PL248003B1

PL248003B1 - Geopolimerowa kompozycja klejąca oraz sposób jej wytwarzania

Info

Publication number: PL248003B1
Application number: PL442955A
Authority: PL
Inventors: Galyna Kotsay; Wiktor Szewczenko
Original assignee: Politechnika Warszawska
Priority date: 2022-11-25
Filing date: 2022-11-25
Publication date: 2025-09-29
Also published as: PL442955A1

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest geopolimerowa kompozycja klejąca zawierająca sproszkowane szkło odpadowe, szkło wodne sodowe i metakaolin charakteryzująca się tym, że sproszkowane szkło odpadowe ma wielkość ziaren poniżej 0,05 mm, natomiast zawartość sproszkowanego szkła odpadowego wynosi 8% — 63% wag., zawartość szkła wodnego sodowego wynosi 25% — 58% wag., a zawartość metakaolinu 11% — 43% wag. w odniesieniu do całkowitej masy kompozycji. Kolejnym przedmiotem zgłoszenia jest sposób wytwarzania kompozycji według wynalazku obejmujący etapy: a) zmieszania sproszkowanego szkła odpadowego z wodą destylowaną; b) odfiltrowania masy uzyskanej w poprzednim etapie i wysuszenia jej do stałej masy; c) dodania sproszkowanego szkła odpadowego uzyskanego w etapie b) do szkła wodnego sodowego i mieszania komponentów; d) dodania metakaolinu do mieszaniny uzyskanej w poprzednim etapie i mieszania komponentów; e) dalszego mieszania komponentów; charakteryzujący się tym, że mieszanie w etapie c) prowadzone jest przez czas zawierający się w przedziale od 1 do 3 minut, natomiast mieszanie w etapie d) prowadzone jest przez czas od 30 s do 2 minut, a mieszanie w etapie e) prowadzone jest przez czas zawierający się w przedziale od 2 do 4 minut z prędkością mieszania zawierającą się w przedziale od 130 do 150 obr/min.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest geopolimerowa kompozycja klejąca nadająca się do zastosowania do klejenia powierzchni materiałów budowlanych oraz sposób jej wytwarzania.

W chwili obecnej można wyróżnić trzy podstawowe rodzaje klejów: klej cementowy, klej dyspersyjny i klej na bazie żywic reakcyjnych. Klej cementowy to mieszanina spoiw wiążących hydraulicznie, kruszyw i dodatków organicznych. Klej ten mieszany jest zazwyczaj z wodą lub ciekłym komponentem przed użyciem. Natomiast klej dyspersyjny i klej na bazie żywic reakcyjnych nie wymagają połączenia z wodą.

W stanie techniki znane są ponadto kompozyty klejące na bazie geopolimerów. Geopolimery to syntetyczne polimery glinokrzemianowe występujące w stanie amorficznym, co sprawia, że charakteryzują się specyficznymi właściwościami fizyko-chemicznymi. Są to kopolimery tlenków krzemu i glinu stabilizowane dodatkowo kationami metali, które ze względu na budowę łańcucha polimerowego można podzielić na trzy grupy, tj. geopolimery PS (polisialany, w których podstawową jednostką stanowiącą łańcuch polimerowy jest Si-O-AI-O), geopolimery PSS (polisiloksosialany, w których podstawową jednostką stanowiącą łańcuch polimerowy jest Si-O-AI-O-Si-O) oraz geopolimery PSDS (polidisiloksosialany, w których podstawową jednostką stanowiącą łańcuch polimerowy jest Si-O-AI-O-Si-O-Si-O).

Geopolimery można również sklasyfikować ze względu na pochodzenie pucolanowego materiału glinokrzemianowego. W tym obszarze wyróżnia się geopolimery na bazie metakaolinu oraz geopolimery na bazie popiołu lotnego lub żużlu hutniczego.

