DK163298B - Formet genstand og kompositmateriale og fremgangsmaade til fremstilling deraf - Google Patents

Description

i

DK 163298 B

GENERELLE PRINCIPPER

Tæt pakkede systemer indeholdende homogent arrangerede ultrafine partikler, for kortheds skyld herefter i beskrivelse og krav kaldet DSP, er detaljeret beskrevet og defineret for første gang i inter-5 national patentansøgning nr. PCT/DK79/00047. Den foreliggende opfindelse angår vigtige videreudviklinger af DSP-systemer, herunder nye typer DSP-systemer og nye materialer inden for tidligere beskrevne typer af DSP-systemer, nye teknikker til etablering af DSP-systemer og nye anvendelser af DSP-systemer.

10 DSP-systemer giver hidtil uopnåelige mekaniske kvaliteter, herunder styrke, tæthed og holdbarhed, hos materialer og genstande baseret på sådanne systemer og gør det muligt at etablere sådanne genstande og materialer ved fordelagtige hidtil ukendte metoder, der udvider mulighederne for etablering af avancerede mikrostrukturer af konstruk-15 tionsmaterialer med mange forskellige anvendelsesmuligheder.

I korthed omfatter de grundlæggende principper for DSP-systemer anbringelse af ultrafine legemer eller partikler med en størrelse på fra ca. 50 Å til ca. 0,5 μιη i homogent arrangement i hulrummene mellem i det væsentlige tæt pakkede bestanddele eller partikler, som 20 har en størrelse på fra ca. 0,5 μα. til ca. 100 μα, og som er mindst én størrelsesorden (1 tierpotens) større end de respektive ultrafine partikler. Nogle vigtige egenskaber ved DSP-systemer er indeholdt i følgende fem punkter: 1. DSP-systemer anvender kendte geometriske og kinematiske principper 25 for indbyrdes arrangement af legemer, især partikler, i ønsket konfiguration - især i meget tæt arrangement - i systemer af fine partikler eller legemer, som er 1 - 2 størrelsesordener finere end de systemer, hvor det hidtil har været muligt at drage nytte af kendt partikelgeometristrategi. Med DSP-systemer overvindes de problemer 30 med låsende overfladekræfter mellem tilstødende legemer, som hidtil har forhindret legemer eller partikler af kolloid størrelse i at blive arrangeret i en ønsket tæt konfiguration.

2

DK 163298 B

2. På trods af de fine legemer eller partikler i DSP-systemer kan DSP-materialer formes i et område med i det væsentlige lav spænding.

Dette er gjort muligt ved avanceret anvendelse af dispergeringsmidler (for eksempel i cementsystemet ved hjælp af sfore mængder (1-4 5 vægtprocent) af et betonsuperplastificeringsmiddel), der er op til én størrelsesorden større, end hvad der anvendes i den kendte teknik.

3. I DSP-materialerne er styrken og holdbarheden væsentligt forøget. Herudover er den mekaniske fiksering af armeringslegemer, for eksempel inkorporerede fine fibre, endnu mere forøget end styrken, idet 10 denne forøgelse er én eller flere størrelsesordener. Dette skyldes, at de dimensioner for ruhed og bølgekonfiguration på armeringslegemerne, som er nødvendige til opnåelse af "mekanisk fastlåsning" af armeringslegemerne i matrixen, er nedsat med 1-2 størrelsesordener.

Dette åbner mulighed for "mekanisk fastlåsning" af fibre, som er én 15 til to størrelsesordener finere end de fibre, der hidtil har kunnet "fastlåses mekanisk".

4. Kvaliteten af DSP-materialerne ifølge den foreliggende opfindelse (primært styrke og stivhed) kan yderligere forøges ved inkorporering af meget stærke yderligere partikler (f.eks. sand og sten af ildfast 20 bauxit til inkorporering i Portland cement-baserede DSP-materialer).

5. Typiske DSP-materialer er materialer, som kan formes fra en masse med plastisk til lawiskos konsistens ved simpel forskydningsdeformation uden udveksling af materiale med omgivelserne, hvilket betyder, at ingen væske skal fjernes eller trykkes ud af massen under 25 dannelsen af den tætte struktur. Dette gør det muligt at fremstille produkter af høj kvalitet og med meget mere kompliceret form og større størrelse end hidtil - og gør det muligt at opnå forankring af komponenter, især alle former for armeringslegemer, der ikke tilfredsstillende (eller slet ikke) kan anvendes i tilsvarende matrixer 30 af høj kvalitet fremstillet på traditionel måde. Dette aspekt af DSP-materialer åbner også mulighed for nye og mere fordelagtige produktionsteknikker for kendte genstande.

I nærværende sammenhæng refererer udtrykkene "legemer" og "partikler" til områder med fysiske grænser, idet udtrykket "fysisk" refererer 3

DK 163298 B

til specifikke egenskaber, for eksempel mekaniske, elektriske, optiske og kemiske egenskaber.

DSP-MATRIXENS STRUKTUR

Formede genstande indeholdende en DSP-matrix kan generelt defineres 5 som formede genstande indeholdende en sammenhængende matrix, hvor matrixen består af A) homogent arrangerede legemer eller partikler af en størrelse på fra ca. 50 Å til ca. 0,5 μια, eller en sammenhængende struktur dannet ud fra sådanne homogent arrangerede legemer 10 eller partikler, og B) tæt pakkede legemer eller partikler med en størrelse på ca.

0,5-100 /um, og som er mindst én størrelsesorden større end de respektive partikler nævnt under A), eller en sammenhængende struktur dannet ud fra sådanne tæt pakkede partikler, 15 idet partiklerne A eller den sammenhængende struktur, som er dannet deraf, er homogent fordelt i mellemrummene mellem partiklerne B, og idet den tætte pakning i det væsentlige er en pakning svarende til den, der kan opnås ved nænsom mekanisk på-20 virkning af et system af geometrisk ens formede store legemer eller partikler, hvor låsende overfladekræfter ikke har nogen væsentlig virkning, og en interpartikelsubstans (I) i mellemrummene mellem legemerne eller partiklerne A og B eller strukturen formet 25 af legemerne eller partiklerne A og B.

Legemerne eller partiklerne A og B er typisk faste legemer eller partikler, men de kan også være gasfase- eller væskefase-legemer ellerpartikler. På samme måde kan interpartikelsubstansen I være fast, 4

DK 163298 B

eller det kan være en gasfase- eller væskefasesubstans, forudsat at når interpartikelsubstansen i en formet DSP-genstand ikke er fast, tilvejebringes den nødvendige "sammenklæbning" til opretholdelse af genstandens form ved partikel-til-partikel binding.

5 Den i det væsenflige sammenhængende struktur hos matrixen i de ovenfor definerede DSP-genstande ifølge opfindelsen kan således skyldes, at de homogent arrangerede eller tæt pakkede legemer eller partikler A er kombineret med hinanden til dannelse af en sammenhængende struktur, eller at de ovennævnte faste partikler B er kombineret med hin-10 anden til dannelse af en i det væsentlige sammenhængende struktur, eller at både de ultrafine partikler A og partiklerne B i de formede genstande hver er kombineret med hinanden til dannelse af sammenhængende strukturer, og/eller at partiklerne A er kombineret med partiklerne B til dannelse af den sammenhængende struktur. Kombinationen 15 mellem partiklerne A eller mellem partiklerne B eller mellem partiklerne A og/eller partiklerne B kan være af en hvilken som helst karakter, der resulterer i en sammenhængende struktur. I systemer, der omfatter cementpartikler som partikler B og silicastøvpartikler (som defineret nedenfor) som partikler A, skyldes dannelsen af den sammen-20 hængende struktur partiel opløsning af de faste partikler i den vandige suspension, hvoraf genstandene er fremstillet, kemisk reaktion i opløsningen og udfældning af reaktionsproduktet, hvorhos silicastøvet er mindre reaktivt i denne henseende end cementen. I denne forbindelse skal det bemærkes, at afhængig af partiklerne A's og B's identitet 25 kan også andre mekanismer, der forårsager sammenhæng, have været ansvarlige for matrixens sammenhængende struktur, såsom f.eks. smeltning, sintring etc. Den ovennævnte kemiske reaktion kan finde sted mellem partiklerne A eller deres opløste bestanddele, eller mellem partiklerne B eller deres opløste bestanddele, eller mellem partik-30 lerne A og B eller mellem bestanddele af partiklerne A og partiklerne B.

En i det væsentlige sammenhængende struktur kan også etableres ved størkning af en anden interpartikelsubstans, for eksempel ved størkning af en smelte eller væske såsom fysisk størkning, herunder størk-35 ning af en metal- eller glassmelte, og kemisk størkning, herunder polymerisation, for eksempel til dannelse af en plastsubstans.

5

DK 163298 B

Formede genstande indeholdende en matrix med en i det væsentlige sammenhængende struktur, der omfatter homogent arrangerede eller tæt pakkede faste partikler A sammen med tæt pakkede partikler af Portland cement, kunne i den kendte teknik kun fremstilles ved komprime-5 ring i et område med høj spændingspåvirkning, typisk ved høj tryks -pulverkomprimering. Derimod omfatter en meget interessant gruppe af formede DSP-genstande formede genstande, der er fremstillet ved formning i et område med lav spændingspåvirkning på mindre end 5 kg/cm^, fortrinsvis mindre end 100 g/cm^, og som har en matrix med en i det 10 væsentlige sammenhængende struktur indeholdende homogent arrangerede eller tæt pakkede partikler A, eller en sammenhængende struktur dannet ud fra sådanne homogent arrangerede eller tæt pakkede partikler A, og tæt pakkede partikler B, hvor mindst 20 vægtprocent af de tæt pakkede partikler B er Portland cementpartikler, eller en sammenhæn-15 gende struktur dannet ud fra sådanne tæt pakkede partikler B. En anden måde, på hvilken man kan karakterisere den gruppe af formede DSP-genstande, der har homogent arrangerede partikler A mellem tæt pakkede partikler B, hvoraf mindst 20 vægtprocent er Portland cementpartikler, er ved at referere til genstandens dimensioner. Sådanne 20 genstande, der har en tilsvarende tæt pakning mellem partiklerne B og mindst én dimension på mindst 1 m og et mindste tværsnit på mindst 0,1 m^, antages ikke før opfindelsen af DSP-systemer at være blevet fremstillet i praksis ved højtrykspulverkomprimeringsteknik. En anden måde, hvorpå man kan udtrykke denne type DSP-genstand, er ved at an- 25 give, at genstanden har en kompleks form, der ikke gør det muligt at fremstille den ved pulverkomprimering.

Et meget interessant aspekt af DSP-materialerne er, at det er muligt at etablere strukturer af de ovennævnte typer med i sig selv svage partikler og i sig selv svage yderligere legemer, som ville have mi-30 stet deres geometriske identitet (ville være blevet knust eller drastisk deformerede) ved behandling ifølge den kendte teknik i et om råde med høj spændingspåvirkning. Dette muliggør etablering af tætte strukturer med materialer, der ikke tidligere har kunnet anvendes hertil.

DK 163298B

6

Principperne for tæt pakning behandles detaljeret i nedenstående afsnit "PRINCIPPER FOR TÆT PAKNING".

I nærværende beskrivelse og krav betegner udtrykkene "ultrafine silicapartikler" og "silicastøv" Si02-rige partikler med en specifik 5 overflade på ca. 50.000 - 2.000.000 cm^/g, især ca. 250.000 cm^/g. Etr sådant produkt fremstilles som biprodukt ved fremstillingen af metallisk silicium i elektriske ovne og indeholder partikler med en partikelstørrelse på fra ca. 50 Å til ca. 0,5 /zm, typisk i området fra ca.

200 Å til ca. 0,5 μπι.

10 LEGEMER ELLER PARTIKLER A OG B I DSP-MATERIALERNE

I international patentansøgning nr. PCT/DK79/00047 betegnes DSP-ma-terialernes partikler A og B generelt som faste partikler med partikelstørrelser, der typisk ligger på mellem 50 Å og 0,5 /zm, henholdsvis på mellem 0,5 /zm og 100 /zm.

15 Ovennævnte internationale patentansøgning beskriver hovedsaglig kompaktformede partikler, typisk relativt hårde materialer såsom Portland cement, kalk, flyveaske og kolloid silica. Imidlertid nævnes som partikler B også svage materialer, der let deformeres under tryk på under 5 kg/cm^.

20 I nærværende beskrivelse skal udtrykket "legemer" betegne legemer af en hvilken som helst form, herunder partikelform, aflang form, plade-form eller fiber-eller kontinuerlig fiber- eller tråd-form, og udtrykket "partikler" angiver generelt kompaktformede partikler, men kan også omfatte kantede partikler og noget udfladede og aflange 25 former, der ligger inden for det normale definitionsområde for udtrykket "partikler". Desuden kan udtrykket "partikler" i forbindelse med den generelle beskrivelse af DSP-systemer ifølge den foreliggende opfindelse anvendes som fælles betegnelse i stedet for "legemer", hvor meningen er indlysende.

30 Den tætte pakning, som den er omtalt i afsnittet "PRINCIPPER FOR TÆT

7

DK 163298 B

PAKNING", har relation til partiklernes geometri og til typen af paknings-eller formningsprocessen.

