ВЯЖУЩЕЕ ВЕЩЕСТВО
BINDER

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при изготовлении кислотоупорных бетонов и растворов на основе безобжигового вяжущего.
Известно вяжущее по патенту RU 2273610 от 15.11.2004 г., опубл. 10.04.2006 г., полученное совместным помолом шлака с добавкой цеолитсодержащей породы Татарско-Шатршанского месторождения РТ в соотношении 1:(0,05-0,1), затворенного раствором жидкого стекла.
Недостатком изобретения является неравномерное распределение зерен кремнезема на частицах шлака, и коагуляция щелочных компонентов в процессе приготовления шлакощелочного раствора, что приводит к снижению физико-механических свойств и сокращению сроков схватывания шлакощелочного теста.
2
Известно вяжущее (RU 2370465 от 21.05.2008 г., опубл. 20.10.2009 г.), полученное совместным измельчением гранулированного шлака доменного или электротермофосфорного и вулканического пепла до фракции 0-80 мкм и удельной поверхности 2800-5000 см/г с дальнейшим затворением щелочным активатором состава, мас. %: 20-25 водный раствор гидроксида натрия NaOH или кальцинированной соды 20-75, жидкое стекло 25-75, при последующем соотношении компонентов, мас. %: шлак 81,80-94,20, щелочной активатор 3,85-7,27, вулканический пепел 1,92-9,09.
Недостатком данного вяжущего является то, что при полученных высоких показателях физико-механических характеристик, не исследована коррозионная стойкость шлакощелочного материала.
Наиболее близким к заявленному решению является изобретение, известное по 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 является незначительно высокие показатели прочности при всей сложности и энергоемкости при получении вяжущего, заключающемся в приготовлении мокрой алюмосиликатной суспензии с соблюдением определенной влажности, что снижает эффективность прототипа.
Техническим результатом является повышение эффективности кислотоупорного вяжущего вещества за счет улучшения его физико-механических и эксплуатационных свойств.
Технический результат достигается тем, что кислотоупорное вяжущее вещество включает каолинитовую глину, активированную до удельной поверхности 640 м2/кг и обожженную при температуре 600-650 0С, которую смешивают с вулканическим туфом, высушенным перед измельчением при температуре 105 0С 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, Na<sub>2</sub>SiF<sub>6</sub>
5,8-8,0;
Жидкое стекло, NaaSiO<sub>3</sub>
11,0-13,0;
Гидроксид натрия, NaOH
0,6-1,0.
Для приготовления кислотоупорного вяжущего вещества щелочной активации на основе метакаолина применяют минеральные материалы (жидкое натриевое стекло, гидроксид натрия, кремнефтористый натрий) удовлетворяющие ГОСТ 25192-82. Для приготовления кислотоупорного тонкодисперсного наполнителя используют высокоалюминатную каолинитовую глину (Дуба-Юртовский карьер, ЧР) и вулканический туф (Каменский карьер, КБР)
Приготовление вяжущего вещества происходит следующим образом:
2
3
2
2
уд
2
Привезенные с карьеров высокоалюминатная каолинитовая глина (минерал каолинит AlO-2SiO-2HO более 80%, монтмориллонит до 17%, остальное примеси) и вулканический туф после предварительной сушки в сушильном шкафу при температуре 105°C в течение 2 часов измельчают раздельно в лабораторной роликовой мельнице, вулканический туф предварительно дробят в щековой дробилке. Глина в естественном виде является уже дисперсным материалом и содержит не менее 50% частиц размером меньше 0,01 мм, в том числе не менее 25-30% частиц меньше 0,001 мм, а подвергнув ее до обжига механоактивации в роликовой мельнице в течение 10 минут мы дополнительно повышаем ее дисперсность (S составляет 640 м/кг). Вулканический туф тоже является по природе активной минеральной добавкой (до 46% аморфизованного стекла), а после того как его подвергают измельчению реакционная активность его значительно повышается. Вулканический туф измельчают в роликовой
2
уд
2
мельнице в течение 15 минут (S составляет 520 м/кг). На следующем этапе высокоалюминатную каолинитовую глину обжигают в муфельной печи при температуре 600-650°C, в результате получают высокоактивный метакаолин.
Активность полученных порошков доказана 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 метакаолин - 48 мг⋅экв/г, вулканический туф - 37 мг⋅экв/г.
2
6
3
Полученные порошкообразные тонкодисперсные реакционно активные компоненты, в соответствующем количестве, смешивают с ускорителем гидролиза и выпадения геля кремниевой кислоты - кремнефтористым натрием NaSiF (ТУ 113-08-587-86) в течение 5 минут. Далее в подготовленные композиции добавляют щелочной активатор следующего состава (жидкое стекло натриевое с силикатным модулем 2,8 плотностью 1,24 г/см и гидроксид натрия) и перемешивают в течение 2-3 минут.
2
3
2
2
4
2
3
Формирование структуры и прочности кислотоупорных вяжущих осуществляется в результате протекания сложных физико-химических процессов. В композициях на жидком стекле твердение происходит только при выделении в осадок геля кремниевой кислоты, который и обладает вяжущими свойствами: Na⋅SiO+СО+2НО=Si(OH)+NaCO.
2
6
2
3
2
4
Ускорению данного процесса способствует кремнефтористый натрий: NaSiF+2NaSiO+6HO=6NaF+3Si(OH).
2
3
2
2
2
3
2
2
3
4
В предлагаемом кислотоупорном материале, в комплексе с щелочным активатором, роль вяжущего играет метакаолин и вулканический туф. Объяснению этому служит то, что при температуре 600-650°C основной компонент глин каолинит (Al0⋅2SiO⋅2HO) - обезвоживается и переходит в активный каолинитовый ангидрид - метакаолин (Al0⋅2Si0), аморфизованный в результате удаления гидратной воды. Далее синтезированный активный силикат алюминия и аморфный кремнезем вступают в химическое взаимодействие с NaOH и NaSiO, в результате чего в щелочной среде возникают соединения алюмосиликатных компонентов с появлением алюминатных и полимерных силикатных анионов, из которых в дальнейшем формируются связи Si-O-Al-O-Si и образуется трехмерный полимерный каркас (алюмосиликатный гидрогель). Щелочные катионы натрия входят в состав каркаса и компенсируют отрицательный заряд, создаваемый при выстраивании тетраэдров AlO между кремнекислородными тетраэдрами, а алюминий создает дефицит положительного заряда, который компенсируется вхождением в структуру
3
каркаса щелочных катионов. Таким образом, катионы натрия, находятся защемленными в прочной связи алюмосиликатного каркаса, способствуя синтезу водостойкого и кислотоупорного материала.
Далее из кислотоупорного вяжущего изготавливают лабораторные образцы размером 40×40×160 мм. Приготовленное вяжущее укладывают в открытые трехгнездные формы. Образцы твердеют в нормальных условиях при температуре 20±2°C в течение 28 суток. Полученные таким образом лабораторные образцы подвергают испытанию. Результаты испытаний, в сравнении с аналогами, представлены в таблице 1.
Область применения заявляемого изобретения (кислотоупорного вяжущего щелочной активации на основе метакаолина) - это производство кислотоупорных бетонов и растворов, но предполагаемый результат будет достигнут при строгом соблюдении рецептуры.
В представленной рецептуре кислотоупорного вяжущего, 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 и эксплуатационные характеристики.
Таким образом, использование указанного кислотоупорного вяжущего щелочной активации на основе высокоактивных минеральных компонентов позволяет повысить эффективность получения кислотоупорных материалов.
4