PL216687B1

PL216687B1 - Zastosowanie barytu jako dodatku w wyrobach z masy silikatowej

Info

Publication number: PL216687B1
Application number: PL396499A
Authority: PL
Inventors: Ryszard Dachowski; Anna Stępień
Original assignee: Politechnika Swietokrzyska
Priority date: 2011-10-02
Filing date: 2011-10-02
Publication date: 2014-05-30
Also published as: PL396499A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest zastosowanie barytu jako dodatku podwyższającego wytrzymałość na ściskanie wyrobów z masy silikatowej.

Do wykonania wyrobów silikatowych, bloczków i cegieł stosowana jest masa wapienno-piaskowa. Masa formowana jest w elementy budowlane w postaci cegieł i bloczków.

Wyrób silikatowy, zwany również wapienno-piaskowym, bądź wapienno-krzemianowym jest materiałem budowlanym otrzymywanym z mieszaniny zmielonego piasku kwarcowego, ok. 90-92% masy i wapna palonego, ok. 5-8% masy z niewielką ilością wody. Tak otrzymaną masę formuje się pod ciśnieniem w podwyższonej temperaturze, jest to tzw. proces autoklawizacji. Pod działaniem ciśnienia następuje połączenie krzemionki z wapnem, w wyniku którego powstają krzemiany wapna CaSiO3, a po pewnym czasie w wyniku reakcji chemicznej powstaje węglan wapnia CaCO3. Wapno w wyniku reakcji chemicznej wiąże się z dwutlenkiem krzemu SiO2, który jest głównym składnikiem piasku stosowanego do produkcji cegieł silikatowych. Reakcja ta zachodzi przy temperaturze ok. 200°C. Otrzymany materiał cechuje się wysoką spoistością i twardością oraz jasną barwą. Zaletą tradycyjnych wyrobów silikatowych jest ich znaczna wytrzymałość na ściskanie rzędu ok. 15-20 MPa, dobra izolacyjność akustyczna oraz mrozoodporność. Wyroby silikatowe należą do grupy elementów ściennych określanych, jako przyjazne dla środowiska i charakteryzujących się niską zawartością pierwiastków promieniotwórczych.

Z opisu patentowego CN1115267 znane jest wykorzystanie mułu barowego do wytwarzania chlorku baru, siarczanu baru, soli baru oraz siarczanu magnezu i chlorku amonu. Odpady poprodukcyjne procesu wytwarzania powyższych związków chemicznych wykorzystywane są do wytwarzania betonów.

Wadą tego sposobu jest zastosowanie cementu i chlorków baru, które to składniki nie są ekologiczne. Cement jest bardziej promieniotwórczy niż cegła silikatowa, natomiast chlorek baru jest silną trucizną.

Znany jest również opis patentowy PL193137 przedstawiający wykorzystywanie barytu, związków baru, fluorków glinu i wapnia, jako kruszywa do produkcji betonów ogniotrwałych dla hutnictwa aluminium. Wadą tego rozwiązania znów jest wykorzystywanie cementu do produkcji betonów, które to wyroby nie są ekologiczne.

Celem wynalazku jest opracowanie masy silikatowej do produkcji wyrobów silikatowych, które jednocześnie nie będą wykazywać szkodliwego wpływu na środowisko, a ich cechą będzie zwiększona wytrzymałość na ściskanie.

Istota rozwiązania polega na tym, że jako dodatek podwyższający wytrzymałość na ściskanie wyrobów z masy silikatowej, składającej się z piasku kwarcowego oraz wapna palonego i wody, stosuje się kruszywo barytowe BaSO4 o uziarnieniu 0-2 mm w ilości 10-50% wagowych.

Baryt BaSO4 jest to minerał z gromady siarczanów. Ze względu na znaczną gęstość (ok. 4,4 kg/m³) i nietoksyczność stosowany jest w budownictwie m.in. jako dodatek obciążający do płuczek wiertniczych, a w połączeniu z betonem, stanowi osłonę przed promieniowaniem jonizującym. Baryt można zaliczyć do bezpiecznych materiałów budowlanych, bowiem nie stwierdzono szkodliwego oddziaływania barytu na środowisko i na człowieka.

