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AGREGATS A REVETEMENT ET DE POIDS LEGER ET METHODE DE FABRICATION.,
Cette invention est relative à des agrégats de poids léger desti- nés à être employés dans la production de compositions liées ou agglomérées de faible densité, telles que du béton de faible densité.
Les bétons de faible densité ou les compositions liées ou agglo- mérées comprenant des liants hydrauliques et des agrégats de poids léger ont acquis une grande importance dans beaucoup d'aspects industriels, durant ces dernières années. L'emploi de ces compositions de faible densité permet la fabrication de matériaux de construction de poids léger ayant un indice d'iso- lement et des propriétés de résistance au feu de degrés variés tout en fournis- saut., en même temps, des matériaux de construction de résistance adéquate pour satisfaire à la plupart'des exigences.
Dans lespratiques de la technique antérieure, cependant, ces compositions agglomérées de faible densité présentaient différents problèmes qui ne militaient pas en faveur de leur usage efficace et étendu.
Les agrégats de poids léger employas dans la fabrication de compo- sitions agglomérées de faible densité ont une valeur particulière principale- ment à cause de leur teneur en air, et ceux ayant la plus grande valeur à cau- se de leur teneur élevée en air présentent les plus grandes difficultés dans la manipulation et 1-'emploi.
Un problème important est causé par la tendance qu'ont les agrégats de poids léger contenant de l'air à flotter lorsqu'ils sont mis en suspension avec des liants hydrauliques, tandis que les liants, plus lourds, se déposent sur le fond. Cet inconvénient provoque un manque d'homogénéité sérieux dans le produit final par suite de la ségrégation et de là stratification.
Un autre problème se présente qui est dû à l'absorption élevée de liquides par l'agrégat de poids léger, ce qui nécessite l'emploi de quantités excessives de liquide avant que ne soient satisfaites et la demande de l'a- grégat et la demande du liant hydraulique.
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Un autre inconvénient surgit également par suite de la tendance qu'ont les agrégats de poids léger, contenant de l'air et structuralement faibles, à être broyés pendant la manipulation, ce qui libère ainsi une quan- tité considérable du constituant air précieux du mélange. Les pertes d'air du mélange vont loin à l'encontre du but proposé dans l'emploi des agrégats de poids léger. Elles deviennent des pertes au point de vue économique, vu quelles ont pour résultat la production d'un plus petit volume de produit final avec une non-uniformité de résistance, de densité et de qualité iso- lante, ce qui entraîne de sérieux problèmes de technique.
Un autre problème qui se présentait encore dans la technique antérieure relative à la production de compositions agglomérées de faible densité avec emploi d'agrégats de poids léger, se centre autour de la forte absorption capillaire d'humidité causée par la porosité du produit. Les produits prennent ainsi des quantités très considérables d'eau au cours de leur utilisation, ce qui est contraire à leur efficacité à l'usage.
La présente invention a pour but d'éliminer les inconvénients précédents par un prétraitement approprié des agrégats de poids léger conte- nant de l'air, de telle manière que, lorsqu'ils sont utilisés dans la fabri- cation de mélanges hydrauliques, les caractéristiques nuisibles susmention- nées sont évitées. D'une façon générale, ceci est réalisé selon la présen- te invention en ajoutant à l'agrégat, de préférence au moment de sa fabri- cation, une petite quantité d'un agent chimique, suffisante pour empêcher pratiquement le dégagement d'air et la rupture de l'agrégat contenant de l'air lors du mélange avec un liant hydraulique.
L'agent chimique employé comme inhibant doit présenter un cer- tain nombre de caractéristiques essentielles, parmi lesquelles on peut ci- ter les suivantes: (1) Une grande efficacité en tant qu'agent de formation de pel- licule et en tant qu'agent réducteur de tension superficielle pendant la phase liquide du mélange hydraulique. Cette propriété rend l'inhibant effi- cace en ce qu'il entoure ou enferme l'air libéré par l'agrégat contenant de l'air durant le processus de mélange avec les liants hydrauliques, em- pêchant ainsi les pertes d'air.