Cechą charakterystyczną geopolimerów jest wysoka wytrzymałość na zginanie i ściskanie, ognioodporność, wodoodporność jak również doskonałe właściwości adhezyjne do podłoża betonowego, płyt stalowych i płyt ceramicznych. Z tego też względu uważa się, że geopolimery są doskonałym materiałem, który z powodzeniem może zastąpić cement portlandzki w zaprawach klejących. Główną jednak przeszkodą w zastosowaniu ich na szeroką skalę są wysokie koszty wytwarzania w porównaniu z tradycyjnymi materiałami wiążącymi.

Technologia wytwarzania geopolimerów w swej ogólnej postaci sprowadza się do zmieszania wysuszonego i rozdrobnionego materiału pucolanowego z wodnym roztworem odpowiedniego krzemianu (sodu lub potasu) z dodatkiem silnej zasady (wodorotlenku sodu lub potasu). Powstająca lepkoplastyczna - stała mieszanina zachowuje się przy tym w sposób zbliżony do cementu. Po pewnym czasie przechodzi ona w ciało stałe (zastyga). Według różnych szacunków synteza geopolimerów pochłania 2-3 razy mniej energii niż cement portlandzki oraz powoduje wydzielanie 4-8 krotnie mniejszej ilości dwutlenku węgla (CO2). Istotną przeszkodą jednak w zastosowaniu na skalę przemysłową geopolimerów jest ich wysoki koszt wytwarzania spowodowany koniecznością zastosowania dużych ilości odpowiedniego wodorotlenku. Dlatego też, mimo prostego sposobu ich wytwarzania, mniejszego zużycia energii, niższej emisji dwutlenku węgla podczas ich wytwarzania oraz pożądanych właściwości, materiały te z ekonomicznego punku widzenia nie stanowią konkurencji dla spoiw dostępnych na rynku, w tym na przykład dla cementu portlandzkiego.

Szkło jest powszechnym materiałem, który znajduje zastosowanie w wielu dziedzinach, np. jako opakowania dla różnego rodzaju płynów. Konsekwencją tego są jednak duże ilości odpadów szklanych, a to rodzi problemy związane z utylizacją stłuczki szklanej. Szkło odpadowe stanowi mieszaninę różnych szkieł nieorganicznych o różnej barwie i różnym składzie chemicznym, co przedstawiono w tabeli 1.

Tabela 1

Skład chemiczny szkła odpadowego (% wag.)

Udział poszczególnych tlenków, % wag.

Szkło	9 CZ	ó r-j	1 i \| 0 1 0 1 0 1 0 j ^{u 2} \| Z	0 Lż	^£OS	Cr₂O₃	Ό11	BaO
Bezbarwne	72,17	1,35	0,07 \| 10.92 \| 1.10 i 13,13	0.61	0.09	<0,05	0,06	<0,05
73Ό4	1,81	j i 0,04 \| - 1 10,75 i - ) 1 i	13,94	0,22	-

PL 248003 Β1

ω ©	j 71,30	2.18 \|	0,59		12,18	-	13,07	0,05	0,44	-	—
	u K	j 72,38	1,49 i	0,29	11,26	0,54	13,52	0.27	0,07	0,13	0.04	—
	© i	j 72,08	2.19 ! j 2,38 [	0,22	10,45	0,72	13,71	0,16	0,05	<0,05	0,10	<0,05
	i ^71,19	0,29	10,38	1,70	13,16	0,70	0,04	-	0,15	—

Problem dostępnych na rynku klejących zapraw cementowych wynika z różnego stopnia uwodnienia w zależności od warunków, w których stosowane są te zaprawy. Zastosowanie geopolimerowych kompozycji klejących mogłoby wyeliminować częściowo ten problem, jednak wciąż koszt wytwarzania kompozycji geopolimerowych jest wysoki z uwagi na obecność stężonych wodorotlenków alkalicznych w procesie wytwarzania. Kluczowe jest tu więc zastąpienie wspomnianych wodorotlenków materiałem, który generuje niższe koszty przy zachowaniu własności geopolimeru i z jednoczesną poprawą adhezji i kohezji geopolimerowej kompozycji klejącej.

