CS209215B1 - Pojivá, zejména pro stavební účely - Google Patents

Description

Předmětem vynálezu jsou pojivá vhodná, zejména pro stavebiií účely. Přesněji řečeno, vynález se j týká pojiv na bázi křemičitanů vápenatých, vykázujících ve srovnání s dosud známými pojivý podobného typu zvýšenou pevnost po zatvrdnutí.

Áž do nedávné doby byl zpravidla používán cement obvykle semílaný na zbytek 3 až 10 hmot. %, zbylý na síru o 4.900 otvorů/cm², při čemž měrný povrch stanovený dle Blainea neměl být nižší nežli 240 až 215 m²/kg, neboť podle tehdejšího názoru jemnější mletí nemělo význam. H. Kuhl (Cement and Lime 1948)¹) došel k názoru, že spodní mez velikosti částic má být asi 10 mikrometrů, a to nejen z technických, ale zejména z hospodářských důvodů, neboť dle A. Eigera (Tonind. Ztg 1931) zvýšení jemnosti mletí ze zbytku 8 až 10 % na sítu o 4.900 otvorů/cm² na zbytek asi 0 až 3 % představuje u běžných mlýnů zvýšení výrobních nákladů o 50 až 300 %. J. Wuhrer tvrdí (Zement-Kalk-Gips 3 (1950) 7, 148-151) že cement správného chemického složení a dobře slinutý má největší pevnost při zrnu o velikosti 0 až 30 mikrometrů, kdežto cement se zrny většími nežli 30 mikrometrů nehydratuje rychle ani úplně, a s výjimkou silně průlinčitého materiálu zrna větší než 50 mikrometrů nemají vyhovující hodnoty tvrdnutí. Naproti tomu v závislosti na zmenšující se i velikosti částic podstatně roste smrštění pojiv i vývoj jejich tepla, zejména v případě částic menších nežli 7 mikrometrů. Směsi s částicemi menšími nežli 2 mikrometry tuhnou již tak rychle, že zpožďovače tuhnutí mohou tomu zabránit jen s velkými nesnázemi. J. Wuhrer zjistil, že velikost částic současných cementů je v rozmezí 0 až 200 mikrometrů, při čemž 40 až 50 % z nich je větších nežli 30 mikrometrů. K. Kolář a kol. při dalším výzkumu došli k názoru podle čs. autorského osvědčení č. 198053, že vysokých pevností lze s výhodou dosáhnout u zatvrdlých cementových kaší, malt a betonů obsahujících 5 až 99,95 hmotnostních % umletého cementářského slínku o měrném povrchu v rozmezí 150 až 3000 m²/kg, z čehož 2 až 95 hmot. % mají být částice o velikosti do 5 mikrometrů, dále obsahujících 0,05 až 60 hmotnostních % záměsové vody a mimo to různé příměsi například výplně, kompensační přísady, ovlivňovače 'tuhnutí atd. K. Kolář a další v citovaném čs. autorském osvědčení č. 198053 uvádí jako výplně pojiv písek,. a hrubé hutné a pórovité kamenivo, to jest látky o velikosti částic v rozmezí 0 až 125 mm; podle zkušenosti se obvykle jako výplně používá směs písku se zrny o velikosti 0 až 4 mm a štěrku se zrny o velikosti 4 až 125 mm. Jde ' tedy v podstatě o směsné cementy, které mimo portlandský cement obsahují ještě přimletou nebo přimíšenou přísadu v takovém poměru a množství, že vytvořené pojivo již neodpovídá všeobecným normám pro p-cement. F. Škvára a kol. v čs. · autorském osvědčení č. 198054 uvedli, že směsi takto vyrobené je možno použít i jako pojiv nebo pojivé složky tmelů pro prostředí nízkých teplot například v rozmezí +8 až -40 °C. V. Šatava a kol. v čs. autorském osvědčení č. 202714 mimo to popsali další modifikace tohoto typu pojivá obsahující přísadu 0,01 až 5 hmot. % hydroxy- nebo ! dihydroxymono-, di- nebo trikarbonové kyseliny, j v jejíž molekule mimo karboxylové uhlíky jsou ; navíc vázány 1 až 4 atomy uhlíku nebo obsahuje ; přísadu jejich normální nebo kyselé sole popřípadě íderivát, počítáno na kyselinu, to vše přepočteno na celkovou hmotnost cementářského slínku. Při dalr ším došlo šel k poznatku, že bude účelné a výhodné, ‘ 'aby jako výplně pojivá bylo použito přísad o vyšo,ké jemnosti mletí, které ve srovnání s látkami 'dosud známými a užívanými budou výrobně techinicky i.hospodářsky výhodnějšími. V posledníchdesetiletích sice byly ve stavebnictví jako přísady ; zkoušeny νφίπύ slibné létavé popílky v množství áž f|30 hmotl anebo použití propařování v množství podle Vl V. Kinda (Stroit. materiály (1958) 4,30) až 50 hmot. %, Vzdor jejich dobrým vlastnostem v současné době se jich zpracuje relativně malé množství. Příčina tkví především v jejich kolísavém chemickém složení a nestálých fysikálních vlastnostech/ v nedostatečné jemnosti, neuspokojivě vyvinutém úpravnictví, a v poměrné nezkušenosti při zpracování popílků a betonů z nich (R. Bárta:¹ Chemie a technologie cementu, NČSAV, Praha (1961) 819).