(2) Une grande efficacité au point de vue caractéristiques de renforcement des pellicules, ce qui empêche la destruction des cellules d'air enfermées et leur éventuelle coalescence pendant l'agitation et le traitement du mélange hydraulique.
(3) Une résistance élevée à la réaction chimique rapide avec d'autres ingrédients chimiques du mélange hydraulique tendant à réduire ou à détruire les effets précités de l'inhibant avant la prise du liant. Cette résistance élevée aux réactions chimiques est particulièrement désirable pour empêcher la perte d'air du mélange et la contraction ou le retrait résultant avant que le liant n'ait fait prise pour donner une structure de support.
(4) Une solubilité dans l'eau excessivement rapide et pratique- ment complète. Cette caractéristique est essentielle pour permettre à l'in- hibant chimique, avec lequel est traité l'agrégat, de devenir efficace im- médiatement au moment de l'addition de l'agrégat traité au mélange d'eau et de liant hydraulique, et pour rendre l'inhibant chimique efficace en petites quantités.
(5) L'inhibant chimique ne doit pas gêner de façon nuisible la prise du liant hydraulique et sa résistance.
(6) L'inhibant chimique doit être un de ceux qui subissent une lente conversion pour devenir insolubles dans l'eau lors de la réac- -tion avec les ions positifs lourds du liant hydraulique pour former des pel- licules étanches à l'eau et, de ce fait, réduire de façon efficace l'ab- sorption capillaire de l'humidité par les produits formés.
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(7) L'inhibant chimique doit être ainsi pratiquement non hygros- copique de façon qu'il n'attire pas lui-même l'humidité de l'air pendant l'emmagasinage de l'agrégat prétraité, ce qui occasionnerait une concrétion ou une agglomération préjudiciable.
(8) L'inhibant chimique doit être chimiquement stable pendant l'emmagasinage, résistant à toute forme de conversion ou de décomposition qui réduirait son efficacité à l'usage.
(9) L'inhibant chimique doit être à l'abri de l'action des bacté- ries ou de la décomposition chimique,à la fois lorsqu'il est porté sur 1-'agrégat avant le mélange avec le liant hydraulique et après son usage sous forme de composition. Cette qualité de l'inhibant chimique est néces- saire pour lui conserver sa pleine efficacité et pour empêcher la formation d'odeurs délétères qui limiteraient de façon importante le champ d'utilisa- tion des compositions finales.
(10) Enfin, l'inhibant chimique doit être susceptible de prendre une forme qui lui permette d'être facilement manipulé au cours du traite- ment de l'agrégat contenant de l'air.
Les caractéristiques précieuses et essentielles qui précèdent,. ont été trouvées être possédées par des sels de métaux alcalins d'une certaine résine insoluble dans le naphte, produits dans des conditions donnant des com- posés neutres. Des sels de métaux alcalins appropriés d'une telle résine sont certains produits réactionnels d'hydrate de sodium ou de potassium et de la résine insoluble dans le naphte.
La résine en question est extraite du pin par traitement du bois de pin avec un solvant- hydrocarbure tel que du benzol pour former un extrait préliminaire consistant, après évaporation du sol- vant, en un mélange de térébenthine, d'huile de pin, de collophane et de la résine à employer dans cette invention; la térébenthine et l'huile de pin sont enlevées du mélange par distillation, et le mélange résineux restant est extrait avec un solvant préférentiel, par exemple un hydrocarbure de pétrole tel qu'un éther de ¯pétrole ou une gazoline (essence), qui enlèvera la cellophane en laissant une substance résineuse de couleur foncée qui, débarrassée de la gazoline renfermée, forme la résine à employer dans cette invention.
La fabrication de cette résine est plus complètement décrite dans la spécification du brevet des Etats-Unis n 2.193.026 du 12 mars 1940, et la résine est commercialement disponible sous le nom commercial de résine "Vinsol", produit fabriqué par la Hercules Powder Company de Wilmongton, .Delaware, Etats-Unis d'Amérique. Cette résine est caractérisée par une te- neur en méthoxy de 3 à 6 %, par un point de fusion d' environ 115 C par la méthode à gouttes,, par un indice d'acide de 100 et par une quasi insolubi- lité dans le naphte.
