CZ36121U1 - Stavební prvek, zejména stavební tvarovka - Google Patents

Description

Stavební prvek, zejména stavební tvarovka

Oblast techniky

Technické řešení se týká stavebních prvků, zejména stavebních tvarovek.

Dosavadní stav techniky

Geopolymery jsou uměle vytvořené anorganické polymery vznikající polykondenzací hlinitokřemičitých materiálů v silně alkalickém prostředí, jsou považovány za zelenou alternativu k běžnému portlandskému cementu díky svým vynikajícím mechanickým vlastnostem, nízkým emisím CO2 při výrobě, vynikající chemické odolnosti a ohnivzdomosti. Díky těmto výhodným vlastnostem se geopolymery používají k výrobě pěnových geopolymerů (GF - geopolymer foam), které lze využít například jako protipožární nátěry. GF se běžně vyrábějí pomocí přidávání vypěňovacích činidel do tekuté geopolymemí směsi, k čemuž se využívá například práškový hliník či peroxid vodíku.

Geopolymery jsou používány jako udržitelné stavební materiály, tepelný izolant, zvuková izolace či jako pasivní protipožární ochrana, především ve vypěněné formě. Vypěnění geopolymem sice výrazně zhorší jeho mechanické vlastnosti, ale zlepšuje izolační vlastnosti.

Tvarovky jsou stavební články, které na rozdíl od běžně používaných cihel mají specifický tvar a specifickou funkci. Příkladem může být ostění okna, říms či jako imitace přírodních povrchů a materiálů (reliéfně zdobené tvarovky), či modulární díly, často též označované jako tvárnice či zdící tvarovky. Též mohou být využívány jako vedení či prostup pro potmbí nebo jako obkladové prvky. Vyrábějí se z pálené hlíny, betonu, plastu a dalších materiálů. Nevýhodou tvarovek z pálené hlíny a betonu je například u rohových tvarovek křehkost rohů, u plastových tvarovek malá odolnost tvarovek proti poškrábání a častá bývá též nízká pevnost v tahu a za ohybu, při které mohou materiály praskat či se trvale deformovat.

Cílem technického řešení je odstranit výše uvedené nevýhody a vytvořit tvarovku pevnou, s odolným povrchem i rohy a z materiálu s nízkými emisemi CO2 při výrobě.

Podstata technického řešení

Výše uvedeného cíle je dosaženo technickým řešením, jehož podstata spočívá v tom, že stavební prvek obsahuje alespoň jednu síť z uhlíkových nebo čedičových vláken, která je vytvarována do požadovaného tvaru a která je obalena geopolymemím cementem, obsahujícím hlinitokřemičité pojivo na bázi metakaolinu a/nebo mleté vysokopecní stmsky a/nebo odletového popílku, a dále obsahující alkalické aktivátory, kterými jsou vodný roztok křemičitanu sodného nebo draselného.

Výhodou je vysoká pevnost geopolymemího cementu a v důsledku vyztužení sítí je zabráněno lámání stavebního prvku, takže může být vyroben tenčí. Pokud navíc přece jen dojde k prasknutí geopolymemího cementu, stmktura stavebního prvku se díky síti ihned nerozpadne.

Síť má ve výhodném provedení velikost ok od 10 x 10 mm do 50 x 50 mm, přičemž měrná hmotnost sítě je 130až500 g/m², což umožňuje vyrábět jak malé a tenké tvarovky, tak tvarovky a jiné stavební prvky rozměrné.

Alkalický aktivátor je použit v množství tvořícím 65 až 112% hmotnosti použitého geopolymemího cementu, ačkoliv je dopomčeno přidávat 90 % hmotnosti použitého geopolymemího cementu, jakožto optimální poměr, přičemž pro snížení ceny a zlepšení

-1 CZ 36121 Ul mechanických vlastností směs dále obsahuje křemičitý písek o zrnitosti 0,1 až 0,63 v množství 0,1 až 100% z hmotnosti použitého geopolymemího cementu a pro zvýšení pevnosti v tahu a ohybu uhlíková nebo čedičová mikrovlákna v množství 1,0 až 10 % z hmotnosti použitého geopolymemího cementu.

Pro zlepšení mechanických vlastností a chemické odolnosti se přidává mikrosilika v množství 0,1 až 30 % z hmotnosti použitého geopolymemího cementu.

Pro další zlepšení užitných vlastností stavebního prvku je též možné do geopolymemí směsi přidat vysokoviskózní hydroxyethylcelulózu v práškové formě a množství 0,1 až 5 % z hmotnosti použitého geopolymemího cementu. Celulóza brání praskání geopolymem a zvyšuje elasticitu směsi, díky čemuž je stavební prvek méně náchylný k praskání, navíc je pak jeho povrch hladší.

