CS259505B2 - Bonding agent for mortars and concrete mixtures - Google Patents

Description

Cementem se v tomto popisu rozumí kro-mě portlandského cementu i jiné druhyhydraulických pojiv. Do směsí s nízkýmvodním součinitelem jsou zahrnuty takovésměsi, ve kterých je poměr vody k cementumenší než 0,4.

Nevýhodou dnešních betonů, vyráběnýchz běžného portlandského cementu, je kro-mě vysoké ceny tohoto pojivá velké množ-ství hydratačního tepla, uvolňovaného vprůběhu, tvrdnutí, malá rozměrová stálost amalá odolnost betonu proti korozi. Tentoposlední nedostatek je způsobován tím, žev důsledku hydratace cementu se již při re-akci betonu s vodou nebo slabými kyselina-mi uvolňuje z betonu hydroxid vápenatýCa(OH}2. Uvolňované množství může dosa-hovat až jedné čtvrtiny celkového množstvíhydroxidu vápenatého v pojivu, takže v ky-selých zeminách a v prostředí s kyselýmilátkami musí být beton chráněn proti -koro-zivnímu působení kyselin v zemině.

Malá odolnost betonu proti korozi vyplý-vá také částečně z velké pórovitosti betonu,která bývá způsobena velkým množstvímzáměsové vody v betonové směsi nebo ne-dokonalým zhutněním při betonování tuhý-mi nebo suchými betonovými směsemi.Množství vody, potřebné k dokonalé hydra-taci cementu, se pohybuje v hmotnostnímmnožství kolem 25 %, přičemž v praxi sevšak používá často více než dvojnásobektohoto nezbytného množství záměsové vo-dy. V betonových směsích, obsahujících nad-bytek cementu, může navíc v důsledku vý-.vinu značného množství hydratačního tepladocházet k vnitřnímu pnutí v betonovém tě-lese a k vzniku trhlinek, které opět snižujíodolnost betonu proti korozi. Běžný portlandský cement má také níz-kou odolnost proti síranům, což je způso-beno- vysokým obsahem AI2O3 v cementu,takže v prostředí, kde se vyskytují sírany,je třeba použít mnohem dražšího a protisíranům odolného speciálního cementu, abyse dosáhlo vytvoření odolných betonovýchkonstrukcí. 'Již od počátku využívání cementu pro ho-tovení konstrukcí stavebních objektů bylykonány pokusy s novými druhy cementů apojiv, jejichž cílem bylo dosažení lepšíchvlastností cementu a odstranění nebo zmír-nění vyskytujících se nedostatků.

Jedním z řešení tohoto problému, kterýmse dosahovalo určitých praktických úspě-chů, bylo přidávání průmyslově vyráběnýchnebo přírodních hydraulických materiálů,obsahujících méně vápna, například pucolá-nu, do cementu nebo až do betonové směsi,přičemž cena těchto přidávaných látek jepodstatně nižší než cena cementu a jejichodolnost proti působení kyselin a síranů jevětší, přičemž hydratační teplo je nižší nežu normálního cementu. Většímu rozšířenípoužívání těchto přísad brání především je-jich pomalejší hydratace a delší doba tvrd-nutí, která způsobuje nízké počáteční pev- nosti betonu; tato vlastnost je tedy v roz-poru s úsilím výzkumu a vývoje v oblastiprefabrikace stavebních dílců z betonu odosažení manipulační pevnosti v co nejkrat-ším čase.

Nejdůležitější používanou přísadou doportlandského cementu je vysokopecní strus-ka, která se získává při výrobě surovéhoželeza. V průmyslově vyspělých zemích jetento vedlejší produkt hutní výroby produ-kován v takových množstvích, že se stáváproblémem najít pro něj vhodné využití. V-některých zemích se pro výrobu cementuvyužívá veškeré vyprodukované strusky apřesto se nedosahuje běžného obsahu strus-ky v cementu, Ktere se zpravidla pohybujemezi 30 až 50 %.