Elle peut êtresaponifiée par traitement avec une solution d'hydra- te de potasse pour produire une solution de résine saponifiée, comme on l'a décrit dans la spécification du brevet.des Etats-Unis n 2.199.206 du 30 avril 1940.
Seuls s'avèrent efficaces les sels de métaux alcalins de ladite résine qui ont été produits par la réaction d'une quantité suffisante du métal alcalin avec la résine pour tonner des composés pratiquement neutres.
On a trouvé que des hydrates de métaux alcalins réagissaient avec la résine dans différentes proportions. Ainsi un kilogramme d'hydrate de sodium ou de potassium peut être mis en réaction avec 100 kilos de résine "Vinsol" pour former un sel de sodium apparent qui, cependant, est faible quant à la solubilité et aux autres propriétés désirables. On a également trouvé que 5 kilos d'hydrate de sodium ou de potassium réagissaient avec 100 kilos de cette résine en donnant un sel apparent présentant un degré plus élevé de solubilité et une efficacité plus grande des propriétés de formation de pellicule.
Les produits préférés suivant la présente invention doivent, tou- tefois, être réalisés en faisant réagir de plus grandes quantités de l'hy- drate de métal alcalin avec la résine.. On peut produire des sels de métaux
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alcalins de la résine convenables pour l'emploi suivant la présente inven- tion, en faisant réagir approximativement 10 à 12 kilos d'hydrate de sodium ou de potassium avec 100 kilos de résine "Vinsol". Le produit réactionnel résultant constitue un composé neutre ayant un haut degré de solubilité ain- si qu'une grande vitesse de solubilité, deux qualités essentielles pour ob- tenir, suivant la présente invention., une efficacité maximum.,
La raison des différences apparaissant dans le caractère des sels de métaux alcalins obtenus à partir de la résine, lorsqu'elle est mise en réaction avec des quantités variées d'hydrate de métal alcalin, n'est pas tout à fait claire. On croît cependant que la concentration plus faible en alcali a pour résultat une réaction ne s'effectuant qu'avec les acides à bas poids moléculaire de la résine, laissant pratiquement sous leur forme résineuse initiale les substances à poids moléculaire plus élevé. Apparem- ment, ce n'est qu'avec des concentrations plus élevées d'alcali qu'il est possible de convertir les produits à poids moléculaire élevé de la résine en sels hautement solubles.
Il apparaît en outre que les produits à poids moléculaire plus élevé de la résine insoluble dans le naphte donnent les agents de formation de pellicule et de stabilisation de pellicule les plus efficaces, possédant une résistance élevée à la conversion chimique rapide mais susceptibles d'une conversion lente en produits insolubles dans l'eau lorsqu'ils sont en solution avec des ions lourds, tels que les ions de calcium présents dans un mélange hydraulique.
Dans cette spécification et dans les revendications ci-annexées, par conséquent, lorsqu'il est fait référence à un sel de métal alcalin de la résine ou à une espèce de ce genre, il devra être entendu que le sel en question est le produit de la réaction de la résine insoluble dans le naphte et d'une quantité suffisante d'un métal alcalin pour donner un produit pra- tiquement neutre. On préfère, selon la présente invention, préparer le sel de métal alcalin, soluble dans l'eau, de la résine sous la forme d'une pou- dre extrêmement fine, séchée à l'air et à basse température. Vu qu'il est nécessaire de réaliser une solubilité rapide et virtuellement complète de l'inhibant, on notera que plus la poudre sera fine, mieux les buts que se propose l' invention seront satisfaits.
On a trouvé avantageux de traiter l'agrégat de poids léger, conte- nant de l'air, avec l'inhibant chimique, à savoir le sel de métal alcalin d'une résine du genre spécifié, en saupoudrant l'inhibant chimique sur la surface de l'agrégat. Il est particulièrement désirable que l'inhibant soit saupoudré ou déposé sur la surface de l'agrégat dans des conditions telles que soit empêchée la coalescence des particules distinctes ou discontinues de l'inhibant. Ceci est désirable afin que puisse être maintenue la solubi- lité rapide et complète de l'inhibant de manière qu'il devienne immédiate- ment efficace lors du contact avec l'eau employée dans l'hydratation d'un liant hydraulique.
