CZ310525B6 - Směs pro použití při zpracování pórobetonového recyklátu, pórobetonový prvek vyrobený z této směsi a způsob jeho výroby - Google Patents

Abstract

Směs pro recyklaci pórobetonového recyklátu zahrnuje, vztaženo na celkovou hmotnost suché směsi, 60 až 90 % hmotn. cementové složky; 4 až 35 % hmotn. vápenné složky a 0,5 až 5,0 % hmotn. expandační složky. Dále se popisuje použití této směsi pro výrobu pórobetonového prvku z pórobetonového recyklátu a způsob výroby tohoto prvku.

Description

Směs pro použití při zpracování pórobetonového recyklátu, pórobetonový prvek vyrobený z této směsi a způsob jeho výroby

Oblast techniky

Předmětný vynález se týká směsi pro použití při zpracování pórobetonového recyklátu, stavebního prvku z pórobetonového recyklátu a způsobu jeho výroby.

Dosavadní stav techniky

Pórobeton nebo též autoklávovaný pórobeton označovaný zkratkou AAC (z anglického „autoclaved aerated concrete“) je druh lehkého betonu s dobrými tepelně a zvukově izolačními vlastnostmi. V současnosti se tento materiál hojně používá např. při výrobě tvárnic, jako jsou výrobky společnosti Xella prodávané pod značkou Ytong®, případně různých pórobetonových tvarovek. Kromě již zmíněných dobrých izolačních vlastností je výhodou tvárnic z pórobetonu jejich relativně nízká hmotnost a také skutečnost, že jejich velikost lze při stavbě snadno upravovat, například pomocí řezání, ať už strojového nebo prostě ruční pilou. Díky těmto úpravám vzniká na stavbách velké množství odpadu, jehož využití závisí jednak na jeho čistotě, ale rovněž na velikosti částic. Velké úlomky pórobetonu se tak dnes využívají jako náhrada kameniva, případně se rozmělňují a spolu s prachovými částicemi pórobetonu, které vznikají při jeho řezání, se vrací zpět do výroby pórobetonu. Možnost vracet pórobeton zpět do výroby je podmíněna jeho čistotou. Tu je poměrně snadné zajistit u odpadu vzniklého z nových pórobetonových tvárnic na stavbách. Poněkud složitější a nákladnější je splnění této podmínky v případě recyklace pórobetonu z demoličního odpadu, který je třeba nejprve důkladně roztřídit a zbavit všech ostatních materiálů, které by mohly negativně ovlivnit vlastnosti, ať už estetické nebo mechanické, včetně pevnostních charakteristik, pórobetonových výrobků, při jejichž výrobě by část suroviny byla nahrazena recyklovaným pórobetonem.

Pórobetonový prach se pro výrobu nového pórobetonu používá již desítky let. V závislosti na výrobku v současnosti podíl pórobetonového prachu v nových produktech činí až 15 procent. Další možností recyklace pórobetonu je jeho využití při výrobě cementu, kdy částečně může nahradit tradiční suroviny, jako je vápenec nebo slínek.

Nevýhodou všech dosud známých způsobů využití pórobetonového recyklátu je stále poměrně nízký podíl recyklátu v nových výrobcích. Další nevýhody potom zahrnují nutnost důkladného vytřídění pórobetonu ze stavební suti, aby se zbavil všech ostatních materiálů, což je spojeno s nemalými náklady na provoz třídicích stanic a jejich obsluhu. Rovněž nezanedbatelné jsou další náklady spojené s úpravou recyklátu, jako je jeho rozmělňování a případně sušení, což jsou energeticky náročné procesy.

Vzhledem k tomu, jak velké množství pórobetonového odpadu vzniká ať už při jeho výrobě, na stavbách nebo při demolici starých budov, existuje tedy neustále potřeba vyvinout technologie, které by umožnily použití většího podílu recyklovaného pórobetonu v nových výrobcích. Současně by takovéto technologie měly v maximální možné míře eliminovat výše zmíněné nevýhody současného stavu techniky.

