CZ2007115A3

CZ2007115A3 - Dvousložkové geopolymerní pojivo a zpusob jeho výroby

Info

Publication number: CZ2007115A3
Application number: CZ20070115A
Authority: CZ
Inventors: Bortnovsky@Oleg; Roubícek@Pavel
Original assignee: Výzkumný ústav anorganické chemie, a. s.; Ceské lupkové závody, a. s.
Priority date: 2007-02-14
Filing date: 2007-02-14
Publication date: 2009-02-18
Also published as: CZ300134B6

Abstract

Dvousložkové geopolymerní pojivo, sestávající z pevné složky a kapalné složky. Pevnou složku tvorí suroviny obsahující metakaolinit, tedy kalcinovanéodprašky lupku nebo kaolinu, a mletá vysokopecní granulovaná struska. Kapalnou složkou je tekuté sodné vodní sklo jako aktivátor. Sušina dvousložkového geopolymerního pojiva obsahuje 43 až 60 % hmotn. suroviny obsahující metakaolinit, 11 až 37 % hmotn. mleté vysokopecní granulované strusky a 11 až 32 % hmotn. aktivátoru. Suroviny obsahující metakaolinit obsahují více než 35 % hmotn. Al.sub.2.n.O.sub.3.n. a aktivátor má silikátový modul SiO.sub.2.n. : Na.sub.2.n.O roven 1,6 až 2,1 : 1. Zpusob výroby dvousložkového geopolymerního pojiva spocívá v tom, že se pri výrobe dvousložkového geopolymerního pojiva, které sestává z pevné složky a kapalnésložky, vyrobí zvlášt pevná složka a zvlášt kapalná složka. Pri výrobe pevné složky se smíchá surovina obsahující metakaolinit a mletá vysokopecní granulovaná struska v hmotnostním pomeru 54 až 83 : 17 až 46. Kapalná složka se vyrobí primícháním vody do sodného alkalického aktivátoru o obsahu 40 až50 % hmotn. sušiny, vyjádrené jako suma koncentrací Na.sub.2.n.O + SiO.sub.2.n., v hmotnostním pomeru 0 až 0,9 : 1.

Description

Dvousložkové geopolymerní pojivo a způsob jeho výroby

Oblast techniky

Vynález se týká dvousložkového geopolymerního pojivá určeného pro stavebnictví a způsobu jeho výroby.

Dosavadní stav techniky

Geopolymcry neboli anorganické polymery a pojivá z nich vyráběná jsou alkalicky aktivované hlinitokřemičitany. Na rozdíl od pojiv na bázi portlandského cementu, u kterých tvrdnutí probíhá hydratací slínkových minerálů, vytvrzovaní geopolymerního pojivá probíhá polymerací. Ta zahrnuje částečné rozpouštění hlinitokřemičitanú, transport a orientaci rozpouštěných částic a jejich následnou polykondenzaci. Všechny tyto kroky probíhají ve vysoce alkalickém prostředí, které je podmínkou pro rozpouštění hlinitokřemičitanú. Alkalické hydroxidy a soli také katalýzu jí uvedené póly kondenzační reakce.

Rozpustnost hlinitokřemičitanú je tedy důležitým faktorem určujícím celý proces polymerace. Lze ji zvýšit zahřátím hlinitokřemičitanú (např. kaolinu) při teplotě 600 až 900 °C. Uvedená tepelná úprava způsobuje amortizaci původní krystalické struktury (např. kaolinitu) a tím zvýšení reaktivity hlinitokřemičitanú. Následná polymerace vede ke vzniku úplně nové amorfní nebo sem i-krystalické fáze.

Způsob přípravy geopolymerú aktivací hlinitokřemičitanú. např. metakaolinu, sodným nebo draselným vodním sklem s různým silikátovým modulem je již znám. Tento proces však probíhá dostatečnou rychlostí pouze za teplot vyšších než laboratorní. Při laboratorní teplotě (cca 20 (.) je tuhnutí podstatně pomalejší, jelikož reaktivita hlinitokřemičitanú je nízká a pevnost vznikajícího geopolymerú roste tak pomalu, ze je měřitelná teprve po 7 až 14 dnech.

