CZ304496B6 - Rentgeno-amorfní hořečnatý strukturní analog geopolymerů vyrobený z dehydroxylovaných a delaminovaných hořečnato-křemičitých fylosilikátů a jeho použití - Google Patents
Rentgeno-amorfní hořečnatý strukturní analog geopolymerů vyrobený z dehydroxylovaných a delaminovaných hořečnato-křemičitých fylosilikátů a jeho použití Download PDFInfo
- Publication number
- CZ304496B6 CZ304496B6 CZ2013-11A CZ201311A CZ304496B6 CZ 304496 B6 CZ304496 B6 CZ 304496B6 CZ 201311 A CZ201311 A CZ 201311A CZ 304496 B6 CZ304496 B6 CZ 304496B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- magnesium
- delaminated
- dehydroxylated
- geopolymers
- ray
- Prior art date
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
- Y02P40/10—Production of cement, e.g. improving or optimising the production methods; Cement grinding
Landscapes
- Silicates, Zeolites, And Molecular Sieves (AREA)
Abstract
Řešení se týká rentgeno-amorfního hořečnatého strukturního analogu geopolymerů, způsobu jeho výroby smísením delaminovaného a dehydroxylovaného hořečnato-křemičitého fylosilikátu rentgeno-amorfní struktury s alkalickým činidlem a zvýšením teploty na nejméně 90 .degree.C a jeho použití ve stavebnictví jako materiálu odolného zejména proti povětrnostním vlivům a pH.
Description
Rentgeno-amorfní horečnatý strukturní analog geopolymerů vyrobený z dehydroxylovaných a delaminovaných hořečnato-křemičitých fylosilikátů a jeho použití
Oblast techniky
Vynález se týká rentgeno-amorfního hořečnatého strukturního analogu geopolymerů, způsobu jeho výroby aktivací dehydroxylovaného a delaminovaného hořečnato-křemičitého fylosilikátů rentgeno-amorfní struktury v alkalickém prostředí s využitím zvýšené teploty nejméně 90 °C a jeho použití.
Dosavadní stav techniky
Za geopolymeiy jsou považovány anorganické polymerní materiály, které jsou připravovány z hlinitokřemičitanových materiálů jejich aktivaci v zásaditém prostředí za normální teploty a tlaku. Typicky se používá reakce delaminovaného a dehydroxylovaného kaolinu (metakaolinu) s vodním sklem nebo roztokem NaOH či KOH, při kterém vzniká struktura na obr. 1 [a].
Dioktaedrické hlinitokřemičité materiály (např. kaolin, pyroíylit apod.) v přírodě často mají své hořečnaté trioktaedrické analogy (např. serpentin, mastek apod.) [c]. Z této skutečnosti tak plyne možnost připravit také hořečnatý analog hlinitokřemičitých geopolymerů vyrobených alkalickou aktivací. Výrobě alkalicky aktivovaného hořečnato-křemičitého materiálu však bránila skutečnost, že dosud nebylo možné připravit delaminovanou a dehydroxylovanou hořečnatou fázi mastku (CZ PV 2012-839) a také vznik sraženin Mg(OH)2 v silně alkalickém prostředí během polykondenzace, to znamená vytvoření difúzní bariéry snižující homogenitu produktu a zpomalující reakci.
Reference:
[a] F. Šoukal, T. Opravil, P. Ptáček, B. Foller, J. Brandštetr, P. Roubíček, Geopolymers amorphous ceramics via solution, in: Some thermodynamic, structural and behavioral aspects of materials accentuating non-crystalline States, ed. J. Šesták, M. Holeček, J. Málek, Plzeň, 2009. ISBN 798-80-87269-06-0.
[b] V. D. Gluchovski, Gruntosilikaty. Grosstrojizdat, Kiev 1959.
[c] M. Chvátal, úvod do systematické mineralogie, První vydání, vydal: Silikátový svaz, Praha 2005. ISBN: 86821-11-5.
[d] J. Davidovits, Ancient and Modem Concretes: What is the Reál Difference? Concrete intemational 9 (1987) 23-35.
Přehled obrázků na výkresech
Obr. 1: Idealizovaná struktura geopolymerů (Gluchovsky [b]).
Obr. 2: EDX analýza produktu polykondenzace (spekt. 1) a částic meta-mastku (spekt. 2). Obr. 3: EDX analýza produktu polykondenzace (a) TG-DTA meta-mastku a produktu (b). Obr. 4: Rozpustnost SiO2 křemičitého fylosilikátů v závislosti na pH.
-1 CZ 304496 B6
Podstata vynálezu
Výše uvedený problém přípravy aktivovaného hořečnato-křemičitého materiálu řeší způsob výroby rentgeno-amorfního hořečnatého strukturního analogu geopolymeru aktivací dehydroxylovaného a delaminovaného hořečnato-křemičitého fylosilikátu rentgeno-amorfní struktury ve směsi s alkalickým činidlem o pH nejméně 10 za teploty nejméně 90 °C a následným ztuhnutím této směsi.