Celem wynalazku jest więc opracowanie geopolimerowej kompozycji klejącej, która jest pozbawiona stężonych wodorotlenków przy jednoczesnym zachowaniu własności i ulepszeniu pożądanych własności adhezji i kohezji kompozycji oraz takiej, która pozwoli na zagospodarowanie odpadów szklanych. Celem wynalazku jest również opracowanie sposobu wytwarzania geopolimerowej kompozycji klejącej nadającej się do zastosowania jako spoiwo m.in. stosowane w budownictwie.

Przedmiotem wynalazku jest geopolimerowa kompozycja klejąca zawierająca sproszkowane szkło odpadowe, szkło wodne sodowe i metakaolin charakteryzująca się tym, że sproszkowane szkło odpadowe stanowi dealkalizowane sproszkowane szkło odpadowe o wielkości ziaren poniżej 0,05 mm, którego aktywność zasadowa zawiera się w przedziale 4-7 mg Na7kg, natomiast zawartość sproszkowanego szkła odpadowego wynosi 8-63% wag., zawartość szkła wodnego sodowego wynosi 25-58% wag. a zawartość metakaolinu 11-43% wag. w odniesieniu do całkowitej masy kompozycji.

Korzystnie dealkalizowane sproszkowane szkło odpadowe powstało przez dealkalizację sproszkowanego szkła odpadowego z zastosowaniem wody destylowanej o temperaturze 333K przy stosunku wagowym sproszkowane szkło odpadowe: woda destylowana wynoszącym 0,8-1,2 :28-32.

Korzystnie wytrzymałość kompozycji na rozciąganie zawiera się w przedziale 2-38 MPa.

Korzystnie przyczepność kompozycji do styropianu zawiera się w przedziale 0,06-0,08 MPa.

Korzystnie przyczepność kompozycji do betonu zawiera się w przedziale 2-15 MPa.

Kolejnym przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania kompozycji według wynalazku obejmujący etapy:

a) zmieszania sproszkowanego szkła odpadowego o wielkości ziaren poniżej 0,05 mm z wodą destylowaną;

b) odfiltrowania masy uzyskanej w poprzednim etapie i wysuszenia jej do stałej masy;

c) dodania sproszkowanego szkła odpadowego uzyskanego w etapie b) do szkła wodnego sodowego i mieszania komponentów;

d) dodania metakaolinu do mieszaniny uzyskanej w poprzednim etapie i mieszania komponentów; e) dalszego mieszania komponentów;

charakteryzujący się tym, że mieszanie w etapie c) prowadzone jest przez czas zawierający się w przedziale od 1 do 3 minut, natomiast mieszanie w etapie d) prowadzone jest przez czas od 30 s do 2 minut a mieszanie w etapie e) prowadzone jest przez czas zawierający się w przedziale od 2 do 4 minut z prędkością mieszania zawierającą się w przedziale od 130 do 150 obr./min.

Korzystnie stosunek wagowy wody destylowanej do sproszkowanego szkła odpadowego w etapie a) wynosi 0,8-1,2 :7-9, a czas mieszania zawiera się w przedziale od 2 do 4 s.

Korzystnie stosunek wagowy wody destylowanej do sproszkowanego szkła odpadowego w etapie a) wynosi 0,8-1,2 :28-32, a czas mieszania zawiera się w przedziale od 30 s do 2 min, natomiast temperatura wody wynosi 333K.

Korzystniej etap a) prowadzony jest co najmniej 3-krotnie.

Korzystnie suszenie w etapie b) prowadzone jest w temperaturze zawierającej się w przedziale od85do115°C.

PL 248003 Β1

Jak już wspomniano szkło odpadowe ma różny skład, a co za tym idzie ze względu na różną charakterystykę tego składu, różne partie szkła odpadowego różnią się aktywnością zasadową, rozumianą jako zdolność dysocjacji kationów metali do otaczającego środowiska przy krótkim (5 s) kontakcie proszku szklanego z cieczą ekstrahującą.

