Вяжущее

 

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, водопоглощение 8,5-9,6%, предел прочности при сжатии 96-118 МПа, 2 з.п. ф-лы, 2 табл, fe

СОЮЗ СО8ЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si>s С 04 В 35/14

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

"- :: Й:"19Т г:.,4, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ (21) 4868130/33 (22) 25.09.90 (46) 30.12.91. Бюл. № 48 (76) И.И. Немец, M.А,Трубицин, А.Н. Иконников и Е.Е. Меднов (53) 666,63(088.8) (56) Заявка Японии № 63-139045, кл. С 04 В 35/14, 1988.

Авторское свидетельство СССР

¹ 771052, кл, С 04 В 15/06, 1980. (54) ВЯЖУЩЕЕ (57) Использование: при производстве изделий из строительной керамики. Сущность изобретения: вяжущее содержит в твердой фазе зерна оксида кремния при следующем расп ределени и зерен по фракциям, мас. :

0,01 — 0,02 мкм 0,1 — 1,2, 0,02 — 0,03 мкм 0,1—

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

Известно кремнеземсодержащее вяжущее для изготовления динасовых огнеупоров (патент США ¹ 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 1,170,15 мм 46-56 и зерна мелкого помола размером менее 0,1 мм 24 — 31.

Однако данный состав не обеспечивает достаточных прочностных свойств изделий Ж 1702871 А3

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 0,1 — 0,7; 0,060,08 мкм 0,2-1; 0,08 — 0,1 мкм 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 мас. доли оксида кальция на 100 мас. долей вяжущего в твердой фазе. Вяжущее содержит зерна оксида кремния при следующем распределении зерен по фракциям, мас.0/: 0,010,02 мкм 0,5; 0,02 — 0,03 мкм 0,5;

0,03-0,04 мкм 0,4; 0,04-0,05 мкм 0,2; 0,050,06 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 мкм 3. Вяжущее имеет морозостойкость 19-42 циклов, водопоглощение 8,5 — 9,67,, предел прочности при сжатии 96-118 МПа, 2 э.п. ф-лы, 2 табл. после обычной их сушки при 100-1500С. Для достижения требуемых в строительстве физико-механических свойств иэделий необходим их высокотемпературный обжиг при

1400 — 1450 С. Это энергоемкий и длительн ый и роцесс.

Известна тиксотропная композиция, используемая при производстве- строительных элементов с удовлетворительными физико-механическими свойствами (патент

США ¹ 3207612, кл. 106-69, опублик.

21.09.65). Композиция включает совокупность зерен аморфной двуокисй кремния следующих фракций, 7: 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

1702871 затворяется раствором коллоидного кремнезема, который является связующим.

Недостатком данной композиции является -o, что в качестве инградиентов 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 кремнеземсодержащее вяжущее (шликер), содержащее воду и длспергированную в най двуокись кремния, имеющую степень чистоты не менее 99,8 (заявка Японии % 63-139045, кл, С 04 В

35114, опублик. 10,0о 88), Шликер характеризуется следующим интегральным весовым распределением зерен твердой фазы двуокиси кремния,,/: зерна размером

0;006 — 0,012 мм (или 6 — 12 мкм) 50; 0,03-.

0,04 мм (соответственно 30 — 40 мкм) 80; до

0,001 мм (1 мкм) 10 — 20, Указанный состав существенно улучшает диспергируемость, однородность, текучесть, тиксотропность, что позволяет использовать его для формировайия под давлением, Недостатком указанного состава явля.. ется, как и в предыдущем варианте, использование дорогого синтетического кремнеземистого сырья с высокой степенью чистоты, Кроме того, для обеспечения высокол механической прочности иэделил, отливаамых иэ такого шликера, необходим высокотемпературный обжиг или, как предлагается в заявке, необходимо добавлять специальный связующий компонент.

Наиболее близким к предлагаемому является кремнеэемсодержащее вяжущее (авт. св, %771052„кл. С 04 В 15/06, опублик.

15.01.80) для строительных изделий, имеющее следующее распределение зерен по фракциям, мас.7: 5-20 мкм 20-40; 2050 мкм 12 — 30; 50 — 100 мкм 1-25, остальноезерна размером К1-5 мкм.

Недостатком данного кремнеземсодержащего вяжущего является низкая водо- и мороэостойкость. Кроме того, для получения на его основе строительных изделий с достаточной механической прочностью не° обход|лмо 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 мороэостойкости при сохранении высокой механической прочности.

Указанная цель достигается тем, что вя5- 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 рас10 пределении зерен по фракциям, мас. :

0,01 — 0,02 мкм 0,1 — 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

15 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

20, 10-20 мкм 19,0 — 21 0

20-40 м км 11,0 — 28,0

40 — 100 мкм 2,0 — 11,0

Указанные характеристики вяжущего еще больше увеличиваются при введении в 5 данный состав оксида кальция из расчета от

1 до 3 мас.ч. на 100 мас,ч. вяжущего.

В предлагаемом составе вяжущего зерна окисда кремния размером 0,1-100 мкм выполняют функцию активного микрона30 полнителя, а гранулометрический состав в целом, обеспечивает максимальную плотность упаковки зерен. Последнее обуславливает один из основных критериев, определяющих следующие свойства вяжу35 шего: снижение водопотребности при затворении водой, уменьшение сегрегации частиц, исключение трещинообразования при сушке, получение практически беэусадочной массы.

40 Частицы размером 0,1 — 0,01 мкм относятся к коллоидным и, будучи затворены водой, образуют коллоидный раствор — золь, обладающий хорошими связующими свойств.ами.