PRINCIPPER FOR TÆT PAKNING

Tæt pakning af bestanddele og partikler er væsentlig i forbindelse 5 med DSP-systemer. Som eksempel kan nævnes, at den væsentlige egenskab ved Portland cement-baserede DSP-materialer er tæt pakning af cementpartikler, kombineret med inkorporering af ultrafine partikler i mellemrummene mellem cementpartiklerne.

I forbindelse med fremstillingen af volumetrisk stabilt DSP-beton og-10 mørtel er det også ønskeligt at pakke sand og sten så tæt som muligt, idet mellemrummene mellem aggregaterne så tæt som muligt er fyldt med tæt DSP-pasta,

Denne pakning er ikke entydigt defineret, men afhænger af de pågældende legemers eller partiklers form, af størrelsesfordelingen og af 15 komprimeringsmetoden.

Partikelformens indvirkning

Paknings tætheden afhænger af partikelformen, så at jo mere kantede, aflange og ru partiklerne er, desto lavere vil tætheden være.

I forbindelse med Portland cement DSP-pasta vil de store partikler 20 (cement) typisk have en kubisk-kantet form med moderat pakningsevne. (Cementpartiklernes form afhænger af produktionsmetoden (formaling).

Hvad angår pakning, ville kugleformet cement være ideel. En sådan cementform vil kunne fremstilles ved kernedannelse og vækst i væskefase. På den anden side består det Si02-rige ultrafine pulver af kug-25 ler dannet ved kondensation fra gas- eller væskefasen. Kugleformen resulterer i ideelle pakningsegenskaber.

Tæt pakkede aflange legemer såsom fibre vil typisk være arrangeret i en meget mere åben struktur end kompaktformede partikler (jvf. fig.

4), medmindre der tages særlige forholdsregler (jvf. fig. 5).

DK 163298 B

s

Partikelstørrelsesfordelingens indvirkning

Virkningen af partikelstørrelsesfordelingen kan illustreres ved at betragte binære blandinger (store partikler og små partikler) i modsætning til flerkomponentblandinger.

5 Tæt pakning af partikler domineret af partiklernes geometri (uden indflydelse fra overfladekræfter) er blevet behandlet verden over i den litteratur, der behandler partikelteknologi iden for forskellige områder, f.eks. i "Particulate Technology", Clyde Orr Jr., 1966, The MacMillan Company, New York og "Principles of Particulate Mechanics", 10 Brown and Richards, 1970 Pergamon Press. Det er karakteristisk, at pakning af partikelsystemer, hvor overfladekræfter er ubetydelige, er uafhængig af den absolutte partikelstørrelse og kun afhængig af partiklernes form, den relative størrelsesfordeling og den mekaniske måde, hvorpå partiklerne er anbragt. Dette betyder, at ensartet pakning 15 af lige store kugleformede partikler resulterer i den samme volumenfraktion af indhold af fast stof (f.eks. 0,52 for kubisk pakning og 0,74 for hexagonal pakning), uanset kuglernes absolutte størrelse.

Pakningens tæthed er stærkt påvirket af den relative partikelstørrelsesfordeling, dvs. forholdet mellem de forskellige partikelstørrel-20 ser. Således beretter Brown og Richards (loc.cit.) om klassiske forsøg med binære pakninger af kugleformede partikler med forskellige størrelsesforhold, hvor volumenfraktionen af indhold af faste stoffer stiger fra ca. 0,63 for pakning af hver af de individuelle partikelstørrelsesfraktioner til ca. 0,70 for en blanding af store og små 25 partikler med et størrelsesforhold på 3,4:1 og til 0,84 for en blanding af store og små partikler i et størrelsesforhold på 16:1. Pakningens tæthed er også stærkt påvirket af den mekaniske komprimeringsmetode. Simpel trykkomprimering vil normalt ikke føre til særlig tæt pakning af partikelsystemer, hvori partiklerne bevarer deres geo-30 metriske identitet (dvs. ikke knuses eller deformeres væsentligt).

Normalt opnås tættere pakning ved forskydningsdeformation, gentagen forskydningsdeformation eller balanceret vibration, altsammen under påvirkning af et lille normalt tryk for at sikre, at den gentagne deformation til sidst resulterer i en mere tæt struktur. Det er 35 derfor ikke muligt at angive tæt pakning udtrykt i én entydig kvan- 9

DK 163298 B

titet. Den "tætte pakning", der omtales i nærværende beskrivelse, skal forstås som i det væsentlige en sådan tæt pakning, som ville kunne opnås i systemer uden låsende overfladekræfter under indflydelser af den ovennævnte art såsom forskydningsdeformation og balanceret 5 vibration.

U

Den tætteste pakning opnås ved et højt størrelsesforhold mellem store og små partikler, typisk på over 20:1.

Ved små diameterforhold reduceres den maksimale pakningstæthed på grund af væg- og barriereeffekten (jvf. fig. 29 og 30), der får 10 stigende betydning ved stigende forhold mellem fine partikler og grove partikler.

Uden væg- og barriereeffekten vil der teoretisk kunne opnås 100% tæt pakning i et flerkomponentsystem blandet ved kontinuerligt at fylde mellemrummene mellem partiklerne med finere partikler.

15 Hvor forholdet mellem de største og de mindste partikler er begrænset, for eksempel til ca. 10^ - 10^ for beton eller cementbaseret DSP med op til 10 mm aggregat og fin cementf rakt ion på 1 μπι, og når det drejer sig om DSP, også ultrafine silicapartikler med en gennemsnitlig partikelstørrelse på ca. 0,1 /m, opstår der i praksis en markant 20 væg- og barriereeffekt, såfremt antallet af særskilte partikelfraktioner er mere end 3 eller 4, hvilket vil resultere i en langtfra ideel pakning.

Der synes ikke af foreligge nogen teori, der muliggør teoretisk konstruktion af den korngraderingskurve, der vil give den optimale pak-25 ning. Løsningen synes derfor at være en kompromis mellem på den ene side en pakning med få komponenter og med ringe væg- og barriereeffekt og på den anden side flerkomponentpakninger. I hvert enkelt tilfælde kan den optimale pakning måles ved præliminære fysiske komprimeringsforsøg.

30 Der kan imidlertid sædvanligvis anvendes nogle generelle principper: 10

DK 163298 B

1. En tæt pakket partikelfraktion - for eksempel afrundede, kompaktf ormede fine partikler på mellem 10 og 20 μια. - bør være beskyttet mod reduktion af pakningen ved at sikre, at der er et betydeligt spring i partikelstørrelse (både for større og mindre 5 størrelser).

2. For ultrastærke cementbaserede materialer bør den tætte pakning af de styrkegivende cementpartikler være beskyttet ved spring i partikelstørrelse (både for større og mindre størrelser), for eksempel ved anvendelse af på den ene side relativt groft sand 10 og på den anden side ultrafine partikler, som er betydeligt fi nere end de fineste fraktioner af cementen.

3. Hvor der anvendes andre partikler eller fibre af cementfinhed, f.eks. glasfibre med en diameter på 10 - 20 μια, i cementbaseret DSP, er det muligt at kompensere for den relativt store forøgel- 15 se af hulrumsprocenten af cementfraktionen, der finder sted på overfladen af disse partikler eller fibre, ved at tilsætte en tilsvarende højere andel af ultrafine partikler A.

Den tætte pakning af bestanddele eller partikler, hvor overfladekræfter er elimineret, afhænger i væsentlig grad af kinematikken ved 20 legemernes anbringelse. Fibre kan f.eks. arrangeres i hvad der anses for at være tæt pakning i den foreliggende opfindelses sammenhæng, ved 1) en simpel blande- og støbeteknik (jvf. fig. 4), 2) sedimentering (jvf. fig 31) og 3) filamentvinding som illustreret i fig. 5. Densiteten eller fiberkoncentrationen er stærkt stigende fra 1) via 25 2) til 3). Typiske fiberkoncentrationsværdier, der kan opnås ved disse tre metoder, er henholdsvis 5, 20 og 60 volumenprocent.

Det er således klart, at den tætte pakning er den kombinerede virkning af partiklens og legemets form og den måde, hvorpå partiklerne eller legemerne er arrangeret, dvs. kinematikken, under betingelser 30 hvor koncentrationen af partikler eller legemer er under kun ubetydelig påvirkning fra overfladekræfter såsom i DSP-systemer med inkorporeret effektivt dispergeringsmiddel.

DK 163298 B

li

OVERVINDELSE AF OVERFLADEKRÆFTER

En væsentlig del af etableringen af et DSP-system består i overvindelsen af overfladekræfter mellem de små partikler og legemer til sikring af den vigtige tætte pakning.

5 For cementbaseret DSP er spørgsmålet om opnåelse af tæt pakning således i det væsentlige et spørgsmål om overvindelse af låsende overfladekræfter mellem cementpartiklerne og de ultrafine partikler i vandig dispersion.

For partikler af kompakt afrundet form, og som holdes sammen ved 10 hjælp af overfladekræfter, er de kræfter, der kræves til at adskille to partikler i punktkontakt eller til at forårsage indbyrdes glidning, proportionale med (a) partikeldimensionen (d) og overfladespændingen (7) F a yd 15 Overfladespændingen 7 defineres som 1) overfladespændingen mellem væskemenisken og det omgivende fluidum (sædvanligvis luft), når sammenhængen er forårsaget af menisken, eller 2) det arbejde, der skal til for at skabe ét enhedsareal af ny overflade ved fjernelse af planparallelle flader fra kontaktområdet til uendelig afstand.

20 Ud fra den antagelse at adskillelses- og glidningsmodstand dominerer over rulningsmodstand kan et pulvers flydespænding (som er proportional med den kraft, der indvirker på en partikel, divideret med partiklens areal) udtrykkes som følger y1 p α yd^ 25 eller i dimensionsløs form pd _ - konstant 7 hvor konstanten er en funktion af partikelsystemets geometri (relativ 30 partikelstørrelse, form og arrangement).

12

DK 163298 B

Denne kvalitative model har spillet en stor rolle i valget af strategi til fremstilling af tætte, stærke, cementbundne materialer, herunder DSP, hvor man har anvendt afbildning af partikelpakning som en funktion af 5 - pd 7 ·

Størrelsen pd 10 — 7 er et mål for det omfang, i hvilket ydre spændinger (p) er i stand til at overvinde den indre sammenhæng (som udtrykkes ved 7 15 - ).

d

Ultrafine partikler, der er udsat for overfladekræfter, er typisk pakket i en meget åben struktur, såfremt pakningen finder sted under moderat ydre tryk. Dette er et eksempel på komprimering af et parti-20 kelsystem med meget lavt dimensionsløst komprimeringstryk pd > 7 hvilket resulterer i en tilsvarende lav partikelkoncentration.

25 Tættere pakning kan opnås ved 1) kraftigere komprimering, 2) reduktion af overfladekræfter, f.eks. ved hjælp af overfladeaktive midler eller 3) udvælgelse af større partikler.

Ved meget høje værdier af pd 7 30 —

DK 163298B

13 bliver virkningen af overfladekræfter praktisk taget overvundet, jvf. for eksempel en dynge sten. Her er partikelpakningen principielt et spørgsmål om partikelgeometri, partikelfriktion og den måde, hvorpå komprimeringen udføres, bl.a. vibrering.

5 Fremstilling af ekstremt stærk og tæt beton kræver et bindemiddel bestående af meget fine partikler arrangeret i tæt pakning. Under normale omstændigheder tillader kombinationen af små partikler, låsende overfladekræfter og moderat komprimeringstryk imidlertid ikke fremstillingen af en så tæt struktur.

10 Ifølge DSP-princippet elimineres den låsende virkning af overfladekræfter i cementbaserede materialer praktisk taget fuldstændigt ved hjælp af dispergeringsmidler, hvorved der opnås ideelle geometriske arrangementer med pakning af små, kugleformede partikler mellem større partikler til sikring af en meget tæt struktur på trods af, at de 15 små partikler, der er pakket mellem cementpartiklerne, er ca. 1/100 af størrelsen af normale cementpartikler (silicastøv med en gennemsnitlig diameter på 0,1 μία).

Ifølge DSP-princippet anvendes således effektive dispergeringsmidler til at give de på ultrafine partikler baserede materialer betingel-20 ser, hvorunder pakningsdensiteten er blevet et rent geometrisk og kinematisk problem, der er kendt fra teorien om pakning af store partikler .

Ifølge et særligt aspekt af den foreliggende opfindelse er det også muligt at foretage komprimering af DSP-genstande i områder med højere 25 spænding, jvf. nedenstående afsnit "FORMNING I ET OMRÅDE MED HØJ

SPÆNDING". Ved anvendelse af komprimering i områder med høj spænding er det muligt med held at etablere DSP-systemer baseret på den mindste partikelstørrelse i det område, der er angivet for partiklerne A, hvilket er 50 - 200 Å, hvor overfladekræfter (γ) ifølge modellen 30 pd — = konstant Ί 14

DK 163298 B

vil få stigende betydning. Ved tilsvarende at forøge komprimerings-trykket p kan det høje niveau af pd 5 7 som er karakteristisk for de betingelser, hvorunder overfladekræfterne er blevet overvundet, opretholdes.

