Применение цеолита в строительстве

Цеолиты — эффективная минеральная добавка в гипсовые вяжущие

Значительное место в современном строительном производстве и технологиях занимают гипсовые вяжущие, а так же различные материалы и изделия на их основе.

Впервые появившись на поверхности земли примерно 250 млн. лет назад, гипс широко распространился в природе. Его способность после обжига превращаться в камень под воздействием воды была известна людям уже 20 тыс. лет назад. За 9 тыс. лет до н.э. он использовался в Малой Азии в качестве основы для фресок. Постепенно знания о производстве и применении гипса распространились в Европе.

Сегодня интерес к этому материалу обусловлен большими запасами исходного сырья, экологичностью, простотой переработки его в вяжущие, а затем в изделия с небольшими энергетическими затратами, короткими сроками схватывания и твердения.

Однако, наряду с этим низкая прочность и водостойкость гипса резко сужает область его применения. Улучшить вышеуказанные характеристики возможно путем введения модифицирующих добавок, которые влияют на структуру твердеющего гипсового камня. В качестве модификаторов использовались природные цеолиты украинских месторождений, вводимые в гипсовые вяжущие для улучшения их свойств и придания специальных качеств.

Цеолиты были названы минералами XXI века. Благодаря особенностям структуры они нашли широко е применение во многих областях человеческой деятельности от нефтехимической промышленности до производства биологически активных добавок для людей и животных.

Из-за сложности физических и химических свойств цеолитов им трудно дать точное определение. Так один из авторов предлагает назвать цеолитами алюмосиликаты с каркасной структурой, в которой имеются полости, занятые большими ионами и молекулами воды, причем и те и другие характеризуются значительной подвижностью, что обеспечивает возможность ионного обмена и обратимой дегидратации.

Интерес к цеолитам связан, прежде всего, с особенностями строения их каркаса и доступностью внутрикристаллического объема. Эти минералы характеризуются строго однородной микропористой структурой, которая является не только регулярной, но и регулируемой, обладают высокой термостабильностью и кислотостойкостью. Первичной строительной единицей цеолитового каркаса является тетраэдр, центр которого занят атомом кремния или алюминия, а в вершинах расположены четыре атома кислорода. Каждый атом кислорода является общим для двух тетраэдров, таким образом, совокупность всех тетраэдров образует непрерывный каркас.

Пористая, открытая в окружающую среду микроструктура цеолитов предопределяет их основные полезные свойства. Обезвоженные, например, путем нагревания, цеолиты приобретают способность сорбировать молекулы различных веществ из окружающей среды (адсорбционные свойства), если размеры этих молекул не превышают диаметра входных каналов, соединяющих микрополости во внутрикристаллическом пространстве данного цеолита (молекулярно-ситовые свойства). В жидких средах, в частности в растворах электролитов, цеолиты могут обменивать свои катионы, расположенные в микрополостях, на другие катионы, находящиеся в растворе (катионообменные свойства). В процессах адсорбции и катионного обмена цеолиты проявляют тенденцию к избирательному поглощению одних молекул или катионов перед другими. Реакционная способность сорбированных цеолитами молекул значительно повышается, в результате чего цеолиты проявляют каталитическую активность в разнообразных реакциях органического и неорганического синтеза (каталитические свойства). При изменении условий адсорбированные молекулы могут быть удалены в окружающую среду, а обменные катионы замещены другими, в результате чего цеолиты регенерируют и таким образом могут работать в многоцикловом режиме.

Образно говоря, цеолит представляет собой “пористый кристалл” с жестким каркасом. Характерно, что параметры этого каркаса мало изменяются при дегидратации в результате нагревания до достаточно высокой температуры. Катионы, заполняющие полости, окружены гидратными оболочками и сравнительно легко поддаются ионному обмену. Указанные особенности структуры и состава цеолита определили 2 основных направления

промышленного использования цеолитов.

1. Благодаря свойству поглощать или пропускать через кристаллический каркас молекулы других химических соединений, цеолит может использоваться как своеобразное молекулярное сито для разделения смеси газов и жидкостей.

2. Подвижность катионов и их способность к ионному обмену определяет высокие сорбционные свойства цеолитов на уровне так называемых “ионообменников”, которые в настоящее время широко используются.

Таким образом, основными областями, в которых широко применяются цеолиты являются нефтехимическая промышленность и сельское хозяйство. Кроме того эти минералы используются в производстве бумаги и картона, пищевых технологиях и др.