Stanovené cíle proto splnilo až pojivo podle tohoto vynálezu vhodné, zejména pro stavební účely, obsahující 5 až 95 hmotnostních % cementářského slínku o měrném povrchu v rozmezí 150 až 3000 m²/kg, kde velikost 5 až 95 hmot. % částic pojivá je nejvýše 5 mikrometrů, dále obsahující nejméně 0,0025 hmot. % látek na basi lignosulfonanů a 0,05 až 150 hmot. % záměsové vody, popřípadě obsahující ještě přísadu 0,01 až 8 hmotnostních % sole alkalického kovu nebo kyslíkaté sloučeniny boru, práškového hliníku, organické hydroxykyseliny nebo její sole popřípadě směsi dvou nebo více uvedených látek, popřípadě další běžně známé přísady pojiv počítáno na celkovou hmotnost slínku. Podstatou vynálezu je pojivo, které obsahuje 5 až 95 hmot. % přísady hydraulické (aktivní) nebo latentně hydraulické (latentně aktivní) nebo neaktivní, nebo přísadu směsi nejméně dvou z těchto látek o zbytku ná sítu 0,044 mm v rozmezí 5 až 95 hmot. %: Hydraulickou (aktivní) přísadou může být přirozená přísada jako je tuf, nebo zeminy a horniny s aktivním kysličníkem křemičitým jako je křemelina, nebo přirozená přísada zaktivovaná předpálením jako je předpálený jíl, nebo zaktivovaná velmi jemným umletím jako je křemenná moučka. Hydraulickou (aktivní) í přísadou může však být také umělá přísada jako je í létavý popílek — drobná frakce tuhých zbytků po i spálení paliva, granulovaný popílek z práškových ; topenišť. Přísadou se může stát i latentně hydraui lická (latentně aktivní) přísada jako je struska, ! s výhodou vysokopecní básická struska, nebo jí může být neaktivní přísada jako je kamenná moučka, třeba vápencová. Při tom střední hodnota velikosti částic přísady hydraulické, latentně hydraulické a neaktivní může být stejná nebo vyšší s výhodou trojnásobně nežli je střední hodnota velikosti částic cementářského. slínku. Mezi hydraulicky aktivní přísady lze počítat hlavně pravé pucolány, to jest sypký sopečný popel nebo nízko- ·. křemičité čedičové tufy či santorinskou zeminu. ’ Dále to mohou být umělé pucolány, jemně mleta uhelná škvára, prohořelé lupky, cihelná moučka (vytvořená semletím cihel zpravidla slabě pále-, ných) jemně křemičité jílovce a brousky, kychtový prachíz vysokých pecí, obsahující jemné částice stržený strusky atd. Přirozenou přísadou aktivova' nou bjud předpálením nebo mimořádně jemným ! semleám může být předpálený jíl nebo velejemná i křemenná moučka a umělou hydraulickou aktivní . i přísadáu může být například odpadový průmyslový jemný kysličník křemičitý aj. Jinou vhodnou hydraulickou aktivní složkou je odpad z vyluhování kysliptiíku hlinitého z kaolinitických nebo jiných , hlinito-křemičitanových zemin označovaný podle i2působt výroby jako Ši-látka nebo St-látka. Přísadou vš^k mohou být také popílky, například elektrářenské s 60 až 90 hmot. % kysličníku křemičitého, při čemž létavé popílky mohou být buď pucolánové, které se uplatňují Zejména svým j aktivním kysličníkem křemičitým, nebo vápenné ^j působící jako vzdušná vápenná malta, nebo hydraulicky probuditelné, v nichž lze vhodným budičem podnítit hydrauličnost a nebo hydraulické, které v důsledku obsahu slínkových nerostů se chovají jako hydraulická vápna.