Ved andre metoder til arrangement af fine bestanddele eller partikler såsom sedimentering kan der anvendes lignende principper; kun de ma-10 tematiske modeller er anderledes. Ved sedimentering af små fibre er det tætte arrangement således afhængigt af, hvorvidt tyngdekraften, der indvirker på fiberen, er i stand til at overvinde de overfladekræfter, der vil at fiksere eller låse den sedimenterende fiber (en sådan låsning eller fiksering er typisk en fiksering i en absolut 15 uønsket position, der ikke er parallel med de andre fibre), så at den sedimenterende fiber vil opnå en ønsket position i det væsentlige parallelt med allerede sedimenterede fibre (jvf. fig. 31).

FUNKTION AF DISPERGERINGSMIDDEL I SYSTEMER MED PORTLAND CEMENT OG ULTRAFINE PARTIKLER

20 Dispergering af fine partikler ved hjælp af overfladeaktive midler er forklaret generelt i litteraturen vedrørende kolloid- og overfladevidenskab .

Formålet med at anvende et overfladeaktivt middel er at etablere sådanne frastødningskræfter mod nabopartikler, at frastødningskræfterne 25 er i stand til at overvinde den gensidige tiltrækning forårsaget af London/van der Waals-kræfter og muligvis andre tiltrækningskræfter.

Herved forsøges det at eliminere låsning mellem partiklerne og således sikre glidning af partiklerne i forhold til hinanden, hvilket er helt afgørende for etableringen af tæt pakning i et område med lav 30 spænding.

15

DK 163298 B

Ifølge en klassisk teori må der normalt tages hensyn til to frastødende mekanismer: elektrisk frastødning forårsaget af udvikling af et elektrisk diffust dobbeltlag i det medium, der omgiver partiklerne (jvf. D.L.V.O.-teorien) og sterisk hindring, hvor partikler forhind-5 res i at samles (f.eks. forhindres i at flokkulere) på grund af tilstedeværelsen af adsorberede lag af en anden forbindelse på deres overflade.

Sådanne adsorberede lag kan være molekyler fra mediet, eller de kan være molekyler af overfladeaktivt middel. Den fysiske gensidige på-10 virkning af de adsorberede molekyler efterhånden som partiklerne nærmer sig hinanden virker som en barriere mod flokkulering. Det antages, at den steriske hindringseffekt er den dominerende faktor i cement dispergeret i vand under indflydelse af typiske betonsuper-plastificeringsmidler, men også elektrisk frastødning indgår i meka-15 nismen som et ekstra bidrag.

Mange års erfaring viser, at en ren elektrisk frastødningseffekt ikke er tilstrækkelig til at forhindre flokkulering af Portland cement i vand (sandsynligvis på grund af en høj koncentration af divalent, I | I I {- trivalent mod-ion (Ca og Al ), som ifølge Hardy-Schultz-reglen 20 komprimerer det diffuse dobbeltlag, og måske også på grund af dannelsen af direkte kemiske bindinger (eller broer)). Det er sandsynligt, at en effektiv dispergering af almindelig Portland cement i vand afhænger stærkt af dispergeringsmidlernes evne til at sikre effektiv sterisk hindring.

25 Det er dybest set meget enklere at opnå en god dispergering af ultra-fin silica, f.eks. med en gennemsnitsstørrelse på 0,1 /un, i vand end at opnå en lignende dispergering af det meget grovere Portland cement (typisk med en gennemsnitlig partikelstørrelse på 10 μια).

En effektiv dispergering af kolloid silica i vand (uden saltindhold) 30 ved pH-kontrol (pH-værdi typisk over 7 eller 8) beskrives i "Surface and Colloid Science", redigeret af Egon Matijeviec, Ralph K. Iler, 1973, John Wiley & Sons. Praktiske erfaringer fra forsøg med det fine silicastøv i udførelseseksemplerne (specifikt overfladeareal ca.

250.000 cmVg) viser generelt samme opførsel.

DK 163298B

16

En blanding af silicastøv og ledningsvand i vægtforholdet 1:1 og en blanding i vægtforholdet 2:1 af silica og 3%'s vandig natriumtripoly-phosphatopløsning resulterer således begge i opslæmninger med moderat viskositet, som let kan blandes i lavforskydningsblandere eller manu-5 elt. Forsøg på a.t kombinere sådanne silica/vandsysterner med Portland cement resulterer imidlertid i en udpræget flokkulering.

Tilsætning af små mængder af letflydende Portland cement/vand-opslæmning (typisk med et vand‘.cement-forhold på 1) til en stor portion af silica/vand-opslæmning af de typer og koncentrationer, der er nævnt 10 ovenfor, (f.eks. typisk 1 del cementopslæmning til 10 dele silica/-vand-opslæmning) resulterer således i en drastisk stivnen, der umuliggør enhver yderligere blanding.

Dette viser, at de i vandet opløste stoffer, der hidrører fra cementen, ødelægger dispergeringen af ultrafine silicapartikler. Den præ-15 cise mekanisme for dannelsen af bindinger mellem silicapartiklerne kendes ikke, men forklaringen ligger sandsynligvis i den reducerede dobbeltlagsfrastødning og dannelsen af forskellige typer af direkte bindinger eller broer.

Ved anvendelse af betonsuperplastificeringsmidler såsom natriumsalt 20 af et højt kondenseret naphthalen-sulfonsyre/formaldehydkondensat, hvoraf typisk over 70% består af molekyler indeholdende 7 eller flere naphthalenkerner, er det let at opnå en yderst god dispergering af det kombinerede system af ultrafin silica, Portland cement og vand, kvilket muliggør den tætte pakning af bindemidlet i et område med lav 25 spænding.

Den gunstige virkning af superplastificeringsmidler i ultrafin sili-ca/cement/vand-DSP-systemer skyldes således ikke superplastifice-ringsmidlernes evne til at dispergere ultrafine partikler i vand (andre overfladeaktive midler er endnu bedre til dette formål), men 30 skyldes, at de er i stand til at give en god dispergering af silica i det specifikke Portland cement/vand-miljø.

17

DK 163298 B

KOMPOSITMATERIALETS STRUKTUR OG EGENSKABER

Den foreliggende opfindelse tilvejebringer flere hidtil ukendte metoder og principper til etablering af DSP-materialer, hvilket omtales i separate afsnit i det følgende. Nærværende afsnit omhandler især 5 etablering af ultrastærke cementbaserede DSP-materialer.

Styrken af almindelig beton afhænger primært af kvaliteten af det cementbindemiddel, som binder sand og sten sammen, og kun i mindre grad af sandets og stenenes kvalitet, så længe det drejer sig om normale gode materialer.

10 Årsagen er, at bindemidlet er det svage punkt i normal beton, og at brud fortrinsvis fremkommer via bindemidlet uden at passere sand- og stenpartiklerne.

I lærebøger om betonkonstruktion udtrykkes dette klart ved, at man som en første tilnærmelse antager, at styrken alene er en funktion af 15 bindemidlets sammensætning (udtrykt som cementkoncentrationen af ce-ment-vand-suspensionen ved den reciprokke værdi: "vand-cementforhol-det") uden at medtage mængden og kvaliteten af sandet og stenene i modellerne.

I beton, hvor sandets og stenenes styrke ikke længere er høj i for-20 hold til bindemidlets styrke, er både bindemidlets styrke og sandets og stenenes styrke af betydning for kompositmaterialets styrke.

Dette er kendt i forbindelse med traditionel letvægtsaggregatbeton, hvor stenmaterialet består af let, porøst, relativt svagt materiale.

I dette tilfælde har stenenes egen styrke lige så stor betydning for 25 mørtelens styrke i det matematiske udtryk for betonstyrken: η 1 -n σ - σ« x σ m hvor σ betegner betonens trykstyrke, aa betegner stenenes trykstyrke, am betegner mørtelens trykstyrke, n betegner stenenes volumenkoncentration og 1-n betegner mørtelens volumenkoncentration. I sådanne ma 18

DK 163298 B

terialer forløber bruddet i stor udstrækning gennem de svage stenpartikler .

Ved udviklingen af de nye, meget stærke cementbaserede DSP-binde-midler, som beskrevet i international patentansøgning nr.

5 PCT/DK79/00047,_er der opnået beton og mørtel med en hidtil ukendt styrke. Således beskriver international patentansøgning nr.

PCT/DK79/00047 vandhærdede, våde cylindriske prøveemner med en diameter på 10 cm og en højde på 20 cm, som udviser en trykstyrke på 146,2 MPa for en beton efter 169 dages lagring ved 20°C og 179 MPa for en 10 mørtel hærdet ved ca. 60°C i 4 dage. Både betonen og mørtelen fremstilles ud fra letflydende masser, der er støbt under let mekanisk vibration. Der anvendes almindeligt kvartssand og, for betonens vedkommende, granitsten. Disse styrker blev sammenlignet med de højeste styrker beskrevet i den relevante tekniske litteratur: 15 120,6 MPa målt på prøvecylindre af samme dimensioner som ovenfor og bestående af beton med et vand/cement-forhold på 0,25, et cementind- *5 hold på 512 kg/m og et indhold af "Mighty®" (et betonsuperplastifi-ceringsmiddel som beskrives nærmere nedenfor) 150 på 2,75% af en 0,42%rs opløsning beregnet på vægtmængden af cement. Prøverne havde 20 været lagret i ét år forud for afprøvningen af trykstyrke. (Kenichi Hattori, "Superplasticizers in Concrete", Vol. I, Proceedings of an international Symposium held in Ottawa, Canada, 29-31 May, 1978, redigeret af V.M. Malhhotra, E.E. Berry og T.A. Wheat, under Canada Centre for Mineral and Energy Technology, Department of Energy, Mines 25 and Resources, Ottawa, Canada and American Concrete Institute,

Detroit, U.S.A.'s auspicier).

En undersøgelse af brudflader i forbindelse med de styrkemålinger, som er beskrevet i international patentansøgning nr. PCT/DK79/00047, har vist, at de anvendte sand- og stenmaterialer ikke var stærke i 30 sammenligning med bindemidlet, sådan som det ville have været tilfældet i normal beton, idet bruddet i stor udstrækning gik gennem sand- og stenpartiklerne.

Dette viste muligheden for at fremstille endnu stærkere beton ved at kombinere brugen af DSP-bindemiddel med brugen af meget stærkere

DK 163298B

19 sand- og stenmateriale. Dette er et princip, som ikke har nogen signifikant virkning i forbindelse med normal beton, hvilket er forklaret ovenfor.

Kombinationen af DSP-bindemiddel med meget stærke sand- og stenmate-5 rialer er ét af hovedaspekterne i den foreliggende opfindelse.

I henhold til dette aspekt fremstilles beton og mørtel med DSP-binde-midlet under anvendelse af f.eks. ildfast bauxit og siliciumcarbid som sand- og stenmateriale, hvilke begge er meget stærkere end almindelig betonsand og -sten, jvf. eksemplerne 1 og 4.

10 Betonen og mørtelen er fremstillet af letflydende masser og har ekstremt høj styrke (trykstyrken for cylindriske betonprøver med en diameter på 10 cm og en højde på 20 cm hærdet ved 60°C i 4 dage er 217 MPa).

Dette er mere end 50% højere end styrken for den meget stærke beton 15 med traditionelt sand og sten bundet sammen med det nye stærke ce-mentbindemiddel (146,2 MPa, jvf. international patentansøgning nr.

PCT/DK79/00047) og mere end 80% højere end den højeste trykstyrke der, ifølge ansøgernes vidende, er opnået med beton fremstillet med traditionel blødmassestøbnings- og hærdningsteknik under anvendelse 20 af traditionelt superplastificeringscementbindemiddel (120,6 MPa, jvf. Hattori, loc.cit.).

Det nye højkvalitetsmateriale ifølge den foreliggende opfindelse udviser også en yderst høj stivhed (dynamisk elasticitetsmodul på 109.000 MPa), hvilket er ca. 60% højere end for højkvalitetsbeton med 25 DSP-bindemiddel og kvartssand og granitsten, jvf. eksempel 1 i international patentansøgning nr. PCT/DK79/00047.

Mørtelen med sand og ildfast bauxit er endnu stærkere og stivere end betonen (trykstyrken for cylindriske prøveemner med en diameter på 10 cm og en højde på 20 cm hærdet ved 80°C i 4 dage var 248 MPa og det 30 dynamiske elasticitetsmodul var 119.000 MPa, jvf. eksempel 4). Trykstyrken er 38% højere end styrken for den stærkeste mørtel fremstillet med DSP-bindemidlet og kvartssand (179 MPa, jvf. eksempel 9 i

DK 163298B

20 international patentansøgning nr. PCT/DK79/00047) og mere end dobbelt så høj som styrken af den ovennævnte af Hattori beskrevne stærke beton (120 MPa). Der er fremstillet endnu stærkere cementbaserede DSP-materialer ifølge den foreliggende opfindelse med de stærke sand-og 5 stenmaterialer, jvf. eksempel 5, hvor styrken var 268,3 MPa.

Således er betonmaterialet ifølge den foreliggende opfindelse af hidtil ukendt kvalitet opnået ved anvendelse af yderst stærkt sand-og stenmateriale sammen med det yderst stærke DSP-bindemiddel, hvorved 10 1) sand- og stenmaterialernes styrke udnyttes bedre sammenlig net med almindelig beton, og 2) DSP-bindemidlets styrke er udnyttet meget bedre end i beton med det sædvanlige sand- og stenmateriale.

