CZ297537B6 - Způsob zpracování betonu obsahujícího lehčené plnivo s otevřenými póry a použití tohotoplniva - Google Patents

Abstract

Jde o způsob zpracování betonu obsahujícího lehčené plnivo s otevřenými póry, na kterém se vytvoří obal z cementu s předem upraveným vodním součinitelem voda/cement aglomerizací v talířovém peletizéru nebo v peletizačním bubnu, přičemž se během zpracování aplikuje tlakpomocí tlakového čerpadla. Obalené lehčené plnivo s otevřenými póry se použije pro zpracování uvedeného betonu.

Description

(57) Anotace:

Jde o způsob zpracování betonu obsahujícího lehčené plnivo s otevřenými póry, na kterém se vytvoří obal z cementu s předem upraveným vodním součinitelem voda/cement aglomerizací v talířovém peletizéru nebo v peletizačním bubnu, přičemž se během zpracování aplikuje tlak pomocí tlakového čerpadla. Obalené lehčené plnivo s otevřenými póry se použije pro zpracování uvedeného betonu.

Způsob zpracování betonu obsahujícího lehčené plnivo s otevřenými póry a použiti tohoto plniva

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu zpracování betonu obsahujícího lehčené plnivo s otevřenými póry, na kterém se vytvoří obal z cementu s předem upraveným vodním součinitelem voda/cement aglomerizací v talířovém peletizéru nebo v peletizačním bubnu a dále použití tohoto plniva.

Dosavadní stav techniky

Použitím obaleného plniva se může:

a) dosáhnout lepšího spojení mezi základní betonovou fází a plnivem, čímž se docílí vyšší pevnosti než u stejného betonu s neobaleným materiálem plniva a

b) zabránit výměně vlhkosti mezi materiálem plniva a základní betonovou fází, jak v čerstvém, tak i ve vytvrzeném stavu; pak je čerstvý beton spolehlivě čerpatelný.

Konstrukční lehké betony s hustou texturou mají technicky výhodné užitné vlastnosti (vysoký tepelně izolační účinek, malá hrubá hustota a příznivý poměr pevnosti v tlaku k hrubé hustotě), které poskytují této stavební hmotě četné možnosti využití v konstrukční inženýrské výstavbě.

Při výrobě lehkých konstrukčních betonů je ovšem problém v tom, že zde používané suchá lehká plniva (například keramzity) nasávají do své struktury, při míchání, dopravě a zpracování čerstvého betonu, část záměsové vody. Odejmutí části záměsové vody je signifikantní zejména při dopravě čerpadly na beton, protože vedle kapilárních sil se do pórů lehčeného plniva vtlačuje také tlakem čerpadla větší část záměsové vody.

Aby se přesto mohly konstrukční lehké betony čerpat, zvlhčují se lehčená plniva většinou během výroby čerstvého betonu předem. Při vysokých rychlostech čerpání, které jsou možné jen při velkých čerpacích tlacích - více než 10 MPa (100 barů) - se plniva nasycují, často také pod tlakem nebo ve vakuu, vodou.

Pro výrobce betonu představuje předběžné vlhčení nebo dokonce nasycení lehčených plniv logistický a provozně technický problém. Tak by muselo být možno uskladňovat předem nasycená plniva v silech a nesměla by uvnitř nich měnit svou vlhkost.

Jestliže se plniva zvlhčují na volném prostranství neustaví se zpravidla v plnivu definovaný obsah vlhkosti. Tomu odpovídá skutečnost, že při čerpání čerstvého betonu z plniv s otevřenými póiy se může do plniv vtlačit větší nebo menší množství záměsové vody, takže se konzistence čerstvého betonu znatelně změní a často způsobí zacpání v systému čerpacího potrubí. Nadto se nedá odmísený nebo zatuhlý čerstvý beton v bednění dostatečně zhutnit. Oproti nečerpanému čerstvému lehkému betonu stejného složení dochází ke znatelným ztrátám pevnosti.