Směs hořečnato-křemičitého fylosilikátu s alkalickým činidlem má výhodně pH 12.
Dehydroxylovaný a delaminovaný hořečnato-křemičitý fylosilikát rentgeno-amorfní struktury se ve výhodném způsobu podle vynálezu smísí s alkalickým činidlem a vzniklá směs se následně zahřeje na teplotu nejméně 90 °C nebo se dehydroxylovaný a delaminovaný hořečnato-křemičitý fylosilikát rentgeno-amorfní struktury a alkalické činidlo nejprve zahřejí na teplotu nejméně 90 °C a následně se smísí.
Dehydroxylovaným a delaminovaným hořečnato-křemičitým fylosilikátem rentgeno-amorfní struktury je podle výhodného provedení delaminovaná a dehydroxylovaná fáze mastku (CZPV 2012-839).
Alkalickým činidlem použitým ve způsobu podle vynálezu je výhodně sodné nebo draselné vodní sklo nebo hydroxid alkalického kovu nebo jejich směs.
Předmětem vynálezu je také rentgeno-amorfní hořečnatý strukturní analog geopolymerů vyrobený způsobem podle vynálezu a jeho použití ve stavebnictví.
Rentgeno-amorfní hořečnatý strukturní analog geopolymerů je možné používat samostatně nebo například ve směsi s kamenivem, vláknitou výztuží nebo ve směsi sjinými fylosilikáty.
Rozpuštěním a polykondenzací delaminované a nehydroxylované fáze mastku v silně alkalickém prostředí vodního skla nebo hydroxidů alkalických kovů vznikají vazby typu (^Si-O-Mg-O-), přičemž pokles pH vyvolaný zvýšením teploty (zahřátím reagující soustavy) nad teplotu 90 °C zabrání precipitaci hydroxidu hořečnatého v silně zásaditém prostředí. To umožní reakci horečnatých oktaedrů stetraedry (SiO4)4, kterou dokazuje zastoupení Mg v produktu polykondenzace (obr. 2, spektrum 1).
V průběhu procesu nevzniká žádná krystalická fáze a produkt tak zůstává amorfní (obr. 3(a)).
V průběhu reakce se také rozpouští delaminovaná a dehydroxylovaná fáze mastku za polykondenzace stavebních jednotek typu (=Si-O-Mg-O-), což se na DTA projeví klesající intenzitou píku krystalizace hořečnato—křemičité fáze (Obr. 3(b)).
Způsobem podle vynálezu se nezískají ryzí geopolymery, které definuje způsob přípravy alkalickou aktivací hlinito-křemičitých materiálů. Ve struktuře geopolymeru jsou přítomny pouze tetraedry [SiO4]2 a [A1O4]5 tvořící vazby (^Si-O-Mg-O-), kdy přebytek záporného náboje kompenzují ionty alkalických kovů, které vstupují do struktury během aktivace.
S ohledem na rozdíly iontového poloměru Mg2+ a Al3+jsou ve struktuře materiálu podle vynálezu přítomné oktaedry (MgO6)10 , které společně s nepřítomností (A1O4)5 jednotek a zvýšené teploty přípravy neumožňují klasifikovat tento materiál jako geopolymer (definice dle J. Davidovits [d]). Na základě amorfní struktury a přítomnosti stavebních jednotek typu (=Si-O-Mg-O-) lze však vyvinutý materiál považovat za nový typ materiálu připraveného alkalickou aktivací dehydroxylovaných a delaminovaných hořečnato-křemičitých fylosilikátů.
Alkalicky aktivovaný hořečnato-křemičitý materiál podle vynálezu je využitelný především ve specifických aplikacích, kde je kladen velký důraz na odolnostní charakteristiky použitého mate-2CZ 304496 B6 riálu, zejména proti povětrnostním vlivům a pH. Materiál lze nanášet na povrch i nástřikem či nátěrem, proto je využitelný též pro sanaci stávajících betonových konstrukcí. Je možné jej používat čistý nebo ve směsi s kamenivem nebo vláknitou výztuží.
Příklady provedení vynálezu
Příklad 1:
Delaminovaná a dehydroxylovaná fáze mastku a draselné, sodné či směsné vodní sklo o pH 12 se ohřejí na teplotu 90 °C a smísí. Systém se pak důkladně promíchá a následně nechá ztuhnout za zvýšené nebo laboratorní teploty. Prodloužení času, po který se vzorek udržuje za zvýšené teploty a mnohem účinněji s rostoucí teplotou zvyšuje rozsah polykondenzaění reakce. Zvýšená rychlost odpařování vody za vyšší teploty také posouvá rovnováhu polykondenzaění reakce ve směru reakčních produktů, tj. stavebních jednotek typu (^Si-O-Mg-O-).