Высокие прочностные свойства предлагаемого вяжущего при относительно низких концентрациях коллоидных частиц (16 мас, g объясняются следующими факторами:

50 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, начлная

55 от максимальных (100 мкм) и завершая с а мыми мелкоди сперсными (0,01 мкм), обеспечивающей точное размещение коллоидных частиц в межзеренном пространстве более крупных зерен вяжущего;

1702871 оптимальной толщиной клеевого шва, образующегося из коллоидных частиц при сушке; формированием более прочного адгезионного шва при равной концентрации кол- 5 лоидных частиц, имеющих непрерывный фракционный состав с более плотной упаковкой.

Предлагаемый гранулометрический состав вяжущего способствует формирова- 10 нию специфических сферических пор. Этим достигается эффект существенного повы, шения водо- и мороэостойкости, Вторым основным критерием, определя ющим совокуп НЯсть оптимальных 15 свойств предлагаемого вяжущего, является достижение оптимальных реологических характеристик литейной системы, которая формируется после затворения вяжущего водой. 20

Наличие в составе вяжущего дополнительно оксида кальция в количестве 13 мас.ч. на 100 мас.ч. вяжущего позволяет повысить водостойкость и прочностные показатели материала, Это объясняется топо- 25 химическим модифицированием оксидом кальция поверхности кремнеземистых коллоидных частиц с образованием фаз, близким по составу к гидросиликату кальция.

Такое модицифирование увелйчивает проч- 30 ность адгезионных контактов между зернами вяжущего, которые лучше противостоят рзсклинивающему действию воды.

П,р и м е р . Вяжущее получа|от известным способом (например, по авт. св. Ъ 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;4.

Помол производят с трехразовой догруэкой 40 кварцевого песка. Критериями готовности служат плотность полученной суспензии (2,10 — 2,24 г/см ) и ее дисперсность. Продолжительность помола 15 до 42 ч.

В табл. 1 приведены составы 1-4 пред- 45 лагаемого вяжущего.

В табл. 2 приведены свойства предлагаемых вяжущих (составы 1 — 4) и известного вяжущего (авт. св. М 771052).

Испытуемые образцы предлагаемых вя- 50 жущих содержали 1 — 2 мас, доли вяжущего.

Свойства образцов предлагаемых вяжущих определяли после упрочнения предварительно высушенных отливок в растворе жидкого стекла плотностью 1,08 г/см в те- 55 чение 12 ч и последующей сушки при 110120 С.

Низкое содержание высокодисперсных зерен оксида кремния в составе вяжущего (в диапазоне 0,01-10 мкм) приводит к недопустимо малым значениям прочностных показателей: о,ж< 10 МПа; гъ < 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 одйовременном снижении содержания зерен 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" образцов показывает состав 3. Он является оптимальным, так как дальнейшее повышение содержанйя зерен оксида кремния в диапазоне 0,01-10 мкм и снижение их содержания в диапазоне 40 — 100 мкм уже ведет к ухудшению свойств.

Состав 4 представляет собой верхнюю границу по фракциям, Водо- и мороэостойкость и прочностйые показатели этого со- става ниже оптимального варианта (состав

3). Дальнейшее увеличение в составе вяжущего высокодисперсных частиц, -особенно менее 1 мкм, — однозначно увеличиваемое число контактов между частицами в единице обьема, Повышение вероятности фиксации частиц в положении ближнего потенциального минимума приводит к существенному реологическому структурообразованию в системе (усиливается тиксотропия). Сильная тиксотропия ухудшает текучесть вяжущего раствора, поэтому требуется дополнительное количество воды затворения. Последнее в свою очередь обуславливает резкое увеличение пористости. увеличивает усадочные напряжения и пр: водит к снижению механической прочность„морозостойкости и водостойкости. Предпочтительным является зерновое содержание, отвечаюа;ее ньютоновскомухарактерутечения, или с незначительным наложением тиксотропного i дилатантного типов течения.

Оптимальные свойства вя. кущего предлагаемого состава достигаются при содержании в нем 1 мас. доли оксида кальция на

100 мас. долей вяжущего, При увеличении содержания оксида кальция до 3 мас. долей прочность падает, а при введении более 3 мас. долей оксида кальция происходит резкое уменьшение поверхностного заряДа частиц, и осуществляется процесс гетероко-„ агуляции. Суспензия теряет подвижйость, приобретает ярко выраженный тиксотропный характер течения, возрастает пори стость, падают водо- и морозостойкость и прочность.

1702871

Таблица 1

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

Формула изобретения

1. Вяжущее, содержащее в твердой фазе оксид кремния непрерывного фракционного состава с размером зерен от 0,1 до

100мкм, отлича ющеесятем,что,с целью повышения водо- и морозостойкости при сохранении высокой механической йрочности, оно дополнительно содержит зерна оксида кремния размером от 0,01 до

О, I мкм при следующем распределении зерен по фракциям, мас. :

0,01-О,О2 мкм 0,1 — 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-О,7

0,05-0,06 мкм 0,1-0,7

0,06-0,08 мкм i 00,2-1,0

0,08-0,1 мкм 0,3-1,0

0,1-1,0 мкм 8,0 — 19,0

5 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.

2. Вяжущее по и. 1, о т л и ч а ю щ е е10 с я тем, что оно содерЖит от 1 до 3 мас. долей оксида кальция на 100 мас. долей вяжущего в твердой фазе.

3. Вяжущее по пп,1и2,отл ича юще е с я тем, что оно содержит зерна оксида

15 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

20 0,04 — 0,05 мкм 0,2

0,05 — 0,06 мкм 0,5

0,06-0,08 мкм 0,6

0,08 — 1,0 мкм 0,5

0,1-1 мкм 17,0

25 1-10 MKM 42,0

10-2О мкм 20,0

20-40 мкм 15,0

40-100 мкм 3,0,