Sammen med de fordele med hensyn til let fremstilling, der er knyttet 15 til DSP-bindemidlet, åbner inkorporeringen af de særlig stærke sand-og stenmaterialer mulighed for en lang række nye og forbedrede produkter.

Et andet meget interessant aspekt af de ultrastærke cementbaserede DSP-materialer er forholdet mellem styrken σ og densiteten #, som er 20 nøgleparameteren i konstruktionen af store konstruktioner såsom tårne, broer etc., hvor den maksimale størrelse er proportional med dette forhold. Styrke/massefyldeforholdet for cementbaserede DSP-materialer, især DSP-materialer indeholdende stærkt sand og sten, er langt højere end styrke/massefyldeforholdet for almindelig beton 25 eller højkvalitetsbeton og endog højere end styrke/massefyldeforholdet for konstruktionsstål, jvf. de værdier, der er angivet i nedenstående afsnit "STORE KONSTRUKTIONER".

Det aspekt af den foreliggende opfindelse, der angår ultrastærke cementbaserede DSP-materialer, kan defineres som formede genstande 30 indeholdende en sammenhængende matrix, hvor matrixen omfatter 21

DK 163298 B

A) homogent arrangerede uorganiske faste SiC^-rige partikler af en størrelse på fra ca. 50 Å til ca. 0,5 μια, eller en sammenhængende struktur dannet ud fra sådanne homogent arrangerede partikler, og 5 B) tæt pakkede faste partikler med en størrelse af størrelses ordenen 0,5-100 μια, og som er mindst én størrelsesorden større end de respektive partikler nævnt under A), eller en sammenhængende struktur dannet ud fra sådanne tæt pakkede partikler, idet mindst 20 vægtprocent af partiklerne er Portland-cement-10 partikler, idet partiklerne A eller den sammenhængende struktur, der er dannet deraf, er homogent fordelt i mellemrummet mellem partiklerne B, idet partiklerne A er tilstede i en mængde, der er 5-50 rumfangsprocent af det samlede rumfang af partiklerne 15 A+B, og idet den tætte pakning i det væsentlige er en pakning svarende til den, der kan opnås ved nænsom mekanisk påvirkning af et system af geometrisk tilsvarende formede store partikler, hvor låsende overfladekræfter ikke har nogen væsentlig 20 virkning, et betonsuperplastificeringsmiddel, idet mængden af superplas-tificeringsmiddeltørstof ligger i området 1-4%, beregnet på den samlede vægt af partiklerne A+B, hvilken formet genstand yderligere omfatter, indlejret i matrixen 25 C) kompakt-fomede faste partikler af et materiale med en styrke, der overstiger styrken for almindeligt sand og sten, der bruges til almindelig beton, typisk en styrke svarende til mindst ét af følgende kriterier: 1 et stempelpres på over 30 MPa ved en pakningsgrad på 30 0,70, over 50 MPa ved en pakningsgrad på 0,75 og over 90 22

DK 163298 B

MPa ved en pakningsgrad på 0,80, bestemt ved den i nærværende beskrivelse beskrevne metode (på partikler af et materiale med et størrelsesforhold mellem den største og den mindste partikel, der i det væsentlige ikke overstiger 4), 5 2) en trykstyrke for et kompositmateriale, hvor partiklerne er indesluttet i en specifik matrix, der overstiger 170 MPa (i tilfælde af at en væsentlig mængde af partiklerne er større end 4 mm) og 200 MPa (i tilfælde af at i 10 det væsentlige alle partikler er mindre end 4 mm), bestemt ved den i nærværende beskrivelse beskrevne metode, 3) en Moh-hårdhed (for det mineral, partiklerne består af), der overstiger 7, og 4) en Knoop indentor-hårdhed (for det mineral, partiklerne 15 består af), der overstiger 800, idet disse partikler har en størrelse på 100 /rø-0,1 m, og eventuelt D) yderligere legemer, som har mindst én dimension, der er mindst én størrelsesorden større end partiklerne A, 20 idet den formede genstand er blevet fremstillet under anvendelse af et vægtforhold mellem vand og partiklerne A+B på 0,12-0,30.

I henhold til det ovenstående aspekt af opfindelsen anvendes der sand- og stenmaterialer, som er stærkere end de sand- og stenmaterialer, der anvendes i vanlig beton. Betonsand og -sten består typisk 25 af sædvanlige stenmaterialer såsom granit, gneiss, sandsten, flint og kalksten indeholdende sådanne mineraler som kvarts, feldspat, glimmer, calciumcarbonat, kiselsyre etc.

Et yderelige aspekt af opfindelsen angår et kompositmateriale til fremstilling af en formet genstand, hvilket materiale indeholder, 23

DK 163298 B

A) uorganiske SiC^-rige partikler af en størrelse på ca. 50 Å til ca. 0,5 μπι, B) faste partikler, der er af størrelsesordenen 0,5 - 100 μπι, hvilke partikler er mindst én størrelsesorden større end de 5 tilsvarende partikler nævnt under A), idet mindst 20 vægtpro cent af partiklerne er Portland-cementpartikler, og idet mængden af partiklerne A er 5-50 rumfangsprocent af det samlede rumfang af partiklerne A+B, C) kompakt-formede faste partikler af et materiale med en 10 styrke, der overstiger styrken for almindelig sand og sten, der bruges til almindelig beton, typisk en styrke svarende til mindst ét af følgende kriterier: 1) et stempelpres på over 30 MPa ved en pakningsgrad på 0,70, over 50 MPa ved en pakningsgrad på 0,75 og over 90 15 MPa ved en pakningsgrad på 0,80, bestemt ved den i nærvæ rende beskrivelse beskrevne metode (på partikler af et materiale med et størrelsesforhold mellem den største og den mindste partikel, der i det væsentlige ikke overstiger 4), 2) en trykstyrke for et kompositmateriale, hvor partikler- 20 ne er indesluttet i en specifik matrix, der overstiger 170 MPa (i tilfælde af at en væsentlig mængde af partiklerne er større en 4 mm) og 200 MPa (i tilfælde af at i det væsentlige alle partikler er mindre end 4 mm), bestemt ved den i nærværende beskrivelse beskrevne metode, 25 3) en Moh-hårdhed (for det mineral, partiklerne består af), der overstiger 7, og 4) en Knoop indentor-hårdhed (for det mineral, partiklerne består af), der overstiger 800, idet disse partikler har en størrelse på 100 μπι-0,1 m, 24

DK 163298 B

og et betonsuperplastificeringsmiddel, idet mængden af super-plastificeringsmiddeltørstof ligger i området 1-4%, beregnet på den samlede vægt af partiklerne A+B, hvorhos mængden af partikler B i det væsentlige svarer til tæt pak-5 ning deraf i kompositmaterialet med homogent pakkede partikler A i rummet mellem partiklerne B, og mængden af betonsuperplastificerings-middel er tilstrækkelig til at meddele kompositmaterialet en flydende til plastisk konsistens i et område med lav spænding på mindre end 5 kg/cm^, fortrinsvis mindre end 100 g/cm^, når der er tilsat en vand-10 mængde, som i det væsentlige svarer til den mængde, som er nødvendig til at fylde hulrummene mellem partiklerne A og B, denne mængde svarende til et vægtforhold mellem vand og partiklerne A+B på 0,12-0,30, og eventuelt D) yderligere legemer, som har mindst én dimension, der er 15 mindst én størrelsesorden større end partiklerne A.

Der kan anvendes forskellige arter af sammenligningsforsøg til bestemmelse af, at bestemte sand- og stenmaterialer er stærkere end vanlig betonsand og -sten, f.eks.

1) måling af hårdhed 20 2) bestemmelse af knusningsstyrken hos en enkelt partikel 3) hårdhed hos de mineraler, hvoraf sand- og stenmaterialerne er sammensat 4) bestemmelse af modstandsdygtigheden mod pulverkomprimering 5) slidprøver 25 6) formalingsprøver 7) måling af styrke på et kompositmateriale indeholdende partiklerne.

Det er vanskeligt at angive entydige relationer mellem sådanne styrke- og hårdhedsresultater for sand og sten og dette sands og stens 30 evne til at meddele betonen eller mørtelen styrke.

25

DK 163298 B

Det må generelt antages, at sand og sten med højere hårdhed, slidstyrke, styrke i kompositstruktur etc., giver en højere betonstyrke, forudsat, at 1) der er identisk partikelgeometri (partikelform, partikel- 5 ’ størrelse, mængde og grad af pakning), og 2) betonsystemerne er systemer, hvor bruddet i en vis grad passerer gennem sand- og stenpartiklerne. (Hvis denne sidstnævnte betingelse ikke er opfyldt, skyldes det, som nævnt i beskrivelsens indledning, at sand- og stenmateria- 10 let i alle tilfælde er meget stærkere end matrixen, og at en yderligere forøgelse af sand- og stenmaterialets styrke ikke har nogen indflydelse på bruddet, idet bruddet da i alle tilfælde passerer gennem matrixen og undgår sand- og stenpartiklerne.) 15 I eksempel 1, 3, 4 og 5 er der anvendt sand- og stenmaterialer med væsentlig højere styrke og hårdhed end vanlig beton:

Der er anvendt ildfast bauxit indeholdende 85% AI2O3 (korund) og si-liciumcarbid. Begge materialer har væsentlig højere hårdhed end mineralerne i sædvanligt sand og sten. Således angives både korund og 20 siliciumcarbid at have en hårdhed på 9 i henhold til Moh's hårdhedsskala, og Knoop-indentorhårdheden angives at være 1635 -1680 for aluminiumoxid (korund) og 2130 - 2140 for siliciumcarbid, medens kvarts, som er et af de hårdeste mineraler i sædvanligt betonsand og- sten, har en Moh-hårdhed på 7 og en Knoop-indentorhårdhed på 710 - 790 25 (George S. Brady og Henry R. Clauser, Materials Handbook, 11. udgave,

McGraw - Hill Book Company).

Den høje styrke hos sand- og stenfraktioner af disse materialer sammenlignet med sædvanligt betonsand og -sten er blevet påvist ved pulverkomprimeringsforsøg (eksempel 3) og ved forsøg med mørtel og beton 30 med silica-cementbinder, hvor materialerne blev anvendt som sand og sten (eksempel 1, 4 og 5).

26

DK 163298 B

Mange andre materialer end de to ovennævnte materialer kan naturligvis anvendes som stærke sand- og stenmaterialer. Der kan typisk anvendes materialer med en Moh-hårdhed på over 7, f.eks. topas, law-sonit, diamant, korund, phenacit, spinel, beryl, chrysoberyl, turma-5 lin, andalusit, staurolit, zirkon, borcarbid og wolframcarbid.

Hårdhedskriteriet kan naturligvis også angives ved Knoop-indentor-hårdhed, hvor mineraler med værdier over værdien for kvarts (710-790) må anses for at være stærke materialer sammenlignet med de mineraler, der udgør sædvanligt betonsand og -sten. Til bestemmelsen af styrken 10 af sand og sten kan anvendes den teknik, der er beskrevet i eksempel 1, 4 og 5, og som omfatter indlejring af det pågældende sand- og stenmateriale i en nærmere bestemt cement/silica-matrix, der fremstilles og afprøves på en nærmere bestemt måde:

Beton (størrelsen af de største partikler er over 4 mm): 15 Beton fremstillet ud fra sædvanlige betonsand- og -stenmate- rialer (granitsten og kvartssand) og silica/cement-matrix, som er i det væsentlige identisk med den, der anvendes i eksempel 1, har trykstyrker på ca. 120 - 160 MPa (jfr. international patentansøgning nr. PCT/DK79/00047). Det synes derfor 20 rimeligt at karakterisere sten- og sandmaterialer, som forøger betonens trykstyrke til 170 MPa, som stærke i sammenligning med sædvanligt betonsand og -sten. Med sand- og stenmaterialer af ildfast bauxit er der imidlertid, jfr. eksempel 1 i nærværende ansøgning, opnået styrker på 217,5 MPa, af hvilken grund 25 værdier på over 200 MPa kan anses for at være et realistisk og ønskeligt mål for et foretrukket materiale.

Mørtel (partikelstørrelse ikke over 4 mm):

Analoge erfaringer er opnået med cement/silica/mørtel, hvor materialerne med i det væsentlige identisk cement/silica-ma-30 trix gav trykstyrker på 160 - 179 MPa for kvartssandmørtel (jfr. eksempel 9 i international patentansøgning nr.

PCT/DK79/00047) og henholdsvis 248 og 268 MPa for mørtel med sand af ildfast bauxit (henholdsvis eksempel 4 og eksempel 5 i frf 27

DK 163298 B

nærværende ansøgning). Det synes rimeligt at betegne sand, der forøger mørtelstyrken til over 200 MPa, som stærkt sammenlignet med styrken af normalt sand, og det synes også rimeligt at angive styrker på over 220 MPa som et mål, der er både øn-5 skeligt og opnåeligt med de foretrukne materialer.