Naproti tomu se mohou po čerpání dobře zhutnit konstrukční lehké betony z lehčených plniv skoro nasycených vodou. Jen když tyto betony ve vytvrzeném stavu vyhovují požadavkům na pevnost, vede voda, obsažená v příměsích, která se opět pozvolna vytrácí z betonu teprve po mnoha desetiletích ve formě schnutí, v případě požáru k vysokým tlakům páry, které mohou způsobit velkoplošná odtrhávaní a odprýskávání oblastí betonu blíže povrchu. Při použití obalených lehčených plniv není předběžné vlhčení potřebné, takže je tím zajištěno u konstrukčních lehkých betonů příznivé chování při požáru.

-1 CZ 297537 B6

Již v předpisech pro výrobu a zpracování lehkých betonů v roce 1974 (Předpis II a III pro lehký beton a železobeton v uzavřené struktuře v „Beton 24 H. 7, str. 268 až 269 a H. 8, str. 297 až 302, 1974) bylo poukázáno na problémy dopravy lehkého betonu čerpáním. S ohledem na časové, prostorové a ekonomické výhody této technologie byly od té doby podnikány různé pokusy, aby se tyto problémy vyřešily. (Souhrnné vylíčení stavu techniky až do roku 1975 podává B. Schulz: Erfahrungen beim Pumpen von Leichtbeton v: Beton 25 H. 3, str. 86 až 91, 1975).

Mezi jiným byl zrnitý povrch keramzitových plniv opatřen vypálením sklovitou vrstvou, nepropouštějící vodu. Provozně technicky se tento pochod vsak dá stěží kontrolovat a vede ke značnému vzájemnému slepení plniv. Povlečení vrstvou plastových disperzí se ukázalo také jako málo použitelné, protože na jedné straně špatné spojení a na druhé straně poškození a odpad povlakové látky během překládky plniv vedou ke kontrolovatelným obohacením plastových povlaků v konstrukčním betonu. Také impregnace, popř. hydrofobizace lehčených plniv nestačily působit proti značnému pohlcování vlhkosti při působení dopravního tlaku čerpadla. Samotné předběžné sycení lehčených plniv vodou vede k menšímu odměšování čerstvého betonu. Přece se však u lehčených plniv pohlcováním vody dosahuje znatelně vyšších hodnot hrubé hustoty čerstvého a především pevného betonu. Vedle ztráty příznivého působení na izolaci tepla se musí tedy počítat se znatelně většími hmotnostmi stavebních dílců. Ani v informacích k výrobě a zpracování lehkého betonu s hustou strukturou v konstrukční inženýrské výstavbě, zveřejněných Svazem výrobců lehčených plniv, se dosud nenašly žádné poukazy na zlepšení dopravy čerpáním (např. v přehledovém příspěvku H. Schnabel; J. Spitzner: Gefugedichter Leichtbeton und Stahllechtbeton. V Betonfertigteiltechnik 1992 S. Smeplass; A. Hammer; M. Sandvik: Production of Structural High Strength LWAC with initially Dry Aggregates. V Tagungsband des Leichtbetonsymposiums v Sandefjord, Norsko, 1995.)

Všechny dosud známé prostředky buď nevedou k žádanému zlepšení chování vlhkosti plniv, a/nebo jsou provozně technicky jen těžko realizovatelné a/nebo jsou nehospodámé tj. vedly by ke stoupajícím výrobním nákladům, jejichž výše nemůže být ekonomicky kompenzována dosaženými technickými výhodami.

To platí také ve spojení s plnivy do lehkého betonu, popř. s plnivy opatřenými vrstvou, známými z patentové literatury.

Z DD 208 142 PS je znám způsob výroby stavebních prvků z lehkého betonu, podle něhož za použití aglomerace se vyrábí granulát z hnědouhelného popela, vody a popřípadě cementu. Obalení granulí se děje cementem - ovšem práškem - a je to zřejmě bez dalšího tak, že se tímto způsobem nemůže vytvořit tenká kompaktní a hustá vrstva, tedy smysluplné obalení plniv pro použití v konstrukčním betonu.

V DE 2 623 378 AI je zveřejněn způsob předběžného zpracování plniva do betonu, resp. lehkého betonu, podle něhož se ověřuje obalení plniva vrstvou vázanou cementem za předběžného přidání aditiv. Způsob je charakterizován těmito znaky: Je založen na obyčejné míchačce s volným pádem materiálu, u které je předem jasné, že se s ní nedá realizovat žádné kompaktní husté obalení. Dále je třeba vysokého vodního součinitele betonové směsi, aby byla umožněna dobrá homogenizace směsi, s níž je ale pak spojena poměrně malá vazná pevnost a malá pevnost a hustota obalení. Zcela všeobecně platí, že v míchačce s volným pádem materiálu nelze dosáhnout vhodného obalení s žádanými vlastnostmi, pokud jde o tloušťku vrstvy, složení a hustotu bez dalšího technologického vývoje a vestavby dodatečných odrážecích desek atd.

