DE2031268A1

DE2031268A1 - Chemical resistant concrete prodn - using binder rich in silicic acid

Info

Publication number: DE2031268A1
Application number: DE19702031268
Authority: DE
Inventors: Wsewolod P. Odessa; Chitarow Nikolaj L Moskau; Kirilischin (Sowjetunion). M
Original assignee: Ordena Lenina institut geochimiki i analititscheskoj chimii W.I. Wernadskowo AN SSSR, Moskau; Odesskij inschenernostroitelnyj institut, Odessa; (Sowjetunion)
Priority date: 1970-06-24
Filing date: 1970-06-24
Publication date: 1971-12-30
Also published as: DE2031268B2

Abstract

A method for making chemically stable concrete using a binder rich in silicic acid composed of a mixture of (a) 20-60 wt% granular alkali silicate with solid silicic acid range >6 and grain size 0.1-1.25 mm (b) 80-40 wt% quartz sand ground to specific surface >=1000 cm2/g together with additional sand of grain size range 1.15-2.25 in quantity 0.9-1.5 pts wt : 1 binder and water to a level 0.1-0.15 pts wt : 1 solid.

Description

VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON CHEMISCH BESTÄNDIGEM BETON Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Her -stellung von chemisch bestandigem Beton,der im Industrie -, Wasser - und unterirdischen Bau von Gebäuden und Anlagen ver -wendet wird, die unter den Bedingungen von ständig wirkenden chemisch aktiven, insbvesondere säuren Medien arbeiten, sowie im Bau von Wärmeaggregaten arbeiten.METHOD OF MANUFACTURING CHEMICAL RESISTANT CONCRETE The invention relates to a process for the production of chemically resistant concrete, the used in industrial, water and underground construction of buildings and plants that under the conditions of constantly acting chemically active, in particular acidic media work, as well as work in the construction of heating units.

Es ist bekannt ein Verfahren zur Herstellung von chemisch beständigem Beton auf der Grundlage eines Bindemittels,dessen Hauptkomponenten glasartige Natrium - und Kaliumsilikate mit einem Kieselerdemodul unterhalb 4 sind. There is known a method for producing chemically resistant Concrete based on a binder, the main components of which are vitreous sodium - and potassium silicates with a silica module below 4.

Durch die Auflösung im Wasser von glasartigem Silikat erhalt man Wasserglas Zu Ermöglichung des Erhärtens von Wasserglas und Er -höhung dessen Wasserbetsändigkeit werden in den Beton Zusatze, z.B. Natriumflorosilikat eingeführt, welche im Wasser, ent -haltenes Alkali neutralisieren, und das letztere in eine wasserunlösliche Verbindung überführen. By dissolving vitreous silicate in water receive man water glass To enable the hardening of water glass and elevation of it Water resistance are introduced into the concrete additives, e.g. sodium fluorosilicate, which neutralize the alkali contained in the water, and the latter into one transfer water-insoluble compound.

Im Prozeß der Ifeutralisation des Alkalis scheidet sich aus dem Wasserglas freie Kieselerde in Form von Gel aus,das ein Bindemittel ist, d.h. die teilchen des Zuschlagstoffes der Betonmischung zementiert und nach der Dehydratation unter trockenen Bedingungen dem 3eton Festigkeit vorleiht. In the process of ifeutralization of the alkali separates from the water glass free silica in the form of gel, which is a binder, i.e. the particles of the aggregate of the concrete mix cemented and after dehydration under dry conditions that give 3eton strength.

Da das zementierende Material gegebenfalls Kiselsäuregel ist,wird so ein Beton der Wirkung der meisten der Mineral -säuren hoher Konzentration nicht unterwerfen. Er wird aber in Lösungen mit alkalischer Reaktion rasch zerstort,besitzt eine niedrige Beständigkeit in Wasser, wässrigen Lösungen und im Dampf - ruft - Medium, wodurch es unmöglich wird,diesen als chemisch beständiges Konstruktionsmaterial zu verwenden. Since the cementing material is optionally silica gel, will such a concrete of the effect of most of the mineral acids of high concentration does not subject. However, it is quickly destroyed in solutions with an alkaline reaction a low resistance in water, aqueous solutions and in steam - calls - Medium, which makes it impossible to use it as a chemically resistant construction material to use.