Bien qu'on préfère appliquer l'inhibant chimique en le saupoudrant sous la forme d'une poudre séchée à l'air sur la surface de l'agrégat de poids léger, contenant de l'air, il peut être appliqué en le pulvérisant sous forme d'une solution liquide. Toutefois, la présence continue de l'eau d'une telle solution n'est pas désirable, car elle nécessite habituellement le séchage de l'agrégat avant qu'il ne soit finalement fourni à l'usager.
L'invention est applicable au traitement de différents agrégats de poids léger, contenant de l'air, tels que de la vermiculite gonflée ou di- latée, des boulettes de laine de roche, de l'asbeste, des agrégats poreux fabriqués ou volcaniques de poids léger, contenant de l'air, des matières organiques contenant de l'air et analogues.
Différentes quantités de l'inhibant chimique, sous la forme des sels,de métaux alcalins de la résine, peuvent être appliquées à l'agrégat contenant de l'air suivant l'emploi spécifique auquel il est destiné. 134 grammes seulement d'un sel de métal alcalin de résine "Vinsol" par mètre cu-
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be d'agrégat de poids légère contenant de l'air, sont suffisants, à ce qu'on a constaté, pour contribuer considérablement à empêcher l'échappement de l'air de l'agrégat de poids léger lors du mélange avec de l'eau et un liant hydraulique. Une si petite quantité ne donne cependant pas les ca- ractéristiques optima désirées.
En utilisant une si petite quantité de 1 *'inhibant chimique, on note une certaine coalescence des particules d'air pendant et après que l'on a versé la composition et avant la prise du liant. En outre, une si petite quantité a été trouvée insuffisante pour donner au produit une ré- sistance à l'eau finale substantielle.
Des proportions sensiblement plus grandes de l'inhibant chimique donnent des qualités améliorées, et une gam- me préférée a été trouvée être comprise dans les limites de 670 grammes à 2. 010 grammes du sel de métal alcalin de résine "Vinsol" par mètre cube de l'agrégat de poids léger, contenant de l'air. Ceci constitue simplement une gamme préférée, et on notera que l'on peut utiliser des quantités sen- siblement plus grandes du sel en question par mètre cube d'agrégat,en particulier lorsque la résistance à l'eau est la plus essentielle, et qu'une prise lente et la résistance mécanique sont de moindre importance.
Des résultats particulièrement avantageux ont été obtenus en uti- lisant approximativement 1. 340 grammes du sel de métal alcalin de résine "Vinsol" par mètre cube d'agrégat traité.Le produit de ce traitement a été trouvé présenter une composition très stable, dans laquelle les cellu- les d'air restent toutes intactes jusqu'à ce que le liant hydraulique ait fait prise, et, de plus, le produit final possède un degré élevé de résis- tance,: à l'eau. Il ne se produit aucune ségrégation des différents compo- sés à l'intérieur du mélange hydraulique, et il n'y a aucune retrait ou, contraction de volume notable.
L'agrégat contenant de l'air, de faible den- sité et chimiquement inhibé de la présente invention convient à l'emploi dans différentes compositions agglomérées, plus particulièrement celles du type béton de faible densité. Par compositions agglomérées, cependant, on envisage celles contenant du ciment Portland., des ciments'de gypse et de lumnité ues colles, desdextrons, des amidons, des résines synthétiques solubles dans l'eau et analogues.
Il est important que l' inhibant chimique, sous la forme du sel de métal alcalin de la résine,soit appliqué à l'agrégat à une température inférieure à celle à laquelle l'inhibent fond et provoque la coalescence de ses particules distinctes.
A titre d'exemple du traitement de vermiculite dilatée ou gon- flée, le procédé de préparation de l'agrégat de la présente invention peut être réalisé comme suit
De la vermiculite est envoyée à travers le four de dilatation dans lequel elle atteint une température comprise entre environ 982 C et 1.200 C. La vermiculite dilatée tombe ensuite du four dans un transpor- teur où un souffle d'air sépare la vermiculite dilatée de poids léger de toute roche non dilatée. La vermiculite dilatée sort habituellement de cet- te phase du procédé à une température comprise entre approximativement 260 C et 650 G.