FR 2 664 262 AI zveřejňuje výrobu plniva do lehkého betonu z výchozích látek rozličné velikosti, pocházejících ze dřeva (dřevěné moučky, pilin a kousků kůry). Přitom se dodávají předem konzervované dřevěné součásti, zpracované v míchačce na řídce tekuté kaly. Cementové částice, dispergované v záměsové vodě, se ukládají na povrchu dřevních částic a po hydrataci částic

-2CZ 297537 B6 cementu se menší částice slepí s pilinami a kousky kůry, takže vzniká lehčené plnivo s nízkou pevností.

US 4 351 670 ukazuje způsob výroby lehkých betonů ze zlomkového pěnového betonu jako plniva, které se předvlhčí a popráší cementem v granulačním bubnu. Cementem vázané povlečení může samo při tenké vrstvě dosáhnout vysoké pevnosti, přičemž pevnost zrn samotného obaleného zlomkového pěnového betonu nestačí vyhovět požadavkům na pevnost konstrukčních betonů v inženýrské výstavbě.

Ve FR 1 335 026 se potahují plniva tenkou vrstvou cementové pasty, přičemž se pojednává zejména o kvalitách a vlastnostech cementů s ohledem na strukturu obalení. Podle vyhodnocení jsou vhodné zejména velmi jemně mleté cementy (jemnost mletí 7000 až 8000 cm²/g).

Také v DE 43 30 929 je zveřejněn způsob, v němž se zrno lehčeného plniva z rostlinných surovin opatřuje obalením. Jako pojivá se používá vedle cementu také vápna nebo sádry.

Oproti obvyklým postupům se při něm povrch nejprve popráší pevnými částicemi pojivá a hned nato se navlhčí.

Způsob, popsaný v DE 30 40 344 slouží k výrobě jemných granulátů pro použití v maltách, v něm se velmi lehká struska opatří obalením, s výhodou s použitím sulfátového pojidla (sádry). Obalení se provede v granulačním bubnu.

Cílem předloženého vynálezu je použitím obalených lehčených plniv, které mají postačující pevnost zrn pro konstrukční lehké betony, použít plniva per se, u kterých se může zabránit uvedeným nevýhodám a umožní se tím také používat při stavbách v inženýrské výstavbě čerpatelných konstrukčních lehkých betonů. Tak je možné, že s využitím obalených lehčených plniv najdou konstrukční lehké betony použití ve stavební praxi jako masově využívaná stavební hmota, zvláště když se může čerstvý beton po dopravě čerpadlem ještě vestavět v žádané formě do bednění a dostatečně zhutnit, takže získá, s jistotou dosažení žádaného cíle, předem dané vlastnosti betonu (pevnost a hrubou hustotu betonu), jaké by také byly k dispozici bez dopravy čerpáním.

Podstata vynálezu

Řešení problému čerpání z velké části odstraňuje způsob zpracování betonu obsahujícího lehčené plnivo s otevřenými póry, na kterém se vytvoří obal z cementu s předem upraveným vodním součinitelem voda/cement aglomerizací v talířovém peletizéru nebo v peletizačním bubnu, přičemž během zpracování se aplikuje tlak pomocí tlakového čerpadla.

Cementem vázané obalení brzdí, popř. zabraňuje vnikání záměsové vody do pórové struktury lehčených plniv. Tím se dochází k výhodě, že se čerstvému betonu neodeberou z plniv s otevřenými póry kapilárním sáním, a zvláště působením tlaku při čerpání, větší množství záměsové vody ani při míchání, ani během transportu na stavební místo, ani při podávání a čerpání, ani při vnášení do bednění. Tím se může znemožnit odmíšení čerstvého betonu. Čerstvé betony z obalených lehčených plniv se chovají při čerpání a přirozeně také při normálním zpracování, stejně jako normální betony.