Jako latentně hydraulické přísady podle tohoto i vynálezu lze užít strusky, nejlépe zásadité strusky odpadající z pecí hutního, chemického a podobného průmyslu kde strusky vznikají tavením nebo j slinutím. !<

Jako Reaktivní přísady lze užít jemné kamenné moučky ' například vápencové obvykle užívané v množství 20 až 30 hmot. %. Částice moučky ; mohou být například 1,5 až 200kráte větší nežli ’ částečky slínku užívaného ve velikosti v rozmezí 0 až 40 rpikrometrů. Vynález vychází dále z poznatku, že přísada popílku někdy zpočátku působí určitý poídes pevnosti, ale jindy podněcuje její růst. S jemností popílku roste pevnost tak značně, že snese srovnání i s portlandským cementem. Jestliže popílky jsou dostatečně jemné a mají jen nízký obsah spalitelných látek, menší rozdíly mezi jejich chemickým složením mají na pevnost jen malý vliv.

Při velmi jemném a dobře vypáleném popílku jeho přísadou se zvyšuje vodotěsnost konečných výrobků. V případě, že popílky jsou užity jako přísada do betonu určeného k použití za nízkých teplot nesmí mít vyšší obsah spalitelných látek.

Další výhodou tohoto vynálezu je okolnost, že . jednotlivé složky pojivá mohou být tvořeny částicemi o ^mimořádně velikém rozmezí velikostí. Tak například neaktivní výplní mohou být částice o velikosti od 1 % zbytku na sítě č. 100 (100 mikrometrů) respektive 12 % zbytku na sítě č. 325 (44 mikrometrů) až do horní hranice odpovídající štěrku kameniva o velikosti zrn v rozmezí 4 až 125 mm; nejmenší částice hrubší složky pojivá jsou tedy cjba 9 až 284 krátě větší nežli nejmenší částice jemnější složky pojivá.

Pojivá na bázi tohoto vynálezu lze s výhodou využíýat pro mnohé účely, například jako přísady cementů, nebo k přimílání při výrobě popílkových portl^ndských cementů zejména cementů na vodní stavby, dále pro výrobu materiálu a oprávy soch a skulptur, dále jako pojivých nebo plnivých tmelů, a proj mnohé účely jiné.

Pojivová směs, kterou vyřešili autoři a která je předmětem tohoto vynálezu nebyla až dosud známa £(ni používána, ani ji nebylo možno předpokládat. Výhody tohoto řešení jsou zřejmé z následujícíchípříkladů provedertí, které objasňují podstatu vynálezu, aniž by ho jakýmkoliv způsobem omezovaly.

Přikladl pojivo podle vynálezu se připraví z 30 hmot. dílů mleté zásadité vysokopecní granulované strusky obsahující 60 hmot. % částic o velikosti nejvýše 40 mikrometrů, a 70 hmot. % dílů jenuiě mletého slíhku z lokality Prachovice o měrném povrchu 1400 m²/kg obsahujícího 50 hmot. % částic o velikosti do 5 mikrometrů. Do záměsové vody se při vodním součiniteli 0,35 přidá 1 hmot. % kyselého uhličitanu sodného a do výsledné směsi 2 hmot. % ligninsulfonanu sodného, počítáno na celkovou hmot. slínku. Z připravené směsi se vyrobí zkušebna tělíska o rozměrech 4x4x16 cm, která ztuhnou během 25 až 30 minut, načež se uloží ve vlhkém prostředí. Při zkoušce provedené při teplotě 20 °C se po dvou hodinách po promíchání dosáhne pevnosti v tlaku 6 MPa, po 24 hodinách 55 MPa a po 28 dnech 85 MPa.

