CZ306029B6

CZ306029B6 - Cementový kompozit s nestejnorodou textilní drtí

Info

Publication number: CZ306029B6
Application number: CZ2015-542A
Authority: CZ
Inventors: Jan VodiÄŤka; eps Karel Ĺ; Josef Fládr; Juraj PlesnĂk
Original assignee: ÄŚeskĂ© vysokĂ© uÄŤenĂ technickĂ© v Praze Fakulta stavebnĂ
Priority date: 2015-08-06
Filing date: 2015-08-06
Publication date: 2016-06-29
Also published as: CZ2015542A3; EP3127885B1; EP3127885A1

Abstract

Cementový kompozit s textilní drtí, který má mezerovitou strukturu, je složen z křemičitanového cementu, kameniva, textilní drti a vody. Kompozit obsahuje cement v hmotnostní dávce 260 až 400 kg/m.sup.3 .n..sup.a.n. kamenivo jedné netříděné frakce (0-16, 0-22 nebo 0-32) v hmotnostní dávce 1400 kg/m.sup.3.n.až 2100 kg/m.sup.3.n.. Množství textilní drti se určuje podle změřené mezerovitosti kameniva a pohybuje se v rozmezí 10 až 80 kg/m.sup.3.n.. Vodní součinitel je v rozmezí 0,25 až 0,4 podle vlhkosti kameniva a požadavků na zpracovatelnost kompozitu.

Description

Cementový kompozit s nestejnorodou textilní drtí

Oblast techniky

Předkládané řešení se týká nového konstrukčního materiálu s využitím druhotných surovin. To je, nestejnorodé textilní drti, případně betonového recyklátu, který lze použít jako kamenivo. Výsledný materiál se vyznačuje dostatečnými mechanickými vlastnostmi, které jej umožňují využít pro méně náročné a nízkopodlažní stavby jako konstrukčního materiálu.

Dosavadní stav techniky

Kompozity s cementovou matricí jsou velmi rozšířeným stavebním materiálem, jak z důvodu jejich snadné výroby, tak z důvodu snadné úpravy mechanických vlastností jako je například tahová pevnost.

V dnešní době jsou známé cementové kompozity s plnou náhradou přírodního kameniva betonovým recyklátem, jejichž struktura je ztužena syntetickými vlákny. Tento kompozit, který je dnes vyráběn z jedné frakce betonového recyklátu, se vyznačuje velkou mezerovitostí 25 až 60 %, podle velikosti maximálního zrna použitého recyklátu. Mechanické vlastnosti kompozitu jsou závislé především na velikosti hmotnostní dávky vláken ztužujících strukturu kompozitu. Většina používaných vláken pro úpravu mechanických vlastností je složitě vyráběna a cenově náročná, což se negativně projevuje do ceny výsledného kompozitu.

Do betonu se přidávají textilní materiály ve formě usměrněných tkaných textilií s jasně definovanými vlastnostmi, kde jsou textilie prokládány vrstvami betonu. Počet vrstev a jejich materiál je proměnný v závislosti na požadovaných vlastnostech. Výsledné kompozity se ale vyznačují vysokou cenou, a proto nejsou v běžné návrhové praxi příliš využívány.

Dalším využitím textilních materiálů je použití v cementových kompozitech s běžným nebo umělým kamenivem frakce 0-8, velké dávky křemičitanového cementu, vody a plastifikátoru. Nevýhoda tohoto materiálu je vyšší cena z důvodu použití vyšší dávky cementového pojivá a plastifikátorů, stejně tak jako nízká objemová hmotnost, která znevýhodňuje materiál z hlediska tepelné akumulace.

Nestejnorodá textilní drť je používaná pro akustické izolace nebo jako ztužení cementové struktury v betonech s plynulou čárou zrnitosti. V těchto betonech je její využití diskutabilní a to proto, že následkem náhrady kameniva textiliemi dochází k poklesu pevnostních charakteristik výsledného kompozitu.

Podstata vynálezu

Nevýhody dosavadních řešení odstraňuje cementový kompozit s nesourodou textilní drtí, který má mezerovitou strukturu a je složen z křemičitanového cementu, kameniva, textilní drti tvořené podle PP 50057-2012 shluky chomáčů složených zejména z netextilních částic propletených textilními vlákny a/nebo kombinovaného textilně-netextilního materiálu a tvrzené textilie a ze záměsové vody. Jeho podstatou je, že obsahuje pouze čtyři základní složky, a to křemičitanový cement v hmotnostní dávce 260 až 400 kg/m³, kamenivo jedné netříděné frakce ze skupiny 0-16, 0-22, 0-32 v hmotnostní dávce 1400 kg/m³ až 2100 kg/m³, dávku nesourodé textilní drti v rozmezí 10 až 80 kg/m³. Vodní součinitel je v rozmezí 0,25 až 0,4 podle vlhkosti kameniva a požadavků na zpracovatelnost kompozitu, což odpovídá hmotnostní dávce záměsové vody od 65 do 160 kg/m³. Rozměry textilní drti jsou srovnatelné s maximální velikostí zrn použité frakce kameniva, přičemž dávka textilní drti v závislosti na mezerovitostí kameniva je dána vztahem

- 1 CZ 306029 B6 m = p x V kde:

m je hmotnost textilní drti, pje objemová hmotnost textilní drti,

Kje 50 až 100% mezerovitosti kameniva.