Vztah mezi vodní hodnotou cementu a pevností betonu atd., známý z normálních plniv pro konstrukční betony se může při použití obalených lehčených plniv dalekosáhle přenést také na strukturně husté lehké betony. Také u plniv do betonu se vyvíjí jejich účinek tak, aby se projevoval i u konstrukčních lehkých betonů stejným způsobem, jaký je známý u normálních betonů. Ba i při dopravě čerpáním zůstává vodní hodnota cementu při použití obalených lehčených plniv

-3 CZ 297537 B6 stejná před čerpáním jako po něm. Tím je zajištěn také definovaný vývoj pevnosti. Požadavkům stavebního průmyslu s ohledem na správný, čerpatelný, čerstvý beton pro stavební místo se může vyhovět použitím obalených plniv s otevřenými póry.

S výhodou vodní součinitel voda/cement obalu dosahuje hodnoty maximálně 0,3.

Dále je výhodné, že tlak pumpy dosahuje hodnoty až 5 MPa (50 bar).

Součástí vynálezu je i použití obaleného lehčeného plniva s otevřenými póry pro zpracování tohoto betonu.

Příklady provedení vynálezu

K obalení lehčených plniv se použije směsi z cementů, přídavných prostředků a/nebo plniv do betonu, které jsou identické a tím tedy plně srovnatelné s materiály betonové matrice, používanými při výrobě betonů. Následkem toho je zvláště dobré chování, pokud jde o vaznost mezi zrnem plniva a maltovou matricí, takže se může dosáhnout příznivějšího pevnostního a lomového chování betonů, vyrobených z lehčených obalených plniv.

Další výhoda spočívá v tom, že pro obalení lehčeného plniva se spotřebuje menší množství vody než je třeba pro úplnou hydrataci použitého cementu. Proto obalení disponuje potenciálem dodatečného vytvrzování, který zajistí optimální vazbu mezi obaleným lehčeným plnivem a cementově maltovou matricí betonu. K tomu se také může značně zlepšit vazba v kontaktní zóně povrchu zrn plniva a cementem vázanou obalenou vrstvou přidáním vhodných látek při obalovacím procesu oproti normální vazbě plniva a cementové malty.

Dosavadní výzkumy lehkých betonů ukazují, že při stejném složení směsi je oproti betonům z neobalených zrn plniva možné zřetelné zvýšení pevnosti betonu v tlaku o více než 30 %.

Obalení, popř. pokrytí vrstvou sestává výhodně z cementů a přídavných prostředků do betonu a/nebo plniv do betonu. Důležité přitom je, že výchozí látky pro pokrytí vrstvou mohou být uspořádány do struktury na plnivu jen vhodnými technikami výrobních postupů v minimální tloušťce vrstvy, rovnoměrně a kompaktně, aby se dosáhlo dostatečně zhutňujícího účinku a zlepšené vazby mezi plnivem a maltovou matricí betonu. Jako vhodná a hospodárná technika výrobního postupu se může k obalení lehčených plniv použít především aglomerace granulačním talířem.

Nejprve se plniva vnášená po šaržích nebo kontinuálně na skloněnou plochu granulačního talíře vystaví stálému valivému pohybu. Během tohoto valivého pohybu se jemně dispergované pevné látky, tj. cement, přídavné látky do betonu, plniva do betonu a popřípadě jiné pomocné látky za současného postřikování kapalným pojidlem, s výhodou vodou pokryjí, popř. obalí rovnoměrně tenkou vrstvou. Valivý pohyb, popř. padání plniv v granulačním talíři (popř. zesíleném odrážecími deskami) způsobuje dále stálé a intenzivní slisovávání uložených vrstev, které působí na minimalizaci porozity nahromaděné vrstvy a tím po vytvrzení cementu zajišťuje také vysoký stupen hutnosti obalení. To je nutný předpoklad pro čerpatelnost betonu zlehčených plniv.

