Вяжущее Советский патент 1991 года по МПК C04B35/14 

Изобретение относится к строительным материалам, в частности к керамике,-и может быть использовано при производстве изделий из строительной керамики на основе крёммеземсодержащего вяжущего.

Известно кремнеземсодержащее вяжущее для изготовления динасовых огнеупоров (патент США Мг 2446975, кл. 106-69, .опублик. 10.08.48). Состав вяжущего включает двуокись кремния (кремнезем) в следующих пропорциях по фракциям, %: зерна грубого помола размером 9,4-2,4 мм 13-30; зерна среднего помола размером 1,17- 0,15 мм и зерна мелкого помола размером менее 0,1 мм 24-31.

Однако данный состав не обеспечивает достаточных прочностных свойств изделий

после обычной их сушки при 100-150°С. Для достижения требуемых в строительстве физико-механических свойств изделий необходим их высокотемпературный обжиг при 1400-1450°С. Это энергоемкий и длительный процесс.

Известна тиксотропная композиция, используемая при производстаё строительных элементов с удовлетворительными физико-механическими свойствами (патент США № 3207612, кл. 106-69, опублик. 21.09.65). Композиция включает совокупность зерен аморфной двуокиси кремния следующих фракций, %: 0,80-0,38 мм 37,5; 0,35-0,15 мм 37,5; менее 0,08 мм 25. Аморфная двуокись кремния получается электроплавкой исходного сырья при 1700-1750°С. Сухая смесь плавленой двуокиси кремния

О

ю

00 1

W

затворяется раствором коллоидного кремнезема, который является связующим.

Недостатком данной композиции является то, что в качестве ингредиентов используются дорогостоящие и дефицитные синтетические сырьевые материалы - плавленая двуокись кремния и раствор коллоидного кремнезема. Кроме того, достаточная механическая прочность изделий достигается только после обжига при 980°С, что еще больше удорожает строительный элемент.

Известно кремяеземсодержащее вяжущее (шликер), содержащее воду и дисперги- рованную в ней двуокись кремния, имеющую степень чистоты не менее 99,8% (заявка Яронии № 63-139045, кл, С 04 В 35/14, опублик. 10,06.88), Шликер характеризуется следую щим интегральным весовым распределением зерен твердой фазы двуокиси кремния, %: зерна размером 0,006-0,012 мм (или 6-12 мкм) БОУО.ОЗ- 0,04 мм (соответственно 30-40 мкм) 80; до 0,001 мм (1 мкм) 10-20. ,.,... ....

Указанный состав существенно улучшает диспергируемость, однородность, текучесть, тиксотропнрсть, что позволяет использовать его для формирования под давлением, . . . : :.

Недостатком указанного состава явля-1. ется, как и в предыдущем варианте, использование дорогого синтетического кремнеземистого сырья с высокой степенью чистоты, Кроме того, для обеспечения высокой механической прочности изделий, отливаемых из такого шликера, необходим высокотемпературный обжиг или, как предлагается в заявке, необходимо добавлять специальный связующий компонент. - ... ..--..... . Наиболее близким к предлагаемому является кремнеземсодержащее вяжущее

(авт. ев, №771052, кл. С 04 В 15/06, опублик. 15.01.80) для строительных изделий, имеющее следующее распределение зерен

по фракциям, мас.%: 5-20 мкм 20-40; 2050мкм 12-30; 50-100 мкм 1-25, остальное- зерна размером 0, мкм. . ;

Недостатком данного кремнеземсодер- жащего вяжущего является низкая водо-и морозостойкость. Кроме того, для получения на его основе строительных изделий с достаточной механической прочностью нёобходимо использовать дорогостоящее синтетическое сырье - кварцевое стекло, и энергоемкую автоклавную, обработку осуществлять при давлении 5-25 атм в течение 2-20 ч.

Цель изобретения - повышение водо- и морозостойкости при сохранении высокой механической прочности.

Указанная цель достигается тем, что вя- жущее, содержащее в твердой фазе оксид кремния непрерывного фракционного состава с размером зерен 0,1-100 мкм, содержит дополнительно зерна оксида кремния размером 0,01-0,1 мкм при следующем рас- пределении зерен по фракциям, мас.%: 0,01-0,02 мкм0.1-1,2 0,02-0,03 мкм 0,1-0,8 0,03-0,04 мкм 0,1-0,6 0,04-0,05 мкм 0,1-0,7 f 0,05-0,06 мкм 0,1-0,7 0,06-0,08 мкм 0,2-1,0 0,08-0,1 мкм 0,3-1,0 0,1-1 мкм 8,0-19,0 1-10 мкм 31,0-43,0 . 10-20 мкм 19,0-21,0 20-40 мкм . 11.0-28,0 40-100 мкм 2,0-11,0 Указанные характеристики вяжущего еще больше увеличиваются при введении в данный состав оксида кальция из расчета от 1 до 3 мас.ч. на 100 мас.ч.Ъяжущего.