Přídavek suroviny obsahující vápník (hydroxid vápenatý, uhličitan vápenatý a především leaktivní křemičitan vápenatý, obsažený např. ve vysokopecní granulované strusce) podstatně urychluje proces tuhnutí a přispívá k dosažení vysokých pevností již během prvních dnu zrání. Vliv vápníku a křemičilanú vápenatých na vznik nové fáze není zcela objasněn. Složení nove struktury je závislé na silikátovém modulu použitého alkalického aktivátoru, typu vápenaté sloučeniny a poměru hlinitokřemičitan/vápenatá sloučenina. Vedle čistě geopolymerní fáze muže vznikat amorfní C-S-H gel. Rovněž vápník nebo hořčík, obsaženy např. ve stru see, může pronikat do geopoly měrní struktury a nahrazovat tak kati only alkalických kovů. V geopolymcmím pojivu pravděpodobně dochází k souběhu obou těchto procesů. V obou případech se tuhnutí geopolymemího pojivá značně urychluje, jelikož vznik C-S-H gelu nebo geopoly měrní fáze, obsahující dvoj mocné kationty alkalických zemin, je podstatně rychlejší než vznik geopolymerní fáze, obsahující pouze kationty alkalických kovů. Počáteční pevnosti takovéto matrice jsou vysoké.

V patentovém spisu US 4 509 985 je popsáno pojivo na bázi směsi metakaolinu a alkalického aktivátoru na bázi křemičitanu draselného a/nebo sodného a hydroxidu draselného a/nebo sodného za přídavku 16 až 26 % hmotn. vysokopecní granulované strusky. Nevýhodou tohoto pojíva je použití hydroxidu draselného a/nebo sodného pro přípravu alkalického aktivátoru a jeho množství, což vede k delší době tuhnutí směsi při laboratorní teplotě a pomalejšímu růstu pevnosti.

V patentovém spisu US 4 642 137 je popsáno pojivo obsahující 100 hmotn. dílů metakaolinu, 20 až 70 hmotn. dílů mleté vysokopecní granulované strusky. 85 až 130 hmotn. dílů popílku nebo kalcinovaného lupku, 70 až 215 hmotn. dílů amorfní siliky a 55 až 145 hmotn. dílů alkalického křemičitanu. obsahujícího 0 až 90 hmotn. dílů hydroxidu sodného a/nebo draselného.

V patentovém spisu WO 9204298 je popsáno jednosložkové geopolymerní pojivo obsahující alkalický aktivátor v pevné formě, používané především pro solidifikaci kapalných odpadů. Pojivo obsahuje 100 hmotn. dílů metakaolinu, 20 až 120 hmotn. dílů mleté vysokopecní granulované strusky a 46 až 64 hmotn. dílů suchého disilikátu draselného a/nebo sodného. Pojivo je nevýhodné kvůli vysoké dráždivostí suchého disilikátu draselného a/nebo sodného. Další nevýhodou je navlhání tohoto pojivá, což vede k jeho nekontrolovatelnému zatuhnutí.

V patentovém spisu WO 9204299 je popsán geopolymerní cement obsahující 40 až 140 hmotn. dílů metakaolinu, 20 až 70 hmotn. dílů mleté vysokopecní granulované strusky, 85 až 130 hmotn. dílů popílku nebo kalcinovaného lupku, 40 až 500 hmotn. dílů speciálního typu amorfní siliky a 5 až 60 hmotn. dílů alkalického křemičitanu, obsahujícího 1 až 50 hmotn. dílů hydroxidu sodného a/nebo draselného. Nevýhodou tohoto postupu je použití hydroxidu draselného a/nebo sodného pro přípravu alkalického aktivátoru.

V patentovém spisu WO 9513995 je popsán geopolymerní cement obsahující dvě reaktivní složky, z nichž jedna odpovídá svým složením metakaolinu a druhá hydratovanému alkalickému křemičitanu, vzniklého ,un-siUT alkalickou aktivací zeskelnatěného alkalického skla.

V patentovém spisu WO 9831644 je popsán geopolymerní cement obsahujícího čtyři hlavní složky: 100 hmotn. dílů metakaolinu, 80 až 110 hmotn. dílů mleté vysokopecní granulované strusky, 150 až 250 hmotn. dílů bazického aluminosilikátu a 55 až 145 hmotn. dílů alkalického křemičitanu draselného a/nebo sodného se silikátovým modulem SiO?: M_:O ’ 1.6 až 2,0 : 1.

V patentovém přihlášce EP 1507749 je popsán geopolymerní cement vhodný pro stavebnictví obsahující kromě metakaolinu mletou vysokopecní granulovanou s trus ku o průměrné velikostí částic 15 až 25 pm a alkalicky aktivovanou kalcinovanou zvětralou žulu, která částečně nebo úplně nahrazuje metakaolin. Složení alkalického aktivátoru v patentových nárocích není specifikováno, avšak v příkladech je uvedeno použití draselného alkalického aktivátoru se silikátovým modulem SiO? : K?O ~ 1,27 : 1, jehož lze dosáhnout jen použitím hydroxidu draselného.

V patentovém spisu US 6 869 473 je popsán cement obsahující strusku z výroby nerezavějící oceli a geopolymer obsahující hlinitokřemičitan a křemičitan horečnatý.