Begrenzt ist auch die Verwendung von Beton auf Wasser -glas als säurefestes Auskleidungsmaterial wegen der Toxizität von Natriumfluorosilikat und vollständiger Durchdringbarkeit fur aggressive Lösungen. The use of concrete on water glass as an acid-proof one is also limited Lining material because of the toxicity of sodium fluorosilicate and more completely Penetrability for aggressive solutions.

Nicht hohe hitzebeständige Eigenschaften des Bindemittels stehen auch der Möglichkeit dessen Verwendung in chemisch beständigen feueriesten Betonen im Wege. Not high heat-resistant properties of the binder are available also the possibility of its use in chemically resistant refractory concretes in the way.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Be -seitigung der genannten Nachteile. The aim of the present invention is to eliminate it of the disadvantages mentioned.

Der Ertindting wurde die Aufgabe zugrundegelegt, ein Ver -fahren zur Herstellung von chemisch bestandigem Beton auf der Grundlage eines Bindemittels in Form von freier Kieselerde unter Verwendung als Ausgangskomponenten des Bindemittels solcher Stoffe und in einer solchen Menge zu entwickeln,die die chemische Beständigkeit des Betons sowohl gegen Säuren beliebiger Konzentration als auch Alkalien, Salzlösungen gewährleisten und diesem absolute Wasserbeständigkeit, Nichttoxizität, hohe physikalisch - mechanische und thermische Eigenschaften und erforderlichenfalis auch Undurchdringbarkeit für aggres -sive Lösungen verleihen. The creation was based on the task, a process for the production of chemically resistant concrete on the basis of a binder in the form of free silica using as starting components of the binder such substances and develop in such an amount that the chemical resistance of concrete against acids of any concentration as well as alkalis, salt solutions and ensure this absolute water resistance, non-toxicity, high physical - mechanical and thermal properties and, if necessary, impenetrability for aggressive solutions.

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelost,daß man bei der Herstellung von chemisch beständigem Beton erfindungsge -mäß als Ausgangskomponenten des Bindemittels kieselerdreiches Alkaliglas mit einem Kieselerdemodul von mehr als 6 In einer Menge von 20 - 60 Gew.% und bis zur spezifischen Oberfläche von mindestens 1000 cm²/ g gemahlenen Quarzsand verwendet, der in einer Menge von 80 - 40 Gew.% genoninien wirdO Das Wesen der vorgeschlagenen Erfindung besteht in folgendem: Bei einem Kieselerdemodul des Glases von mehr als 6 liegt die Hauptmenge der glasartigen Kieselerde in freiem, zu Sili -katen nicht gebundenem Zustand. Deshalb sind die kieselerdereichen Gläser selbst bei hohen Temperaturen praktisch wasser unlöslich und eignen sich nicht zur lierstellung von flüssigem Wasserglas. The task at hand is solved in that one in the production of chemically resistant concrete according to the invention as starting components of the binder Silica-rich alkali glass with a silica module of more than 6 in a quantity from 20 - 60% by weight and up to a specific surface area of at least 1000 cm² / g uses ground quartz sand that in an amount of 80-40% by weight genoninien wirdO The essence of the proposed invention consists in the following: At A silica module of the glass of more than 6 is the main part of the vitreous Silica in a free state that is not bound to silicates. That's why they are Silica-rich glasses are practically insoluble in water even at high temperatures and are not suitable for the production of liquid water glass.

Bei gemeinsamer Behandlung mit Wärme und Feuchtigkeit von kieselerdereichem Glas mit feingemahlenem Quarzsand zeigt aber das Glas die Fähigkeit zur Auflösung in Wasser und zur Kristallisation zum Quarz an den Teilchen des gemahlenen Quarzes wie an den Impfkristallen. When treated together with heat and moisture from silica-rich Glass with finely ground quartz sand, however, shows the glass the ability to dissolve in water and for crystallization to quartz on the particles of ground quartz like the seed crystals.

Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Löslichkeit der glasartigen Kieselerde im Wasser unter gleichen Bedingungen die Löslichkeit des Quarzes (der kristallinen Eleselerde) be -deutend übersteigt. Deshalb ist die Lösung von Kieselerde in Anmachwasser von Beton,die gegenüber dem Glas gesättigt ist, gegenüber dem Quarz übersättigt. This is due to the fact that the solubility of the vitreous Silica in water under the same conditions the solubility of quartz (the crystalline elusive earth) significantly exceeds. That is why the solution is silica in the mixing water of concrete, which is saturated compared to the glass, compared to the quartz oversaturated.

