Вяжущее

СООЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 02871 АЗ 9) 51)ю С 04 В 35/14 ГОСУДАРСТВЕННЫЙПО ИЗОБРЕТЕНИЯМПРИ ГКНТ СССР МИТЕТОТКР ЫТИ 2 НИЯ К ПАТЕНТ ицин, А.Н. Икон 39045,во СССР, 1980. роизводстве издерамики. Сущность держит в твердой ия при следующем фракциям, мас,: ,02 - 0,03 мкм 0,1 -ПИСАНИЕ ИЗОБРЕ(57) Использование: при и лий из строительной ке изобретения; вяжущее со фазе зерна оксида кремн распределении зерен по 0,01 - 0,02 мкм 0,1 - 1,2, 0 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 % 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 46-56 и зерна мелкого помола размером менее 0,1 мм 24 - 31.Однако данный состав не обеспечивает достаточных прочностных свойств изделий 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; 0,06- 0,08 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,о/: 0,01- 0 02 мкм 0 5; 0 02 - О 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 мкм 3. Вяжущее имеет морозостойкость 19-42 циклов, водо- поглощение 8,5 - 9,6, предел прочности при сжатии 96-118 МПа, 2 з.п. ф-лы, 2 табл. после обычной их сушки при 100-150 С, Для достижения требуемых в строительстве физико-механических свойств иэделий необходим их высокотемпературный обжиг при 1400 - 1450 С. Это энергоемкий и длительный процесс,Известна тиксотропная композиция, используемая при производстве- строительных элементов с удовлетворительными физико-механическими свойствами (патент США Ь 4 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 электро- плавкой исходного сырья при 1700-1750 С, Сухая смесь плавленой двуокиси кремниязатворяется раствором коллоидного кремнезема, который является связующим. Недостатком данной композиции является то, что в качестве инградиентов используются дорогостоящие и дефицитныесинтетические сырьевые материалы - плавленая двуокись кремния и раствор коллоидного кремнезема. Кроме того, достаточнаямеханическая прочность изделий достигается только после обжига при 980 С, чтоеще больше удорожает строительный элемент.Известно кремнеземсодержащее вяжущее (шликер), содержащее воду и диспергированную в най двуокись кремния,имеющую степень чистоты не менее 99,84(заявка Японии В 63-139045, кл, С 04 В3514, опублик. 10,0 оЛ 8), Шликер характеризуется следующим интегральным весовым распределением зерен твердой фазыдвуокиси кремния, ,/,: зерна размеромОЯОб - 0,012 мм (или 6 - 12 мкм) 50; 0,03-.0,04 мм (соответственно 30 - 40 мкм) 80; до0,001 мм (1 мкм) 10 - 20,Указанный состав существенно улучшает диспергируемость, однородность, текучесть, тиксотропность, что позволяетиспользовать его для формировайия поддавлением,Недостатком указанного состава явля.ется, как и в прадь 1 дущем варианте, использование дорогого синтетическогокремнеземистого сь 1 рья с высокой степенью чистоты, Кроме того, для обеспечения высокой механической прочностиизделил, отливаамых из 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 зеренпо фракциям, мас.0 Д: 5-20 мкм 20-40; 2050 мкм 12 - 30; 50 - 100 мкм 1-25, остальноезерна размером К 1-5 мкм.Недостатком данного кремнеземсодержащего вяжущего является низкая водо- иморозостойкость. Кроме того, для получения на его основе строительных изделий сдостаточной механической прочностью не обходлмо использовать дорогостоящее синтетическое сырье - кварцевое стекло, иэнергоемкую автоклавную обработку осуществлять при давлении 5-25 атм в течение2-20 ч,Цель изобретения - повышение водо- имороэостойкости при сохранении высокой механической прочности.Указанная цель достигается тем, что вя 5 жущее, содержащее в твердой фазе оксидкремния 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.фД: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 0,1-0,70,06 - О;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 - 21,020-40 мкм 11,0 - 28,0 40 - 100 мкм 2,0 - 11,0 Указанные характеристики вяжущегоеще больше увеличиваются при введении в 25 данный состав оксида кальция из расчета от1 до 3 мас.ч. на 100 мас,ч. вяжущего.В предлагаемом составе вяжущего зерна окисда кремния размером 0,1-100 мкм выполняют функцию активного микрона полнителя, а гранулометрический состав вцелом, обеспечивает максимальную плотнбсть упаковки зерен, Последнее обуславливает один из основных критериев, определяющих следующие свойства вяжу 35 шего: снижение водопотребности при затворении водой, уменьшение сегрегациичастиц, исключение трещинообразованияпри сушке, получение практически беэусадочной массы40 Частицы размером 0,1-0,01 мкм относятся к коллоидным и, будучи затворены водой, образуют коллоидный раствор - золь, обладающий хорошими связующими свойствами.Высокие прочностные свойства предлагаемого вйжущего при относительно низких концентрациях коллоидных частиц (1- 6 мас,Я объясняются следующими факторами:50 однородностью вещественного составазерен микронаполнителя (0,1 - 100 мкм) и коллоидной фракции (0,01 - 0,1 мкм); практической непрерывностью ряда значений размеров зерен в составе вяджущего, начлная55 от максимальных (100 мкм) и завершаясамыми мепкодисперсными (0,01 мкм), обеспечивающей точное размещение коллоидных частиц в межзеренном пространстве более крупных зерен вяжущего;оптимальной толщиной клеевого шва,образующегося из коллоидных частиц присушке;формированием более прочного адгезионного шва при равной концентрации коллоидных частиц, имеющих непрерывныйфракционный состав с более плотной упаковкой,Предлагаемый гранулометрический состав вяжущего способствует формированию специфических сферических пор. Этимдостигается эффект существенного повы, шения водо- и мороэостойкости,Вторым основным критерием, определяющим совокупность оптимальных 15свойств предлагаемогбфвяжущего, являетсядостижение оптимальных реологических характеристик литейной системы, котораяформируется после затворения вяжущеговодой. 