Wiadomo, że szkło odpadowe ze względu na występujące w nim słabe wiązanie jonowe, tj. Si-O'⁺R (gdzie R⁺ oznacza Na⁺ lub K⁺) jest źródłem kationów Na⁺ lub K⁺. Dlatego też podczas dodawania sproszkowanego szkła odpadowego do wody, kationy metali dysocjują z powierzchni ziaren szkła do wody, prowadząc do otrzymania odpowiednich wodnych roztworów wodorotlenków sodu lub potasu. Maksymalny efekt ekstrakcyjny zaobserwowano dla frakcji o rozmiarze ziaren <0,05 mm (właściwa powierzchnia takiego proszku wynosi około 0,16 m²/g) przy stosunku sproszkowanego szkła odpadowego do wody wynoszącym 1 :8.

Ponadto zaobserwowano, że podczas dodawania sproszkowanego szkła odpadowego do szkła wodnego wiązanie -O'⁺R ulega rozerwaniu z utworzeniem nienasyconego anionu -O (podobnie jak w szkle wodnym). Obecność wolnych anionów na powierzchni szkła w następstwie sprzyja tworzeniu wiązania z powierzchnią podkładu. Dlatego też, zwiększając właściwą powierzchnię sproszkowanego szkła odpadowego, zwiększa się także ilość wiązań chemicznych między mieszanką szkła wodnego z proszkiem szkła odpadowego a powierzchnią podłoża, co prowadzi do zwiększenia wartości adsorpcji.

Dealkalizacja sproszkowanego szkła odpadowego ułatwia rozerwanie wiązania jonowego -O'⁺R obecnego na powierzchni ziaren szkła odpadowego, prowadząc (oprócz wytworzenia wodnego roztworu wodorotlenku sodu lub potasu) do wytworzenia wiązania, w którym kation R⁺ zastąpiony jest kationem H⁺. W związku z tym, że energia aktywacji wiązania -O'⁺H jest niższa niż wiązania -O'⁺R, to przy dodawaniu zanalizowanego proszku szklanego do szkła wodnego kation H⁺ łatwo dysocjuje, tworząc anion -O, co sprzyja tworzeniu nowych wiązań z powierzchnią podłoża. Efektem dealkalizacji jest więc zwiększenie adhezji mieszanki szkła odpadowego ze szkłem wodnym do powierzchni podłoża w porównaniu z samym szkłem wodnym.

Kompozycja według wynalazku pozwala zatem na zastąpienie kosztownych wodorotlenków sproszkowanym szkłem odpadowym, co sprawia, że koszty wytwarzania kompozycji według wynalazku są niższe od analogicznych do niej kompozycji zawierających wodorotlenki. Ponadto w toku badań nad kompozycją według wynalazku okazało się, że wykazuje ona również ulepszone parametry adhezji i kohezji. Sprawia to, że może ona być z powodzeniem stosowana w budownictwie na przykład do prac wykończeniowych wewnątrz budynków w charakterze spoiwa do betonu, styropianu i podobnych materiałów budowlanych.

Przedmiot wynalazku został bliżej przedstawiony w przykładach wykonania.

Przykłady wykonania

W kompozycji według wynalazku zastosowano szkło wodne sodowe firmy DRAGON o następującej charakterystyce: Na₂O - 8,58%; SiO₂ - 28,92%; H₂O - 62,5%; M = 3,48, pH = 12.

Jako szkło odpadowe wykorzystano mieszankę bezbarwnego, brązowego i zielonego szkła opakowaniowego, które w pierwszym etapie poddano rozdrobieniu w rozdrabniarce i zmieleniu we młynie kulowym, a następnie przesiano, uzyskując sproszkowaną frakcję o rozmiarze ziaren < 0,05 mm.

Przyjęto, iż aktywność alkaliczna sproszkowanego szkła odpadowego jest równa ilości (w mg) kationów alkalicznych na jednostkę masy mieszanki, mg R7kg. Aktywność alkaliczną oznaczono z zastosowaniem fotometrii płomieniowej z wykorzystaniem fotometru FP902 firmy PG instrument (Anglia). Wszystkie badania prowadzono na jednej partii szkła odpadowego, którego aktywność alkaliczna wynosiła 28,4 mg R7kg.