HydrauhCKe vlastnosti a reakční schop-nosti vysokopecní strusky jsou předevšímzávislé na zásaditosti strusky, tj. na poměrumnožství jejích zásaditých složek k množ-ství kyselých látek. Pro vyjádření reakčníschopnosti strusky se používá hodnoty F,která je vyjádřena následující rovnicí: F _ CaO -H CaS ~j~ V2 MgO + AI2O5

~ SiÓ2 + MnO

Je-li hodnota F větší, než 1,9, je struskavysoce reaktiv-ní, zatímco je-li hodnota Fmenší, než 1,5, je struska pomalu reaktivnínebo je její reakční schopnost malá: Hyd-raulické vlastnosti strusky také závisí naobsahu skla ve strusce, který se musí po-hybovat u dobré strusky nad 95 %. Čím jevyšší obsah AI2O3 ve strusce, tím jsou lepšípevnostní vlastnosti strusky, i když množ-ství hydratačních složek AI2Q3 nemá přímývliv na pevnost. 'Pomalý průběh hydratace a tvrdnutí, vy-plývající z chemického složení a fyzikálníchvlastností strusky, může být eliminovánmletím strusky na vyšší specifický povrchčástic. Bylo zjištěno, že pevnost struskové-ho cementu prudce stoupá se zvyšovánímspecifického povrchu jako jeho funkce. Vdůsledku velkého obsahu skla ve strusce jemletí a drcení strusky velmi obtížné a spo-třeba energie na mletí je téměř dvakrát takvelká, než při mletí cementového stínku.

Urychlení hydratace strusky může být ta-ké dosaženo pomocí různých urychlovačů,z nichž nejznámějšími a nejlepšími jsou ce-mentový slínek, různé sírany, například an-hydrid a sádra, hašené a nehašené vápno,hydroxidy alkalických kovů a alkalické soli. Z těchto urychlovačů hydratačních pro-cesů jsou nejčastěji používány cementovýslínek -a- směs cementového slínku a sádry.

Struskové cementy nacházejí své uplatně-ní při hotovení monolitických betonovýchkonstrukcí, kde je třeba omezit na minimumnebezpečí vzniku trhlinek, způsobenýchvyšším hydratačním teplem. tétavý popílek, vznikající v elektrárnách při spalování uhlí, rašeliny a jiných pevných 259505 paliv, může být využíván také jako plnivopro cementy, betony a malty s nízkým hyd-ratačním teplem. Létavý popílek je obvyklehydraulickou přísadou, reagující pomalejinež struska, což je způsobeno mimo jinénízkým obsahem vápna. Jeho hydraulickévlastnosti jsou obvykle zlepšovány přidává-ním složek, obsahujících vápno, napříkladvypáleného vápna nebo cementového slínku•a mletím této směsi na velmi vysokou jem-nost. Kromě druhu paliva, ze kterého po-chází létavý popílek, závisí hydraulickévlastnosti -a složení létavého popílku na pod-mínkách, za kterých probíhalo spalování.Jemnost létavého popílku může být řádověblízká jemnosti cementu. Úkolem vynálezu je odstranit nedostatkytěchto dosud známých pojiv a vyřešit slo-žení pojivá, které by mělo vyšší kvalitu arychlejší tvrdnutí.

Vynález je kromě jiného založen na ná-sledujících poznatcích:

Bylo zjištěno, že kromě zvýšené teplotymá příznivý vliv na hydratační rychloststrusky přidání určitých přísad, přičemžpřidávání cementového slínku není nutné vtakovém množství jako se dosud předpoklá-dalo a v některých případech není nutnévůbec. Je dobře známo, že vysokopecnístruska reaguje mnohem pomaleji než ce-mentový slínek, že však konečná pevnostbetonu, vyrobeného z obou těchto druhůpojiv, je stejná.

Například přidáním alkalických uhličita-nů nebo hydroxidů se dosahuje rychléhotvrdnutí struskových cementů. Účinek po-užití, například uhličitanu sodného NazOsje podobný jako účinek zvýšení hodnoty pH,přičemž složka OH“ působí np aktivacistrusky. Vysoká hodnota pH společně s při-dáním čištěného lígnosulfonátu má součas-ně ztekucující účinek na betonovou směs.Kromě uhličitanu sodného mohou být použi-ty také jiné alkalické uhličitany, napříkladK2CO3 a LÍ2CO3 a jiné alkalické soli.

Bylo také zjištěno, že čím je větší zása-ditost strusky a čím je struska jemnější ro-zemleta, tím je větší její reakční rychlost.

Je známo, že není účelné mletí cemento-vého slínku na větší jemnost než je určitámezní hodnota, protože vyšší jemnost jižnemá žádný vliv na průběh tvrdnutí betonua na jeho pevnost. Naopak je výhodné mle-tí strusky na částice, které mají specifickýpovrch mezi 400 a 800 m2/kg. Taková strus-ka začíná tuhnout stejně jako cement, isou--li k ní přidány alkalické soli, které působíjako aktivátory.

