволяет снизить плотность пенобетона от 10 до 14 % по сравнению с прототипом при сохранении прочности на сжатие неизменной.The use of this method for the preparation of geopolymer foam mass at the specified ratio of components makes it possible to increase the stability of the foam mass. This leads to the formation of a more regular shape of the pores and their more uniform distribution in the structure of the final (hardened) geopolymer foam concrete without burdening the raw mix with additional components. As a result, the formation of the correct pore structure allows to reduce the density of foam concrete from 10 to 14% compared to the prototype, while maintaining the compressive strength unchanged.
Пример (таблица № 2, состав № 2).Example (table No. 2, composition No. 2).
На первой стадии приготовили щелочной раствор путем смешения 547 кг воды и 131,7 кг щелочи до полного растворения твердого компонента. Отдельно приготовили 70,6 кг пены в щелочной среде путем смешения 2,69 кг пенообразователя и 1/10 части щелочного раствора (т.е. 67,9 кг); приготовление смеси из твердофазных компонентов: 772 кг золы-уноса низкокальциевой и 71,9 кг каолина путем их смешения в течение 1-1,5 мин; приготовление вяжущей геополимерной суспензии путем смешения оставшейся 9/10 части щелочного раствора (т.е. 610,8 кг) и смеси из твердофазных компонентов - золы-уноса низкокальциевой и каолина в течение 2-3 мин до однородной массы; введение пены в вяжущую геополимерную суспензию с перемешиванием в течение 4-5 мин до образования однородной пеномассы.At the first stage, an alkaline solution was prepared by mixing 547 kg of water and 131.7 kg of alkali until the solid component was completely dissolved. Separately prepared 70.6 kg of foam in an alkaline medium by mixing 2.69 kg of foaming agent and 1/10 of the alkaline solution (ie 67.9 kg); preparation of a mixture of solid-phase components: 772 kg of low-calcium fly ash and 71.9 kg of kaolin by mixing them for 1-1.5 minutes; preparation of a binder geopolymer suspension by mixing the remaining 9/10 of the alkaline solution (i.e. 610.8 kg) and a mixture of solid components - low-calcium fly ash and kaolin for 2-3 minutes until a homogeneous mass; introduction of foam into the binder geopolymer suspension with stirring for 4-5 minutes until a homogeneous foam mass is formed.
Claims (3)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2795802C1 true RU2795802C1 (en) | 2023-05-11 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU562534A1 (en) * | 1975-10-06 | 1977-06-25 | Новокузнецкое Отделение Уральского Научно-Исследовательского И Проектно-Го Института Строительных Материалов | Cellular concrete mix |
WO2012092047A1 (en) * | 2010-12-30 | 2012-07-05 | United States Gypsum Company | Lightweight foamed fly ash based binders and method |
RU2513813C2 (en) * | 2008-09-25 | 2014-04-20 | Юнайтед Стэйтс Джипсум Компани | Based on fly ash light-weight cementing composition with high compressive strength and fast setting |
RU2622263C2 (en) * | 2012-04-27 | 2017-06-13 | Юнайтед Стейтс Джипсэм Компани | Dimensionally stable geopolymer compositions and method |
WO2018162416A1 (en) * | 2017-03-06 | 2018-09-13 | Construction Research & Technology Gmbh | Inorganic foam based on geopolymers |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU562534A1 (en) * | 1975-10-06 | 1977-06-25 | Новокузнецкое Отделение Уральского Научно-Исследовательского И Проектно-Го Института Строительных Материалов | Cellular concrete mix |
RU2513813C2 (en) * | 2008-09-25 | 2014-04-20 | Юнайтед Стэйтс Джипсум Компани | Based on fly ash light-weight cementing composition with high compressive strength and fast setting |
WO2012092047A1 (en) * | 2010-12-30 | 2012-07-05 | United States Gypsum Company | Lightweight foamed fly ash based binders and method |
RU2622263C2 (en) * | 2012-04-27 | 2017-06-13 | Юнайтед Стейтс Джипсэм Компани | Dimensionally stable geopolymer compositions and method |
WO2018162416A1 (en) * | 2017-03-06 | 2018-09-13 | Construction Research & Technology Gmbh | Inorganic foam based on geopolymers |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Cong M. etc, Optimization of Preparation of Foamed Concrete Based on Orthogonal Experiment and Range Analysis, Frontiers in Materials, 2021, vol. 8, с. 1-9. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11066337B2 (en) | Inorganic foam based on calcium sulfoaluminate | |
EP2970003B1 (en) | High-strength geopolymer composite cellular concrete | |
CN110451906B (en) | Light sound insulation material and preparation method thereof | |
US20240336528A1 (en) | Inorganic foam based on geopolymers | |
RU2544190C1 (en) | Method to prepare haydite concrete mix | |
RU2795802C1 (en) | Raw mixture for geopolymer foam concrete and method for its production | |
RU2795804C1 (en) | Raw mixture for geopolymer foam concrete and method for its production | |
RU2298539C1 (en) | Light cellular concrete | |
RU2536693C2 (en) | Crude mixture for producing non-autoclaved aerated concrete and method of producing non-autoclaved aerated concrete | |
RU2472753C1 (en) | Method of producing crude mixture for making foam concrete | |
KR20040017144A (en) | Composition of Lightweight / Foamed Concrete and Method of Making Same | |
RU2803561C1 (en) | Raw mix for the production of fiber foam concrete | |
RU2278093C1 (en) | Raw mixture for production of aerated gas-ash concrete with reduced water content | |
RU2359945C1 (en) | Construction mortar | |
KR20000007185A (en) | Lightweight aerated concrete composition containing fly ash and preparation method thereof | |
RU2392253C1 (en) | Mixture for aerated concrete | |
KR100658965B1 (en) | Cement admixture and cement composition using thereof | |
RU2330829C1 (en) | Crude mixture making heat-insulated foamed concrete | |
RU2811704C1 (en) | Raw mixture for fire retardant plaster mortar | |
RU2788912C1 (en) | Method of making a mixture for alkaline corrosion resistant lightweight concrete | |
RU2801028C1 (en) | Concrete mix | |
RU2432346C1 (en) | Raw mix for aerated concrete production | |
RU2290375C1 (en) | Complex additive for building mix | |
SU1375620A1 (en) | Raw mixture for making expanded clay aggregate-concrete | |
RU2410364C1 (en) | Method of making non-autoclave aerated concrete |