Příklad 2

Pojivo se připraví z 90 hmot. dílů popílku, který obsahuje 90 hmot. % částic o velikosti nejvýše 40 mikrometrů, a z 10 hmot. dílů cementu umletého ze slínku lokality Prachovice o měrném povrchu 2700 m²/kg, který obsahuje 80 hmot. % částic o velikosti nejvýše 5 mikrometrů, a ze záměsové vody při vodním součiniteli 0,40. Z výsledné směsi obsahující 0,3 hmot. % ligninsulfonanu sodného se připraví zkušební tělíska rozměrů 2x2x2 cm, která v době cca 10 minut ztuhnou. Po 2 hodinovém uložení ve vlhku tělesa vykazují pevnost v tlaku 0,5 MPa, po 24 hodinách 2 MPa a za 28 dnů 6 MPa.

Příklad 3 ,

Pojivo se připraví z 50 hmot. dílů jemného ; křemičitého písku obsahujícího 30 hmot. % částic o velikosti nejvýše 40 mikrometrů z 50 hmot. dílů cementu o měrném povrchu 650 m²/kg získaného z lokality Štramberk a obsahujícího 20 hmot. % částic o velikosti nejvýše 5 mikrometrů a ze záměsové vody při vodním součiniteli 0,28. Z připravené směsi obsahující 1 hmot. % ligninsulfonanu vápenatého a 0,5 hmot. % uhličitanu draselného se vyrobí zkušební tělesa o rozměrech 4x4x16 cm, která se po 10 minutách zatuhnutí ponechají po ztuhnutí po dobu 24 hodin v prostředí nasycené vodní páry a nato v běžné vodě z vodovodu. Po 6 hodinách počítaných od doby rozmíchání , se dosáhne pevnosti v tlaku rovné 3 MPa, po 24 hodinách 32 MPa a po 28 dnech 65 MPa.

Příklad 4

Připraví se cementová kaše z cementu o měrném povrchu 820 m²/kg umletého ze slínku z lokality Štramberk, obsahujícího 28 hmot. % částic o velikosti nejvýše 5 mikrometrů při vodním součiniteli 1,1, s Egninsulfonanem sodným ý množství rovném 1,5 % hmot. cementuas25 hmot. % aktivovaného bentonitu. Zatuhlá směs po 28 dnech plození ve vodě vykáže pevnost v tlaku 0,70 MPa?

. i^: ' i !

Příklad 5 í I · j

Připraví se cementová mdlta z cementu o měrném povrchu 750 m²/kg umletého ze slíňku lokality Hranice, z písku plynulé granulometi^e a z elektrárenského popílku, při hmotnostním poměru cementu ku písku ku popílku rovném í : 2 : 1. Do záměsové vody při vodním součiniteli 0,33 se přidá 1 hmot. % kyselého uhličitanu sodného a 2 hmot. % ligninsulfonanu sodného, počítáno na celkovou 'hmotnost výchozího slínku. Z připravené malty se Vyrobí zkušební tělesa o rozměrech 4 x 4 x 16 cm, která ztuhnou v době cca 15 minut, načež se ponechají: po; dobu 24 hod., y prostředí nasycené vodní páry a na to v běžné vodě z vodovodu. 6 hodin po rozmíchání směsi se dosáhne pevnosti v tlaku 3,5 MPa, po 24 hodinách 35 MPa a po 28 dnech 70 MPa.

Příklad 6

Připraví se cementová malta o w == 0,33, vhodná například pro opravu starých porušených betonů, a to ze směsi 1 dílu cementu o měrném povrchu 650 m²/kg, 3 dílů písku o velikosti zrn v rozmezí 0,01 až 4 mm, 0,1 dílu přísady pro přípravu polymer-cementových malt j ako je polyvinylacetát a 0,01 dílu uhličitanu sodného, vše počítáno na celkové množství cementu.