Podstata vynálezu

V prvním aspektu se předmětný vynález týká suché směsi zahrnující cementovou složku, vápennou složku, expandační složku a záměsovou vodu. Konkrétně uvedená směs zahrnuje 60 až 90 % hmotn. cementové složky, 4 až 35 % hmotn. vápenné složky a 0,5 až 5,0 % hmotn. expandační složky, vždy vztaženo na celkovou hmotnost směsi.

- 1 CZ 310525 B6

Jako cementová složka může sloužit s výhodou například běžný portlandský cement CEM I 42,5 R, jako vápenná složka se může používat například bílé vápno CL 90-Q a jako expandační složka se používá speciálně upravený hliníkový prášek, jako je výrobek Expandit 10 od společnosti Grimm Metallpulver GmbH, Roth, Německo. Všechny uvedené materiály jsou zde zmíněny jen jako konkrétní příklady, aniž by jakkoli omezovaly rozsah tohoto vynálezu.

Překvapivě bylo zjištěno, že smíchá-li se pórobetonový recyklát se záměsovou vodou, jejíž množství je ve vhodném hmotnostním poměru k pevným látkám, a ke vzniklé kaši se přidá výše uvedená směs, lze po důkladném promíchání všech složek a přibližně 40 minutách získat materiál, který má obdobné parametry jako pórobeton. Uvedený hmotnostní poměr vody k pevným látkám se v daném oboru běžně označuje výrazem vodní součinitel a vyjadřuje hmotnostní poměr vody a všech pevných látek ve výsledné směsi. Podle předmětného vynálezu by hodnota vodního součinitele měla být v rozmezí od 0,50 do 0,55, výhodně od 0,52 do 0,53. Množství směsi podle tohoto vynálezu, které se přidává k pórobetonovému recyklátu se volí tak, aby hmotnostní poměr samotného pórobetonového recyklátu, tedy bez přidané záměsové vody, a směsi podle předmětného vynálezu byl v rozmezí od 1:3 do 3:1.

Výhodou výše popsaného postupu oproti klasické technologii, při které se najemno namletý písek smíchá s cementem, vápnem, hliníkovým práškem a vodou, výsledná směs se ponechá ztuhnout a následně se vytvrzuje vodní párou v autoklávu při 200 °C, je, že celý proces je samoexpandační a dále že při tomto postupu odpadá nutnost použití energeticky náročného kroku vytvrzování v autoklávu, což přináší značné snížení výrobních nákladů. V neposlední řadě zde popsaný postup řeší problematiku dalšího využití pórobetonového recyklátu. Navíc zde popsaná technologie je v podstatě bezodpadová, protože i odpad vzniklý při této technologii lze znovu využít v dalším výrobním cyklu.

Další výhodou postupu podle předmětného vynálezu je, že se pracuje s tekutou směsí, která se nalévá do forem, ze kterých se po ztuhnutí směsi vyjme stavební prvek požadovaného tvaru. Oproti stávající praxi, kdy se nejprve vyrobí blok pórobetonu, ze kterého se po ztuhnutí vyřezává stavební prvek požadovaného tvaru, je tento postup výhodný tím, že odpadá krok vyřezávání tělesa z bloku pórobetonu. Vynechání kroku vyřezávání tělesa z vyrobeného bloku pórobetonu přináší nejen snížená výrobních nákladů, ale zároveň eliminuje pórobetonový odpad (ve formě odřezků a prachových částic), který při vyřezávání nezbytně vzniká.

Ve výhodném provedení uvedená směs může dále zahrnovat 3 až 15 % hmotn. plniva, jako je například mletý vápenec, a do 1 % hmotn. zušlechťujících přísad, jako je například činidlo snižující viskozitu, jako je superplastifikátor na bázi polykarboxylátů přizpůsobený pro použití v cementu, jako je výrobek Peramin 149 S.

Dalším aspektem předmětného vynálezu je tedy použití směsi podle prvního aspektu vynálezu při zpracování pórobetonového recyklátu.