Je také známo, že tuhnutí a tvrdnutí pro-bíhá rychleji při zvýšené teplotě mezi 40 a90 °C. Dále bylo pozorováno, že zásaditáreakce má příznivý vliv na strusku, kteráje rozemleta na částice se specifickou po-vrchovou plochou větší než 400 m2/kg. Pro-to je možno využívat mlecích přísad, na-příklad lignosulfátu nebo jeho ekvivalentů,umožňujících jemnější mletí strusky, které navíc mohou působit jako plastifikační pří-sady do betonové směsi.

Pro výrobu hydraulického pojivá pro mal-ty a betony je tedy možno používat strusky,která je rozemleta na dostatečně jemnéčástice a ke které' jsou přidány alkalické, urychlovače tuhnutí a tvrdnutí směsi pojí-vá a plniva s vodou. Za těchto okolnostíbylo pozorováno, že struska může být sou-částí cementu ve funkci rychlovazného po-jivá.

Hydratace strukky a také pucolánu můžebýt podstatně zlepšena přidáním plastifikač-ních přísad, zejména lígnosulfonátu nebosulfonovaných ligninů, popřípadě jinýchsulřonovaných polyelektrolytů, přičemž po-měr vody a cementu v betonové směsi můžebýt podstatně snížen. Přidáním různých u-rychlovačů tuhnutí a tvrdnutí směsi, napří-klad alkalických hydroxidů nebo alkalic-kých uhličitanů, popřípadě jiných alkalic-kých solí, je umožněno použití pojiv s vyso-kým obsahem strusky také do rychlovaz-ných cementů. Tento příznivý účinek je po-dobného druhu jako účinek zvýšení hodno-ty pH, přičemž struska nebo pucolán je ak-tivován ve stejném časovém intervalu jakonejintenzívnější účinek plastifikační přísa-dy.

Kromě toho bylo dále zjištěno, že zásadi-tost má tím příznivější působení, čím je po-malejší reakce hydraulického pojivá v pů-vodním stavu, přičemž tento jev je tím vý-raznější, čím je pojivo jemnější mleté. Z.toho plyne, že struska začíná reagovat stej-ně jako cement, jsou-li do směsi přidányalkalické uhličitany a/nebo hydroxidy vefunkci aktivátorů. Z hlediska těchto poznatků je možno kon-statovat, že plastifikační přísady, napříkladlignosulfát, a aktivátory, například NaOHa/nebo Na2CO3, působí společně jako velmiúčinná plastifikační kombinace. Při mletí jemožno rovněž přidávat známé mlecí přísadya jiné látky, zlepšující tekutost práškovéhopojivá, popřípadě některé vlastnosti betonu,vyrobeného z tohoto pojivá.

Na základě těchto poznatků bylo navrže-no pojivo pro malty a betonové směsi s níz-kým vodním součinitelem, obsahující vhmotnostní koncentraci 50 ,až 99,4 % ales-poň jednoho materiálu vybraného ze skupi-ny zahrnující strusku, létavý popílek, tech-nický pucolán. a přírodní pucolán, přičemžtato první surovina má snecifický povrchalespoň 400 m2/kg, 0,1 až 5.0 % alespoňjednoho sulfonovaného polyelektrolytů jakoplastifikátoru a 0,5 až 8 % regulátoru tuh-nutí podle vynálezu, jehož podstata spočíváv tom, že regulátor tuhnutí a tvrdnutí jekombinací hydroxidu sodného NaOH a uhli-čitanu alkalického kovu, vybraného ze sku-piny zahrnující uhličitan sodný Na2CO3, uh-ličitan draselný K2CO3 a uhličitan lithnýLÍ2CO3.

Regulátor tuhnutí a tvrdnutí je výhodně

Claims (3)