V patentovém spisu LIS 5 084 102 je popsán cement, který obsahuje 20 až 60 % mleté vysokopecní granulované strusky s měrným povrchem 500 až 650 m²/kg a 40 až 80 % elektrárenského popílku a dále 2 % mletého slínku portlandského cementu (vztaženo na směs strusky a popílku) a dále 2 až 12% pevného hydratovaného křemičitanu sodného se silikátovým modulem SiO₂ : Na₂O - 0.8 až 1,2 : 1.

V patentovém spisu US 5 482 549 je popsán cement, obsahující 20 až 80% mleté vysokopecní granulované strusky směrným povrchem 500 až 700 nr/kg a 30 až 70 % mletého elektrárenského popílku s měrným povrchem 500 až 700 m²/kg, 2 až 15 % mletého slínku portlandského cementu (vztaženo na směs strusky a popílku) a 2 až 12% pevného hydratovaného křemičitanu sodného se silikátovým modulem SiO₂ : Na₂O - 0,8 až 1,2 : 1.

V patentu C Z 289 735 je popsáno alkalicky aktivované pojivo na bázi hydraulicky aktivních látek určené pro výrobu kaší, malt a betonu tvrdnoucích při teplotách 15 až 95 °C. To sestává ze až 9j °<j hmotn. elektrárenského popílku směrným povrchem NO až OOdnóg. 2 až dd % hmotn. další latentně hydraulicky aktivní látky, 5 až 15% hmotn, alkalického aktivátoru, např, směs sodného nebo draselného vodního skla a NaOH či KOM, vvjádřené jako o hmotn, Na₂O. Další hydraulicky aktivní látkou je mletá granulovaná struska s měrném povichem _00 až 600 m^zg amebo mletý slinek portlandského cementu s měrným povrchem 200 az 600 nr g arnebo přírodní anebo umělý pucoián anebo lepelne aktivovaný přírodní jd. Silikátové modul alkalického aktivátoru Si(’b NaN) %M ;rž 1 _: i.

\ posledních iiech uvedených patentových spisech se jako hlinitokřemičitá surovina používá elektrárenský popílek a silikátový modul alkalického aktivátoru SiO₂: Na₂O <. 1.2 : l.

Podstata vynálezu

Dvousložkové geopolymerní pojivo, sestávající zpěvné složky a kapalné složky, přičemž pevná složka je tvořena surovinou obsahující metakaolinit a mletou vysokopecní granulovanou struskou a kapalná složka obsahuje sodný alkalický aktivátor, přičemž sušina dvousložkového geopolymemího pojivá obsahuje 43 až 60 % hmotn, suroviny obsahující metakaolinit. 11 až 37% hmotn. mleté vysokopecní granulované strusky o střední velikosti častíc IX _; . 15 um a 11 až 32 % hmotn. sodného alkalického aktivátoru, charakterizované tím. že surovina obsahující metakaolinit o střední velikosti částic D₅₀<10pm. výhodně D₅₍₎ < ? pm, obsahuje více než 35 % hmotn, Aí₂()₃. výhodně více než 41 % hmotn. AhCb. a sodný alkalický aktivátor má silikátový modul SiO₂ : Na?O = 1,6 až 2.1 : 1,

Výhodné dvousložkové geopolymerní pojivo je charakterizované tím. že surovinou obsahující metakaolinit jsou kalcinované odprašky lupku.

Výhodné dvousložkové geopolymerní pojivo je charakterizované tím, že surovinou obsahující metakaolinit jsou kalcinované odprašky kaolinu.

Výhodné dvousložkově geopolymerní pojivo je charakterizované tím. že surovinou obsahující metakaolinit je směs kalcinovanych odpraškú lupku a kalcinovanych odpráskli kaolinu.

Výhodné dvousložkové geopolymerní pojivo je charakterizované tím, že sodným alkalickým aktivátorem je tekuté sodné vodní sklo.

Způsob výroby dvousložkového geopolymemího pojivá je charakterizovaný tím, že se při výrobě dvousložkového geopolymemího pojivá, sestávajícího zpěvné složky a kapalné složkv. vyrobí zvlášť pevná složka a zvlášť kapalná složka tak. že se při výrobě pevné služky smíchá surovina obsahující metakaolinit a mletá vysokopecní granulovaná struska v hmotnostním poměru 54 až 83 : 17 až 46 a kapalná složka se vyrobí přimícháním vodv do sodného alkalického aktivátoru o obsahu 40 až 50 % hmotn. sušiny, vyjádřené jako suma koncentraci Nai(.) i- SiO?. v hmotnostním poměru 0 až 0,9 ; 1.