Til bedømmelsen af aggregater med en partikelstørrelse på over 4 mm anvendes betonteknikken fra eksempel 1. Til bedømmelsen af sand med en partikelstørrelse på mindre end 4 mm anvendes mørtelteknikken, jfr. eksempel 9 i international patentansøgning nr. PCT/DK79/00047 og 10 eksempel 4 og 5 i nærværende ansøgning (sammensætning som for bauxit-mørtel), idet der i de forskellige blandinger skal inkorporeres samme volumen af sand og sten, ikke samme vægtmængde sand og sten. Fremstillingen, hærdningen og afprøvningen udføres som i de nævnte eksempler.

15 De ovennævnte testmetoder og den bestemte måde, på hvilken visse af forsøgene udføres, danner basis for den i patentkravene givne definition af anvendelige og foretrukne partikler C.

De yderligere legemer D, som har mindst én dimension, der er mindst én størrelsesorden større end partiklerne A, kan i princippet være 20 legemer af et fast stof (således som det beskrives mere detaljeret i det følgende), en gas (såsom i gasbeton), eller en væske. Legemerne kan være kompakt-formede legemer (såsom sand, sten, gasbobler eller væskebobler), plade-formede (såsom glimmerpartikler) eller aflange (såsom fibre eller armeringsstænger eller -tove). På grund af mulig-25 heden for at forme de pågældende artikler på en "nænsom" måde i et område med lav spænding, kan disse legemer, i modsætning til, hvad der sker i alle kendte sammenpresningsmetoder, der eventuelt ville kunne medføre tæt pakning i ultrafine partikelsystemer, i det væsentlige bibeholde deres geometriske identitet under formningen. I denne 30 sammenhæng skal bibeholdelse af geometrisk identitet angive, at de pågældende legemer ikke udsættes for nogen væsentlig knusning eller drastisk deformation. Et typisk eksempel er et fast legeme i form af en hul partikel eller en fiber, som ved pulverkomprimering eller anden behandling i et område med høj spænding ville blive knust eller 35 drastisk deformeret, men som i det område med meget lavere spænding,

DK 163298B

28 i hvilket genstandene ifølge opfindelsen kan formes, er i stand til at undgå en sådan nedbrydning.

Eksempler på yderligere legemer D, der med fordel kan inkorporeres i formede genstande, der omfatter DSP-matrixen, er metalstænger, 5 herunder stålstænger, fibre, herunder metalfibre såsom stålfibre, plastfibre, glasfibre, Kevlar-fibre, asbestfibre, cellulosefibre, mineralske fibre, højtemperaturfibre og "whiskers", herunder uorganiske ikke-metalliske whiskers såsom grafitwhiskers og Al2Ο3-whiskers og metalliske whiskers såsom jernwhiskers, tunge komponenter såsom 10 partikler af baryt eller bly eller bly-holdigt mineral, og hydrogenrige komponenter såsom hule vandfyldte partikler. Når genstandene ifølge opfindelsen indeholder yderligere legemer D, kan det være attraktivt til opnåelse af optimal styrke og stivhed eller til andre formål at opnå tæt pakning af de yderligere legemer. Den let defor-15 merbare (letflydende) DSP-matrix muliggør et væsentlig tættere arrangement af yderligere legemer, end det var muligt i den kendte teknik.

Specielt inkorporeringen af fibre er af stor interesse på grund af DSP-matrixens enestående evne til at forankre fibre. I denne sammen-20 hæng skal det nævnes, at den meget tættere struktur i de formede genstande indeholdende DSP-matrixen vil føre til praktisk taget en isolering af fibre, som ellers ville være udsat for kemiske angreb fra matrixens bestanddele eller fra omgivelserne. De fibre, som anvendes i genstandene ifølge opfindelsen, kan være af en hvilken som helst 25 konfiguration såsom overhakkede enkeltfibre eller kontinuerlige fibre eller garn eller reb, eller forgarn eller stabelfibre, eller fibernet eller- væv. Den bestemte fibertype og -konfiguration vil afhænge af det bestemte anvendelsesområde, idet det generelle princip er, at jo større den formede genstands dimensioner er, jo længere og grovere er 30 de foretrukne fibre.

Forbedringen af fikseringen af fine fibre gør det muligt at fabrikere stærkt forbedrede fiberkompositmaterialer baseret på, at der i materialet blandes en større mængde overhakkede fibre end i tilsvarende materialer baseret på sædvanlige matrixer. Til sikring af, at fiberen 35 arbejder godt i de kendte matrixer, er det nødvendigt, at de overhak- 29

DK 163298 B

kede fibre har et vist (højt) forhold mellem længde og diameter, det såkaldte aspektforhold. I normale matrixer er det imidlertid vanskeligt at iblande og anbringe fibre med store aspektforhold - med andre ord, jo mindre aspektforholdet er, jo lettere er det at inkorporere 5 fibrene og arrangere dem på en egnet måde i den støbte matrix, og jo højere fiberrumfang kan der inkorporeres. Således har f.eks. overhakkede polypropylenfibre med tværdimensioner på ca. 30 μτα sædvanligvis en længde på 12 - 25 mm (aspektforhold over 500), når de anvendes som armering i sædvanlige cementmatrixer. En meget bedre udnyttelse af 10 den samme type fibre opnås i DSP-matrixen ifølge opfindelsen, således som det er beskrevet i eksempel 2 i international patentanscgnig nr. PCT/DK79/00047. I eksempel 2 i international patentansøgning nr. PCT/DK79/00047 er der opnået en særdeles gunstig fiksering og resulterende styrkeegenskaber, selv om fiberlængden kun var 6 mm. Med DSP-15 matrixen synes det muligt at reducere længden af overhakkede fibre og, dermed, aspekt-forholdet, med en faktor på 10 eller mere (i sammenligning med overhakkede fibre med ideelle eller rimelige aspekt-forhold til anvendelse i normale matricer), og derfor at udnytte dette reducerede aspektforhold til inkorporering af en større mængde 20 fibre i kompositmaterialet og/eller sikre et bedre fiberarrangement i den støbte matrix.

Blandt de vigtigste genstande indeholdende DSP-matrixen er sådanne, hvori partiklerne B omfatter mindst 50 vægtprocent Portland cement-partikler, især sådanne, hvor partiklerne B i det væsentlige består 25 af Portland cement-partikler. Disse formede genstande vil typisk indeholde silicastøvpartikler i et volumen, som er ca. 5 - 50 volumenprocent, især 10 - 30 volumenprocent, af det samlede volumen af partiklerne A og B, og vil typisk indeholde sand og sten som yderligere legemer, således at der er tale om mørtel eller beton af ekstremt høj 30 kvalitet med hensyn til mekanisk styrke, frostbestanddighed, etc., og/eller fibre, især metalfibre, herunder stålfibre, mineralfibre, glasfibre, asbestfibre, højtemperaturfibre, kulfibre og organiske fibre, herunder plastfibre, til tilvejebringelse af fiberarmerede produkter med en enestående forankring af fibrene således som det er be-35 skrevet ovenfor. Specielt med hensyn til fibre, som er udsat for kemisk nedbrydning, f.eks. glasfibre, der er udsat for nedbrydning under kraftigt alkaliske betingelser, er det en vigtig fordel ved den

DK 163298B

30 foreliggende opfindelse, at disse fibre både under materialets hærdning og i det færdige hærdede materiale bliver meget bedre beskyttet mod indflydelse fra omgivelserne, hvilket skyldes partiel opløsning af silicastøvet med resulterende partiel neutralisation af de alka-5 liske omgivelser, samt den mikro-tætte "kappe” omkring fibrene, som udgøres af de ultrafine partikler og den sammenhængende struktur, der dannes deraf, hvilket bidrager meget væsentligt til statiske betingelser i glasfiberens omgivelser, hvorved man i det væsentlige undgår enhver migration af alkalisk materiale mod fiberen i den færdige hær-10 dede matrix.

Når de formede genstande ifølge opfindelsen er af store dimensioner, er de fortrinsvis armeret med armeringsstål såsom bjælker eller stænger eller ståltråd eller -fibre. Armeringerne i forspændte konstruktioner indeholdende DSP-matrixen er særlig værdifulde. På grund af de 15 nænsomme betingelser, under hvilke genstandene kan formes, kan armeringslegemerne bibeholde deres geometriske identitet under formningsprocessen. En kombination, som udviser den ovenfor beskrevne matrix-struktur og armeringsstål, som har bibeholdt sin geometriske identitet under formningsprocessen, har næppe kunnet opnås i noget kendt 20 system.

Med den kraftigt forøgede styrke hos bindemiddelmatrixen og den stærkt forbedrede fiksering af fibre og stænger i matrixen åbnes mulighed for fremstillingen af nye klasser af genstande og materialer på basis af armeret og fiber-armeret cement: 25 1) Skøre materialer med meget høj trækstyrke opnået ved at in korporere fine fibre af høj kvalitet eller whiskers (fibre eller whiskers med høj trækstyrke og høj elasticitetsmodul, f.eks. glasfibre, kulfibre, asbest, AI2O3-whiskers) i middelstor til stor volumenkoncentration i bindemiddelmatrixen.

30 2) Halvskøre materialer med høj .trækstyrke og relativt stor tøjningsevne, der fremstilles ved at inkorporere relativt fine fibre af høj kvalitet og med høj trækstyrke og relativt lavt elasticitetsmodul i middelstor til høj volumenkoncentration i

DK 163298B

31 bindemiddelmatrixen (f.eks. polypropylenfibre med høj styrke og Kevlar fibre).

3) Forspændte armerede genstande af høj kvalitet, hvor kvaliteten først og fremmest er opnået ved at inkorporere et 5 meget højere rumfang af stålstænger eller -tråd af høj kva litet end hvad der sædvanligvis anvendes (idet det rumfang armering, som kan anvendes, er direkte proportionalt med matrixens trykstyrke) i en matrix af den nye art ifølge opfindelsen. I sædvanligt forspændt beton er rumfanget af for-10 spændingsstål så lavt som 1-2%, beregnet på betonen.

Rumfanget af stål er begrænset af betonens trykstyrke. En forøgelse af trykstyrken med en faktor på 4 kunne f.eks. udnyttes fuldstændigt til at forspænde legemer til sikring af en 4 gange højere bøjestyrke eller til reduktion af legemets højde til 15 det halve. Sådanne legemer ville kræve et ikke urealistisk højt rumfang forspændingsstål (4 - 8%). Det ville også være muligt at anvende det forbedrede matrixmateriale i forspændte genstande med meget mindre tværsnit end i traditionelle forspændte betongenstande, med tilsvarende anvendelse af finere 20 forspændingsarmering (tynde tråde). På trods af den større specifikke overflade er trådene godt beskyttet i det nye tætte matrixmateriale, som effektivt afskærmer trådene fra enhver indflydelse fra omgivelserne.

4) Genstande af armeret, ikke-forspændt beton, hvor matrixma-25 terialets forbedrede kvalitet først og fremmest udnyttes ved inkorporering af stålstænger eller -tråde af meget højere trækstyrke end i sædvanligt jernbeton. Anvendelsen af en forøget mængde af en sædvanlig armering til udnyttelse af matrixens forøgede kvalitet ville i mange tilfælde kræve en urea-30 listisk stor mængde armering. Armeringsstænger af høj kvali tet, som anvendes i sædvanlig beton, har en overflade, der er udformet således, at den sikrer armeringsstængernes forankring i betonen (deformerede stænger; kamstål; tentorstål, etc.).

Sådanne stænger har en styrke på ikke over 900 MPa, og de har 35 derfor ikke samme høje styrke som de bedste koldtrukne glatte

DK 163298B

32 stænger og tråde, der anvendes f.eks. i forspændt beton, som typisk har en styrke på 1800-2200 MPa. På den anden side sikrer glatte tråde og stænger ikke tilstrækkelig fiksering i sædvanlig beton. Den kraftigt forbedrede fiksering, der opnås 5 i DSP-matrixen, muliggør en gunstig udnyttelse af de glatte ståltråde og -stænger med meget høj styrke som ikke-forspændt armering. På grund af de store spændinger, der fremkommer ved fuld udnyttelse af højkvalitetsstålet, og de tilsvarende revner, der vil fremkomme i betonen (således som i sædvanlig ar-10 meret beton) er det tilrådeligt især at udnytte den ovennævnte teknik i tynde legemer i kombination med fin armering til sikring af et revnemønster med mange finere fordelte tynde revner.

De nævnte armeringsmuligheder kan naturligvis kombineres på mange 15 måder, f.eks. ved at fremstille et tyndt overtræk af halvskørt armeret materiale på et stort bærende emne eller ved at anvende ståltråd af høj kvalitet som sekundær armering (overvejende placeret vinkelret på hovedarmeringen) i store forspændte legemer.

Når stærkt sand og sten (legemer C) er indlejret i matrixen i over-20 ensstemmelse med det ovenfor beskrevne aspekt af den foreliggende opfindelse, kan de resulterende materialer af høj kvalitet karakteriseres ved, at de har en trykstyrke på mere end over 150 MPa, fortrinsvis over mere end 180 MPa, målt på et prøvelegeme med en diameter på 10 cm og en højde på 20 25 cm, og den største af de kompakt-formede legemer er større end 4 mm, og mere end 180 MPa, målt på et prøvelegeme, med en diameter på 3 cm og en højde på 6 cm, når det største af de kompakt-formede legemer er højst 4 mm, 30 med det forbehold, at den formede genstand har mindst én dimension, som er mindst én meter og et tværsnit på mindst 0,1 m^, og/eller en complex form, som ikke muliggør dens fremstilling ved pulverkomprimering.