Příklad 2:
Delaminovaná a dehydroxylovaná fáze mastku a draselné, sodné či směsné vodní sklo o pH 11 se smísí za běžné teploty a následně ohřejí na teplotu 95 °C a smísí. Systém se pak důkladně promíchá a nechá ztuhnout za zvýšené nebo laboratorní teploty.
Příklad 3:
Delaminovaná a dehydroxylovaná fáze mastku a draselné, sodné či směsné vodní sklo o pH 10 se smísí za běžné teploty a následně nanese na povrch ohřátý na teplotu 90 °C, kde se polykondenzací vytvoří vrstva produktu.
Příklad 4:
Delaminovaná a dehydroxylovaná fáze mastku se rozmíchá ve vodném roztoku sodného či draselného hydroxidu o pH 12 a suspenze ohřeje na teplotu 92 °C. Systém se pak důkladně promíchá a následně nechá ztuhnout za zvýšené nebo laboratorní teploty.
Průmyslová využitelnost
Využitelnost vynálezu spočívá v přípravě nového typu alkalicky aktivovaného hořečnatokřemičitého materiálu, který je využitelný především ve specifických aplikacích, kde bude na použité materiály kladen velký důraz na odolností charakteristiky zejména proti povětrnostním vlivům a pH. Další velice širokou oblastí využití se předpokládá sanace stávajících betonových konstrukcí, neboť tento materiál lze nanášet na povrch i nástřikem či nátěrem. Materiál je možné používat čistý nebo ve směsi s kamenivem nebo vláknitou výztuží.
Claims (7)
1. Způsob výroby rentgeno-amorfního hořečnatého strukturního analogu geopolymerů, vyznačující se tím, že se delaminovaný a dehydroxylovaný hořečnato-křemičitý fylosilikát rentgeno-amorfní struktury smíchá s alkalickým činidlem o pH nejméně 10, poté se zahřeje na teplotu nejméně 90 °C a následně se vzniklá směs nechá ztuhnout nebo se delaminovaný a dehydroxylovaný hořečnato-křemičitý fylosilikát rentgeno-amorfní struktury i alkalické činidlo o pH nejméně 10 zahřejí na teplotu nejméně 90 °C, následně se smísí a vzniklá směs nechá ztuhnout, přičemž rozpuštěním a polykondenzací delaminované a dehydroxylované fáze hořečnatokřemičitého fylosilikátu v silně alkalickém prostředí vznikají vazby typu (^Si-O-Mg-O-), kdy pokles pH vyvolaný zvýšením teploty nad teplotu 90 °C zabrání precipitaci hydroxidu hořečnatého, což umožní reakci hořečnatých oktaedrů s tetraedry (SiO4)4 .
2. Způsob výroby podle nároku 1, vyznačující se tím, žepH alkalického činidla je 12.
3. Způsob výroby podle nároků 1 a 2, vyznačující se tím, že delaminovaným a dehydroxylovaným hořečnato-křemičitým fylosilikátem rentgeno-amorfní struktury je delaminovaná a dehydroxylovaná fáze mastku.
4. Způsob výroby podle nároků laž3, vyznačující se tím, že alkalickým činidlem je sodné nebo draselné vodní sklo nebo hydroxid alkalického kovu nebo jejich směs.
5. Rentgeno-amorfní hořečnatý strukturní analog geopolymerů vyrobený způsobem podle nároků laž4, vyznačující se tím, že obsahuje pouze stavební jednotky typu =Si-OMg-O-.