Während der Behandlung mit Warme und Feuchtigkeit ruft diese eine spontane Abscheidung (Kristallisation) an den Quarzteilchen der überschüssigen Kieselerde in Form von Quarz hervor. During the treatment with warmth and moisture this one gets spontaneous deposition (crystallization) on the Quartz particles of the excess silica emerges in the form of quartz.

Dabei geht in die kieselerdearme Lösung eine zusätzliche Menge von Kieselerde aus dem kieselerdereichen Glas über und der Prozeß wiederholt sich bis zur vollstandigen Au£.losung des Glases und seiner Kristallisation an den Teilchen des feingemahlenen Quarzsandes. Thereby an additional amount of goes into the low-silica solution Silica from the silica-rich glass above and the process repeats itself until for the complete dissolution of the glass and its crystallization on the particles of the finely ground quartz sand.

Das wachstum der Quarzteilchon durch die Auflösung Lind Kristallisation von kieselerdereichem Glas führt zu deren Zusammenwachsen an den Kontaktflächen, das heißt zur Erhärtung des Bindemittels und des Betons. The growth of the quartz particles due to the dissolution and crystallization of high-silica glass leads to their coalescence on the contact surfaces, that is, to harden the binder and the concrete.

Somit ist in underer Erfindung das Bindemittel die freie Kieselerde nicht in Borm von Gel, sondern in Form von thermo -dynamisch und chemisch bestänedigerer kristalliner Art der freien Siesclerde,des Quarzes.Das bedingt die hohen chemischen, physikalischen, thermischen und mechanischen Eigenschaften des Bindemittels und des auf seiner Grundlage hergestellten chemisch beständigen Betons. Thus, in our invention, the binder is the free silica not in the form of gel, but in the form of thermodynamically and chemically more stable crystalline nature of the free siesclerde, the quartz, which causes the high chemical, physical, thermal and mechanical properties of the binder and of the chemically resistant concrete produced on its basis.

Zur näheren Erläuterung des Wesens der Erfindung sei nachstehenden das erfindungsgemäße Verfahren an konkreten Bei -spielen für dessen Durchführung behandelt. For a more detailed explanation of the nature of the invention, see the following the method according to the invention on specific examples for its implementation treated.

Zur Herstellung von chemisch beständigem Beton verwendete man kieselerdereiches Glas mit einem Kieselerdemodul von 9, 3,d.h. der folgenden Zusammensetzung (in Gew.%): SiO2 - 90; Na20 - 10,in Form von Körnen von 096 - 1,25 mm Größe und feingemahlenes kieselerdereiches Glas, Quarzsabnd, gemahlen bis zu einer spezifischen Oberfläche von 3000 cm2/ g, als Zusatz und feinkörnigen Quarzsand mit einem Korngrößen -modul von 1,15 als Zuschlagstoff. Used to make chemically resistant concrete man High silica glass with a silica module of 9.3, i.e. of the following composition (in% by weight): SiO2 - 90; Na20 - 10, in the form of grains of 096 - 1.25 mm in size and finely ground silica-rich glass, quartz sand, ground to a specific one Surface of 3000 cm2 / g, as an additive and fine-grain quartz sand with a grain size -module of 1.15 as an aggregate.

Alle aufgezählten Komponenten wurden in einem Beton mischer gemischt, dann Wasser zugegeben und bis zum Erzielen einer homogenen Betonmischung weitergerührt. All listed components were mixed in a concrete mixer, then water is added and stirring is continued until a homogeneous concrete mix is obtained.

Für 1 m³ Betonmischung wurden verbraucht (in kg) kieselerdereiches Glas in Körnern 350; gemahlenes kieselerdereiches Glas 250; Sand als Zuschlagstoff 1120; Sand als Zusatz 400; Wasser 225. For 1 m³ of concrete mix, high silica was used (in kg) Glass in grains 350; ground high silica glass 250; Sand as an aggregate 1120; Sand as additive 400; Water 225.

Durch die Verwendung in diesem Beispiel von Glas in Körnern von 0,6 - 1,25 mm Größe bei der Anwendung von feinkörnigem Quarzsand als Zuschlagstoff wird es möglich, die spezifisch Anfangsoberfläche des Bindemittels stark zu ver -ringern und dadurch eine Betonmischung mit minimalen Wasser -bedarf und größerer Betondichte gegenüber der Dichte des Betons auf feingemahlenem Glas zu erzielen. By using glass in grains of 0.6 in this example - 1.25 mm size when using fine-grain quartz sand as an aggregate it is possible to greatly reduce the specific initial surface area of the binder and thus a concrete mix with minimal water requirements and greater concrete density versus the density of the concrete to be achieved on finely ground glass.