Objasnění výkresů

Příkladná provedení předkládaného technického řešení jsou znázorněna na přiložených výkresech, kde značí obr. 1 vnitřní pohled na pravoúhlou tvarovku, obr. 2 vnější pohled na pravoúhlou tvarovku, obr. 3 pohled na pravoúhlou tvarovku shora, obr. 4 pohled na obloukovou tvarovku shora, obr. 5 pohled na obloukovou tvarovku zevnitř a obr. 6 celkový pohled na síť s obloukovou tvarovkou.

Příklady uskutečnění technického řešení

Stavební tvarovka je ve znázorněném provedení podle Obr. 1 vytvarována do pravého úhlu a obsahuje síť 1 z uhlíkových vláken, která je z obou stran obalena geopolymemím cementem 2, obsahujícím hlinitokřemičité pojivo na bázi metakaolinu a/nebo mleté vysokopecní strusky a/nebo odletového popílku, a dále obsahujícím alkalické aktivátory, kterými jsou vodný roztok křemičitanu sodného nebo draselného.

Jako síť byla v prvním příkladu využita síť z uhlíkových vláken typu HTC 10/15 výrobce Alligard s.r.o. s velikostí ok 10 x 15 mm. Během dalších zkoušek byly používány sítě s velkostí ok od 10 x 10 mm do 50 x 50 mm, přičemž měrná hmotnost sítě byla v intervalu 130 až 500 g/m². Jako materiál sítí se osvědčila uhlíková i čedičová vlákna.

Příklad 1

Síť z uhlíkových vláken s velikostí ok 10 x 15 mm byla ohnuta do pravého úhlu, takže z ní byl vytvořen základ rohové tvarovky, načež na ni byl z obou stran nanesen geopolymemí cement obsahující hlinitokřemičité pojivo na bázi metakaolinu, které bylo smíseno s vodným roztokem křemičitanu sodného v množství 90 % hmotnosti hlinitokřemičitého pojivá, načež byl přidán křemičitý písek o zrnitosti 0,1 mm v množství 50 % hmotnosti hlitokřemičitého pojivá a uhlíková mikrovlákna v množství 3 % hmotnosti hlinitokřemičitého pojivá a směs byla důkladně promísena. Následně byla směs tvořící geopolymemí cement nanesena stěrkou na síť tvořící základ rohové tvarovky, čímž byla po vytvrdnutí při teplotě okolí vytvořena stavební rohová tvarovka.

Takto připravená geopolymemí tvarovka má výhodné mechanické vlastnosti, a to jak pevnost v tlaku, danou samotným geopolymerem, jehož pevnost v tlaku je vyšší, než například u materiálů na bázi portlandského cementu, tak v tahu, čehož se dosahuje využitím uhlíkové sítě a příměsí vláken. Geopolymer též zajišťuje nízkou tepelnou vodivost a přirozené antimikrobiální vlastnosti dané jeho zásaditostí.

-2 CZ 36121 UI

Příklad 2

Síť z uhlíkových vláken s velikostí ok 10 x 10 mm byla ohnuta do oblouku, takže z ní byl vytvořen základ obloukové tvarovky, načež na ni byl z obou stran nanesen geopolymemí cement obsahující hlinitokřemičité pojivo na bázi metakaolinu, které bylo smíseno s vodným roztokem křemičitanu sodného v množství 90 % hmotnosti hlinitokřemičitého pojivá, načež byl přidán byl přidán křemičitý písek o zrnitosti 0,1 mm v množství 100 % hmotnosti hlitokřemičitého pojivá, uhlíková mikrovlákna v množství 10 % hmotnosti hlinitokřemičitého pojivá a silika v množství 10 % hmotnosti hlinitokřemičitého pojivá a směs byla důkladně promísena. Následně byla směs tvořící geopolymemí cement nanesena stěrkou na síť tvořící základ rohové tvarovky, čímž byla po vytvrdnutí při teplotě okolí vytvořena stavební oblouková tvarovka.

Příměs siliky dále zlepšuje mechanické vlastnosti, a především zvyšuje chemickou odolnost výsledného geopolymemího materiálu.