V jednom možném výhodném provedení je textilní drť tvořena odpadem z opotřebovaných a/nebo zbytkových částí výrobků používaných v dopravních prostředcích.

Ve výhodném provedení je kamenivem betonové recyklované kamenivo nebo jiná druhotná surovina jako například drcené cihly, struskové kamenivo.

Mezerovitý cementový kompozit, který je předmětem předkládaného vynálezu, má po zhutnění pevnou strukturu. Struktura je tvořená zrny kameniva, je stabilní a schopná odolávat vnějšímu zatížení a to jak mechanickému, tak i vlivům prostředí. Nízká dávka křemičitého cementu spolu se stanovenou hmotnostní dávkou textilní drti velmi omezuje objemové změny mezerovitého cementového kompozitu oproti změnám v cementových kompozitech s vyplněnou strukturou, což lze považovat za přínos vytvořeného kompozitu.

Příklady uskutečnění vynálezu

Cementový kompozit s nesourodou textilní drtí, který má mezerovitou strukturu a je složen z křemičitanového cementu, kameniva, textilní drti a záměsové vody. Kompozit obsahuje cement v hmotnostní dávce 260 až 400 kg/m³, kamenivo jedné netříděné frakce ze skupiny 0-16, 0-22, 0-32 v hmotnostní dávce 1400 kg/m³ až 2100 kg/m³, dávku nesourodé textilní drti v rozmezí 10 až 80 kg/m³ a záměsovou vodu v dávce od 65 do 160 kg/m³. Je výhodné použít nesourodou textilní drť podle PP 20057-2012 tvořenou shluky chomáčů složených zejména z netextilních částic propletených textilními vlákny a/nebo kombinovaného textilně-netextilního materiálu a tvrzené textilie z opotřebovaných a/nebo zbytkových částí výrobků používaných v dopravních prostředcích. Rozměry textilní drti musí být srovnatelné s maximální velikostí zrn použité frakce kameniva. Dávka textilní drti v závislosti na mezerovitosti kameniva je dána vztahem m = p xV kde m je hmotnost textilní drti, pje objemová hmotnost textilní drti, fje 50 až 100% mezerovitosti kameniva.

Mezerovité struktury cementových kompozitů se 100% náhradou přírodního kameniva recykláty, jsou pro nadávkování textilní drti vhodnější. Tyto kompozity mají přetrženou čáru zrnitosti a tím v celém objemu vznikají mezery.

Do mezer lze zamíchat textilní drť' přírodního nebo syntetického původu, případně jejich kombinaci, a získat tak nový konstrukční materiál. Textilní drť' nesníží objemové hmotnosti mezerovitých kompozitu tak, jako k tomu dochází u kompozitu s plynulou čárou zrnitosti. Při využití tex

-2CZ 306029 B6 tilní drti se významně zlepší jeho izolační charakteristiky proti hluku, částečně proti teplotě i požáru, za předpokladu, že textilní drť je získána z textilií užívaných v automobilovém průmyslu.

Textilní drť vyráběná drcením odpadových textilií z automobilů, má u každé nadrcené části vyčnívají vlákna, která zlepšují jejich stmelení se zrny kameniva, a proto je výhodněji použít. Díky této skutečnosti textilní drť částečně nahrazuje funkci jinak používaných syntetických vláken pro vláknobetony s recykláty. Vše je podmíněno hmotnostní dávkou textilní drti, vlastnostmi těchto vláken a zrnitostí kameniva. Podle dosud provedených zkoušek může tato náhrada dosahovat 40 až 60% účinku syntetických vláken, to je mechanických charakteristik prokazovaných u mezerovitých cementových kompozitů s recyklovaným kamenivem, jejichž struktura je ztužena syntetickými vlákny. Náhrada syntetických vláken textilní drtí představuje snížení finančních nároků, neboť syntetická vlákna jsou nej dražší složkou cementových kompozitů.

Příklad receptury 1:

	[kg/m³]
CEM 1 42,5 R	300
Betonové recyklované kamenivo 0-22	1400
Textilní drť	29,5
Voda	93

Výsledky pevnosti v tlaku

Vzorek č.	Rozměr [mm]	Hmotnost [g]	Síla [kN]	Objemová hmotnost [kg/m³]	Pevnost [MPa]
S2.1	100,22	1525	49,21	1502	4,86
101,1
100,2
S2.2	100,16	1450	41,66	1428	4,11
101,5
99,86
S2.3	100,16	1500	45,94	1493	4,58
100,2
100,1
Průměr	1492		1475	4,52