Charakterystykę poszczególnych komponentów kompozycji według wynalazku podano w tabeli 2.

Tabela 2

Parametry komponentów geopolimerowej kompozycji klejącej według wynalazku

Nr	Komponent kompozycji	Charakterystyka
1	Metakaolin	Skład: SiOz-CaSCU-FejOa-muskowit Dostawca: Rominko Polska

PL 248003 Β1

2	Szkło wodne sodowe	Skład: Na₂O (8,58%), SiO₂ (28,92%), H₂O (62,5%) M=3,48; pH=12 Dostawca: DRAGON
3	Sproszkowane szkło odpadowe	Mieszanka szkła odpadowego z kontenerów
4	Woda	Destylowana

W badaniach przyczepności kompozycji klejącej do betonu wykorzystano płyty betonowe o rozmiarach 300 x 500 x 50 mm³ i wytrzymałości na ściskanie wynoszącej -50,0 MPa. Według literatury wytrzymałość na rozciąganie (Rroz) wynosi od 10 do 20% wytrzymałości na ściskanie, co oznacza, że Rroz płyt betonowych wynosiła od 5 do 10 MPa, a uwzględniając defekty materiału przyjęto wartość dla płyt betonowych Rroz ~6,0 MPa.

Badanie wytrzymałości na rozciąganie przy zginaniu wykonano wg normy PN-EN 196-1 po standardowym przechowywaniu materiału wynoszącym 28 dni. W tym celu do płytki metalowej wkręcano pręt, który łączono z atestowaną prasą, mierząc w ten sposób wytrzymałość na rozciąganie.

Przykład 1

Sposób wytwarzania kompozycji według wynalazku

Poszczególne ilości komponentów zastosowanych w sposobie wytwarzania kompozycji według wynalazku zostały przedstawione w tabeli 3.

W pierwszym etapie sproszkowane szkło odpadowe o wielkości ziaren poniżej 0,05 mm wymieszano ręczne z wodą destylowaną w proporcji wagowej sproszkowane szkło odpadowe :woda =1:8 w czasie 3 s, a następnie szkło odfiltrowano i wysuszono do stałej masy w suszarce laboratoryjnej SNOL 200/200 w temperaturze około 100°C. Następnie powstały materiał rozdrobniono do ziaren poniżej 0,05 mm i dodano w kolejnym etapie do szkła wodnego sodowego, po czym mieszano ręcznie przez 2 min. Do mieszaniny dodano następnie metakaolin i całość ponownie mieszano ręcznie przez 1 min. W następnej kolejności mieszano na mieszarce mechanicznej typu ML-92 przez 3 minuty z szybkością 140 obr./min., uzyskując odpowiednią kompozycję według wynalazku.

W następnej kolejności zgodnie z poniższymi przykładami zbadano przyczepność kompozycji według wynalazku do powierzchni betonowych i styropianowych oraz zbadano wytrzymałości na rozciąganie w przypadku materiałów cementowych sklejonych z zastosowaniem kompozycji według wynalazku.

Przykład 2

Badanie przyczepności kompozycji wytworzonej zgodnie z przykładem 1 do powierzchni betonowych W pierwszym etapie powierzchnię płyty betonowej poddano gruntowaniu warstwą badanej substancji dla wyrównania powierzchni. Następnie, po 3 minutach na gruntowaną powierzchnię naniesiono warstwę kompozycji według wynalazku o grubości 3 mm i pozostawiono na powietrzu na okres 20 dni. Po 20 dniach do stwardniałej powierzchni przyklejono metalowe płytki o rozmiarach 50 x 50 mm² za pomocą kleju epoksydowego. Po 3 dniach wzdłuż krawędzi płytek metalowych wykonano nacięcia w celu określenia powierzchni próbki badanej substancji. Całkowita powierzchnia badanej próbki wynosiła 25 cm².

Po 28 dniach, próbki poddano badaniu na rozciąganie, której wartość jest miarą adhezji substancji klejącej do powierzchni betonu - wyniki badań przedstawiono w tabeli 3.