Prokázalo se, že výhodnou pevnou složkou dvousložkového geopolvmcrního pojivá jsou kalcinované odprašky lupku a/nebo kaolinu zkalcinačni rotační pece ve směsi s mletou granulovanou vysokopecní struskou. Výhodnou kapalnou složkou geopolvmcrního pojivá je komerčně vyráběné tekuté sodné vodní sklo se silikátovým modulem SiO? : Na?O = 1,6 až 2.1 : 1 bez hydroxidu sodného jako alkalického aktivátoru.

Výhoda kal cínovaných od prasku lupku amebo kaolinu spočívá ve vhodné velikosti částic těchto surovin (D₅₍₎ < 10 μηι). které nevyžadují další mletí. Obvykla velikost částic odpráskli lupku a/nubo kaolinu D₅₀ je 2,5 až 5 pm a D_Q() je 8 až 12 pm. Obvykla velikost částic mleté strusky D<o je 10 až 15 pm a D_w je 25 až 35 pm.

Výhodné jsou kalcinované odprašky lupku a/nebo kaolinu s obsahem nad 41 % hmotn. ΛΙΌ3. Kalcinované odprašky s takovým obsahem AkOj vykazují větší rozpustnost hliníku a křemíku v alkalickém prostředí, jsou tedy reaktivnější a mají větší schopnost vytvářet pevnou matrici. Obsah AkOj v odprašcích lupku, nej vhodnějších pro dvousložkové geopolymerní pojivo, je 42,0 až 43,9 % hmoin. a v odprašcích kaolinu 41.0 až 43.0 % hmotn. Pro dvousložkové geopolymerního pojivá je možně použít i odprašky s obsahem 35 až 41 % hmotn. AkCk.

Výhoda kalcinovaných odprašků lupku dále spočívá v tom. že dvousložkové geopolymerní pojivo při stejném složení jako pojivo s použitím kalcinovaných odprašků kaolinu je lepe zpracovatelné a schopné pojmout vetší množství plniva. 1'akto připravené geopolymerní kompozity vykazují větší pevnosti a lepší odolnost k působení vysokých teplot.

Kalcinované odprašky lupku a/nebo kaolinu a mletá vysokopecní granulovaná struska mohou být s výhodou smíchaný v poměrech 54 až 83 : 17 až 46 o hmotn. a tvořit tak pevnou složku dvousložkového geopolymerního pojivá.

Použití komerčně vyráběného sodného vodního skla se silikátovým modulem Si(6 : Naú) ~ 1.6 až 2.1 : 1 bez přidaní hydroxidu sodného jako alkalického aktivátoru pro \ vrubu kapalné složky dvousložkového geopolvmerního pojivá je výhodné zejména z následujících důvodů:

na m/díl od geopolymerního pojivá složeného ze směsi popílku a strusky (viz CZ 2X9 735) vede použití alkalického aktivátoru se silikátovým modulem SiCb \;oO 1.6 až 2.1:1 ve směsi kalcinovaných odpraškú lupku a/nebo kaolinu a mleté vvsokopecní granulované strusky ke vzniku geopolymerú s vysokými krátkodobými pevnostmi (pevnost v tlaku nejméně 40 MPa po 24 hodinách zrání při teplotě 20 'O;

- při stejném obsahu alkálií vykazují geopolymery připravené s použitím alkalického aktivátoru se silikátovým modulem Si(.)₂ : Na₂O > 1.6 : 1 vetší odolnost ke kyselinám;

tento aktivátor je stalý velmi dlouho, na rozdíl od aktivátorů se silikátovým modulem Si()₂ : Na₂O < 1,6 ; 1. který se připravuje přidáním NaOH k vodnímu sklu, a může být připravován u výrobce a nikoliv až těsně před přípravou geopolymerního pojivá;

tekuté vodní sklo se silikátovým modulem SiO₂ : Na₂O - 1.6 až 2.1 : 1 patří do kategorie dráždivých látek, na rozdíl od alkalických aktivátoru se silikátovým modulem SiO₂ : Na₂O < 1,6 : 1, které patří do kategorie žíravých látek.

Ickute sodné vodní sklo naředěné vodou v hmotnostním poměru 1 až 12 : 1 na hodnotu vodního součinitele vhodnou pro přípravu geopolymerního pojivá představuje kapalnou složku dvousložkového geopolymerního pojivá. Celkový vodní součinitel je počítán jako poměr celkové vody obsažené v kapalné složce - alkalickém aktivátoru - k celkovému obsahu pevných složek, tedy kalcinovaných odpraškú, strusky a pevného podílu v kapalné složce (obvykle suma Na₂O a SiO₂),

Pevná a kapalná složka dvousložkového geopolymerního pojivá obvvkle se smísí v poměru l : 0.5 až 1.2.

Tuhnutí dvousložkového geopolymcrního pojivá dle vynálezu probíhá při teplotách 0 až 60 'C. s výhodou při teplotách 15 až 25 A'. a nevyžaduje dodatečné sušení nebo aplikaci hydrotermálních podmínek.