Wprowadzenie na etapie produkcji wyrobów silikatowych do tradycyjnej masy wapienno-piaskowej wyżej wymienionego dodatku według wynalazku prowadzi do korzystnych zmian w budowie wewnętrznej omawianych wyrobów zachodzących w czasie ich autoklawizacji, co w konsekwencji poprawia właściwości końcowego produktu. Podczas obróbki hydro termalnej, której poddawane są cegły silikatowe, na skutek powstających wiązań zachodzą zmiany w ich mikrostrukturze. Na mikrostrukturę cegieł silikatowych składają się fazy i pory. Kruszywo barytowe korzystnie wpływa na zmianę mikrostruktury wyrobu, bowiem faza C-S-H i tobermoryt obecne w tradycyjnych cegłach silikatowych pod wpływem temperatury przechodzą w kolejną fazę tzw. ksonotlitu, tj. uwodniony krzemian wapniowy o włóknistych kształtach i uporządkowanej strukturze. Włókna ksonotlitu wzajemnie się przeplatają powodując wzrost wytrzymałości i zmniejszenie wolnych przestrzeni w wyrobie.

Zaletą wyrobów silikatowych wykonanych z masy zawierającej kruszywo barytowe jest zwiększona wytrzymałość na ściskanie oraz to, że stanowi barierę dla promieniowania jonizującego. Może być zatem wykorzystana do wydzielania przestrzeni ochronnej.

PL 216 687 B1

P r z y k ł a d

Po odważeniu wymaganych ilości podstawowych składników masy, tj. wapna i piasku, wymieszano je i dodano niewielkiej ilości wody aby doprowadzić do procesu gaszenia wapna. Do tak powstałej mieszanki dodano wody oraz kruszywa barytowego i ponownie wymieszano. Tak powstałą masę poddano formowaniu, a następnie autoklawizacji.

Temperatura autoklawizacji: ok. 200°C

Czas autoklawizacji: 8 godz.

Wpływ zastosowanego kruszywa według wynalazku na jakość wyrobu wykonanego z odpowiednio przygotowanej masy oceniano na podstawie analizy porównawczej tradycyjnych wyrobów wapienno-piaskowych i wyrobów modyfikowanych kruszywem barytowym.

Udział procentowy kruszywa barytowego: 10-50%.

L.p.	Udział kruszywa barytowego [%]	Wytrzymałość na ściskanie [MPa]	Gęstość pozorna [kg/dm³]	Barwa wyrobu
1	WP - 0	20,5	1,73	Jasno-mleczna
2	10	32,4	2,29	Jasno-mleczna
3	20	44,5	2,34	Kremowo-mleczna
4	30	50,1	2,37	Żółtawo-mleczna
5	40	48,6	2,39	Żółtawo-mleczna
6	50	47,9	2,43	Lekko żółta

Fig. 1 przedstawia mikrostrukturę tradycyjnych wyrobów silikatowych wykonaną elektronową mikroskopią skaningową (SEM). Wyróżnić na niej można fazy C-S-H i tobermoryt w charakterystycznej dla siebie postaci. Faza C-S-H odznacza się amorficznością, to bezkształtna, gąbczasta masa. Faza tobermorytu występuje w postaci blaszek.

Fig. 2 przedstawia dyfraktogram potwierdzający skład pierwiastkowy wyrobów silikatowych w fazie C-S-H i tobermorytu (Ca, Si).

Fig. 3 przedstawia mikrostrukturę modyfikowanego kruszywem barytowym wyrobu silikatowego. Elektronowa mikroskopia skaningowa wykazała istnienie fazy C-S-H, tobermorytu występującego w postaci blaszek, na których dostrzega się drobiny nieprzereagowanego Ba.

Fig. 4 przedstawia dyfraktogram potwierdzający skład pierwiastkowy wyrobu silikatowego z udziałem kruszywa barytowego (Ba, Ca, Al, Si, S).

Claims

Zastosowanie barytu jako dodatku w wyrobach z masy silikatowej składającej się z piasku, wapna palonego oraz wody, znamienne tym, że stosuje się kruszywo barytowe BaSO4 o uziarnieniu 0-2 mm w ilości 10-50% wagowych.