Przykład 3

Badanie przyczepności kompozycji wytworzonej zgodnie z przykładem 1 do powierzchni styropianowych

Przyczepność do powierzchni styropianowych kompozycji według wynalazku zbadano w sposób zgodny z przykładem 2. Wyniki badań przyczepności geopolimerowej kompozycji klejącej do powierzchni styropianu pokazano w tabeli 3.

PL 248003 Β1

Przykład 4

Badanie przyczepności kompozycji wytworzonej zgodnie z przykładem 1 do powierzchni cementowych

Przyczepność geopolimerowej kompozycji klejącej według wynalazku zbadano również dla powierzchni cementowych. W tym celu wykorzystano próbki w postaci belek o rozmiarach 40 x 40 x 160 mm³z zaprawy cementowej (CEM I 42,5R, wg PN-EN 197-1) przygotowanej wg. europejskiej normy EN 196-1.

Połówki belek zostały sklejone geopolimerową kompozycją klejącą według wynalazku. Sklejone belki następnie dociśnięto obciążeniem 5 kg dla usunięcia nadmiaru kompozycji według wynalazku. Grubość warstwy kompozycji klejącej nie przekraczała w tym przypadku 0,5 mm, co zapewniło szybkie wiązanie i twardnienie kompozycji według wynalazku.

Podobnie jak w poprzednich przykładach, uzyskany materiał poddano badaniu wytrzymałości na rozciąganie przy zginaniu wg normy PN-EN 196-1 po standardowym terminie dojrzewania 28 dni. Wyniki badań podano w tabeli 3.

Tabela 3

Wyniki badań przyczepności kompozycji według wynalazku do powierzchni styropianowych i betonowych oraz wytrzymałości na rozciąganie przy zginaniu po 28 dniach starzenia kompozycji

Nr	Skład (% wag.)	Rroz, MPa	Przyczepność po 28 dniach, MPa
MK¹	SWS¹	so³	Po 28 dniach¹	Do styropianu	Strefa odry wania	Do betonu	Strefa odrywania
1	12,0	42,5	45,5	9,2	0,07	Po styropianie	5,3	Po linii sklejania
2	13,0	42,5	44,5	24,3	0,08	Po styropianie	10,2	Po betonie
3	26,0	42,5	31,5	28,4	0,06	Po styropianie	10,0	Po betonie
4	40,0	42,5	17,5	29.8	0,07	Po styropianie	10,6	Po betonie
5	41,0	42,5	16,5	10,1	0,07	Po styropianie	4,3	Po linii sklejania
6	26,5	29,0	44,5	3,2	0.08	Po styropianie	2,8	Po linii sklejania
7	26,5	30.0	43,5	23,0	0,08	Po styropianie	9,0	Po betonie
8	26,5	42,5	31,0	15,3	0,08	Po styropianie	9.5	Po betonie
9	26,5	55,0	18.5	17,0	0,07	Po styropianie	9,8	Po betonie
10	26,5	56,0	17,5	5,4	0,07	Po styropianie	2,7	Po linii sklejania
11	36,0	55,0	9,0	7,6	0,07	Po styropianie	1,1	Po linii sklejania
12	35,0	55,0	10,0	8.0	0,06	Po styropianie	9,6	Po betonie

PL 248003 Β1

13	35,0	30,0	35,0	10,8	0,07	Po styropianie	10,0	Po betonie
14	13,0	27,0	60,0	15,0	0.07	Po styropianie	10.5	Po betonie
15	13,0	26,0	61,0	6,1	0,08	Po styropianie	2,1	Po linii sklejania

^1} Metakaolin (MK); ²⁾ Szkło wodne sodowe (SWS);³⁾ sproszkowane szkło odpadowe (SO), ⁴⁾ Rroz (wytrzymałości na rozciąganie przy zginaniu dla cementu) dla belek z CEM 142.5R po 28 dniach ~ 9,0 MPa

Analiza wyników przedstawionych w tabeli 3 świadczy o tym, że strefa odrywania znajduje się w samej substancji klejącej, a to oznacza, że R_raz stanowi charakterystykę kohezji tego materiału. Jak wynika z tabeli 3, kohezja kompozycji klejącej według wynalazku jest wyższa od R_raz całych beleczek cementowych, a jej adhezja do powierzchni stwardniałej zaprawy cementowej jest wyższa od wartości kohezji.