Příklady provedení vynálezu

Příklad 1 Dvousložkové geopolymerní pojivo:

a) Pevná složka dvousložkového geopolymcrního pojivá

Tabulka 1 - Složení a vlastnosti pevných složek dvousložkového geopolymerního pojivá

vzorek	A1₂O₃	Si()₂	CaO	MgO	K₂O	Fc₂O₃	TiO₂	ztráta žíháním.	velikost částic, pm
	% hmotn.	___Dso___	D90
AI	28.61	46.24	17,88	3,94	0.63	0,74	0,23	1.73	3.70	15,19
A2	28.74	46,22	17,50	4,05	0.51	0.75	0,92	1,31	3,38	17,25
A3	33.78	49.31	11.50	2,60	0.59	1.03	1,17	1,47	5,58	17.96
A4	26.63	47.85	18,45	4,40	0.59	0,80	0,22	1,06		-
A5	36.07	51,81	6,99	1,76	0,74	0,98	0.22	1,43	-	-
A6	25.53	46,95	18,10	4,30	0,97	2,20	0.88	1,06	-	-

b) Kapalná složka dvousložkového geopolymcrního pojivá

Tabulka 2 - Složení a vlastnosti kapalných složek dvousložkového geopolymcrního pojivá

vzorek	Na₂O	SiO₂	M,	hustota
	% hmotn.	mol/mol	g/cn?
B1	12,05	23,44	2,01	1.406
B2	13,00	20,33	1.61	1,393
B3	12,68	19,83	1.61	-
B4	11,00	17,20	1,61	-
B5	9,22	14,42	1,61	-
B6	12,24	24,42	2,06	-
B7	11.33	19,67	1,79	-
B8	13,89	27.70	2.06	-
B9 1	15,57 1	25,22	1,67	-

c) Dvousložkové geopoly měrní pojivo

Dvousložková geopolyměrní pojivá z pevných složek a kapalných složek v různých poměrech a jejich složení jsou uvedeny v tabulce 3.

Tabulka 3 - Složení dvousložkových geopolymerních pojiv

vzorek	pevná složka	kapalná složka	vodní součinitel ¹	hmotnostní poměr pevná složka : kapalná složka	hmotnostní podíl v sušině. %
					surovina obsahující metakaolinit	mletá vysokopecní granulovaná struska	sodnv alkalický aktivátor
Cl	AI	B1	0,40	1 :0.8	43.2	34,7	í-----— 22 1
C2	AI	B2	0,42	1 : 0.8	43,8	35,1	21.1
C3	A2	B1	0,40	1 : 0,8	43,2	34,7	22,1
C4	Λ2	B2	0,42	1 : 0,8	43,8	35,1	21,1
C5	Α1+Λ2	B1+B2	0.41	1 : 0.8	43,5	34,9	21,6
C6	A2	B2	0,38	1 : 0,7	44,6	36,5	19,2
C7	A2	B3	0,35	1 : 0.62	45,8	37.5	16,7
C8	A2	B4	0,36	1 : 0,59	47,1	38.6	14,3
C9	A2	B5	0,38	1 : 0,56	49.0	39,3	11.7
CIO	A3	B6	0,46	1 : 1	52,3	21,0	26.7
CH	A4	B7	0,45	1 : 0,79	43.9	36,9	19,2
C12	A5	B8	0.45	0,88 : 1	59,2	11,8	29,0
C13	A5	B9	0.42	0,91 : 1	56,8	11.4	31.8
C14	A6	B1	0,40	1 : 0,8	43,8	35,1	21,1
C15	A 6	B2	0,42	1 :0.8	43,2	34,7	22,1

Počátky a konce doby tuhnutí vybraných dvousložkových geopolymerních pojiv jsou uvedeny v tabulce 4.

[ abulka 4 - Počátek a konec doby tuhnutí dvousložkových geopolymemích po ji v

vzorek	počátek tuhnutí	konec tuhnutí
Cl	1 h 20 min	2 h 15 min
C2	1 h 50 min	2 h 22 min
C3	2 h 05 min	3 h 10 min
C4	2 h 40 min	4 h 00 min
C9 --------1 CIO	0 h 50 min _; 4h 00 min	1 h 35 min i------------------- 5 h 20 min
C14	2 h 40 min	3h 25 min
C15 __________________________________________________________1	3h 05 min	4h 10 min