Suivant la présente invention., cette vermiculite dilatée ou gon- flée est passée par un transporteur agrandi où de l'air froid est mis en circulation à travers laermiculite gonflée pour en emporter la chaleur.
Ce refroidissement est poursuivi jusqu'à ce que la vermiculite soit amenée à une température comprise entre approximativement 38 C et 93 C, c'est-à- dire à une température, située en dessous du point de fusion des sels de métaux alcalins de la résine. La vermiculite dilatée est passée-5 à cette basse températuré, à travers un orifice de mesure, et finalement du sel de métal alcalin, en poudre, de la résine, est mflé à la vermiculite dilatée dans les proportions convenables.
L'inhibant en poudre est mélangé intimement et complètement avec la vermiculite dilatée, et le mélange est transporté par des courroies appropriées à travers des trémies d'ensache- ment pour venir enfin dans son emballage finale qui a habituellement la
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forme d'un sac en papier de 4 pieds cubes.
L'agrégat de poids léger, contenant de l'air, inhibé ainsi chimi- quement, se trouve en condition pour être fourni à l'usager final désirant obtenir une composition agglomérée de faible densité. Une composition typi- que qui a donné d'excellents résultats est comme suit:
45 kilos de ciment Portland sont mélangés à 33 litres d' eau, de préférence dans un mélangeur mécanique du type malaxeur de plâtre, et l'on ajoute à ce mortier fluide 12 mètres cubes de Vermiculite dilatée contenant de l'air, portant sur sa surface 1.340 grammes de sel de métal alcalin de résine "Vinsol",éminemment soluble et finement divisé, par mètre cube de vermiculite dilatée.
Les matières sont mélangées ensemble jusqu'à former un mélange uniforme de consistance permettant la coulée, qui., lors de la prise, fournit une excellente structure de béton de faible densité. Le mé- lange, en étant d'une consistance permettant la coulée, peut être coulé dans des moules pour donner des dalles ou des blocs de toute forme désirée, ou peut être utilisé pour couler des parois, des plafonds ou des planchers monolithes, pour former des structures de béton isolantes.
REVENDICATIONS.
1. Un agrégat de poids léger pour l'emploi dans la fabrication de compositions liées ou agglomérées de faible densité, comportant un agré- gat contenant de l'air, portant sur sa surface une petite quantité d'un sel de métal alcalin, éminemment soluble, finement divisé et n'ayant pas subir de coalescence, d'une résine insoluble dans le naphte comme spécifié ci-dessus, et ce en quantité suffisante pour empêcher pratiquement l'échap- pement de l'air dudit agrégat et la rupture de celui-ci lors du mélange avec un liant hydraulique.
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LIGHT COATED AND LIGHTWEIGHT AGGREGATES AND METHOD OF MANUFACTURING.,
This invention relates to light weight aggregates for use in the production of low density bonded or agglomerated compositions, such as low density concrete.
Low density concretes or bound or agglomerated compositions comprising hydraulic binders and light weight aggregates have acquired great importance in many industrial aspects in recent years. The use of these low density compositions enables the manufacture of light weight building materials having varying degrees of insulation index and fire resistance properties while at the same time providing materials. of construction of adequate strength to meet most requirements.
In prior art practice, however, these low density agglomerated compositions presented various problems which did not support their effective and widespread use.
The light weight aggregates used in the manufacture of low density agglomerated compositions are of particular value mainly because of their air content, and those with the greatest value because of their high air content. the greatest difficulties in handling and employment.
A significant problem is caused by the tendency of light weight aggregates containing air to float when suspended with hydraulic binders, while the heavier binders settle to the bottom. This drawback causes serious lack of homogeneity in the final product due to segregation and stratification.
Another problem arises which is due to the high absorption of liquids by the light weight aggregate which necessitates the use of excessive amounts of liquid before both the demand for the aggregate and the aggregate are satisfied. request for hydraulic binder.