V této souvislosti je třeba uvést, že „pórobetonovým recyklátem“ se v tomto textu rozumí jak pórobetonový odpad vzniklý při vlastní výrobě pórobetonu nebo při práci s pórobetonovými výrobky na stavbách, tak pórobeton získaný vytříděním z demoliční suti. Dále může pórobetonový recyklát vznikat při výrobě tak, že vyprodukovaný výrobek nedosáhl požadovaných parametrů a nebyl uvolněn k expedici. Jinými slovy, výraz pórobetonový recyklát zahrnuje i nevyhovující kusy z výroby, ať už se jedná o výrobky nesplňující požadavky na tvar, případně přesnost, nebo výrobky nesplňující požadavky na pevnost apod.

Při vlastním zpracování pórobetonového recyklátu se tedy postupuje tak, že se pórobetonový recyklát upraví drcením, např. v kladivovém nebo čelisťovém drtiči, na zrnitost menší než 1 mm. V případě potřeby je možné v průběhu drcení zajistit separaci nežádoucích složek stavebního odpadu, jako je papír, dřevo, kov, sklo apod.

- 2 CZ 310525 B6

Následně se rozdrcený pórobetonový recyklát postupně přidává do vody v míchacím zařízení. Jako poslední se přidá směs podle prvního aspektu tohoto vynálezu. Vzniklá směs se míchá tak dlouho, dokud nevznikne homogenní hmota. Míchací zařízení se vypne, odebere se vzorek a na PVC podložce se provede zkouška rozlivu, která slouží ke stanovení přesného množství vody, které je třeba použít a které je závislé na obsahu vlhkosti ve výchozím recyklátu. Zkouška rozlivu se provádí podle ČSN EN 12706 s použitím rozlivového válce o vnitřním průměru 30 mm a výšce 50 mm. Uvedená homogenní hmota by měla mít takový rozliv, aby po nalití do formy tuto samovolně zcela vyplnila. Jinými slovy, aby směs po nalití natekla do všech „zákoutí“ formy, včetně rohů, aniž by k tomu bylo potřeba používat vibrační zařízení apod. Na druhé straně, by směs neměla být příliš naředěná, aby její vytvrzování a vyschnutí netrvalo nepřiměřeně dlouhou dobu. Z tohoto důvodu by hodnota rozlivu připravené homogenní hmoty měla být od 7,5 do 8,5 cm. Pokud je naměřený rozliv v tomto rozmezí, pak není třeba do připravené směsi přidávat žádnou vodu. Pokud je hodnota rozlivu nižší než 7,5 cm, pak je třeba připravenou hmotu naředit přidáním další vody. Pokud je naopak hodnota rozlivu vyšší než 8 cm, pak je třeba připravenou hmotu zahustit přidáním dalšího množství pórobetonového recyklátu. V obou případech se směs znovu důkladně promíchá, aby se získala homogenní hmota, u níže se znovu zkontroluje rozliv a případně se znovu upraví výše uvedeným postupem. Po dosažení požadované hodnoty rozlivu se tekutá směs vlije to předem připravených forem. Doba zpracovatelnosti připravené směsi je 5 až 10 minut a následně samovolně začne proces expanze, která probíhá po dobu 100 až 120 minut. Po zavadnutí směsi je vhodné vhodným nástrojem, jako je pilka nebo drát, odstranit přebytečnou hmotu. K vytvrzení směsi dochází po přibližně 24 hodinách, přičemž po uplynutí této doby je v případě potřeby možné upravit přesné rozměry výrobku řezem.

Konečné pevnosti dosahuje výrobek zhruba po 28 dnech, během kterých dochází k vysychání výrobku a s tím souvisejícímu úbytku hmotnosti.

Jak již bylo uvedeno výše, zbytky vznikající při výrobě se podrobí drcení a přidají se k dalšímu recyklátu a vstupují znovu do celého procesu.

Kromě již zmíněné bezodpadovosti celé technologie je další značnou výhodou způsobu podle vynálezu fakt, že odpadá krok sušení pórobetonového recyklátu, který se provádí při dosud používaných recyklačních postupech a který je časově a energeticky náročný.