Strefa odrywania po styropianie wszystkich kompozycji 1-15 świadczy o tym, że wartość przyczepności 0,07-0,08 MPa faktycznie charakteryzuje wytrzymałość na rozciąganie styropianu. Dlatego też we wszystkich przypadkach uzyskano wyniki świadczące o tym, że przyczepność kompozycji klejącej według wynalazku do styropianu jest wyższa od wytrzymałości na rozciąganie styropianu.

Strefa odrywania po betonie we wszystkich przypadkach świadczy o tym, że wartość przyczepności jest większa od wartości wytrzymałości na rozciąganie (kohezji) betonu, w związku z czym przy badaniu obserwowano odrywanie kawałków betonu. W przypadkach, kiedy przyczepność była niższa od kohezji betonu, strefa odrywania przechodziła po linii sklejania.

Przykład 5

Sposób wytwarzania kompozycji według wynalazku z dodatkiem sproszkowanego szkła odpadowego poddanego dealkalizacii

W pierwszym etapie sproszkowane szkło odpadowe poddano ekstrakcji poprzez wymieszanie ręczne z wodą destylowaną o temperaturze 333K w proporcji wagowej sproszkowane szkło odpadowe :woda = 1 :30 w ciągu 1 min. Wodę wylano, a proces ekstrakcji wodnej powtórzono trzykrotnie. Następnie, wilgotne szkło odpadowe wysuszono do stałej masy w suszarce laboratoryjnej SNOL 200/200 w temperaturze około 100°C, uzyskując jednolitą masę, którą w dalszym etapie rozdrobniono, uzyskując materiał o wielkości ziaren poniżej 0,05 mm. Aktywność alkaliczną tak otrzymanego sproszkowanego szkła odpadowego uległa zmniejszeniu z 28,4 do 5,7 mg Na7kg.

Geopolimerową kompozycję klejącą według wynalazku zawierającą sproszkowane szkło odpadowe po dealkalizacji wytworzono dalej zgodnie z przykładem 1.

Wyniki badań przyczepności kompozycji według wynalazku z dodatkiem sproszkowanego szkła odpadowego po dealkalizacji do powierzchni styropianu i betonu przedstawiono w tabeli 4. Tabela ta również pokazuje wyniki badania wytrzymałości na rozciąganie przy zginaniu wg normy PN-EN 196-1 po standardowym terminie dojrzewania 28 dni.

Tabela 4

Wyniki badań przyczepności kompozycji według wynalazku dodatkiem sproszkowanego szkła odpadowego po dealkalizacji według wynalazku do powierzchni styropianowej i betonowej oraz wytrzymałości na rozciąganie po 28 dniach do dojrzewania kompozycji

Nr	Skład. % wag.	Rroz, MPa	Przyczepność, po 28 dniach, MPa
MK¹	SWS²	SOD³	Po 28 dniach⁴	Do styropianu	Strefa odrywania	Do betonu	Strefa odrywania
1	26,0	42,5	31,5	36,9	0,06	Po sty ropianie	14,0	Po betonie

PL 248003 Β1

2	26,5	42,5	31,0	19,8	0,08	Po styropianie	11,4	Po betonie
3	35,0	30,0	35,0	14.0	0.07	Po styropianie	12.8	Po betonie

^υ Metakaolin (MK); ²⁾ Szkło wodne sodowe (SWS); ^3:1 sproszkowane szkło odpadowe dealkalizowane (SOD); ^4| R_roz (wytrzymałości na rozciąganie przy zginaniu dla cementu) dla beleczek z CEM 142,5R po 28 dniach ~ 9,0 MPa