Příklad 3

Síť z uhlíkových vláken s velikostí ok 10 x 10 mm byla ohnuta do oblouku, takže z ní byl vytvořen základ obloukové tvarovky, načež na ni byl z obou stran nanesen geopolymemí cement obsahující hlinitokřemičité pojivo na bázi metakaolinu, které bylo smíseno s vodným roztokem křemičitanu sodného v množství 65 % hmotnosti hlinitokřemičitého pojivá, načež byl přidán byl přidán křemičitý písek o zrnitosti 0,1 mm v množství 100 % hmotnosti hlitokřemičitého pojivá, čedičová mikrovlákna v množství 10% hmotnosti hlinitokřemičitého pojivá a silika v množství 10 % hmotnosti hlinitokřemičitého pojivá a směs byla důkladně promísena. Následně byla směs tvořící geopolymemí cement nanesena stěrkou na síť tvořící základ rohové tvarovky, čímž byla po vytvrdnutí při teplotě okolí vytvořena stavební oblouková tvarovka.

Čedičová mikrovlákna představují alternativu k uhlíkovým mikrovláknům.

Příklad 4

Síť z uhlíkových vláken s velikostí ok 50 x 50 mm byla ponechána v původní plošné podobě, použitelné jako základ deskové tvarovky, načež na ni byl z obou stran nanesen geopolymemí cement obsahující hlinitokřemičité pojivo na bázi metakaolinu, které bylo smíseno s vodným roztokem křemičitanu sodného v množství 65 % hmotnosti hlinitokřemičitého pojivá, načež byl přidán byl přidán křemičitý písek o zrnitosti 0,1 mm v množství 100 % hmotnosti hlitokřemičitého pojivá, uhlíková mikrovlákna v množství 10 % hmotnosti hlinitokřemičitého pojivá a vysokoviskózní hydroxyethylcelulóza v množství 5% hmotnosti hlinitokřemičitého pojivá a směs byla důkladně promísena. Následně byla směs tvořící geopolymemí cement nanesena stěrkou na síť tvořící základ deskové tvarovky, čímž byla po vytvrdnutí při teplotě okolí vytvořena stavební desková tvarovka.

Celulóza zvyšuje elasticitu směsi a brání praskání povrchu, který je díky ní též hladší, hodí se tedy především pro tvorbu estetických či tenčích obkladovek.

U příkladů byla testována i další složení geopolymemího cementu, kdy se jednotlivé komponenty pohybovaly v rozmezí:

alkalický aktivátor v množství tvořícím 65 až 112 % z hmotnosti použitého hlinitokřemičitého pojivá;

křemičitý písek o zrnitosti 0,1 až 0,63 v množství 0,1 až 100 % z hmotnosti použitého hlinitokřemičitého pojivá;

-3 CZ 36121 Ul uhlíková nebo čedičová mikrovlákna v množství 0,1 až 10% z hmotnosti použitého hlinitokřemičitého pojivá; a vysokoviskózní hydroxyethylcelulóza v práškové formě v množství 0,1 až 5 % z hmotnosti použitého hlinitokřemičitého pojivá.

Průmyslová využitelnost ίο Stavební prvek, zejména stavební tvarovku podle překládaného technického řešení lze využít ve stavebnictví pro urychlení výstavby a/nebo dosažení zvláštních designových efektů v interiéru i exteriéru.

Claims (5)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Stavební prvek, zejména stavební tvarovka, vyznačující se tím, že obsahuje alespoň jednu síť z uhlíkových nebo čedičových vláken, která je vytvarována do požadovaného tvaru a která je obalena geopolymemím cementem, obsahujícím hlinitokřemičité pojivo na bázi metakaolinu a/nebo mleté vysokopecní strusky a/nebo odletového popílku, a dále obsahujícím alkalické aktivátory, kterými jsou vodný roztok křemičitanu sodného nebo draselného.
2. 2. Stavební prvek podle nároku 1, vyznačující se tím, že síť má velikost ok od 10 x 10 mm do 50 x 50 mm, přičemž měrná hmotnost sítě je 130až500 g/m².
3. 3. Stavební prvek podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že alkalický aktivátor je použit v množství tvořícím 65 až 112 % hmotnosti použitého hlinitokřemičitého pojivá, přičemž směs dále obsahuje křemičitý písek o zrnitosti 0,1 až 0,63 v množství 0,1 až 100 % z hmotnosti použitého hlinitokřemičitého pojivá a uhlíková nebo čedičová mikrovlákna v množství 0,1 až 10 % z hmotnosti použitého hlinitokřemičitého pojivá.
4. 4. Stavební prvek podle nároku 3, vyznačující se tím, že dále obsahuje siliku v množství 0,1 až 30 % z hmotnosti použitého hlinitokřemičitého pojivá.
5. 5. Stavební prvek podle nároku 3, vyznačující se tím, že dále obsahuje vysokoviskózní hydroxyethylcelulózu v práškové formě v množství 0,1 až 5 % z hmotnosti použitého hlinitokřemičitého pojivá.