Objasnění výkresů

Na připojených výkresech představuje:

obr. 1 snímek ukazující strukturu profilu tvárnice vyrobené způsobem podle tohoto vynálezu a testované v příkladu 3; a obr. 2 tvárnici z obr. 1 s vyznačením míst, z kterých byly vyříznuty vzorky pro testování v příkladu 3.

Příklady uskutečnění vynálezu

Příklad 1 - Výroba pórobetonového prvku z recyklátu s použitím směsi portlondského cementu CEM I 42,5 R, vápna CL 90 a speciálně upraveného hliníkového prášku Expanditu 10

Do míchacího zařízení bylo nalito 52 litrů vody a zařízení bylo uvedeno do chodu. Postupně bylo za neustálého promíchávání vznikající směsi přidáno 60 kg pórobetonového recyklátu, který byl předem upraven na zrnitost do 1 mm. Ke vzniklé suspenzi bylo přidáno 40 kg směsi obsahující 85 % hmotn. cementu, 12 % hmotn. vápna a 3 % hmotn. Expanditu 10, vše vztaženo na celkovou

- 3 CZ 310525 B6 hmotnost suché směsi. Výsledná směs byla míchána, dokud nevznikla homogenní hmota (přibližně 60 až 90 s). Míchací zařízení bylo vypnuto a byl z něj odebrán vzorek směsi za účelem provedení zkoušky rozlivu (podle ČSN EN 12706: rozlivový válec o vnitřním průměru 30 mm a výšce 50 mm, jak je uvedeno výše). Na základě výsledku zkoušky, kdy zjištěný rozliv byl nižší než 7,5 cm, bylo do směsi přidáno dalších 100 ml vody. Směs byla dále krátce promíchána a nalita do předem připravených forem z tvrzeného PVC, či ocele ošetřených separačním olejem. Po uplynutí přibližně 10 minut započal samovolně proces expanze, který byl dokončen po přibližně 110 minutách. Po uplynutí 24 hodin od počátku expanze bylo možné vyrobený pórobetonový prvek vyjmout z formy, přičemž v tomto okamžiku už byl uvedený prvek pochozí. Konečné pevnosti prvku bylo dosaženo po uplynutí 28 dnů, během kterých docházelo k vysychání výrobku, což zároveň vedlo ke snížení jeho hmotnosti.

Příklad 2 - Testy pevnosti I

Pilířovka vyrobená způsobem podle tohoto vynálezu byla podrobena mechanickým zkouškám podle ČSN EN 772-1+A1 Pevnost v tlaku a ČSN EN 772-13 Objemová hmotnost pro testování pórobetonu.

Z tvárnice byly vyřezány 4 sady po 1 vzorku pro testování na objemovou hmotnost a po 2 vzorcích na pevnost v tlaku. Sady vzorků označené písmeny A a B byly vyřezány ze spodní (hutnější) části tvárnice. Sady C a D byly vyřezány z horní části tvárnice (viz obr. 2).

Vzorky na pevnost v tlaku byly testovány v lisu ve směru růstu hmoty (stejně jako se testují AAC překlady) a kolmo na směr růstu hmoty (stejně jako se testují klasické pórobetonové tvárnice).

Výsledky jsou shrnuty v tabulce 1.

Tabulka 1

Sada	Objemová hmotnost (ke/mJ)	Vlhkost zkušebního tělesa (%)	Průměrná pevnost (MPa)	Směr stlačení v lisu
A	592	7,6	2,06	Ve směru růstu hmoty
B	595	7,9	2,15
C	573	7,7	1,91
D	572	7,9	1,92
Průměr	583		2,01
Sada	Objemová hmotnost (kg/m3)	Vlhkost zkušebního tělesa (%)	Průměrná pevnost (MPa)	Směr stlačení v lisu
A	592	7,8	3,49	Kolmo na směr hmoty
B	595	7,9	3,38
C	573	7,5	2,91
D	572	8,0	2,81
Průměr	583		3,15

Příklad 3 - Testy pevnosti II

Hranol o rozměrech 40 x 40 x 60 mm vyrobený způsobem podle tohoto vynálezu byl podroben mechanickým zkouškám podle EN 196. Naměřené hodnoty spolu s parametry testování jsou uvedeny níže v tabulce 2.