Dzięki zmniejszeniu aktywności alkalicznej szkła odpadowego zwiększyły się wartości kohezji i adhezji geopolimerowej kompozycji klejącej według wynalazku o 25-30%. Zwiększenie wartości adhezji geopolimerowej kompozycji klejącej według wynalazku daje możliwość jej zastosowania do montażu systemów dociepleniowych w konstrukcjach budowlanych, a także renowacji zabytków wykonanych z wyrobów cementowych. Oprócz tego geopolimerowa kompozycja klejąca według wynalazku może być stosowana jako spoiwo przy murowaniu i tynkowaniu ścian wewnątrz budynków i pracach wykończeniowych.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Geopolimerowa kompozycja klejąca zawierająca sproszkowane szkło odpadowe, szkło wodne sodowe i metakaolin znamienna tym, że sproszkowane szkło odpadowe stanowi dealkalizowane sproszkowane szkło odpadowe o wielkość ziaren poniżej 0,05 mm, którego aktywność zasadowa zawiera się w przedziale 4-7 mg Na⁺/kg, natomiast zawartość sproszkowanego szkła odpadowego wynosi 8-63% wag., zawartość szkła wodnego sodowego wynosi 25-58% wag. a zawartość metakaolinu 11-43%wag. w odniesieniu do całkowitej masy kompozycji.
2. Kompozycja według zastrz. 1 znamienna tym, że dealkalizowane sproszkowane szkło odpadowe powstało przez dealkalizację sproszkowanego szkła odpadowego z zastosowaniem wody destylowanej o temperaturze 333K przy stosunku wagowym sproszkowane szkło odpadowe :woda destylowana wynoszącym 0,8-1,2 :28-32.
3. Kompozycja według zastrz. 1 albo zastrz. 2 znamienna tym, że jej wytrzymałość na rozciąganie zawiera się w przedziale 2-38 MPa.
4. Kompozycja według któregokolwiek z zastrz. od 1 do 3 znamienna tym, że jej przyczepność do styropianu zawiera się w przedziale 0,06-0,08 MPa.
5. Kompozycja według któregokolwiek z zastrz. od 1 do 4 znamienna tym, że jej przyczepność do betonu zawiera się w przedziale 2-15 MPa.
6. Sposób wytwarzania kompozycji określonej w którymkolwiek z zastrz. od 1 do 5 obejmujący etapy:

a) zmieszania sproszkowanego szkła odpadowego o wielkość ziaren poniżej 0,05 mm z wodą destylowaną;

b) odfiltrowania masy uzyskanej w poprzednim etapie i wysuszenia jej do stałej masy;

c) dodania sproszkowanego szkła odpadowego uzyskanego w etapie b) do szkła wodnego sodowego i mieszania komponentów;

d) dodania metakaolinu do mieszaniny uzyskanej w poprzednim etapie i mieszania komponentów;

e) dalszego mieszania komponentów;

znamienny tym, że mieszanie w etapie c) prowadzone jest przez czas zawierający się w przedziale od 1 do 3 minut, natomiast mieszanie w etapie d) prowadzone jest przez czas od 30 s do 2 minut a mieszanie w etapie e) prowadzone jest przez czas zawierający się w przedziale od 2 do 4 minut z prędkością mieszania zawierającą się w przedziale od 130 do 150 obr./min.
7. Sposób według zastrz. 6 znamienny tym, że stosunek wagowy wody destylowanej do sproszkowanego szkła odpadowego w etapie a) wynosi 0,8-1,2 :7-9, a czas mieszania zawiera się w przedziale od 2 do 4 s.

PL 248003 B1 9
8. Sposób według zastrz. 6 znamienny tym, że stosunek wagowy wody destylowanej do sproszkowanego szkła odpadowego w etapie a) wynosi 0,8-1,2 : 28-32, a czas mieszania zawiera się w przedziale od 30 s do 2 min, natomiast temperatura wody wynosi 333K.
9. Sposób według zastrz. 8 znamienny tym, że etap a) prowadzony jest co najmniej 3-krotnie.
10. Sposób według któregokolwiek z zastrzeżeń od 6 do 9 znamienny tym, że suszenie w etapie b) prowadzone jest w temperaturze zawierającej się w przedziale od 85 do 115°C.