33

DK 163298 B

DEN FLYDENDE STRUKTURS EGENSKABER; VANDRETENTION

Ved at indføre ultrafine partikler i hulrummene mellem tætpakkede partikler, f.eks. silicapartikler med et specifikt overfladeareal på 250.000 cm^/g, i mellemrummene mellem cementpartikler med en diameter 5 på ca. 5 μια, opnås der en struktur, som udviser forbedret modstandsdygtighed mod indre massetransport i form af fluidumtransport (gas eller væske) mellem partiklerne og massediffusion i porevæsken.

Udpresningen af væske fra mættede partikelsystemer afhænger af sammenpresningen af partikelskelettet - som typisk afhænger af, om glid-10 ning mellem partiklerne er mulig - og af strømmen af væske gennem kanalerne mellem partiklerne.

I forbindelse med formning af cement-silica-vand-suspensioner er indre væsketransport i det friske materiale af afgørende betydning. Modstandsdygtigheden mod viskos strømning af fluidum mellem partikler 15 i systemer af partikler med geometrisk ligeartethed varierer omvendt porportionalt med kvadratet på partikeldiameteren.

Dette betyder, at tiden for en given væsketransport under en trykgradient i to geometrisk ligeartede partikel-væske-systemer med et partikelstørrelsesforhold på 1:50 er 2500 gange længere i det finkor-20 nede system end i et system med partikler, der er 50 gange så store.

En lignende effekt opnås ved at fylde porerumfanget mellem store partikler med ultrafine partikler, da det er tværsnitsdimensionerne hos de resulterende kanaler mellem partiklerne, der er af afgørende betydning for modstandsdygtigheden mod strømningen.

25 Partikelstørrelsens indvirkning på vandretentionen er yderligere illustreret i fig. 6, 7 og 8. Disse forhold er velkendte, og det er også kendt at reducere den indre væske transport i cement/vand-sys terner ved at indføre såkaldte "fortykningsmidler" i vandet i form af ultrafine partikler eller polymerer såsom Methocell.

DK 163298B

34 På grund af den dominerende indvirkning af låsende overfladekræfter vil det imidlertid normalt ikke være muligt at kombinere udnyttelsen af 1) meget tæt cementpakning og 2) ultrafine partikler i en let flydende vandig suspension.

5 Med en ekstremt.høj dosering af et superplastificeringsmiddel er dette imidlertid muligt. Der kan således fremstilles letflydende cementpasta, mørtel og beton med tæt pakkede cementpartikler og indeholdende 10 - 30 volumenprocent silicastøv, beregnet på cement + si-licastøv, med vægtforhold vand/cement plus silicastøv på 0,15 - 0,20.

10 Dette fører til mange fordele sammenlignet med de kendte metoder: 1. Fremstilling af superfluidiseret cementprodukt uden blødning

Ved den kendte fremstilling af beton og mørtel med høj kvalitet, hvor der anvendes relativt høje doser superplastificeringsmiddel, fås der en letflydende masse med et lavt vand/cement-forhold (f.eks. 0,25).

15 Massen hældes i forme, hvor den sammentrykkes under påvirkning af tyngdekraften og eventuelt også mekanisk vibrering. Under denne proces vil imidlertid de tungere cement-, sand- og stenpartikler være tilbøjelige til at arrangere sig i en endnu tættere pakning, medens vand migrerer opad, den såkaldte blødning, jfr. fig. 7.

20 I sådanne kendte systemer med meget effektiv cementdispergering, der opnås ved anvendelsen af relativt høje doser superplastificeringsmid- del, iagttages normalt udtalt blødning på trods af det lave vand/ce-ment-forhold - især hvis processen ledsages af vibering. Dette fænomen kan f.eks. være kritisk ved støbningen af betonveje med superpla- 25 stificeret beton, da blødningen fører til en overfladeslam med højt vandindhold og derfor kan føre til en vej overf lade, som har lavere kvalitet end det tilsigtede slidlag. Indre væskeudskillelse er også kritisk ved støbning af armeret beton med superplastificeringsmiddel. Væskeudskillelsen kan føre til blødning på undersiden af armeringen, 30 hvilket reducerer armeringens fiksering og reducerer beskyttelsen mod kemiske angreb.

35

DK 163298 B

Når man i overensstemmelse med den foreliggende opfindelses principper indfører ultrafine partikler, f.eks. 5 - 15% silicastøv med den ovennævnte partikelstørrelse, mellem de tætpakkede cementpartikler og anvender en høj dosering af superplastificeringsmiddel, opnår man en 5 drastisk forsinkelse af blødningsprocessen, teoretisk svarende til 100 - 1000 gange langsommere vandbevægelse (jfr. fig. 8). I praksis betyder dette, at blødning undgås, når henses til, at den kemiske strukturdannelsesproces normalt begynder og udvikler sig meget hurtigere .

10 Ved udnyttelse af det ovennævnte princip ifølge opfindelsen, i henhold til hvilket man kombinerer en høj dosering af superplastificeringsmiddel med silicastøv, bliver det med andre ord muligt i praksis at fremstille superfluidiseret beton, mørtel og cementpasta af høj kvalitet uden blødning. Dette er af særlig interesse i forbindelse 15 med forspændte konstruktioner, hvor de ovennævnte principper kan udnyttes til fremstilling af ikke-blødende letflydende injektionsmørtel (udfyldningsmørtel) af høj kvalitet, som giver ekstremt god beskyttelse af den forspændte armering og sikrer ekstremt god mekanisk fiksering, jfr. den mere detaljerede beskrivelse af dette aspekt i det 20 følgende.

2. Fremstilling af cementprodukter af høj kvalitet i et område med lav spænding og uden væsketransport til omgivelserne

Ved fremstillingen af visse cementprodukter, f.eks. asbestcementpla-der, anvendes der i den kendte teknik enten en slipstøbningsteknik 25 (hvor overskud af væske presses ud fra en vandig opslæmning gennem filtre, jvf. Magnani-processen, hvor udpresningen etableres via et vakuumsystem) eller en høj tryksekstrusion af fugtigt pulver (hvor der er tilsat et traditionelt fortykkelsesmiddel (Methocell) til undgåelse af den ellers næppe undgåelige indre væsketransport ved udmundin-30 gen og den deraf følgende blokering af systemet på grund af indbyrdes partikellåsning).

I henhold til et aspekt af den foreliggende opfindelse bliver det muligt at fremstille sådanne materialer i et område med lav spænding ved simple valsningsprocesser eller ekstrusion uden væskeudveksling

DK 163298B

36 med omgivelserne, når der inkorporeres en høj mængde superplastifice-ringsmiddel i massen sammen med ultrafine partikler.

Selvom det kunne synes muligt at anvende tilsvarende valsnings- eller ekstrusionsprocesser med cementmaterialer, hvori der er inkorporeret 5 høje mængder superplastificeringsmidler, men uden den samtidige anvendelse af ultrafine partikler, der er ejendommelig for dette aspekt af den foreliggende opfindelse, ville sådanne materialer - selvom de kunne gøres letflydende med et lavt vand/pulverforhold (men ikke helt så lavt som med ultrafine, veldispergerede partikler) - på grund af 10 cementpartiklernes store størrelse have en udtalt tendens til lokal vandudpresning i spændings zonerne, såsom ved valserne eller ved ekstruderudmundingen, med deraf følgende blokering af partiklerne. Dette er blevet iagttaget i praksis ved forsøg med en laboratorieekstru-der med superplastificeret finkornet cement og med superplastificeret 15 almindelig cement + en tilsætning af fint fyldmateriale, som var finere end cementen, men væsentlig grovere end det ovennævnte ultrafine silicastøv. I begge tilfælde havde materialet en sandagtig opførsel og kunne ikke ekstruderes på grund af blokering.

Med et ultrafint silicapulver inkorporeret i det superplastificerede 20 cementsystem i overensstemmelse med den foreliggende opfindelses principper forsinkes en sådan udpresning af vand med en faktor af størrelsesordenen 100 - 1000 (beregnet teoretisk). Cement-silicamate-rialet indeholdende en høj mængde superplastificeringsmiddel fremtræder sejt-viskost og sammenhængende under valsningen, medens tilsva-25 rende superplastificerede produkter uden det ultrafine silicapulver typisk fremtræder som friktionsmaterialer med tendens til lokal vandudpresning med resulterende partikelblokering under valsning eller ekstrusion.

37

DK 163298 B

3. Fremstilling af letflydende materialer med høj indre sammenhæng

Letflydende superplastificerede cementmaterialer indeholdende ultra-fine silicapartikler er et aspekt af DSP-princippet og har en meget bedre indre sammenhæng end tilsvarende superplastificerede letfly-5 dende cementmaterialer uden ultrafine silicapartikler. Det menes, at grunden hertil er, at lokal væsketransport, som ville bidrage til adskillelse, er drastisk reduceret i materialerne med de ultrafine silicapartikler.

(Dette fremgår af fig. 10, som illustrerer en demonstration af indre 10 sammenhæng hos en flydende til plastisk mørtel. Påvirkning med strømmende vand (4 liter pr. minut) i typisk 5-30 minutter vil ikke føre til nogen synlig bortvaskning af materiale fra mørtelen.)

Der opnås på denne måde mange fordele. F.eks. er der opnået en væsentlig forbedring af de eksisterende muligheder for at fremstille 15 undervandsbeton simpelthen ved at hælde den friske beton i vandet.

Denne teknik er i og for sig kendt og er særlig udviklet med super-plastificerende additiver (uden ultrafint pulver). Hed ultrafint, godt dispergeret silicapulver i overensstemmelse med den foreliggende opfindelses principper er processen imidlertid meget mere attraktiv 20 og har tilsvarende udvidede potentielle anvendelsesområder.

Modstandsdygtigheden mod indre væsketransport tiltager med tætheden af pakningen af de ultrafine partikler i mellemrummene mellem de grove partikler. Det forventes således, at fluidiserede pulvermaterialer bestående af godt dispergeret Portland cement (s - 4000 cm^/g) og si- Λ 25 licastøv (s - 250.000 cnr/g) vil udvise væsentlig forbedret indre sammenhæng, bedre modstandsdygtighed mod indre væskestrømning og blødning og bedre bearbejdelighed ved valsning og eks trus ion med 20 - 40 volumenprocent silicastøv end med 5-10 volumenprocent si-licastøv. De hidtil opnåede erfaringer indicerer imidlertid, at selv 30 meget små mængder ultrafint silicastøv (typisk 1-5%) inkorporeret mellem tæt pakkede partikler B, især tæt pakkede Portland cement- 38

DK 163298 B

strukturer, kan have en udpræget forbedrende indvirkning sammenlignet med tilsvarende materialer uden silicastøv.

FREMSTILLINGSMETODER.

Genstande, som indeholder DSP-matrixen, kan formes i et område med 5 lav spænding ud fra et kompositmateriale indeholdende A) uorganiske Si02-rige partikler af en størrelse på ca. 50 Å til ca. 0,5 μτη, B) faste partikler, der er af størrelsesordenen 0,5-100 μπι, hvilke partikler er mindst én størrelsesorden større end de 10 tilsvarende partikler nævnt under A), idet mindst 20 vægtpro cent af partiklerne er Portland-cementpartikler, og idet mængden af partiklerne A er 5-50 rumfangsprocent af det samlede rumfang af partiklerne A+B, C) kompakt-formede faste partikler af et materiale med en 15 styrke, der overstiger styrken for almindeligt sand og sten, der bruges til almindelig beton, typisk en styrke svarende til mindst ét af følgende kriterier: 1) et stempelpres på over 30 MPa ved en pakningsgrad på 0,70, over 50 MPa ved en pakningsgrad på 0,75 og over 90 20 MPa ved en pakningsgrad på 0,80, bestemt ved den i nærvæ rende beskrivelse beskrevne metode (på partikler af et materiale med et størrelsesforhold mellem den største og den mindste partikel, der i det væsentlige ikke overstiger 4), 2) en trykstyrke for et kompositmateriale, hvor partikler- 25 ne er indesluttet i en specifik matrix, der overstiger 170 MPa (i tilfælde af at en væsentlig mængde af partiklerne er større end 4 mm) og 200 MPa (i tilfælde af at i det væsentlige alle partikler er mindre end 4 mm), bestemt ved den i nærværende beskrivelse beskrevne metode, 39

DK 163298 B

3) en Moh-hårdhed (for det mineral, partiklerne består af), der overstiger 7, og 4) en Knoop indentor-hårdhed (for det mineral, partiklerne består af), der overstiger 800, 5 idet disse partikler har en størrelse på 100 μιη-0,1 m, vand i et vægtforhold mellem vand og partiklerne A+B på 0,12-0,30, og et betonsuperplastificeringsmiddel, idet mængden af super-plastificeringsmiddeltørstof ligger i området 1-4%, beregnet 10 på den samlede vægt af partiklerne A+B, hvorhos mængden af partikler B i det væsentlige svarer til tæt pakning deraf i kompositmaterialet med homogent pakkede partikler A i rummet mellem partiklerne B, mængden af vand i det væsentlige svarer til den mængde, som er nødvendig til udfyldning af rummet mellem par-15 tiklerne A og B, og mængden af betonsuperplastificeringsmiddel er tilstrækkelig til at meddele kompositmaterialet en flydende til plastisk konsistens i et område med lav spænding på mindre end 5 kg/cm^, fortrinsvis mindre end 100 g/cm^, og eventuelt 20 D) yderligere legemer, som har mindst én dimension, der er mindst én størrelsesorden større end partiklerne A.