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Another disadvantage also arises as a result of the tendency of light weight, air-containing, structurally weak aggregates to be crushed during handling, thereby releasing a considerable amount of the valuable air component from the mixture. . The air losses from the mixture go far counter to the purpose proposed in the use of lightweight aggregates. They become economically wasteful, as they result in the production of a smaller volume of final product with non-uniformity in strength, density and insulating quality, which leads to serious problems of insulation. technical.
Another problem which still arose in the prior art relating to the production of low density agglomerated compositions with the use of light weight aggregates centers around the high capillary absorption of moisture caused by the porosity of the product. The products thus take up very considerable amounts of water during their use, which is contrary to their effectiveness in use.
The object of the present invention is to eliminate the foregoing drawbacks by suitable pretreatment of the light weight aggregates containing air, so that, when used in the manufacture of hydraulic mixtures, the characteristics the aforementioned pests are avoided. Generally, this is accomplished in accordance with the present invention by adding to the aggregate, preferably at the time of its manufacture, a small amount of a chemical agent sufficient to substantially prevent the escape of air. and rupture of the air-containing aggregate when mixed with a hydraulic binder.
The chemical agent employed as an inhibitor must exhibit a number of essential characteristics, among which the following can be mentioned: (1) High efficiency as a film-forming agent and as a film-forming agent. agent for reducing surface tension during the liquid phase of the hydraulic mixing. This property makes the inhibitor effective in that it surrounds or encloses the air released by the air-containing aggregate during the mixing process with the hydraulic binders, thereby preventing air loss.
(2) High efficiency from the viewpoint of film reinforcing characteristics, which prevents destruction of the enclosed air cells and their possible coalescence during the stirring and processing of the hydraulic mixture.
(3) A high resistance to rapid chemical reaction with other chemical ingredients of the hydraulic mixture tending to reduce or destroy the aforementioned effects of the inhibitor before setting of the binder. This high resistance to chemical reactions is particularly desirable in preventing air loss from the mixture and the resulting contraction or shrinkage before the binder has set to provide a support structure.
(4) Excessively rapid and almost complete solubility in water. This characteristic is essential to enable the chemical inhibitor, with which the aggregate is treated, to become effective immediately upon addition of the treated aggregate to the mixture of water and hydraulic binder, and to make the chemical inhibitor effective in small amounts.
(5) The chemical inhibitor must not adversely affect the setting of the hydraulic binder and its resistance.
(6) The chemical inhibitor must be one which undergoes a slow conversion to become insoluble in water upon reaction with the heavy positive ions of the hydraulic binder to form water-tight films. and thereby effectively reducing capillary absorption of moisture by the products formed.
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(7) The chemical inhibitor should thus be practically non-hygroscopic so that it does not itself attract moisture from the air during storage of the pretreated aggregate, which would cause concretion or a harmful agglomeration.
(8) The chemical inhibitor should be chemically stable during storage, resistant to any form of conversion or decomposition which would reduce its effectiveness in use.
(9) The chemical inhibitor should be protected from the action of bacteria or chemical decomposition, both when it is carried on the aggregate before mixing with the hydraulic binder and after its use as a composition. This quality of the chemical inhibitor is necessary in order to maintain its full effectiveness and to prevent the formation of deleterious odors which would significantly limit the field of use of the final compositions.
(10) Finally, the chemical inhibitor should be capable of assuming a form which allows it to be easily handled during processing of the air-containing aggregate.
The above valuable and essential characteristics ,. have been found to be possessed by alkali metal salts of a certain naphtha insoluble resin produced under conditions to give neutral compounds. Suitable alkali metal salts of such a resin are certain reaction products of sodium or potassium hydrate and the naphtha insoluble resin.
The resin in question is extracted from pine by treating pine wood with a hydrocarbon solvent such as benzol to form a preliminary extract consisting, after evaporation of the solvent, of a mixture of turpentine, pine oil, rosin and resin for use in this invention; turpentine and pine oil are removed from the mixture by distillation, and the remaining resinous mixture is extracted with a preferred solvent, for example a petroleum hydrocarbon such as petroleum ether or gasoline (gasoline), which will remove cellophane leaving a dark resinous substance which, freed from the enclosed gasoline, forms the resin to be employed in this invention.