Nejlepšího slisování obalení se dosáhne, při ideálním pohybu granulačního talíře, spontánně způsobenými nárazy, tzv. „vodopádem“ dříve než se opět nastříká kapalina a přidá cement (nebo jiná pevná látka). S průměrem talíře přibývá počtu nárazů na jednu otáčku. Pravděpodobně se rotačními pohyby částic v granulačním talíři, které v tomto rozsahu u jiných způsobů nenastávají, realizují nárazy, vysoce zhutňující již aglomerované zóny, ale s menším oddělujícím účinkem. Tím se dosáhne otáčivými pohyby rovnoměrného, kompaktního obalení, které se v dalším průběhu aglomerace pravděpodobně méně poškozuje. V granulačním talíři mohou být vestavěny také nárazové desky atd., aby se optimalizovala hustota ukládání látek, vyskytujících se v obalení.

-4CZ 297537 B6

Vzhledem k účinnosti způsobu podle vynálezu' budiž ještě poznamenáno, že při současném stavu techniky je možno s pomocí aglomerace v granulačním talíři vytvořit nejlépe obalení:

1. s jednotnou tloušťkou vrstvy,

2. s obalením, naneseným rovnoměrně hustě bez trhlin po celé ploše a

3. s malou tloušťkou vrstvy ve srovnání s průměrem plniva.

Obalení s tenkou vrstvou působí, zejména u lehčených plniv, jen nepatrné zvýšení hrubé hustoty lehčených plniv. Přesto stačí tloušťka vrstvy šetřícím účinkem obalení zamezit odejmutí velkých částí záměsové vody dokonce při vysokých tlacích. Aglomerace v granulačním talíři dovoluje vytvořit právě u oblých plniv zvlášť kompaktní a tím utěsňující vrstvu povrchu zrn.

Pravidelným přidáváním cementu při dalším přidávání vody se zabraňuje vytváření konglomerátů z obalených zrn plniva. Příznivá obalení se mohou dosáhnout při přivádění vody a cementu v hmotnostním poměru vody k cementu okolo 0,25. Optimální poměr se určí na základě druhu použitého cementu a přídavných prostředků popř. plniv do betonu.

Vždy podle vlastnosti cementu, o jejíž zlepšení se v daném případě usiluje, v čerstvém nebo ve vytvrzeném stavu, se mohou přidávat nejrůznější přídavné prostředky do betonu a plniva do betonu a další pomocné látky jednotlivě nebo v kombinaci, přičemž se optimální komponenty a přidávaná množství vypracují na základě předběžných pokusů.

Po vytvrzení obalení reakcí cementu s vodou, použitou pro pokrytí vrstvou, je potom k dispozici plnivo, které zajišťuje uváděná zlepšení s ohledem na zpracovatelnost čerstvého betonu a jeho čerpatelnost, ale také na vlastnosti vytvrzeného betonu.

Dále je popsán příklad utěsnění porézních lehčených plniv k použití v čerpatelném konstrukčním betonu.

K obalení lehčených plniv pro výrobu čerpatelných konstrukčních lehkých betonů se používají většinou plniva s otevřenými póry s dostatečnou pevností zrn, například keramzity. Při použití cementu, obvyklého stabilizátoru a vody bylo možno dosáhnout v granulačním talíři hustého pokrytí vrstvou, které oproti nepokrytému zrnu lehčeného plniva, které při jednominutovém působení tlaku 5 MPa (50 bar) pojme místo 37,1 % hmotn. Vody jen ještě 5,3 % hmotn. vody. Pevnost betonu, vyrobeného z tohoto obaleného lehčeného plniva dosahuje ve stáří 28 dnů vzestup pevnosti o více než 30 % oproti pevnosti lehkého betonu z neobaleného lehčeného plniva. Další zlepšení jsou možná optimalizací obalení.

Claims (4)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob zpracování betonu obsahujícího lehčené plnivo s otevřenými póry, na kterém se vytvoří obal z cementu s předem upraveným vodním součinitelem voda/cement aglomerizací v talířovém peletizéru nebo v peletizačním bubnu, vyznačující se tím, že se během zpracování aplikuje tlak pomocí tlakového čerpadla.
2. 2. Způsob zpracování betonu podle nároku 1, vyznačující se tím, že vodní součinitel voda/cement obalu dosahuje hodnoty maximálně 0,3.
3. 3. Způsob zpracování betonu podle jednoho z předchozích nároků 1 nebo 2, vyznačující se t í m , že tlak pumpy dosahuje hodnoty až 5 MPa (50 bar).
4. 4. Použití obaleného lehčeného plniva s otevřenými póry pro zpracování betonu podle nároku 1.