Po 28 dnech vlhkého uložení malta, vyznačující se zlepšenou adhesí k podkladu¹, dosáhne pevnosti v tlaku 85 MPa.

Příklad 7

Z nejlepšího dosud známého čs.. portlandského cementu třídy 475 se připraví maltové trámečky o rozměrech 4x4x16 cm. V maltě je poměr cementu ku písku 1:3a vodní součinitel w je 0,50. \

Dále se ze směsi podle vynálezu z jemně mletého' cementářského slínku z lokality cementárny Hranice o měrném povrchu 600 m²/kg připraví maltové trámečky o stejných rozměrech a o stejném poměru písku k cementu. K maltové směsi podle vynálezu se přidá 1,5 % ligninsulfonanu sodného a 1 % uhličitanu sodného počítáno na celkovou hmotnost slínku. Vodní součinitel w je 0,32.

Při vizuální prohlídce vykazují oba dva druhy malt stejnou konzistenci. Připravené maltové trámečky se po 14 dnech uložení v prostředí nasyceném vodní parou ponoří do různých agresivních kapalin, a to motorové nafty, vodného roztoku síranu amonného a vodného roztoku chloridu sodného. V prostředí motorové nafty u obou druhů sledovaných pojiv nedojde ke změně pevnosti. V případě roztoku chloridu sodného se u malto- j vých trámečků z portlandského cementu 475 pó 18 j měsících nepřetržitého uložení v korosivním rožto- ! ku zjistí 30%ní pokles v tlaku i v tahu za ohybu. U maltových trámečků z pojivá podle vynálezu‘se j ve stejném období naopak zjistí mírný cca 10%pí ! vzrůst pevnosti v tlaku i v tahu za ohybu. '

Claims (1)

1. Pojivo, zejména pro stavební účely na bázi cementářského slínku o měrném povrchu v rozmezí 150 až 3000 m²/kg, v němž 2 až 95 % hmot. částic má velikost nejvýše 5 mikrometrů, obsahující 0,01 až 8 % hmot. látek na bázi ligninsulfonanu, záměsovou vodu, popřípadě 0,01 až 8 % hmot. uhličitanu nebo kyselého uhličitanu alkalického kovu něbo kovu alkalické zeminy, a nebo 0,01 až

   Velmi markantně se projeví rozdíl v odolnosti vůči korosi v prostředí síranu amohného, kde i maltové trámečky z portlandského cementu 475 po j 12 měsících uložení prakticky ztratí únosnost a rozpadávají se, zatímco maltové trámečky vyrobené podle tohoto vynálezu, po 12 měsících vlivu koroze prakticky nedoznají změny. Jejich pevnost l v tlaku je 63 MPa. Po 2 letech jsou maltové trámečky z portlandského cementu 475 prakticky . úplně rozrušené, kdežto maltové trámečky podle vynálezu sice jsou poněkud korodovány, přesto však ještě vykazují pevnost v tlaku 42 MPa.

   Příklad 8

   Pro zatmel,ení kotevních šroubů uchyCujících těžké obráběcí stroje k betonové podlaze se j použije máltová směs podle příkladu 7 a jako 1 kontrolní pokus se stejné uchycení provede s por- j tlandským cementem třídy 325. Po 28 dnech od i doby uchycení šroubu do podlahy pomocí maltové směsi se zjistí, že k zpětnému vytržení šroubu ; pomocí hydraulického zařízení je v případě portlandského cefnehtu třídy 325 zapotřebí síly jen 3,0 tuny, kdežto v případě maltové směsi podle tohoto vynálezu je zapotřebí dokonce síly 5,8 tun.

   VYNÁLEZU

   8 % hmot. dalších známých přísad pojiv, počítáno na celkpvé množství slínku, vyznačené tím, že obsahuje 5' až 90 % hmot. látky v níž je obsažena kyslíkatá sloučenina křemíku, jako je bentonit, křemičitá moučka, popílek, struska a směs dvou nebo více takových látek o zbytku na sítu 0,044 mm v rozmezí 5 až 95 % hmot. počítáno na celkové množství slínku.