-4 CZ 310525 B6

Tabulka 2

Pevnost v tlaku 2 [MPa]	I Tí'E	□O	3,64	rn'	0,17
Tlakové zatížení 2 [kN]	5,93	LÍ*T	5,83
Pevnost v tlaku 1 [MPa]	3,56	s rn	O CQ
Tlakové zatížení 1 [kN]	5,69	6,15	6,07
Pevnost v ohybu [MPa]	1,09	1,20	1,13	ϊ—1	0,05
Ohybové zatížení [kN]	, iVO	0,51	CO O
W] etoisnH	745,3	748,0	749,6	| 747,7
Hmotnost [g]	190,8	191,5	191,9
Délka [mm]	160,0	160,0	160,0
Šířka [mm]	40,0	40,0	40,0
Výška [mm]	O o	40,0	O o
Číslo vzorku	τ—1		co	j Průměr	Směrodatná odchylka

Claims (10)

1. Směs pro recyklaci pórobetonového recyklátu, vyznačujicí se tím, že zahrnuje:

- 60 až 90 % hmotn., vztaženo na celkovou hmotnost suché směsi, cementové složky;

- 4 až 35 % hmotn., vztaženo na celkovou hmotnost suché směsi, vápenné složky; a

- 0,5 až 5,0 % hmotn.vztaženo na celkovou hmotnost suché směsi, expandační složky.

2. Směs pro recyklaci pórobetonového recyklátu podle nároku 1, vyznačující se tím, že dále zahrnuje:

- 3 až 15 % hmotn., vztaženo na celkovou hmotnost suché směsi, plniva; a

- do 1 % hmotn., vztaženo na celkovou hmotnost suché směsi, superplastifikátoru.

3. Směs pro recyklaci pórobetonového recyklátu podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že cementovou složkou je portlandský cement CEM I 42,5 R, vápennou složkou je vápno CL 90, expandační složkou je produkt na bázi hliníkového prášku, plnivem je mletý vápenec frakce 0 až 0,09 mm, a superplastifikátorem je produkt na bázi polykarboxylátů přizpůsobený pro použití v cementu.

4. Způsob výroby pórobetonového prvku vyznačující se tím, že zahrnuje následující kroky:

(a) míchací zařízení se naplní vodou a uvede se do chodu;

(b) postupně se do vody v míchacím zařízení přidává pórobetonový recyklát, přičemž vznikající směs se neustále míchá;

(c) směs podle kteréhokoli z nároků 1 až 3 se přidá ke směsi z kroku (b) a vzniklá směs se promíchává za vzniku homogenní tekoucí hmoty;

(d) směs z kroku (c) se nalije do formy; a (e) směs se ponechá vytvrdnout po dobu alespoň 24 hodin a vzniklý prvek se vyjme z formy.

5. Způsob výroby pórobetonového prvku podle nároku 4, vyznačující se tím, že dále zahrnuje mezi kroky (c) a (d) následující kroky:

(c1) u vzorku z kroku (c) se provede zkouška tekutosti; a případně (c2) tekutost směsi z kroku (c) se upraví přidáním další vody, respektive přidáním dalšího pórobetonového recyklátu.

6. Způsob podle nároku 4 nebo 5, vyznačující se tím, že hmotnostní poměr recyklát : směs podle kteréhokoli z nároků 1 až 3 je v rozmezí od 1 : 3 do 3 : 1.

7. Způsob podle kteréhokoli z nároků 4 až 6, vyznačující se tím, že vodní součinitel je v rozmezí od 0,52 do 0,53.

8. Způsob podle kteréhokoli z nároků 4 až 7, vyznačující se tím, že míchání v kroku (c) se provádí po dobu od 60 do 90 sekund.

9. Použití směsi podle kteréhokoli z nároků 1 až 3 pro výrobu pórobetonového stavebního prvku z pórobetonového recyklátu.

- 6 CZ 310525 B6

10. Pórobetonový prvek, vyznačující se tím, že je vyrobený z pórobetonového recyklátu s využitím směsi podle kteréhokoli z nároků 1 až 3.