В предлагаемом составе вяжущего зерна окисда кремния размером 0,1-100 мкм выполняют функцию активного микрона- полнитёля, а гранулометрический состав в целом, обеспечивает максимальную плот- н бсть упаковки зерен. Последнее обуславливает один из основных критериев, определяющих следующие свойства вяжу- шего; снижение водопотребности при за- творении водой, уменьшение сегрегации чабтиц, исключение трещинообразования при сушке, получение практически безусадочной массы.

Частицы размером 0,1-0,01 мкм относятся к коллоидным и, будучи затворены водой, образуют коллоидный раствор - золь, обладающий хорошими связующими свой- ; ств.ами, ; Высокие прочностные свойства предлагаемого вяжущего При относительно низких концентрациях коллоидных частиц (1- 6 мас,%) объясняются следующими факторами:

однородностью вещественного состава зерен микронаполнителя (0,1-100 мкм) и коллоидной фракции (0,01-0,1 мкм); практической непрерывностью ряда значений размеров зерен в составе вяджущего, начиная от максимальных (100 мкм) и завершая са мыми мелкодисперсными (0,01 мкм), обеспечивающей точное размещение коллоидных частиц в межзеренном пространстве более крупных зерен вяжущего;

оптимальной толщиной клеевого шва, образующегося из коллоидных частиц при сушке;

формированием более прочного адгезй- онного шва при равной концентрации коллоидных частиц, имеющих непрерывный фракционный состав с более плотной упаковкой.

Предлагаемый гранулометрический состав вяжущего способствует формированию специфических сферических пор. Этим достигается эффект существенного повышения водо- и морозостойкости.

Вторым основным критерием, опреде- ляющим совокупность оптимальных свойств предлагаемого вяжущего, является достижение оптимальных реологических характеристик литейной системы, которая формируется после затворения вяжущего водой.

Наличие в составе вяжущего дополнительно оксида кальция в количестве. 1- 3 мае.ч. на 100 мас.ч. вяжущего позволяет повысить водостойкость и прочностные показатели материала. Это объясняется топо- хймическим модифицированием оксидом кальция поверхности кремнеземистых коллоидных частиц с образованием фаз, близким по составу к гидросиликату кальция. Такое модицифирование увеличивает прочность адгезионных контактов между зернами вяжущего, которые лучше противостоят р асклинивающему действию воды.

П(р и м е р , Вяжущее получают известным способом (например, по авт. св. Ns 1055081, кл. С 04 В 34/14, опублик. 23.01.88} путем мокрого помола кварцевого песка в шаровой мельнице с керамическими мелющими телами при влажности 13,0%. Помол производят с трехразовой догрузкой кварцевого песка. Критериями готовности служат плотность полученной суспензии (2,10-2,24 г/см3) и ее дисперсность. Продолжительность помола 15 до 42 н.

В табл. 1 приведены составы 1-4 предлагаемого вяжущего. .

В табл. 2 приведены свойства предлагаемых вяжущих (составы f-4) и известного вяжущего (авт. св. № 771052).

Испытуемые образцы предлагаемых вяжущих содержали 1-2 мае, доли вяжущего. Свойства образцов предлагаемых вяжущих определяли после упрочнения предварительно высушенных отливок в растворе жидкого стекла плотностью 1,08 г/см3 в течение 12 ч и последующей сушки при 110- 120°С.

Низкое содержание высокодисперсных зерен оксида кремния в составе вяжущего (в диапазоне 0,01-10 мкм) приводит к недопустимо малым значениям прочностных показателей: асж Ю МПа; (7ИЗг 5 МПа.

Состав 1 соответствует минимально приемлемым прочностным показателям водо- и морозостойкости.

Повышение содержания в составе вяжущего высокодисперсных зерен оксида кремния в диапазоне 0,01-10 мкм при одновременном снижении содержания зе0 рен диапазона 40-100 мкм, которое наблюдается в составах 2 и 3, ведет к улучшению всех свойств. Причем, как видно из табл. 2, наилучшие свойства вяжущего сравнения с известным составом и с составами Других

5 образцов показывает состав 3. Он является оптимальным, так как дальнейшее повышение содержания зерен оксида кремния в диапазоне 0,01-10 мкм и снижение их содержания в диапазоне 40-100 мкм уже ве0 дет к ухудшению свойств.

Состав 4 представляет собой верхнюю границу по фракциям. Водо- и морозостойкость и прочностные показатели зто го состава ниже оптимального варианта (состав

5 3). Дальнейшее увеличение в составе вяжущего высокодисперсных частиц, особенно менее 1 мкм, - однозначно увеличиваемое число контактов между частицами в единице объема.