The manufacture of this resin is more fully described in U.S. Patent Specification No. 2,193,026 of March 12, 1940, and the resin is commercially available under the trade name of "Vinsol" resin, produced by the Hercules Powder Company. of Wilmongton,. Delaware, United States of America. This resin is characterized by a methoxy content of 3 to 6%, by a melting point of about 115 ° C. by the drop method, by an acid number of 100 and by near insolubility in water. naphtha.
It can be saponified by treatment with a solution of potassium hydroxide to produce a solution of saponified resin, as described in U.S. Patent Specification No. 2,199,206 of April 30, 1940.
Only those alkali metal salts of said resin which have been produced by reacting a sufficient amount of the alkali metal with the resin to form substantially neutral compounds are effective.
It has been found that hydrates of alkali metals react with the resin in different proportions. Thus one kilogram of sodium or potassium hydrate can be reacted with 100 kilograms of "Vinsol" resin to form an apparent sodium salt which, however, is low in solubility and other desirable properties. It has also been found that 5 kilograms of sodium or potassium hydrate reacts with 100 kilograms of this resin to give an apparent salt exhibiting a higher degree of solubility and greater efficiency in film-forming properties.
Preferred products according to the present invention should, however, be made by reacting larger amounts of the alkali metal hydrate with the resin. Metal salts can be produced.
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Resin alkalis suitable for use according to the present invention by reacting approximately 10 to 12 kilograms of sodium or potassium hydrate with 100 kilograms of "Vinsol" resin. The resulting reaction product constitutes a neutral compound having a high degree of solubility as well as a high rate of solubility, two qualities essential for obtaining, according to the present invention, maximum efficiency.
The reason for the differences appearing in the character of the alkali metal salts obtained from the resin, when reacted with various amounts of the alkali metal hydrate, is not entirely clear. It is believed, however, that the lower alkali concentration results in a reaction only proceeding with the low molecular weight acids of the resin, leaving the higher molecular weight substances substantially in their initial resinous form. Apparently, only with higher concentrations of alkali is it possible to convert the high molecular weight products of the resin to highly soluble salts.
It is further found that the higher molecular weight products of the naphtha insoluble resin give the most effective film forming and film stabilizing agents, possessing high resistance to rapid chemical conversion but susceptible to conversion. slow to water insoluble products when in solution with heavy ions, such as calcium ions present in a hydraulic mixture.
In this specification and in the appended claims, therefore, when reference is made to an alkali metal salt of the resin or the like, it should be understood that the salt in question is the product of reacting the resin insoluble in naphtha and a sufficient amount of an alkali metal to give a substantially neutral product. It is preferred according to the present invention to prepare the water-soluble alkali metal salt of the resin in the form of an extremely fine powder, dried in air and at low temperature. Since it is necessary to achieve rapid and virtually complete solubility of the inhibant, it will be appreciated that the finer the powder, the better the objects of the invention will be satisfied.
It has been found advantageous to treat the light weight, air-containing aggregate with the chemical inhibitor, namely the alkali metal salt of a resin of the type specified, by sprinkling the chemical inhibitor on the surface. surface of the aggregate. It is particularly desirable that the inhibitor be dusted or deposited on the surface of the aggregate under conditions such as to prevent the coalescence of the discrete or discontinuous particles of the inhibitor. This is desirable so that the rapid and complete solubility of the inhibitor can be maintained so that it becomes immediately effective upon contact with the water employed in the hydration of a hydraulic binder.
Although it is preferred to apply the chemical inhibitor by sprinkling it as an air-dried powder on the surface of the light weight, air-containing aggregate, it can be applied by spraying it under. form of a liquid solution. However, the continued presence of water in such a solution is not desirable, as it usually requires drying of the aggregate before it is finally supplied to the user.
The invention is applicable to the treatment of various light weight, air-containing aggregates, such as swollen or expanded vermiculite, rock wool pellets, asbestos, fabricated porous aggregates or volcanic. light weight, containing air, organic materials containing air and the like.
Different amounts of the chemical inhibitor, in the form of the alkali metal salts, of the resin, can be applied to the air-containing aggregate depending on the specific use for which it is intended. 134 grams only of an alkali metal salt of "Vinsol" resin per cubic meter
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be of light weight aggregate containing air, are found to be sufficient to contribute significantly to preventing the escape of air from the light weight aggregate when mixed with water and a hydraulic binder. Such a small amount, however, does not give the optimum characteristics desired.