Příklad 2 - Způsob výroby dvousložkového geopolymerního pojivá

a) Suroviny pro pevné složky dvousložkového geopolymerního pojivá

Tabulka 5 - Složení a vlastnosti surovin pro výrobu pevné složky dvousložkového geopolymerního pojivá

komponent	vzorek	Al.O,	SiO₂	CaO	MgO	K₂O	FeOj	TiO₂	ztráta žíháním	velikost částic, pm
				1 1							CL
Odprašky kaolinu	K1	41.57	54,11	0,32	0,23	0,82	1.08	0,22	1,65	3.37	9,38
Odprašky lupku	LI	43.85	51,15	0,60	0,23	0.60	1,05	1,67	0,85	2.85	10.17
Odprašky lupku	L2	39,00	52,24	0,41	0,22	1,50	3.60	1,40	1,63	5.00	10,69
Struska-1	S1	8.68	39.76	39.45	9 22	0,31	0,46	0.22	0,35	10,40	28,86
Struska-2 i	S2	6,50	38,20	40.80	11.10	0.63	0,49	0,46	-	12,49 i	27.17

b) Suroviny pro kapalné složky dvousložkového geopolymerního pojivá Tabulka 6 - Složení a vlastnosti surovin pro výrobu kapalné složky dvousložkového geopolymerního pojivá

tekuté sodné vodní sklo	N'a₂O	SiO₂	M,	hustota	viskozita
vzorek	% hmotn.	mol/mol	20°C g/cm’	20°C MPa.s
VSI		15.65	30,45	2,01	-	-
VS2	17,36	27.14	1,61	-	-
VS3	15,02	29.96	2,06	1,552	660,5
VS4	18.19	31.61	1.79	1,645	5574
VS5	17,06	27,64	1,67	1.572	-

c) Způsob výroby dvousložkového geopolymerního pojivá z pevné a kapalné složky

Způsob výroby dvousložkového geopolymerního pojivá spočívá v přípravě pevné složky dvousložkového geopolymerního pojivá a kapalné složky dvousložkového geopolymerního pojivá. Pevná složka dvousložkového geopolymerního pojivá se připraví tak, že se smíchá surovina obsahující metakaolinit a mletá granulovaná vysokopecní struska v hmotnostních poměrech uvedených v tabulce 7. Obě části pevné složky dvousložkového geopolymerního pojivá se míchají v mísiči na suché směsi po dobu 10 minut. Příprava kapalné složky dvousložkového geopolymerního pojivá se provádí tak, že se smíchá tekuté sodné vodní sklo a voda v hmotnostních poměrech uvedených v tabulce 7. Kapalná část dvousložkového geopolymerního pojivá se smíchá v nádobě odolné vůči působení alkálií s použitím shora umístěného míchadla. Doba míchaní pro dosažení dokonalého promísení vodního skla s vodou je minimálně 5 minut.

Dvousložkové geopolymerní pojivo sc připravuje přidáním kapalné složky k pevné složce dvousložkvého geopolymerního pojivá v poměrech uvedených v tabulce 7. Smíchání pevné složky a kapalné složky dvousložkvého geopolymerního pojivá sc provádí těsně před použitím dvousložkového geopolymerního pojivá v míchačce vybavené planetárním mechanizmem míchání po dobu cca 10 minut.

Iabulka 7 - Způsob výroby dvousložkového geopolymerního pojivá

vzorek	pevná složka	kapalná složka	1 ! pevná složka a kapalná složka
	surovina obsahující metakaolinit	mletá vysokopecní granulovaná struska	hmotnostní poměr metakaolinito vá surovina : struska	tekuté sodné vodní sklo	hmotnostní poměr voda : tekuté vodní sklo sodné	hmotnostní poměr pevná složka: kapalná složka
Cl	K1	Sl	55 :45	VSI	0,30 : 1	1 ----------------------------------------- 1 : 0,8
C2	K1	Sl	55 : 45	VS2	0,34 : 1	1 : 0,8
C3	LI	Sl	55 :45	VSI	0.30 : 1	1 : 0.8
C4	LI	Sl	55 : 45	VS2	0,34 : 1	1 :0.8
C6	LI	Sl	55 : 45	VS2	0,34 : 1	1 : 0,7
C7	LI	Sl	55 : 45	VS2	0,37 : 1	1 : 0,62
C8	LI	Sl	55 : 45	VS2	0,58 : 1	1 : 0,59
C9	LI	Sl	55 : 45	VS2	0,88 : 1	1 : 0,56
CIO	LI	Sl	71 : 29	VS3	0,23 : 1	1 : 1
Cil	K1	S2	54 : 46	VS4	0,67 : 1	1 : 0,79
C12	K1	Sl	83 : 17	VS3	0,09 : 1	1 : 1,13
03	K1	Sl	83 : 17	VS5	0,10 : 1	1 : 1,1
C14	L2	Sl	55 : 45	VSI	0,30 : 1	1 : 0,8
C15	L2	Sl	55 : 45	VS2	0.34 : 1	1 : 0.8

Příklad 3 - Použití dvousložkového geopolymerního pojivá

Způsob použití dvousložkového geopolymerního pojivá spočívá v tom, že se do něj přidá plnivo, např. písek, šamot, kamenivo nebo vláknitá výztuž, např. skelné vlákno a/nebo rohože, čímž vniká geo póly měrní kompozit, např. geopoly měrní malta, geopolymemí beton nebo geopolymerní vyztužený kompozit. V tabulce 8 je uvedeno složení geopolymemích kompozitu, v nichž je plnivem šamotové a kaolinové kamenivo, písek a agregáty.