Результаты исследований

Исследования показали, что в строительной индустрии цеолиты можно использовать в качестве добавок в состав бетонов с целью уменьшения растрескивания, повышения морозостойкости, получения высокопрочных бетонов, в качестве известково-цеолитового вяжущего для автоклавных и безавтоклавных силикатных бетонов, в производстве силикатного кирпича.

Нерешенной ранее частью данной проблемы является использование цеолитов в производстве гипсовых вяжущих и изделий из них. Мотивируется это недостаточным объемом научных исследований в данной области.

С каждым годом увеличивается использование гипсовых вяжущих, состоящие в основно.

Сегодня очень в моде новый способ украсить своё жильё – декоративные наклейки на.

Строительство » Стройматериалы » Цеолиты — эффективная минеральная добавка в гипсовые вяжущие

Источник

Применение цеолита в промышленности

Описание Цеолит применяется в качестве добавки в различные смеси. Такое применение минерала обусловлено его стабилизирующим эффектом на смесь, которая после его внесения улучшает свои свойства – становится пластичной, менее текучей и более поддатливой в обращении. Находясь в составе рецептуры смешиваемых продуктов цеолит создаёт идеальные условия для гомогенизации — уменьшает степень неоднородности распределения веществ по объёму смеси, препятствует образованию комков, а также осуществляет защиту активных веществ от влажности воздуха. Применение

Высокая пуццолановая активность цеолита определяет возможность его применения в качестве активной минеральной добавки в производстве долговечных, морозо-, влаго-, кислото-, сульфатостойких, высокопрочных бетонов. Такие бетоны применяются при строительстве гидротехнических сооружений, а также мостов, эстакад, портовых сооружений.

Производство пуццоланового цемента

Эффективность Введение цеолита в бетон позволяет повысить марку бетона до 750-800 и показателя водонепроницаемости до W 14-18 Рекомендуемый состав Цеолит вводится в бетон (фракции до 140 мкм) в количестве 5-10 % от массы цемента (М400, М500) наряду с пластификаторами (ЛСТ, С-3 или SP1).

Цеолит при производстве бумаги и картона

Цеолиты находят применение в качестве добавки к тарному картону (наполнитель) в количестве 19—35%. Опыты по хранению овощной продукции показали, что улучшается сохранность перца и томатов благодаря созданию благоприятной микроатмосферы внутри упаковки из картона, плоды имеют хороший тургор, мало поражаются болезнями, естественная убыль в 1,7—2,1 раза ниже, оргагнолептические показатели лучше, чем в контроле (обычный картон). Существует соответствующий ТУ: «Цеолит природный измельченный для бумажной промышленности», согласованный с НИИ бумаги.

В Японии разработано производство картона для упаковки с использованием 40% природного цеолита. Его широкое применение для упаковки плодов и овощей позволяет в 3—5 раз увеличить срок сохранности.

Цеолит ЦПС находит применение в качестве наполнителя некоторых видов бумаги. Зарубежные исследователи показали, что цеолит можно использовать вместо талька и каолина для производства бумаги писчей, газетной и бумаги для печати. Работы ЦНИИ бумаги показали возможность применения цеолита природного ЦПС в качестве наполнителя газетной бумаги.

Таким образом, цеолит природный (клиноптилолит) ЦПС имеет широкое применение, в том числе для производства бумаги и картона для упаковки.

Цеолит в строительных материалах

Цеолит предназначен, как активная минеральная добавка, при изготовлении цементов, бетонних растворов, пено и газобетонов.

Продукт производится из высококачественных природных цеолитов и предназначен для использования в производстве строительных материалов.