Aus der bereiteten Betonmischung formte man Proben rechteckiger Form von 4x4x16 cm Abmessungen und achtförmige Prüfkörper,unterwarf sie der Autoklavenbehandlung bei einer Temperatur von 19000 und bestimmte nach deren Trocknen die Eigenschaften des erhaltenen Betons,die wie folgt waren: Druckfestigkeit 4?0,2 - 611,0 kp/cm2; Biegefestigkeit 156,1 - 14U,7 kp/cm2; axiale Zugfestigkeit 62,1 - 68,0 kp/cm2; Volumgewicht 1,93 t/m3; Frostbeständigkeit mindestens 300 Zyklen; Säurebeständigkeit,ermittelt durch den Gewichtsverlust beim Kochen von gemahlenem Beton in der Schwefelsäure während 1 Stunde,99,52 %; Beständigkeit gegen Basen,ermittelt durch den Gewichtsverlust beim Kochen von gemahlenem Beton während 1 Stunde: a) in 35 % iger Ätznatronlösung,81,56%; b) in Ätznatronlösung mit einer Konzentration von 10 -2 Mol/l (pH=12),98,43%; Feuerfestigkeit des Betons mit Sandzuschlagstoff,der vorher zur Umwandlung von Quarz in Tridymit bei 1200°C gebrannt wurde 1670°C. Samples of rectangular shape were formed from the prepared concrete mix of 4x4x16 cm dimensions and eight-shaped test specimens, subjected them to the autoclave treatment at a temperature of 19,000 and, after drying, determined the properties of the concrete obtained, which were as follows: compressive strength 4? 0.2 - 611.0 kp / cm2; Flexural Strength 156.1-14U, 7 kgf / cm2; axial tensile strength 62.1-68.0 kgf / cm2; Volume weight 1.93 t / m3; Frost resistance at least 300 cycles; Acid resistance, determined from the weight loss when boiling ground concrete in the sulfuric acid for 1 hour, 99.52%; Resistance to bases, determined by weight loss when boiling ground concrete for 1 hour: a) in 35% caustic soda solution, 81.56%; b) in caustic soda solution with a concentration of 10 -2 mol / l (pH = 12), 98.43%; Fire resistance of the concrete with sand aggregate, which was previously used to convert quartz into tridymite Firing at 1200 ° C was 1670 ° C.

Nach dem oben beschriebenen Verfahren kann chemisch bestandiger Beton einer anderen Zusammensetzung hergestellt werden.Nachstehend ist die Tabelle der Zusammensetzungen des Betons und seiner Eigenschaften angeführt. Chemically resistant concrete can be produced using the method described above of a different composition. Below is the table of Concrete compositions and properties are given.