Výsledky pevnosti v tahu za ohybu při čtyřbodovém podepření

Vzorek č.	Rozměr [mm]	Hmotnost [g]	Síla [kN]	Objemová hmotnost [kg/m³]	Pevnost [MPa]
S2.1	400	6505	3,12	1616	0,93
100,2
100,45
S2.2	400	6585	3,11	1583	0,87
103,5
100,45
S2.3	400	6500	2,49	1601	0,73
101,1
100,4
Průměr	6530		1600	0,84

Příklady receptury 2:

	[kg/m³]
CEM I 42,5 R	300
Betonové recyklované kamenivo 0-16	1400
Textilní drť	59
Voda	93

Výsledky pevnosti v tlaku na zbytcích trámců

Vzorek č.	Rozměr [mm]	Síla [kN]	Pevnost [MPa]
S.2.1		24,82	2,48
99,75
100,4
S.2.2		30,26	3,02
99,6
100,5
S.2.3		21,6	2,08
103,3
100,4
Průměr	2,53

Výsledky pevnosti v tahu za ohybu při čtyřbodovém podepření

-4CZ 306029 B6

Vzorek č.	Rozměr [mm]	Hmotnost [gl	Síla [kN]	Objemová hmotnost [kg/m³]	Pevnost [MPa]
S.2.1	400	5430	2,64	1355	0,79
99,75
100,4
S.2.2	400	5495	1,46	1372	0,44
99,6
100,5
S.2.3	400	5150	1,91	1241	0,53
103,3
100,4
Průměr	5358,333		1323	0,59

Příklad receptury 3:

	[kg/m³]
CEM 1 42,5 R	400
Betonové recyklované kamenivo 0-16	1400
Textilní drť	29,5
Voda	93

Výsledky pevnosti v tlaku na zbytcích trámců

Vzorek č.	Rozměr [mm]	Síla [kN]	Pevnost [MPa]
Bl.l		57,02	5,76
99
100
B1.2		40,96	4,18
98,16
99,9
B1.3		35,93	3,46
103,8
100
B1.4		42,8	4,32
99,09
100
Průměr	4,43

Výsledky pevnosti v tahu za ohybu při čtyřbodovém podepření

-5CZ 306029 B6

Vzorek č.	Rozměr [mm]	Hmotnost [g]	Síla [kN]	Objemová hmotnost [kg/m³]	Pevnost [MPa]
Bl.l	400	6350	3,29	1600	0,99
99
100,21
B1.2	400	6585	2,94	1679	0,92
98,16
99,9
B1.3	400	6495	3,86	1541	1,06
103,8
101,51
B1.4	400	6510	2,19	1630	0,66
99,09
100,77
Průměr	6485		1613	0,91

Průmyslová využitelnost

Materiálové charakteristiky kompozitu, který je předmětem vynálezu, mu umožňují použití v betonovém stavitelství, a to především tam, kde nejsou kladené veliké nároky na pevnost v tlaku, ale kde jsou požadované jiné vlastnosti, například pevnost v tahu nebo zlepšené akustické parametry. Použití kompozitu je možné ve stavební výrobě jednak pro výrobu tvárnic s použitím pro stavbu nosných konstrukcí nenáročných stavebních objektů, nebo přímá betonáž nosných prvků. Navržený kompozit má fyzikálně-mechanické vlastnosti využitelné pro tvorbu nosných konstrukcí občanských staveb jako alternativní materiál klasického zdivá.

Pro průmyslové využití tohoto nového materiálu hovoří i skutečnost, že výroba je velmi jednoduchá, lze ji realizovat na běžných výrobnách bez specializované technologie, že jeho cena je velmi nízká a to díky použití druhotných surovin.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Cementový kompozit s nesourodou textilní drtí, který má mezerovitou strukturu a je složen z křemičitanového cementu, kameniva, textilní drti tvořené shluky chomáčů složených zejména z netextilních částic propletených textilními vlákny a/nebo kombinovaného textilně-netextilního materiálu a tvrzené textilie, a ze záměsové vody, vyznačující se tím, že obsahuje křemičitanový cement v hmotnostní dávce 260 až 400 kg/m³, kamenivo jedné netříděné frakce ze skupiny 0-16, 0-22, 0-32 v hmotnostní dávce 1400 kg/m³ až 2100 kg/m³, dávku nesourodé textilní drti v rozmezí 10 až 80 kg/m³ a záměsovou vodu v dávce od 65 do 160 kg/m³, kde rozměry textilní drti jsou srovnatelné s maximální velikostí zm použité frakce kameniva, přičemž dávka textilní drti v závislosti na mezerovitostí kameniva je dána vztahem kde

-6CZ 306029 B6 m je hmotnost textilní drti, pje objemová hmotnost textilní drti,

5 V je 50 až 100% mezerovitosti kameniva.
2. Cementový kompozit podle nároku 1, vyznačující se tím, že textilní drť je tvořena odpadem z opotřebovaných a/nebo zbytkových částí výrobků používaných v dopravních prostředcích.

o
3. Cementový kompozit podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že kamenivem je betonové recyklované kamenivo nebo jiná druhotná surovina jako například drcené cihly, struskové kamenivo.