Источник

Строительная индустрия

Бетоны, сухие смеси, цемент, асфальтобетон, огнеупоры, гипсобетон

Применение цеолита в производстве бетона, раствора

Применение цеолита в производстве цемента

Свойства цементов с добавкой природных цеолитов

Изучена эффективность применения цеолита в твердеющих системах, полученных совместным помолом клинкера, гипсового камня и 10-15 % природных цеолитов, до остатка на сите №008 не более 15%. Установлено, что эти свойства отличаются от бездобавочных. Так, удельная поверхность цементных порошков увеличивается с 270-310 см2/г до 420-550 см2/г по Блейну. Водопотребность возрастает с 24-26% до 26-30%. При этом сроки схватывания теста, как правило, сокращаются на 15-60 мин., однако выявлены случаи замедления и начала и конца схватывания (до 1,5 ч).
Прочность камня на цементах с добавкой 10-15% цеолитовой муки в ранние сроки твердения (t=20±50С; возраст 3, 7, 14 суток) ниже на 10-15 %, чем у бездобавочного. Это характерно для всех пуццолановых цементов. В более поздние сроки (28, 90, 180 суток), а также после тепловой обработки прочность камня на смешанных цементах выше, чем у камня на обычном портландцементе.
Оптимальное содержание цеолита в цементах составляет 10-15%. При этом прочность цеолитосодержащих шлакопортландцементов выше бездобавочных во все сроки твердения. При частичной замене гранулированного шлака цеолитом (10-15%) улучшаются реологические характеристики цементных паст (предельное напряжение сдвига и динамическая вязкость), на 10-15 % уменьшается водоотделение. Повышенные пористость камня и величина контракции в ранние сроки твердения (до 14 суток) с увеличением времени гидратации уменьшаются более интенсивно у цеолитосодержащего вяжущего. Образцы из такого цемента характеризуются лучшей стойкостью против агрессии сульфат-ионами (Кс/с=0,93 — 1,04), в растворах кислот (Ккисл.=0,81 по сравнению с контрольным 0,68 после 1-часового кипячения в 40 % серной кислоте), а также лучшей морозостойкостью (при F=100 циклов снижение прочности 3% по сравнению с 10 % для бездобавочных бетонов).

Применение цеолита в производстве сухих строительных смесях

Цеолит является хорошим наполнителем при изготовлении сухих строительных смесей как на цементной, так и на гипсовой основах. Он хороший пластификатор, делает сухую строительную смесь удобоукладываемой, пластичной, увеличивает ее жизнеспособность, повышает прочность, водонепроницаемость, морозостойкость, снижает теплопроводность.
Сухие строительные смеси с цеолитом имеют высокую прочность сцепления смеси с различными основаниями (бетон, кирпич силикатный, керамический, все виды ячеистого бетона, ГВЛ, каменные основания). Не требуется предварительно грунтовать поверхность. Цеолит придает смесям влагостойкость, смеси имеют большую водоудерживающую способность (99,64%) и трещиностойкость.
Для штукатурных смесей характерны, высокая биостойкость и огнестойкость. Смеси обладают бактерицидными свойствами.
Цеолит снижает коэффициент теплопроводности, что делает штукатурные, клеевые и напольные смеси теплыми. Так, при вводе 10% цеолита от сухой массы цемента, снижает теплопроводность смеси в 5-10 раз.
Обладая высокой диспергируемостью, цеолит не дает ССС слеживаться и при затворении водой не образуется комочков.
Прекрасные результаты получены при использовании цеолита в производстве гипсовых штукатурных смесей как для ручного нанесения, так и для машинного. Цеолит делает смесь пластичной, увеличивает ее жизнеспособность, позволяет снизить расход гипсового вяжущего, делает смесь влагостойкой и снижает теплопроводность гипсовой штукатурной смеси в 5-10 раз. Повышает ее прочность. На основе цеолита получены гипсовые клеевые составы для ПГП (пазогребнеевые перегородки).
Клей универсальный на основе цеолита, используется для всех видов ячеистого бетона, пенобетона, газосиликата, полистиролбетона, бетона, для плитки керамической напольной и плитки фасадной, для кирпича керамического и т.д. Высокие технические характеристики и низкая себестоимость делают клей конкурентоспособным на рынке сухих строительных смесей.
Ремонтные смеси с применением цеолита обладают высокой адгезией, высокой прочностью, водонепроницаемостью (W10-W20), высокой морозостойкостью F400 и низкой теплопроводностью (0,2-0,3 Вт/м*К). С успехом применяются на строительных объектах, не уступают по своему качеству зарубежным аналогам, а даже превосходят их по ряду технических характеристик.
При изготовлении сухих строительных смесей, как правило применяется большое количество специальных добавок, отвечающих за различные технические характеристики смеси, необходимые добавки для воздухововлечения, повышения адгезии, прочности, влагостойкости, увеличению водоудержанию, снижению теплопроводности, повышению пластичности и увеличению трещиностойкости. Все добавки производятся за пределами России, это Китай, Германия, Турция, Чехия, Италия. Цеолит способен заменить 5-7 вводимых в смеси добавок. Поэтому сухие строительные смеси с применением цеолита активированного изготавливаются по программе импортозамещения и по своему качеству не уступают зарубежным аналогам, а даже превосходят их, делают смеси более качественными и более дешевыми. К тому же цеолит, являясь сильным адсорбентом, способен поглощать и удерживать радиоактивные элементы, что делает все смеси экологически чистыми.