20Наличие в составе вяжущего дополнительно оксида кальция в количестве 13 мас.ч. на 100 мас,ч. вяжущего позволяетповысить водостойкость и прочностные показатели материала, Это объясняется топохимическим модифицированием оксидомкальция поверхности кремнеземистых коллоидных частиц с образованием фаз, близким по составу к гидросиликату кальция.Такое модицифирование увелйчивает прочность адгезионных контактов между зернами вяжущего, которые лучше противостоятрзсклиниаающему действию воды,П,р и м е р . Вяжущее получаотизвестным способом (например, по аат, 35св. В 1055081, кл, С 04 В 34/14, опублик.23,01,88) путем мокрого помола кварцевогопеска в шаровой мельнице с керамическимимелющими телами при влажности 13,0 оь.Помол производят с трехразовой догруэкой 40кварцевого песка. Критериями готовностислужат 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 предлагаемого вяжущего.В табл. 2 приведены свойства предлагаемых вяжущих (составы 1 - 4) и известноговяжущего (аат. св. М 771052).Испытуемые образцы предлагаемых вяжущих содержали 1 - 2 мас, доли вяжущего.Свойства образцов предлагаемых вяжущихопределяли после упрочнения предварительно высушенных отливок в растворежидкого стекла плотностью 1,08 гсм в течение 12 ч и последующей сушки при 110- Низкое содержание высокодисперсныхзерен оксида кремния в составе вяжущего(в диапазоне 0,01-10 мкм) приводит кнедопустимо малым значениям прочностных показателей: усж 10 МПа; гъ 3 5 МПа,Состав 1 соответствует минимальноприемлемым прочностным показателям водо- и морозостойкости.Повышение содержания а составе вяжущего высокодисперсных зерен оксида кремния в диапазоне 0,01-10 мкм приодйовременном снижении содержания зерен диапазона 40-100 мкм, которое наблюдается в составах 2 и 3, ведет к улучшениювсех свойств. Причем, как видно из табл. 2,наилучшие свойства вяжущего сравнения сизвестным составом и с составами других"образцов показывает состав 3. Он являетсяоптимальным, так как дальнейшее повышение содержанйя зерен оксида кремния вдиапазоне 0,01-10 мкм и снижение их содержания в диапазоне 40 - 100 мкм уже ведет к ухудшению свойств,Состав 4 представляет собой верхнююграницу по фракциям, Водо- и мороэостойкость и прочностйые показатели этого со-става ниже оптимального варианта (состав3). Дальнейшее увеличение в составе вяжу- .щего высокодисперсных частиц, особенноменее 1 мкм, - однозначно увеличиааемоечисло контактов между частицами в единицео 1 ьема,Повышение вероятности фиксации частиц в положении ближнего потенциальногоминимума приводит к существенному реслогическому структурообразованию в системе (усиливается тиксотропия). Сильнаятиксотропия ухудшает текучесть вяжущегораствора, поэтому требуется дополнительное количество воды затворения, Последнее всвою очередь обуславливает резкоеувеличение пористости; увеличивает усадочные напряжения и пр водит к снижениюмеханической прочностьморозостойкостии водостойкоСти. Предпочтительным является зерновое содержание, отвечаюа;ееньютоновскомухарактерутечения, или с незначительным наложением тиксотропногодилатантного типов течения.Оптимальные свойства вя.кущего предлагаемого состава достигаются при содержании в нем 1 мас. доли оксида кальция на100 мас. долей вяжущего, При увеличениисодержания оксида кальция до 3 мас. долей прочность падает, а при введении более 3 мас. долей оксида кальция происходитрезкоеуменьшение поверхностного заряДачастиц, и осуществляется процесс гетероко-агуляции. Суспензия теряет подаижйость,приобретает ярко выраженный тиксотропный характер течения, возрастает пористость, падаютводо- и морозостойкость ипрочность.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 изделийи 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 100 мкм, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения водо- и морозостойкости при сохранении высокой механической йрочности, оно дополнительно содержит зерна оксида кремния размером от 0,01 до 0,1 мкм при следующем распределении зерен по фракциям, мас.ф:0,01-0,02 мкм 0,1 - 1,2 0,02 - 0,03 мкм0,1-0,8 0,03-0,04 мкм 0,1 - 0,6 0,04 - 0,05 мкм 0,1-0,7 0,05 - 0,06 мкм 0,1-0,7 0,06-0,08 мкм 1 0,2-1,0 0,08-0,1 мкм0,3-1,0 0,1-1,0 мкм 8,0 - 19,0 5 1-10 мкм 31,0 - 43,010-20 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 е сятем,чтооносодержитот 1 доЗмас. долейоксида кальция на 100 мас. долей вяжущего в твердой Фазе.3. Вяжущее по пп,1 и 2,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 0,50,02-0,03.мкм 0,5О 03 - 0 04 мкм 0,420 0,04 - 0,05 мкм 0,20,05 - 0,06 мкм 0,50,06-0,08 мкм 0,60,08 - 1,0 мкм 0,50,1-1 мкм 17,025 1-10 мкм 42,010 - 20 мкм 20,020-40 мкм 15,040-100 мкм 3,0,