I'abulka 8 - Složení a podmínky zrání kompozitu z dvousložkového geopolymerního pojivá

kompozit	pojivo	plnivo	zrnitost plniva	plnivo : pojivo	teplota
vzorek	vzorek		mm	hmotnostní poměr	°C
K1	Cl	šamot	0 až 1	1,25 : 1	20 + 2
K2	C2	šamot	0 až 1	1,25 : 1	20 ±2
K3	C3	šamot	Oaž 1	1,40 : 1	20 ±2
K4	C4	šamot	0 až 1	1,40 : 1	20 ±2
K5	C5	šamot	0 až 1	1,33 : 1	20 + 2
K6	C6	šamot	0 až 1	1,20: 1	20 ±2
K7	C6	šamot	0 až 1	1,20 : 1	60 ± 2. 20 h
K8	C7	šamot	0 až 1	1,00: 1	20 ±2
K9	C8	šamot	0 až 1	1,00: 1	20 ± 2
K10	C9	šamot	0 až 1	1,00 : 1	20 ±2
Kil	CIO	šamot	0 až 0,5	1,38 : 1	20 ±2
K12	CIO	šamot	0,5 až 1	1,66:1	20 ±2
K13	CIO	šamot	1 až 2	1,84; 1	20 ±2
K14	Cli	šamot	0 až 0,5	1 1,26:1	20 ±2
K15	CH	písek	0 až 0,5	1,26: 1	20 ±2
K16	CH	šamot	0 až 1	1,26 : 1	20 + 2
K17	Cil	písek	0 až 0,5	1,26: 1	0±5
K18	C12	šamot	Oaž 1	1,02 : 1	20 ±2
K19	C13	šamot	0 až 1	1,25 : 1	20 ±2
K20	C14	šamot	0 až 1	1.40 : 1	20 ±2
K21	C15	šamot	0 až 1	1,40: 1	20 + 2
K22	CIO	kaolin	0 až 2	1,25 : 1	20 ±2
K23	C3	písek + agregáty	0 až 8	3 : 1	20 + 2
K24	C4	písek t agregáty	0 až 8	3 : 1	20 ±2
K25	C4 1	mikrosilika skelné rohože	0 až 10 μιη	0,14 : 1 5 vrstev	80 3 h 1 MPa

Vzorek C4 dvousložkového geopolymerního pojivá byl smíchán s mikrosilikou pro zlepšení jeho Teologických vlastností. Poté bylo takto upravené pojivo použito pro impregnaci skelné rohože o rozměrech 20x100x1 mm. Impregnované skelné rohože byly umístěný na sebe a uloženy ve vakuovém lisu po dobu 1 hodiny při laboratorní teplotě a poté po dobu 3 hodin při teplotě 80 °C. Výsledný vyztužený geopolymemí kompozit K25 měl rozměry 25x120x3 mm.

V tabulce 9 jsou uvedeny pevnosti v tahu ohybem a v tlaku vybrané geopolymemí kompozity.

Tabulka 9 Pevnost v tahu ohybem a pevnost v tlaku geopolymerních kompozitu

	pevnost v tahu ohybem, MPa	pevnost v tlaku, MPa
vzorek	1 den	7 dní	28 dní	90 dní	180 dní	1 den	7 dní	28 dní	90 dní	180 dní
Kl	6,4	9,9	11,7	10,9	13,0	47	78	89	95	91
K4	6,8	12,6	12.4	13,2	12,9	56	84	91	96	110
K5	6,7	10,2	9.5	10,8	-	49	73	96	93	-
K7	10,5	-	-	-	-	79	-	-	-	-
K10	-	4.0	4,9	7,4	-	-	31	45	46	-
Kl 3	-	-	5,8	-	-	-	-	77	-	-
K14	-	8,4	8,5	-	-	-	52	63	-	-
K15	-	8,3	8,5	9,8	-	-	46	58	69	-
K17	-	-	-	7,9	-	-	-	-	54	-
KI8	-	-	13,4	-	-	-	-	106	-	-
K21	-	11.1	11,2	11,8	-	-	81	88	102	-
K22	-	-	9,0	-	-	-	-	85	-	-
K24	-	*	-	-	-	-	-	60	-	-
K25	56,8	-	-	\|	-	-	-	-	-	-

Geopolymemí kompozity se šamotovým plnivem vykazují po kalcinace při teplotách 600 až 1200 C smršt ování v rozmezí 0,01 až 2,5 % a zbytkové pevnosti v rozmezí 40 až 280 %.