Применение цеолита в производстве пенобетона, газосиликата, полистиролбетона

Цеолит, применяемый как наполнитель или добавка в производстве пенобетона, газосиликата, полистиролбетона дает хорошие результаты, а именно: повышает прочность, позволяет экономить расход цемента до 20%, повышает морозостойкость изделий и водонепроницаемость, а так же снижает усадку и повышает трещиностойкость. Ввод цеолита в количестве 10% в данные бетоны, хотя и незначительно увеличивает плотность, но вместе с тем снижает теплопроводность.

Применение цеолита в производстве огнезащитных покрытий-красок, мастик, огнеупоров

Применение цеолита в производстве асфальтобетона

Один из путей увеличения срока эксплуатации дорог и вместе с этим улучшения качества покрытия – применение новых материалов, таких как цеолит активированный.
Цеолит активированный, получаемый путем термомеханической активации из природного цеолита представляет собой реакционно-активный кремнезем, имеющий биогенную природу. Это природный наноструктурированный материал, молекулярное сито с высокой ионообменной способностью, обладающий высокой адсорбционной способностью, отличными теплоизоляционными свойствами.
Качество готового асфальтобетонного покрытия, его долговечность напрямую зависит от качества уплотнения асфальтобетонной смеси в процессе производства работ. Для достижения нормативной плотности асфальтобетонного покрытия необходимо строго соблюдать множество факторов, это: соблюдение температурного режима в процессе перевозки смеси, распределения и собственно уплотнения. Неоднородность температуры асфальтобетонной смеси выявляется уже при перегрузке смеси в асфальтоукладчик. Разница в температуре на месте укладки по поверхности устраиваемого покрытия может быть очень существенной, что ведет к образованию отдельных недоуплотненных участков, которые со временем разрушаются быстрее, чем все остальное покрытие, образуя отдельные выбоины. Кроме того, для приготовления асфальтобетонных смесей применяется большое количество щебня и песка из отсевов дробления плотных горных пород, что делает их очень жесткими и трудно укладываемыми.
Особенности подбора асфальтобетонной смеси в 3-ей климатической зоне состоит в том, что необходимо подбирать показатели асфальтобетона как при работе при повышенных температурах, так и при отрицательных температурах, чего очень сложно добиться. Поэтому избежать образования температурных трещин практически невозможно.
Добавление цеолита в количестве 0,5-1% от минеральной части смеси позволяет добиться удобоукладываемости асфальтобетонной смеси без снижения показателей прочности при 50 о С, 20 о С. Кроме того, физико-механические показатели смеси при 0 о С значительно улучшаются, снижаясь с 11 МПа до 9,5-7,4 МПа. Смесь более равномерно сохраняет температуру и позволяет добиться равномерного уплотнения в покрытии. Уплотняемость смеси после добавления цеолита улучшается в разы, остаточная пористость получается примерно на 0,8% меньше. Применение цеолита в качестве добавки при производстве теплого асфальтобетона уже используется немецкой компанией MHI Naturstein&Baustoffservice GmbH.

Цеолит может использоваться как антигололедный реагент, содержащий хлорид кальция или натрия триэтаноламин.

Хлорид кальция 22,5-45,0
Цеолит 50,0-77,0
Триэтаноламин 0,5-5,0

При этом компоненты не просто смешиваются, как в случае получения фрикционно-химических материалов, а происходит пропитывание цеолита хлористым кальцием с введенным ингибитором коррозии и получение устойчивых комочков. Введение цеолита и триэтаноламина позволяет повысить эффективность состава, снизить степень коррозии, значительной снизить расход хлорида кальция за счет изменения принципа действия реагента. Такой реагент может быть использован на мостах, где использования реагентов, содержащих соли не допустимо. Соль в составе реагента растворяет лед, а сам цеолит быстро адсорбирует полученный солевой раствор, тем самым сохраняя мостовые покрытия и сооружения. Были проведены опытные работы в этом направлении с лабораторией департамента автомобильных дорог Ульяновской области.

Источник