СТЕКЛОЩЕЛОЧНОЕ ВЯЖУЩЕЕ
ALKALINE GLASS BINDER

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при изготовлении безобжигового, безавтоклавного и бесцементного вяжущего.
Известно вяжущее, содержащее, масс. %: едкую щелочь 7,0-9,0; молотый керамзит 15,0-17,0; полуводный сульфат кальция - 3,5-4,5; кремнийорганическую жидкость - 0,04-0,05; молотое стекло - остальное. Целью изобретения является создание вяжущего повышенной прочности и биологического сопротивления (патент RU 2168480, МПК С04В 28/24, опубл. 10.06.2001). Главными недостатками такого изобретения являются повышенный расход едкой щелочи и наличие тепловлажностной обработки с общей продолжительностью 10 часов.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению техническим решением, принятым за прототип, является вяжущее, затворяемое предварительно активированной водой с рН 11,0-11,5, включающее, масс. %: едкую щелочь - 4-6; керамзитовый порошок - 16-18; полуводный сульфат кальция - 4-6; молотое стекло - остальное. Способ получения такого вяжущего включает совместный помол молотого стекла, керамзитового порошка и полуводного сульфата кальция и затворение их указанной водой с растворенной в ней щелочью. Технический результат заключается в снижении расхода чистого щелочного компонента при сохранении высоких физико-механических показателей (патент RU 2317959, МПК С04В 7/345, С04В 7/51, опубл. 27.02.2008).
Главными недостатками такого технического решения являются повышенный расход чистого щелочного компонента (в прототипе расход составляет 4-6 масс. %) и невысокая механическая прочность (не выше 16-17 МПа), а способ получения предусматривает вначале совместный помол сухих компонентов, а затем их затворение предварительно активированной в электролизере водой с растворенной в ней едкой щелочью. Подобная технология громоздка и энергоемка.
Задача, на решение которой направлено данное изобретение, заключается в разработке бесцементного, безобжигового и безавтоклавного вяжущего, с высокой прочностью и низким расходом щелочного компонента, способного отверждаться при температуре не выше 90°С в течение короткого времени затвердевания.
Это достигается тем, что стеклощелочное вяжущее содержит стеклобой оконного и/или тарного стекла фракции не более 5 мм, едкую щелочь, гиперпластификатор Melflux 2651 F и воду при следующих массовых соотношениях (масс. %):
стеклобой
80,5-84,6
едкая щелочь
1,7-2,6
гиперпластификатор Melflux 2651 F
0,2
вода
остальное,
при этом используется стеклобой, измельченный в водном растворе едкой щелочи в присутствии гиперпластификатора Melflux 2651 F.
Стеклощелочное вяжущее отличается тем, что содержит пониженное количество едкой щелочи, в составе отсутствуют керамзитовый порошок и полуводный сульфат кальция, а помол стеклобоя производится в водном растворе едкой щелочи в присутствии гиперпластификатора. Полученная масса после формования и набора распалубочной прочности отвердевает в сушильной камере при температуре 85-90°С в течение 5-6 ч. Предложенная технология более проста и экономична по сравнению с прототипом, а прочность затвердевшего вяжущего выше и составляет 25,83 МПа.
Характеристика компонентов стеклощелочного вяжущего:
Бой оконного и/или тарного стекла, фракция не более 5 мм - главный компонент вяжущего, усредненный химический состав приведен в табл. 1.
Щелочь едкая (например, NaOH или KOH), - щелочной активизатор, ГОСТ - Р 55064-2012 Натр едкий технический; ГОСТ 24363-80 Калия гидроокись. Технические условия.
Гиперпластификатор Melflux 2651 F (Производитель: BASF Construction Additives, Германия) - порошковый продукт, полученный методом распылительной сушки на основе модифицированного полиэфиркарбоксилата, - оказывает разжижающий эффект на связующую массу, снижает количество воды затворения и одновременно повышает концентрацию щелочи в растворе.
Вода, ГОСТ 23732-2011 Вода для бетонов и растворов. Технические условия.
2
Бой оконного и/или тарного стекла пропускали через щековую дробилку с размером выходного отверстия щеки 2,5-5 мм. Отвешивали навеску дробленого стеклобоя и погружали в фарфоровую шаровую мельницу. Туда же помещали щелочной раствор, содержащий растворенные едкую щелочь и гиперпластификатор. Компоненты подвергались мокрому помолу в указанном помольном агрегате в течение 6 ч. При этом удельная поверхность стеклобоя, как основной составляющей стеклощелочного вяжущего достигала 500-550 м/кг при среднем размере частиц 4,4-4,6 мкм. Продукт помола представляет собой вязко-текучую клеящую массу, которой заполняли кубические ячейки металлических форм.
Через 16-18 ч выдержки в естественных условиях (за это время масса набирает распалубочную прочность) производится распалубка, из форм извлекаются образцы-кубы и подвергаются тепловой обработке, которая осуществляется в сушильной камере в температурных интервалах 85-90°С в течение 5-6 ч. После тепловой обработки остывшие образцы подвергаются обмерам, взвешиванию, испытаниям на определение плотности, механической прочности и водостойкости. Результаты испытаний представлены в табл. 2.
Согласно полученным результатам, все пять составов показали лучшие результаты по сравнению с результатами прототипа. Из результатов, приведенных в табл. 2, следует, что оптимальным, показавшим наивысшую прочность и водостойкость, является состав №4.
Применение заявляемого изобретения позволит получать вяжущее вещество без использования цемента, извести и других обжиговых вяжущих материалов, без применения обжиговой и гидротермальной (автоклавной) технологий, с минимальными затратами энергоресурсов. Общее время твердения (набора максимальной прочности) - 24 ч. Предлагаемое стеклощелочное вяжущее может быть использовано в качестве вяжущего при изготовлении строительных материалов и изделий.
Пример
2
3
Бой оконного и/или тарного стекла пропускали через лабораторную щековую дробилку с размером выходного отверстия 2,5-5 мм. Из дробленого стеклобоя отбирали навеску 500 г и загружали в шаровую фарфоровую мельницу. Туда же подавали заранее приготовленный щелочной раствор, содержащий 15 г едкой щелочи и 1,2 г гиперпластификатора Melflux 2651 F, растворенные в 100 мл воды. Стеклобой измельчался в присутствии указанного щелочного раствора в течение 6 ч. За это время происходило одновременное измельчение и модификация стеклобоя по всему объему частиц. В результате получалась вязко-текучая клеящая масса с удельной поверхностью частиц стеклобоя 500-550 м/кг при среднем размере 4,4-4,6 мкм. Масса загружалась в кубические ячейки металлических форм и уплотнялась посредством ударов на встряхивающем столике, при этом наблюдалось увеличение текучести массы. После уплотнения в форме масса выдерживалась 16-18 часов (до набора распалубочной прочности) и получившиеся после распалубки образцы-кубы направлялись в сушильную камеру, где подвергались тепловой обработке при температуре 85-90°С в течение 5-6 ч. По окончании тепловой обработки вяжущее имело величину предела прочности при сжатии в сухом состоянии 25,83 МПа, в водонасыщенном - 22,93 МПа при плотности 1835 кг/м, коэффициент водостойкости 0,89.