Geopolymemí kompozity vykazují vysoký součinitel mrazuvzdornoslí. který po 50 až 100 zmrazovacích cyklech neklesá pod hodnotu 75 %.

Geopolymemí kompozity vykazují vysokou odolnost vůči působení kyseliny chlorovodíkové. Úbytek hmotnosti geopolymerního kompozitu za 1 den uložení v 5% HC1 nepřesahuje

0.7 % hmotn. bytck hmotnosti gcopolymerního kompozitu za 1 den uloženi v 1% HC1 nepřesahuje 0.3 % hmotn.

Zbjtkové pevnosti v tlaku neklesly pod 30 % při umístění v 5% HC1 a pod 90 ^ub při umístění v 1% FICI po dobu 14 dní.

Průmyslová využitelnost

Dvousložkové geopolyměrní pojivo je průmyslově využitelné ve stavebnictví a pro aplikace při teplotách až do 1200 °C’.

Dvousložkové geopolymerm pojivo lze s použitím různých druhy plniv, např. písek, štěrk, čedič, drcená žula, drcený mramor, drcený vápenec, mastek, slída, opuka, keramzit a stavení suť, průmyslově využit pro přípravu gcopolymerních kompozitu (umělého kamene, malty, betonu, apod.) pro výrobu ozdobných předmětů, architektonických prvků, obkladových panelů a dalších stavebních výrobků. Lze je též využít pro opravy historických budov a památek.

Dvousložkové geopolymerní pojivo lze s použitím šamotu a kalcinovancho kaolinu obvvkle o velikosti částic 0.1 až 32 mm jako plniva průmyslově využít pro výrobu ohnivzdorných geopoly me mích kompozitů vhodných pro výrobu kamen a krbů.

Dvousložkové geopolymerní pojivo lze průmyslově využít pro zhotovení podlah odolných vůči působení kyselin a dalších chemikálií, např. v chemickém průmyslu.

Dvousložkové geopolymerní pojivo lze průmyslově využít rovněž jako matrice pro sklovláknité kompozity.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Dvousložkové geopolymemí pojivo, sestávající zpěvné složky a kapalné složky, přičemž pevná složka je tvořena surovinou obsahující metakaolinit a mletou vysokopecní granulovanou struskou a kapalná složka obsahuje sodný alkalický aktivátor, přičemž sušina dvousložkového geopolymemího pojivá obsahuje 43 až 60 % hmotn. suroviny obsahující metakaolinit, 11 až 37 % hmotn. mleté vysokopecní granulované strusky o střední velikosti částic D₅₀ < 15 μιπ a 11 až 32 % hmotn. sodného alkalického aktivátoru, vyznačující se tím, že surovina obsahující metakaolinit o střední velikosti částic D₅₍₎ < ΙΟμηι, výhodně D₅₀ < 5 μιπ, obsahuje více než 35 % hmotn, A1₂O₃, výhodně více než 41 % hmotn. A1₂O₃ a sodný alkalický aktivátor má silikátový modul SiO₂: Na₂O -= 1,6 až 2,1 : 1.
2. Dvousložkové geopolymemí pojivo podle nároku l, vyznačující se tím, že surovinou obsahující metakaolinit jsou kalcinované odprašky lupku.
3. Dvousložkové geopolymemí pojivo podle nároku l, vyznačující se tím, že surovinou obsahující metakaolinit jsou kalcinované odprašky kaolinu.
4. Dvousložkové geopolymemí pojivo podle nároku 1, vyznačující se tím, že surovinou obsahující metakaolinit je směs kalcinovaných odpraškú lupku a kalcinovaných odprašků kaolinu.
5. Dvousložkové geopolymemí pojivo podle nároku l nebo 2 nebo 3 nebo 4, vyznačující se tím, že sodným alkalickým aktivátorem je tekuté sodné vodní sklo.
6. Způsob výroby dvousložkového geopolymemího pojivá podle nároku l nebo 2 nebo 3 nebo 4 nebo 5, vyznačující se tím, že se při výrobě dvousložkového ueopolymemího pojivá, sestávajícího z pevné složky a kapalné složky, vyrobí zvlášť pevná složka a zvlašt kapalná složka tak, že se při výrobě pevné složky smíchá surovina obsahující metakaolinit a mletá vysokopecní granulovaná struska v hmotnostním poměru 54 až 83 : 17 až 46 a kapalná složka se vyrobí přimícháním vody do sodného alkalického aktivátoru o obsahu 40 až 50 % hmotn. sušiny, vyjádřené jako suma koncentraci Na₂O *- SiO₂, v hmotnostním poměru až 0,9 : 1.