6. Použití rentgeno-amorfního hořečnatého strukturního analogu geopolymerů podle nároku 5 ve stavebnictví.
7. Použití rentgeno-amorfního hořečnatého strukturního analogu geopolymerů podle nároku 6 ve směsi s kamenivem, vláknitou výztuží nebo ve směsi s jinými fylosilikáty.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CZ2013-11A CZ304496B6 (cs) | 2013-01-07 | 2013-01-07 | Rentgeno-amorfní hořečnatý strukturní analog geopolymerů vyrobený z dehydroxylovaných a delaminovaných hořečnato-křemičitých fylosilikátů a jeho použití |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CZ2013-11A CZ304496B6 (cs) | 2013-01-07 | 2013-01-07 | Rentgeno-amorfní hořečnatý strukturní analog geopolymerů vyrobený z dehydroxylovaných a delaminovaných hořečnato-křemičitých fylosilikátů a jeho použití |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CZ201311A3 CZ201311A3 (cs) | 2014-05-28 |
CZ304496B6 true CZ304496B6 (cs) | 2014-05-28 |
Family
ID=50771737
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CZ2013-11A CZ304496B6 (cs) | 2013-01-07 | 2013-01-07 | Rentgeno-amorfní hořečnatý strukturní analog geopolymerů vyrobený z dehydroxylovaných a delaminovaných hořečnato-křemičitých fylosilikátů a jeho použití |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CZ (1) | CZ304496B6 (cs) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4784982A (en) * | 1987-02-27 | 1988-11-15 | Mizusawa Industrial Chemicals, Ltd. | Composite phylosilicate adsorbent and process for preparation thereof |
WO1993016965A1 (en) * | 1992-02-27 | 1993-09-02 | Pretoria Portland Cement Company Limited | Geopolymeric binder material |
US20060272551A1 (en) * | 2003-01-31 | 2006-12-07 | Comrie Douglas C | Cementitious materials including slag and geopolymers |
CZ301705B6 (cs) * | 2004-04-26 | 2010-06-02 | Svoboda@Pavel | Popílkový beton, jeho složení, zpusob prípravy geopolymerní reakcí aktivovaného úletového popílku a užití |
NZ578307A (en) * | 2009-07-09 | 2010-11-26 | Geopolymer Systems Ltd | Lightweight geopolymer and method for preparing |
-
2013
- 2013-01-07 CZ CZ2013-11A patent/CZ304496B6/cs unknown
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4784982A (en) * | 1987-02-27 | 1988-11-15 | Mizusawa Industrial Chemicals, Ltd. | Composite phylosilicate adsorbent and process for preparation thereof |
WO1993016965A1 (en) * | 1992-02-27 | 1993-09-02 | Pretoria Portland Cement Company Limited | Geopolymeric binder material |
US20060272551A1 (en) * | 2003-01-31 | 2006-12-07 | Comrie Douglas C | Cementitious materials including slag and geopolymers |
CZ301705B6 (cs) * | 2004-04-26 | 2010-06-02 | Svoboda@Pavel | Popílkový beton, jeho složení, zpusob prípravy geopolymerní reakcí aktivovaného úletového popílku a užití |
NZ578307A (en) * | 2009-07-09 | 2010-11-26 | Geopolymer Systems Ltd | Lightweight geopolymer and method for preparing |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CZ201311A3 (cs) | 2014-05-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Singh et al. | Geopolymers as an alternative to Portland cement: An overview | |
Duan et al. | Compressive strength and microstructure of fly ash based geopolymer blended with silica fume under thermal cycle | |
Nikolov et al. | Geopolymer materials based on natural zeolite | |
Firdous et al. | Effect of silica modulus on the geopolymerization activity of natural pozzolans | |
Komnitsas et al. | Effect of synthesis parameters on the compressive strength of low-calcium ferronickel slag inorganic polymers | |
Matalkah et al. | Mechanochemical synthesis of one-part alkali aluminosilicate hydraulic cement | |
Heah et al. | Study on solids-to-liquid and alkaline activator ratios on kaolin-based geopolymers | |
Bondar et al. | Effect of heat treatment on reactivity-strength of alkali-activated natural pozzolans | |
CN102180629B (zh) | 以石煤提钒尾矿为主要原料的地聚合物及其制备方法 | |
Rai et al. | Nano silica in cement hydration | |
Criado et al. | An XRD study of the effect of the SiO2/Na2O ratio on the alkali activation of fly ash | |
Rattanasak et al. | Influence of NaOH solution on the synthesis of fly ash geopolymer | |
Provis et al. | The role of mathematical modelling and gel chemistry in advancing geopolymer technology | |
Anuradha et al. | Modified guidelines for geopolymer concrete mix design using Indian standard | |
Somna et al. | NaOH-activated ground fly ash geopolymer cured at ambient temperature | |
Pacheco-Torgal et al. | Alkali-activated binders: A review. Part 2. About materials and binders manufacture | |
Sabitha et al. | Reactivity, workability and strength of potassium versus sodium-activated high volume fly ash-based geopolymers | |
Tippayasam et al. | Effect of Thai Kaolin on properties of agricultural ash blended geopolymers | |
Bondar et al. | Alkali-activated natural pozzolan concrete as new construction material | |
Usha et al. | Geopolymer binder from industrial wastes: A review | |
BR112020011832B1 (pt) | Composição de geopolímero tendo um tempo de pega controlável e método para fazer a mesma | |
Rakhimova et al. | Characterisation of ground hydrated Portland cement-based mortar as an additive to alkali-activated slag cement | |
Waldmann et al. | A short review on alkali-activated binders and geopolymer binders | |
Kozhuhova et al. | Revisiting a selection of natural and technogenic raw materials for geopolymer binders | |
Okashah et al. | Pozzolanic properties of calcined clay in geopolymer concrete: A review |