1. 259505 kombinací hydroxidu sodného NaOH a uhli-čitanu sodného NazCCte. Množství hydroxidu sodného NaOH je vhmotnostní koncentraci 0,5 až 3,0 % amnožství uhličitanu sodného Na2CO3 rovněž0,5 až 3 %. Pojivo může dále obsahovat v hmotnost-ní koncentraci do 49,4 % materiálu s vyso-kým obsahem vápna a vybraného ze skupi-ny zahrnující portlandský cementový slíneka hašené vápno. Ztekucení je důležitým faktorem pro u-možnění použití malých koncentrací alkalic-kých solí, například uhličitanu sodnéhoNazCO3, a alkalických hydroxidů, napříkladhydroxidu sodného NaOH. Jsou-li tyto látkypřidávány v malých množstvích, pak pod-statně zkracují dobu tuhnutí a tvrdnutí. Při-tom vysoká hodnota pH urychluje vytvrze-ní směsi a v kombinaci se sulfonovaným po-lyelektrolytem, například lignosulfonátemnebo sulfonovaným ligninem apod., přispíváke zvýšení plastifikačního účinku. Hydroxidsodný má rozhodující vliv na zkrácení dobytuhnutí a tvrdnutí směsi nebo malty, avšakdo určité míry také ovlivňuje ztekucenísměsi. Hydraulické pojivo podle vynálezu je blí-že objasněno pomocí několika následujícíchpříkladů provedení. Při přípravě pojivá podle vynálezu sestruska nebo jiné pucolánové substance se-melou za současného přidání hmotnostníhomnožství 0,1 až 5,0 % alkalického lignosul-fátu nebo sulfonovaného sulfátového ligni-nu a popřípadě společně s jinými sulfonova-nými polyelektrolyty, například s formalde-hydmelaminem, formaldehydnaftalenem atd.a kondenzačními produkty na jemnost od400 do 800 m2/kg. V průběhu mletí je možno přidávat dalšípřísady, které podporují a zlepšují průběhmletí, zpracovatelnost pojivá, popřípaděvlastnosti betonu, vyrobeného z tohoto po- jíva, například přísady zlepšující tekutostpráškového pojivá, urychlovače nebo zpo-malovače tuhnutí a tvrdnutí apod. Vynález se však neomezuje jen na přidá-vání alkalických hydroxidů a/nebo alkalic-kých solí k pojivu v průběhu mletí, přísadymohou být přidávány do pojivá odděleně podokončení mletí, popřípadě v průběhu pří-pravy betonové směsi. Alkalické lignosulfonáty nebo sulfonova-né alkaloligniny mají příznivý vliv na mlecívlastnosti pojivá. V průběhu mletí se mohouk pojivu přidávat regulátory tuhnutí a tvrd-nutí, které je však možno přidávat také po-zději. 'Přidává-li se do pojivá cementový slínek,je výhodnější semílat slínek samostatně apřidávat k němu stejné přísady jako v před-chozím případě. Využitím jemného mletí jako jednoho zezákladních faktorů proi zvýšení vazebnéhoúčinku a současně využitím mlecích přísada regulátorů tuhnutí a tvrdnutí směsi zís-kat bez ohledu na obsah strusky a/nebo ji-ných pucolánů rychle tvrdnoucí beton, vhod-ný zejména pro vytvrzování za tepla, kterýje odolný proti korozi & který může mít vel-mi malý nebo dokonce žádný podíl cemen-tového slínku; podíl cementového slínku semůže pohybovat mezi 20 a 0 °/o. Přikladl Beton vyrobený z kameniva s maximálnívelikostí zrna do 12 mm a obsahující 400 kgpojivá na kubický metr betonu, byl podro-ben zkouškám. Zkušební krychle o straně10 cm byla vytvrzována po dobu 7 hodinpři teplotě 70 °C za současného působenízvýšeného tlaku. Pro zamezení přístupuvzduchu do betonu bylo použito tributylfos-fátu jako přísady do betonové směsi. Výsledky zkoušek jsou uvedeny v tabulce 1. pRedmet

   1. Pojivo pro malty a betonové směsi snízkým vodním součinitelem, obsahující vhmotnostní koncentraci 50 až 99,4 % ales-poň jednoho materiálu vybraného ze skupi-ny zahrnující strusku, létavý popílek, tech-nický pucolán a přírodní pucolán, přičemž'tato první surovina má specifický povrchalespoň 400 m2/kg, 0,1 až 5,0 % alespoň jed-noho sulfonovaného polyelektrolytu jakoplastifikátoru a 0,5 až 8 °/o regulátoru tuh-nutí, vyznačené tím, že regulátor tuhnutí atvrdnutí je kombinací hydroxidu sodnéhoNaOH a uhličitanu alkalického kovu, vybra-ného ze skupiny zahrnující uhličitan sodnýNa2CO3, uhličitan draselný K2CO3 a uhliči-tan lithný L12CO3. VYNALEZU '2. Pojivo podle bodu 1, vyznačené tím, žeregulátor tuhnutí a tvrdnutí je kombinacíhydroxidu sodného NaOH a uhličitanu sod-ného Na2CO3.
2. 3. Pojivo podle bodu 2, vyznačené tím, žemnožství hydroxidu sodného NaOH je vhmotnostní koncentraci 0,5 až 3 % a množ-ství uhličitanu sodného rovněž 0,5 až 3 %.
3. 4. Pojivo podle bodu 1, vyznačené tím, žedále obsahuje v hmotnostní koncentraci do 49,4 % materiálu s vysokým obsahem vápnaa vybraného ze skupiny zahrnující portland-ský cementový slínek a hašené vápno. Severografia, n. p. závod 7, Most Cena 2,40 Kčs