Using such a small amount of the chemical inhibitor, there is some coalescence of the air particles during and after the composition has been poured and before the binder sets. Further, such a small amount was found insufficient to provide the product with substantial final water resistance.
Substantially greater proportions of the chemical inhibitor give improved qualities, and a preferred range has been found to be within 670 grams to 2,010 grams of the alkali metal salt of "Vinsol" resin per cubic meter. light weight aggregate, containing air. This is simply a preferred range, and it will be appreciated that substantially larger amounts of the salt in question can be used per cubic meter of aggregate, particularly where water resistance is most essential, and when Slow setting and mechanical strength are of less importance.
Particularly advantageous results have been obtained using approximately 1340 grams of the alkali metal salt of "Vinsol" resin per cubic meter of aggregate treated. The product of this treatment has been found to exhibit a very stable composition, in which the air cells all remain intact until the hydraulic binder has set, and in addition the end product has a high degree of water resistance. There is no segregation of the various compounds within the hydraulic mixture, and there is no significant volume shrinkage or contraction.
The chemically inhibited, low density, air-containing aggregate of the present invention is suitable for use in various agglomerated compositions, more particularly those of the low density concrete type. By agglomerated compositions, however, are contemplated those containing Portland cement, gypsum and lumnity cements, glues, deextrons, starches, water soluble synthetic resins and the like.
It is important that the chemical inhibitor, in the form of the alkali metal salt of the resin, be applied to the aggregate at a temperature below that at which the inhibitor melts and causes its distinct particles to coalesce.
As an example of the treatment of dilated or swollen vermiculite, the method of preparing the aggregate of the present invention can be carried out as follows:
Vermiculite is sent through the expansion furnace where it reaches a temperature between about 982 C and 1,200 C. The expanded vermiculite then falls from the furnace into a conveyor where a blast of air separates the expanded vermiculite of weight. light from any unexpanded rock. The expanded vermiculite usually exits this stage of the process at a temperature between approximately 260 C and 650 G.
In accordance with the present invention, this expanded or swollen vermiculite is passed through an enlarged conveyor where cold air is circulated through the swollen hermiculite to remove heat therefrom.
This cooling is continued until the vermiculite is brought to a temperature of between approximately 38 C and 93 C, that is, to a temperature, below the melting point of the alkali metal salts of the resin. The expanded vermiculite is passed at this low temperature, through a measuring port, and finally powdered alkali metal salt of the resin is blended to the expanded vermiculite in the proper proportions.
The powdered inhibitor is mixed intimately and completely with the expanded vermiculite, and the mixture is conveyed by appropriate belts through bagging hoppers to finally come into its final package which usually has the
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shaped like a 4 cubic foot paper bag.
The light weight, air-containing aggregate thus chemically inhibited is in condition to be supplied to the end user desiring to obtain an agglomerated composition of low density. A typical composition which has given excellent results is as follows:
45 kilograms of Portland cement are mixed with 33 liters of water, preferably in a mechanical mixer of the plaster kneader type, and to this fluid mortar 12 cubic meters of dilated vermiculite containing air are added, bearing on its surface. surface 1.340 grams of highly soluble and finely divided alkali metal salt of resin "Vinsol" per cubic meter of expanded vermiculite.
The materials are mixed together until a uniform mixture of consistency permitting pouring, which upon setting provides excellent low density concrete structure. The mixture, being of a pourable consistency, can be poured into molds to give slabs or blocks of any desired shape, or can be used to pour monolithic walls, ceilings or floors, to form insulating concrete structures.
CLAIMS.
1. A light weight aggregate for use in the manufacture of low density bonded or agglomerated compositions comprising an air-containing aggregate bearing on its surface a small amount of an alkali metal salt, prominently soluble, finely divided and not having undergone coalescence, of a resin insoluble in naphtha as specified above, in an amount sufficient to practically prevent the escape of air from said aggregate and the rupture of the latter when mixed with a hydraulic binder.