Цинковый алюминат кальция формулы С @ А @ Z @ О @ как мономинеральное вяжущее Советский патент 1991 года по МПК C04B7/32 

Изобретение относится к составу мономинерального вяжущего и может найти применение в промышленности строительных материалов,

Цель изобретения - повышение гидравлической активности.

На чертеже изображена схема кристаллической решетки предлагаемого соединения.

Основу атомного строения полученного синтетического соединения составляет: трехмерный каркас из AI и Zn-тетраэдров (ABCD), в вершинах которых находятся анионы О . Характерными структурными единицами в этой кристаллической решетке являются пятичленные кольца АВЕРКиз А, Zn-, 0-тетраэдров. При этом каждый тетраэдр одновременно участвует в образовании либо трех, либо четырех таких колец, внутри которых помещаются ка-.ионы Са . Благодаря различному расположению тетраэдрических анионов Х04 (где X - Ai или Zn в кольцах) и различному способу сочленения самих колец атомы кислорода образуют вокруг катиона Са+2 полиэдры двух типов: слегка искаженных октаэдров и восьмивершинников в виде квадратных антипризм.

Пример. Получают цинковый алюминат кальция.

Для синтеза берут реактивы квалификации Чистый для анализа в виде следующих соединений: СаО, и ZnO. Из предварительно прокаленных оксидов готовят смеси составов, приведенных в табл 1. Каждую смесь обжигают традиционным способом в виде таблеток диаметром 10 мм массой 1 г в печи с карборундовыми нагревателями. Термообработку производят при температуре начала плавления с изотермической выдержкой 30 мин, но максимальная температура обжига не превышает 1450°С. Фазовый состав полученных спеков опредеО

ю ю о

-ч|

о

ляют с помощью рентгеновского, дифференциально-термического, петрографического и химического анализов. По высотам максимальных дифракционных отражений, характерных для каждого соединения, судят об их содержании в смесях (табл. 2).

Из табл. 1 видно, что в смесях с содержанием по 2:2, 2:1 и 1:2 предлагаемое соединение либо вообще не получается, либо имеется в незначительном количестве. С увеличением содержания СаО число присутствующих фаз в спеке уменьшается и количество CaA2Z увеличивается, при соотношении 3:2:1 остается одна фаза, а с увеличением этого соотношения по окислу кальция число фаз снова возрастает. Следовательно, предлагаемое соединение синтезируется при соотношении оксидов в смеси CaO:Al203:ZnO 3:2:1.

Синтез нового соединения ведется при высокотемпературной обработке исходных смесей, которая осуществляется либо в таком диапазоне температур, когда все компоненты реакции остаются в твердом состоянии, либо при таких параметрах, ког- да шихта частично или полностью переходит в жидкотекучее состояние.

Для определения кристаллографических (табл. 3) и рентгенометрических характеристик этого соединения выращивают кристаллы из расплава состава CaO:Alp3:ZnO I3:2:1 путем его охлаждения со скоростью 1 /8 град/мин.

При определении атомной структуры нового соединения CsAUZnOto использует- ся экспериментальный набор модулей структурных амплитуд, полученных от монокристалла этого соединения на автоматическом 4-кружном дифрактометре типа CAD4F Энраф-Нониус (М0К получение, графитовый монохроматор 10/28-сканиро- вание, sin0/UO,8A°)1.

Расшифровка кристаллической структуры осуществляется с помощью комплекса программ SDP на мини ЭВМ PDP 11/23, основываясь на интерпритации .3-мерной функции Патерсона и последующих разностных синтезах электронной плотности. Окончательная модель структуры уточнена методом неименьших квадратов с учетом анизотропных параметров тепловых колебаний атомов.

Рентгенометрическую характеристику определяют методом порошка на рентгеновском дифрактометре ДРОН-2 (Си-К сгизлу- чатель)(табл. 4)

Для определения свойств вещества, предлагаемого в качестве мономинерального вяжущего, полученною путем твердофазовых реакций, изготавливают образцы размером 1,41x1,41x1,41 см из теста, полученного из 75% порошка ЗСаО-2А 20з по с удельной поверхностью 2700 см2/г с добавлением 25% воды. Сутки образцы хранят в формах в воздушно-влажных условиях, а затем они твердеют в воде при 20±2°С. Гид- ратационную активность образцов определяют в возрасте 7 и 28 сут (табл. 5) и сравнивают с прочностью образцов, изготовленных из цементов на основе алюминатов кальция.

Физико-химические свойства мономинеральных цементов на основе алюминатов кальция и 3CaO-2Al2O3 ZnO приведены в табл, 5.

Данные, приведенные в табл. 5, показывают, что прочность при сжатии образцов, изготовленных из цемента на основе 3CaO-2Al203 ZnO, полученного твердофа- зовым спеканием, превосходит сравниваемые, особенно в 28-суточном возрасте.

Кроме того, предлагаемое вяжущее обладает адгезией к металлам, а цвет позволяет использовать его как декоративный материал

Прочность сцепления затвердевшего вяжущего со стальной арматурой определяют путем выдергивания из него стальных стержней. Для этого изготавливают образцы-кубики 1,41x1,41x1,41 см с заложенными в них штырями. После укладки теста в форму на нее закрепляют направляющую накладку с отверстиями, приходящимися над центром каждого образца. В эти отверстия вставляют обточенные части круглых стальных штырей Диаметр штыря 1,7 мм, а длина 12 мм, из которых 8 мм погружено в материал. Образцы со штырями расформовывают через 24 ч и хранят в воде. Испытание проводят в возрасте 1 и 7 сут. Силу сцепления определяют на приборе, Для чего выступающий конец штыря закрепляют в зажим, а образец помещают в захват с емкостью, в которую насыпают дробь до выдергивания штыря из образца. Полученные результаты приведены в табл. 6.

Как видно из табл. 6, прочность сцепления предлагаемого состава CasAI/iZnOio с арматурой в возрасте 7 сут на 54% выше, чем у глиноземистого цемента.

Предлагаемое соединение можно рекомендовать для использования в качестве мономинерального вяжущего.

Формула изобретения Цинковый алюминат кальция формулы СазА1 ЈпОю как мономинеральное вяжущее.

Таблица 1

Изобретение относится к составу мономинерального вяжущего. Цель изобретения - повышение гидравлической активности. Цинковый алюминат кальция формулы CaaAUZnQio используют как мономинераЛь- ное вяжущее. Прочность вяжущего в 7-су- точном возрасте имеет прочность 36,9 кгс/см2. 1 ил., 6 табл.

C-CaO;A-Al203;Z-ZO

Соединение

CaO А120з ZnO

ZnO-AWb

ЗСаО

12СаО-7А12Оз

ЗСаО - ZnO (CasAh ZnOio)

Таблица 2

Аналитические линии а, А

2,40

2,085 2,48, 2,816

2,69

4,89, 2,68 2,89, 2.714

Таблица 3

Продолжение табл. 3

Таблица 4

Таблица 5

Таблица 6

0; .

Jo- In; о - &y