Det skal bemærkes, at selv om mængden af superplastificeringsmiddel i krav 25 blandt andet er defineret ved angivelse af de betingelser, der skal opfyldes, for at mængden er tilstrækkelig til at dispergere 25 partiklerne i et område med lav spænding (hvilket anderledes udtrykt indicerer anvendelsen af en ekstremt høj mængde af superplastificeringsmiddel) , betyder dette ikke, at kompositmaterialet nødvendigvis anvendes i et område med lav spænding; det kan også anvendes i et område med højere spænding. Genstande med tætpakkede superfine partik-30 ler fås ud fra et kompositmateriale af den ovenfor angivne type, hvor 40

DK 163298 B

partiklerne A er til stede i et rumfang, som i det væsentlige svarer til tæt pakning til udfyldning af mellemrummet mellem partiklerne B, når disse er tæt pakket.

Superplasticeringsmidlet er til stede i en mængde, som er tilstrække-5 lig til at muliggøre tæt pakning af partiklerne A) i et område med lav spænding på mindre end 5 kg/cm^, fortrinsvis mindre end 100 g/cm^, og den ideelle mængde superplastificeringsmiddel er en sådan, som i det væsentlige svarer til den mængde der fuldstændigt kan optage overfladen hos partiklerne A. Fig. 2 i international pa-10 tentansøgning nr. PCT/DK79/00047 viser ultrafine silicapartikler dækket med et lag af et superplastificeringsmiddel "Mighty®", hvis sammensætning er beskrevet i det følgende. Hvis det antages, at super-plastificeringsmidlet absorberes i et ensartet lag på silicakuglemes overflade, var den beregnede tykkelse i henhold til ansøgernes egne 15 forsøg 25 - 41 Å, svarende til et rumfang på 14 - 23% af kuglernes rumfang. Det skal bemærkes, at et overskud af superplastificerings-midlet i forhold til den mængde, som fuldstændigt vil optage de ultrafine partiklers overflade, ikke vil være fordelagtigt og kun vil bidrage til at optage for meget plads i kompositmaterialet.

20 Til den foreliggende opfindelses formål kan anvendes en hvilken som helst type betonsuperplastificeringsmiddel, som i tilstrækkelig mængde vil dispergere systemet i et område med lav spænding. Den type be-tonsuperplastificeringsmiddel, som er blevet anvendt i de i eksemplerne beskrevne forsøg til opnåelse af yderst værdifulde resultater i 25 systemer baseret på Portland cement, er af den type, som omfatter alkali- eller jordalkalimetalsalte, især et natrium- eller kaliumsalt, af et høj kondenseret naphthalensulfonsyre/formaldehyd-kondensat, af hvilket typisk mere end 70 vægtprocent består af molekyler indeholdende 7 eller flere naphthalenkerner. Et kommercielt produkt af denne 30 type er betegnet "Mighty®" og fremstilles af Kao Soap Company, Ltd.,

Tokyo, Japan. I de Portland cement-baserede silicastøvholdige kom-positmaterialer ifølge opfindelsen anvendes denne type betonsuper-plastificeringsmiddel i den høje mængde på 1 - 4 vægtprocent, især 2 - 4 vægtprocent, beregnet på den samlede vægt af Portland cementen og 35 silicastøvet.

41

DK 163298 B

Andre typer betonsuperplastificeringsmidler, som kan anvendes til den foreliggende opfindelses formål, fremgår af eksempel 2 i nærværende ansøgning.

Portland cement-baserede kompositmaterialer af den type, der er an-5 givet ovenfor, yil ofte indeholde yderligere fine partikler af passende størrelse og størrelsesfordeling sammen med Portland cementpartiklerne, såsom fint sand, flyveaske og fint kridt, til opnåelse af endnu tættere binære strukturer dannet af partiklerne B i overensstemmelse med de ovenfor anførte principper.

10 Både med hensyn til sine enestående formnings- og bearbejdeligheds-egenskaber, der er omtalt ovenfor og illustreret mere detaljeret i eksemplerne, og med hensyn til sin evne til på nænsom måde at fastholde og, i den færdige formede tilstand, effektivt mikro-låse eller mikro-indkapsle alle inkorporerede yderligere legemer udviser kompo-15 sitmaterialet enestående fordelagtige egenskaber, som ikke tidligere er blevet beskrevet eller antydet for noget materiale, og sådanne nye og yderst nyttige kompositmaterialer udgør derfor vigtige aspekter af den foreliggende opfindelse.

Interessante nye kompositmaterialer ifølge opfindelsen er Portland 20 cement-baserede materialer, der som yderligere legemer indeholder legemer valgt blandt gruppen bestående af fibre, herunder metalfibre såsom stålfibre, plastfibre, glasfibre, Kevlar fibre, asbestfibre, cellulosefibre, mineralfibre, højtemperaturfibre og whiskers, herunder uorganiske ikke-metalliske whiskers såsom grafitwhiskers AI2O3-25 whiskers og metalliske whiskers såsom jernwhiskers, tunge komponenter såsom baryt eller bly eller blyholdigt mineral og hydrogenrige komponenter såsom hule vandfyldte partikler.

Vigtige kompositmaterialer ifølge opfindelsen er de materialer, hvori partiklerne A er silicastøvpartikler med et specifikt overfladeareal 30 på ca. 50.000-2.000.000 crn^/g, især ca. 250.000 cm^/g, og partiklerne B omfatter mindst 50 vægtprocent Portland cement. I disse kompositmaterialer er dispergeringsmidlet et betonsuperplastificeringsmiddel i en høj mængde, der resulterer i den ovenfor anførte dispergerings-effekt.

42

DK 163298 B

I overensstemmelse med de ovenfor omtalte principper har kompositma-terialet til fremstilling af genstandene ifølge opfindelsen et meget lavt forhold mellem vand og cement og eventuelle andre partikler B plus silicastøv, idet dette forhold er 0,12-0,30 efter vægt, for-5 trinsvis 0,12-0,-20 efter vægt, og silicastøvet kan være til stede i et volumen på ca. 5-50 volumenprocent, især 10-30 volumenprocent, beregnet på det samlede volumen af partiklerne A+B.

I overensstemmelse med et specielt aspekt af den foreliggende opfindelse emballeres og forsendes kompositmaterialet som et tørt pulver,

10 idet tilsætningen af væsken, typisk vand, udføres på brugsstedet. I

dette tilfælde er superplastificeringsmidlet til stede i tør tilstand i kompositmaterialet. Denne type kompositmateriale ifølge opfindelsen har den fordel, at kompositmaterialet kan afvej es nøjagtigt og blandes af fabrikanten, idet den endelige bruger blot tilsætter den fore-15 skrevne mængde væske og udfører den afsluttende blanding i overensstemmelse med forskriften, f.eks. på den måde, er er beskrevet i eksempel 11 i international patentansøgning nr. PCT/DK79/00047.

Opfindelsen angår også en fremgangsmåde til fremstilling af en formet genstand, hvilken fremgangsmåde går ud på, at man kombinerer 20 A) uorganiske faste Si02-rige partikler med en størrelse på fra ca. 50 Å til ca. 0,5/im og B) faste partikler med en størrelse af størrelsesordenen 0,5-100 μιη, hvilke partikler er mindst én størrelsesorden større end de respektive partikler nævnt under A), idet mindst 20 25 vægtprocent af partiklerne er Portland-cementpartikler, og idet mængden af partiklerne A er 5-50 rumfangsprocent af det samlede rumfang af partiklerne A+B, vand i et vægtforhold mellem vand og partiklerne A+B på 0,12-0,30, 30 og et betonsuperplastificeringsmiddel, idet mængden af super- 43

DK 163298 B

plastificeringsmiddeltørstof ligger i området 1-4%, beregnet på den samlede vægt af partiklerne A+B, hvorhos mængden af partikler B i det væsentlige svarer til tæt pakning deraf i kompositmaterialet med homogent pakkede partikler A i 5 rummet mellem partiklerne B, mængden af vand i det væsentlige svarer til den mængde, som er nødvendig til udfylde rummet mellem partiklerne A og B, og mængden af betonsuperplastificeringsmiddel er tilstrækkelig til at give kompositmaterialet en flydende til plastisk konsistens i et område med lav spænding på mindre end 5 kg/cm^, fortrins-10 vis mindre end 100 g/cm^, og C) kompakt-formede faste partikler af et materiale med en styrke, der overstiger styrken for almindelig sand og sten, der bruges til almindelig beton, typisk en styrke svarende til mindst ét af følgende kriterier: 15 1) et stempelpres på over 30 MPa ved en paknings grad på 0,70, over 50 MPa ved en pakningsgrad på 0,75 og over 90 MPa ved en pakningsgrad på 0,80, bestemt ved den i nærværende beskrivelse beskrevne metode (på partikler af et materiale med et størrelsesforhold mellem den største og den 20 mindste partikel, der i det væsentlige ikke overstiger 4), 2) en trykstyrke for et kompositmateriale, hvor partiklerne er indesluttet i en specifik matrix, der overstiger 170 MPa (i tilfælde af at en væsentlig mængde af partiklerne er større end 4 mm) og 200 MPa (i tilfælde af at i 25 det væsentlige alle partikler er mindre end 4 mm), bestemt ved den i nærværende beskrivelse beskrevne metode, 3) en Moh-hårdhed (for det mineral, partiklerne består af), der overstiger 7, og 4) en Knoop indentor-hårdhed (for det mineral, partiklerne 30 består af), der overstiger 800, idet disse partikler har en størrelse på 100 μπι-0,1 m,

DK 163298B

44 og eventuelt D) yderligere legemer, som har mindst én dimension, der er mindst én størrelsesorden større end partiklerne A, og mekanisk blander partiklerne A, vandet og betonsuperplastifice-5 ringsmidlet, sammen med partikler B og C og eventuelt yderligere partikler D, indtil der er opnået en viskos til plastisk masse, og derefter, om nødvendigt eller om ønsket, kombinerer den resulterende masse med partikler og/eller legemer af ovennævnte type (B, C, D) ved mekaniske midler til opnåelse af den ønskede fordeling af kom-10 ponenterne, og til slut støber den resulterende masse i den ønskede form i et område med lav spænding, eventuelt med inkorporering, under støbningen, af partikler C og/eller yderligere legemer D.

Det skal bemærkes, at det ovennævnte område med lav spænding angiver den mængde superplastificeringsmiddel, der skal anvendes, og ikke 15 nødvendigvis betyder, at fremgangsmåden i virkeligheden udføres i et område med lav spænding. Det forhold, at fremgangsmåden kan udføres i et område med lav spænding, udgør imidlertid en af hovedfordelene ved fremgangsmåden, og foretrukne områder med lav spænding (som fortrinsvis er under 5 kg/cm^ og mere foretrukket under 100 g/cm^), der an-20 vendes til formning af massen er: gravitetskræfter, som virker på massen, f.eks. selvudjævning af en støbt blød masse, eller inertikræfter, der virker på massen, f.eks. ved centrifugalstøbning, eller kontaktkræfter, f.eks. ved trykkomprimering, valsning eller ekstrude-ring, eller den samtidige indvirkning af to eller flere af de oven-25 nævnte typer kræfter, således som ved kombineret vibration og trykkomprimering. Også oscillerende kræfter med en frekvens mellem 0,1 og 10® Hz kan anvendes til formning af massen: disse oscillerende kræfter er af den ovenfor beskrevne type, såsom kræfter hidrørende fra en mekanisk eller hydraulisk vibrator, eller sådanne oscillerende kræf-30 ter kan kombineres med ikke-oscillerende kræfter såsom ved kombineret vibration og trykkomprimering.

DK 163298B

45

Superplastificeringsmidlet tilsættes ofte sammen med vandet, således at der tilsættes en vandig opløsning af superplastificeringsmidlet, men det ligger også inden for opfindelsens rammer at inkorporere vandet, uden at det er i form af en opløsning af superplastificerings-5 midlet, idet superplastificeringsmidlet kombineres med vandet i blan-deprocessen. Det er karakteristisk, at en blanding, der svarer til den ovenfor givne definition, vil have et meget "tørt" udseende under blandingstrinnet, indtil den omdannes til en viskos, plastisk masse.

Denne "tørhed" skyldes det lave væskeindhold.

10 Fabrikationsteknikken til fremstilling af de formede genstande ifølge opfindelsen må naturligvis tilpasses specielt til den specifikke pågældende type kompositmateriale og den specifikke pågældende type formet genstand. Der er imidlertid nogle generelle retningslinjer: 1) Pulverne i matrixen (partikler A og B) skal fortrinsvis være dis- 15 pergeret så godt som muligt før sammenblandingen. Hvis dispersionen i tør tilstand er utilstrækkelig, f.eks. hvis partiklerne A er aggrege-ret, kan der anvendes en eller anden dispergerende indvirkning, f.eks. formaling.