0 Повышение вероятности фиксации частиц в положении ближнего потенциального минимума приводит к существенному реологическому структурообразованию в системе (усиливается тиксотропия). Сильная

5 тиксотропия ухудшает текучесть вяжущёгб раствора, поэтому требуется дополнительное количество воды затворения. Последнее в свою очередь обуславливает резкое увеличение пористости, увеличивает усаQ доч ные напряжения и приводит к снижению механической прочности; морозостойкости и водостойкости. Предпочтительным является зерновое содержание, отвечающее ньютоновскомухарзктерутечения, или с ие5 значительным наложением тиксотропного v дилатантного типов течения.

Оптимальные свойства вяжущего предлагаемого состава достигаются при содержании в нем 1 мае. доли оксида кальция на

Q 100 мае. долей вяжущего. При увеличении содержания оксида кальция до 3 мае. долей прочность падает, а при введении более 3 мае. долей оксида кальция происходит резкое уменьшение поверхностного заряда

е частиц, и осуществляется процесс гетероко-. агуляции. Суспензия теряет подвижность, приобретает ярко выраженный тиксотроп- ный характер течения, возрастает пори- стость, падают водо- и морозостойкость и прочность.

Предлагаемый состав вяжущего дает возможность изготовлять на его основе дешевые строительные изделия, значительно повышая при этом гарантии по оптимальности их физико-механических свойств. При- чем для достижения этих свойств не требуется энергоемких процессов обжига, автоклавироваиия, что сократцает продолжительность изготовления изделий и повышает тем самым производительность и удешевляет готовую продукцию.

Формула изобретений

1. Вяжущее, содержащее в твердой фазе оксид кремния непрерывного фракционного состава с размером зерен от 0,1 до 100 мкм, отличающееся тем, что, с целью повышения водо- и морозостойкости при сохранении высокой механической прочности, оно дополнительно содержит зерна оксида кремния размером от 0,01 до 0,1 мкм при следующем распределении зерен по фракциям, мас.%:

0,01-0,02 мкм0,1-1,2 0,02-0,03 мкм 0,1-0,8 0,03-0,04 мкм 0,1-0,6 0,04-0,05 мкм 0,1-0,7

0,05-0,06 мкм 0,06-0,08 мкм 0,03-0,1 мкм 0,1-1,0 мкм 1-10 мкм 10-20 мкм 20-40 мкм . 40-100 мкм

0,1-0,7 i 0,2-1,0 0,3-1,0 8,0-19,0 31,0-43.0 19,0-2 liO 11,0-28,0 2,0-11,0.

2. Вяжущее поп. 1, о т л и ч а ю щ ё е- я тем, что оно содержит от 1 до 3 мае. долей ксида кальция на 100 мае. долей вяжущего твердой фазе.

3. Вяжущее по пп, 1 и 2, о т л и ч а ю- ее с я тем, чтснжо содержит зерна оксида ремния при следующем распределении зеен по фракциям, мас.%:

0,01-0,02 мкм 0,02-0,03-мкм 0,03-0,04 мкм 0,04-0,05 мкм 0,05-0,06 мкм 0,06-0,08 мкм 0,08-1,0 мкм 0,1-1 мкм 1-10 мкм 10-20 мкм 20-40 мкм мкм

0,5

0,5

0,4

0,2

0,5

0,6

0,5

17,0

42,0

20,0

15,0

3,0,

Использование: при производстве изделий из строительной керамики. Сущность изобретения: вяжущее содержит в твердой фазе зер на оксида кремния при следующем распределении зерен по фракциям, мас.%: 0,01-0,02 мкм 0,1-1,2; 0,02-0,03 мкм 0,10,8; 0,03-0,04 мкм 0,1-0,6; 0,04-0,05 мкм 0.1-0,7; 0,05-0,06 мкм 0,1-0,7; 0,06- 0,08 мкм 0,2-1; 0,08-0,1 мк.м 0,3-1; 0.1- 1 мкм 8-19; 1-10 мкм 31-43; 10-20 мкм 19-21; 20-40 мкм 11-28; 40-100 мкм 2-11. При этом вяжущее содержит 1-3 мае. доли оксида кальция на 100 мае. долей вяжущего в твердой фазе. Вяжущее содержит зерна оксида кремния при следующем распределении зерен по фракциям, мас.%: 0,01- 0,02 мкм 0,5; 0,02-0,03 мкм 0,5; 0,03-0,04 мкм 0,4; 0,04-0,05 мкм 0,2; 0,05- 0,06 мкм 0,5; 0,06-0,08 мкм 0,6; 0,08-1 мкм 0,5; 0,1-1 мкм 17; 1-10 мкм 42; 10-20 мкм 20; 20-40 мкм 15; 40-100 мк.м 3. Вяжущее имеет морозостойкЬсть 19-42 циклов, водо- поглощение 8,5-9,6%, предел прочности при сжатии 96-118 МПа, 2 з.п. ф-лы, 2 табл, fe

Таблица 1