T a b e l l e ap rr ful rl ~Q d m4 a, v ri 03126 8 d hq -P L :co a rli -P -11rJI rl m tß I a> d :11 14 0, V1 6 -fl LO (O d Fi rol rt rd O cO O C cO o a, rl at 6 F9 m X ç O v O O der Betonmischung in kg/l Eigenschaften des O ' P7 m O,.Y( o\ iPr Ci ri h:dl m bDI1 m R a, as d A a> o O d -Pi O r1 zoll 4-1 1 keit Sa'urebestandiket I a> a rYI r rll 5 1 N\ ~~~~~~~ Bigefestikeit Bestandigkeit m PIWI a, O r (U Ln bO a, # #I k t- 3 c9 Cu o r Korngro%e Fi vol cu Korn- gegen Basen bei W rJI u) C 1 großen- pH=12 w t E?Qk cO cy a> cu o cu c, a,sd 0 A09 2 6,9 0.35 0.4 OJ IS td Q 6£ gl Qt O r N D r v n 5800 :0e . 96,9 U X O O R O O * v v I I v r dm M 3 7,5 0.4 1 4 ~~~~~~~~~ 0,28 42?.5 ~~~~~~~~~ 6, rd I a, d d o r n S O m Q) U 1100tq O H r tq . t sl N O>r Ylrf 0 F 2 0 N z X Q + + 4 a N k O S o o Oo a, Bs"o olo ,l Q o v oo o o H o , llZ CO 0,4 1*12 0,22 646,4 60 Co 1 tn Ln M rl Q 5, 158,3 98 C) >R 0 9 I O h ß ß { O X | p ç wi :E M S 1 1 oz ö l ); a) X I Q I uo m S t «\ z c) \ X | | Xrt td \ g § § e O O R ;1 n @ bD a) O H q td 6 t s 9 z % ç > O v @ H rd * r a) a) O rs (Q CQ tq t O v g M0 X + . B e 9 r N m s S ti Durch die hohen chemischen,physikalischen und mechanischen Eigenschaften kann der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Beton zur Herstellung von Baukonstruktionen beim Errichten von Gebäuden und Anlagen weitgehend angewandt werden, die unter den Bedingungen aggressiver Medien betrieben werden, wodurch es möglich wird,um 2 bis 3 Male ihre Lebensdauer zu erhöhen.Durch die Anwendung des Betons als feuerfestes Material fur die Herstellung großformatiger Elemente von Wärmeaggre -gaten statt Dinassteines,wird es möglich,den Arbeitsaufwand fur deren Errichtung stark zu verringern,den Materialverbrauch durch zweckmäßigere konstruktive Lösungen zu senken, die Zuverlässihkeit und die Lebensdauer der Konstruktionen zu er -höhen.Tabel ap rr ful rl ~ Q d m4 a, v ri 03126 8 d hq -PL : co a rli -P -11rJI rl m tß I a> d : 11 14 0, V1 6 -fl LO (O d Fi rol rt rd O cO OC cO oa, rl at 6 F9 m X ç O v OO of the concrete mix in kg / l Properties of the O ' P7 m O, .Y (o \ iPr Ci ri h: dl m bDI1 m R a, as d A a> o O d -Pi O r1 inch 4-1 1 acid resistance I a> a rYI r rll 5 1 N \ ~~~~~~~ Bigefestikeit stability m PIWI a, O r (U Ln bO a, # #I k t- 3 c9 Cu or Grain size Fi vol cu grain against bases W rJI u) C 1 large- pH = 12 wt E? Qk co cy a> cu o cu c, a, sd 0 A09 2.6.9 0.35 0.4 OJ IS td Q 6 £ gl Qt O r ND rv n 5800: 0e. 96.9 UXOOROO * vv II vr dm M 3 7.5 0.4 1 4 ~~~~~~~~~ 0.28 42? .5 ~~~~~~~~~ 6, rd I a, ddor n SO m Q) U 1100tq O H r tq. t sl N O> r Ylrf 0 F 2 0 N z XQ + + 4 a N k OS oo Oo a, Bs "o olo , l Q ov oo oo H o , llZ CO 0.4 1 * 12 0.22 646.4 60 Co 1 tn Ln M rl Q 5, 158.3 98 C)> R 0 9 IO h ß ß {OX | p ç wi: EMS 1 1 oz oil l); a) XIQI uo m S t «\ zc) \ X | | Xrt td \ g § § e OOR ; 1 n @ bD a) OH q td 6 t s 9 z% ç> O v @ H rd * r a) a) O rs (Q CQ tq t O v g M0 X +. B e 9 r N m s S ti Due to the high chemical, physical and mechanical properties, the concrete produced by the method according to the invention can be used to a large extent for the production of building structures in the erection of buildings and systems that are operated under the conditions of aggressive media, which makes it possible to 2 to 3 times By using concrete as a refractory material for the production of large-format elements of heat aggregates instead of dinosaur stones, it becomes possible to greatly reduce the amount of work required for their construction, to reduce material consumption through more appropriate constructive solutions, to reduce reliability and to increase the service life of the constructions.

Claims

1. Process for the production of chemically resistant concrete on the Based on free silica and alkali silicate, rich in silica Binding agents, that can be used as binding agents Mixtures of (A) 20 to 60% by weight of a solid alkali silicate rich in silica with a silica modulus of over 6 in granular form and (B) 80 to 40% by weight of one up to the spec. Surface of at least 1000 cm2 / g of ground quartz sand used.

2. The method according to claim 1, characterized in that the Alkali silicate in the form of about 0.1 to 1.25 mm grains is used.

3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that one Aggregate sand with a grain size module of approximately 1.15 to 2.25 in a narrow range of approximately 0.9 to 1.5 parts by weight to 1 part by weight Binder mixture used.

4. The method according to claim 1 to 3, characterized in that one Mixing water in amounts of about 0.1 to 0.15 parts by weight. to 1 part by weight Solid mixture used.