2) Sammenblandingen skal sikre homogen indbyrdes fordeling af de 20 faste partikler A og B. Dette kan opnås ved tør sammenblanding eller ved våd sammenblanding, hvor en forblanding af væske og enten partikler A eller partikler B blandes med den respektive tilbageværende partikeltype. Dette blandetrin kan udføres med eller uden yderligere legemer.

25 3) Inkorporeringen af vandet enten til det tørt sammenblandede pulver (partikler A + B) eller til enten partikler A eller partikler B i tilfælde af forblanding af en våd opslæmning som nævnt under 2) kan udføres enten ved tilsætning af pulveret til vandet (fortrinsvis under stærk mekanisk omrøring) eller ved at tilsætte vand til pulver- 30 massen (fortrinsvis under kraftig mekanisk æltning). Hvilken af disse metoder, der bør vælges, vil overvejende afhænge af erfaringerne. Det formodes imidlertid i øjeblikket, at det ved fremstilling af en relativt letflydende masse ud fra et godt dispergeret pulver er lettest at udføre sammenblandingen ved at tilsætte det godt dispergerede pul- 46

DK 163298 B

ver til det omrørte vand til undgåelse af den væskemeniscus mellem partiklerne, som ville optræde ved den modsatte proces, hvor små mængder vand blev tilsat til pulveret. Når, på den anden side, dårligt dispergeret ultrafint pulver sættes til det omrørte vand, kan 5 det ske, at pulveret ikke bliver tilstrækkeligt dispergeret ved de spændinger, som.indføres under omrøringen, selv ved tilsætning af superplastificeringsmiddel. I dette tilfælde foretrækkes det at inkorporere vandet i pulveret under æltning med høj forskydning, da æltning i kombination med superplastificeringsmidler kan give en væ-10 sentlig dispergeringseffekt. I eksemplerne (som overvejende er baseret på Portland cement + silicastøv) er anvendt metoden med at sætte vand til pulveret under æltning/sammenblanding (med en ret moderat forskydnings spænding på ca. 100 - 1000 g/cm^). Til de mest flydende materialer (mørtel og beton med vand/(cement + silica)-forhold på 15 0,18 - 0,20 vægtprocent) antages det, at den modsatte teknik kunne være blevet anvendt med lige så godt resultat. For de mere stive blandinger (pastaer til ekstrudering indeholdende fibre og med et vand/(cement + silica)-forhold på 0,13 - 0,15 vægtprocent) antages det imidlertid, at den modsatte teknik overhovedet ikke ville virke; 20 i disse tilfælde fandt en værdifuld del af sammenblandingen sted i ekstruderen, hvor der skete en æltning under relativ høj forskydning (i området 1 kg/cm^).

4) Superplastificeringsmidlet indføres ikke nødvendigvis i form af en opløsning i vandet (det kan også tilsættes som et pulver, hvor det 25 iblandes tørt sammen med partiklerne A og B) . I nogle systemer foretrækkes det at befugte overfladen af partiklerne med en del af vandet før tilsætningen af opløsningen indeholdende superplastificeringsmidlet, således som det anbefales i den kendte teknik med superplastifi-cerede Portland cement-suspensioner. Dette blev også gjort i de ce-30 ment-silica- forsøg, som er beskrevet i eksemplerne i international patentansøgning nr. PCT/DK79/00047, undtagen i eksempel 11. Det er bemærkelsesværdigt, at blandingstiden for den meget tætte våde blanding kan være drastisk forlænget i sammenligning med traditionel blanding. Dette var især tilfældet for de relativt stive blandinger 35 (ekstruderet pasta med vand/(cement + silicastøv)-forhold på 0,13 - 0,15, jvf. eksempel 2 i international patentansøgning nr. PCT/DK79/00047) og for de middelstive blandinger (vand/(cement + si-

DK 163298B

47 licastøv)-forhold på 0,15 - 0,16, jvf. eksempel 3 og 9 i international patentansøgning nr. PCT/DK79/00047, hvor en blandingstid på henholdsvis ca. 15 og 5 minutter var nødvendig for at ændre konsistensen fra et næsten tørt udseende til et udseende som henholdsvis en dej og 5 en flydende og viskos masse. Til betonen med et vand/(cement + silicas tøv)-forhold^ på 0,18 var der også en forlænget blandetid, men ikke så udtalt som for de systemer, der havde meget lave vand/pulverfor-hold. Det antages, at den lokale transport af molekylerne af super-plastificeringsmiddel til og mellem overfladerne af de tæt pakkede 10 faste partikler er den tidsrøvende faktor ved processen (denne transport er jo mere vanskelig, desto mindre forholdet vand/pulver er). Materialets konsistens er særdeles følsom over for mængden af vand.

Således kan meget små mængder yderligere vand ændre konsistensen fra stiv dej-lignende til let flydende. I en superplastificeret cement-15 silica-blanding kan denne ændring opnås ved at ændre vand/(cement + silicastøv)- forholdet fra 0,14 til 0,18.

Indføringen af superplastificeringsmidlet som et tørt pulver til den tørre blanding før tilsætningen af vand synes at være en lige så værdifuld måde til at fremstille støbemassen ifølge opfindelsen. Det-20 te er påvist i eksempel 11 i international patentansøgning nr.

PCT/DK79/00047, hvor denne procedure blev anvendt og førte til en mørtel med i det væsentlige samme flydeevne og udseende som en mørtel fremstillet ud fra næsten samme komponenter, men blandet som beskrevet ovenfor med tilsætning af superplastificeringsmidlet som en op-25 løsning til den i forvejen befugtede blanding (jvf. eksempel 9, blanding nr. 1, i international patentansøgning nr. PCT/DK79/00047).

For et hvilket som helst specifikt system er der et niveau, hvorpå systemet er mættet med superplastificeringsmiddel, og over hvilket der ikke er nogen fordelagtig virkning ved at tilsætte yderligere 30 superplastificeringsmiddel. Dette mætningspunkt stiger med faldende vand/(cement + silicastøv)-forhold. Over dette niveau er materialet ikke følsomt over for mængden af superplastificeringsmiddel.

5) Inkorporeringen af yderligere legemer C og eventuelt D kan udføres på et hvilket som helst operationstrin, f.eks. under tørblanding 35 eller efter vådblanding, etc. Den foretrukne teknik, der bør anvendes 48

DK 163298 B

i de specifikke tilfælde, afhænger af karakteren af de yderligere legemer C og D og er et erfaringsspørgsmål. I tilfælde af beton og mørtel er det vigtigt at sikre en relativt tæt pakning af det tilsatte grus til sikring af, at det er et relativt lille rum, der skal fyldes 5 med den tætte bindemiddelmatrix ifølge opfindelsen. Når der inkorporeres fine fibre, kan der anvendes sædvanlige teknikker såsom rysteblanding, skovlblanding og æltningsblanding. Når der· inkorporeres kontinuerlige fibre eller filamenter eller i forvejen anbragte fibre såsom fibernet eller væv, altsammen i overensstemmelse med kendt tek-10 nik, kan der opnås en værdifuld fiberorientering eller et værdifuldt fiberarrangement. Generelt gælder, at der kan anvendes de samme teknikker til inkorporering af yderligere legemer i matrixen ifølge opfindelsen som for kendte matrixer, men da der praktisk taget ikke er låsende overfladekræfter mellem partiklerne i matrixen ifølge opfin-15 delsen, vil det almindeligvis være lettere at opnå en effektiv inkorporering i matrixerne ifølge opfindelsen.

6) Støbningen, herunder komprimeringen, kan opnås i de ovennævnte områder med lav spænding. Den nye type materiale vil være velegnet til transport ved pumpning, da den er praktisk taget fri for blød- 20 ning, og da massen har en viskos karakter. Da støbemassen imidlertid består af et partikelformet materiale, som praktisk taget ikke udviser låsende overfladekræfter mellem de enkelte partikler, kan vi-brering og specielt højfrekvensvibrering kraftigt bidrage til støbningen, da den indbyrdes oscillerende forskydning af naboliggende 25 partikler i væsentlig grad vil lette flydningen.

7) Størkningen af materialet ifølge opfindelsen afviger i to henseender fra størkningen af tilsvarende genstande baseret på mindre tætpakkede matrixer:

For det første vil størkningen ske hurtigere (tidlig styrke), da 30 strukturen er tættere pakket. For det andet kan størkningen blive påvirket af den relativt store mængde superplastificeringsmiddel, som er nødvendig til opnåelse af den specifikke struktur. I Portland ce-ment-silica-Mighty®-systemerne er der opnået høj tidlig styrke, men der er iagttaget en moderat retardation af hærdningen (4-8 timer).

35 I de pågældende Portland cement-s ilica-Migh ty®-sys terner er det vist, 49

DK 163298 B

således som det også kunne forudsiges på grundlag af den forventede dannede calciumsilicathydrat-struktur, at der kunne opnås ekstremt god kvalitet ved hærdning ved både ca. 20°C, 80°C, 200°C (autoklav), hviket betyder, at den nye matrix kan anvendes til traditionel lav-5 temperaturhærdning, varmehærdning og autoklav behandling. Varmehærd-ning (som ved normal beton fører til lidt mindre styrke end hærdning ved lav temperatur) ser ud til at være den mest lovende hærdningsteknik for materialet ifølge opfindelsen.

I overensstemmelse med det ovenfor anførte er det vandvolumen, der 10 inkorporeres ved fremgangsmåden, fortrinsvis af en sådan størrelse, at praktisk taget intet vand undviger fra massen under formningsprocessen, hvilket fører til adskillige fordele i sammenligning med kendte fremgangsmåder, hvor væske, typisk vand, fjernes fra slammet under formningsprocessen, typisk ved en eller anden art filterpres-15 ningsoperation.

Selv om fremgangsmåden ifølge opfindelsen kan siges at udgøre fuldstændig ny teknologi, kan den også betrages som en værdifuld modifikation af eksisterende teknologi. Ved fremstillingen af fibercementprodukter i henhold til Magnani-processen udføres der f.eks.

20 formning (fra en fortyndet cement/fiber/vand-opslæmning) ved valsning under samtidig fjernelse af vand ved sugning. Når ultrafine partikler og de ekstremt høje mængder superplastificeringsmidler i overensstemmelse med den foreliggende opfindelses principper inkorporeres i den masse, der skal behandles, kan disse kendte teknologier modificeres, 25 således at der ved ekstrudering eller valsning ved et formningstryk på op til 100 kg/cm^, opnås et (endog tættere) materiale ud fra en viskos/plastisk masse, der allerede har det endelige lave vandindhold, således at intet vand eller praktisk taget intet vand fjernes fra massen under formningsprocessen, hvorfor det ikke er nødvendigt 30 at anvende nogen sugningsanordning.

Som ovenfor nævnt kan yderligere legemer D (som legemerne C og til en vis grad legemerne B) inkorporeres på forskellige trin under processen, og disse yderligere legemer D er af de forskellige typer, der er beskrevet detaljeret i den foregående tekst, naturligvis med den ene-35 ste begrænsning at visse typer yderligere legemer såsom armerings- 50

DK 163298 B

stænger eller -tråde i forspændt beton kun kan inkorporeres under støbetrinnet og ikke i noget tidligere trin.

Enestående forbedrede muligheder for neddykkede konstruktioner, især undervandskonstruktioner, går ud på, at en cementpasta, mørtel eller 5 beton af den foreliggende opfindelses type i form af en sammenhængen -de masse udhældes i en væske, typisk i vandet i havet, en havn eller en sø, og massen fortrænger en del af væsken og arrangere sig som en sammenhængende masse.

Andre muligheder til at udnytte de ekstraordinære formbarhedsegenska-10 ber hos den viskose til plastiske masse er at forme genstande ved sprøjtning, maling, eller pensling i den hensigt at forme lag på andre genstande eller at forme en genstand lag for lag ved injektion eller enkel manuel påføring af et lag af massen på en overflade og tilpasse massen til overfladens form. Centrifugalstøbningsteknik er 15 en anden tiltrækkende formningsmetode, der er nyttig i forbindelse med fremgangsmåden ifølge opfindelsen. På samme måde som beskrevet i international patentansøgning nr. PCT/DK79/00047 kan genstandene ifølge opfindelsen yderligere underkastes imprægnering til yderligere forøgelse af deres styrke og til forbedring af deres egenskaber. De 20 foretrukne materialer og metoder til denne imprægnering er de samme som i international patentansøgning nr. PCT/DK79/00047.

Når partiklerne A skal være tæt pakkede i materialerne ifølge opfindelsen er de fortrinsvis i en størrelse på fra 200 Å til ca. 0,5 pm.

De partikler A, der er anvendt i eksemplerne, er S1O2-partikler dan-25 net ud fra dampfase (i forbindelse med fremstillingen af siliciummetal i elektriske ovne), men der kan også anvendes andre ultrafine Si02~holdige partikler, især de partikler, som er nævnt i international patentansøgning nr. PCT/DK79/00047. Også i forbindelse med den foreliggende opfindelse foretrækkes imidlertid de partikler, der er 30 dannet ved vækst ud fra en dampfase.

DK 163298B

51

Støbning op mod eller mellem overflader

En ny anvendelse af beton, mørtel og lignende materialer er muliggjort med de ekstremt stærke, ved stuetemperatur støbelige materialer ifølge opfindelsen og i henhold til international patentansøgning nr.

5 PCT/DK79/00047, nemlig støbningen af genstande med en ydre skal og med en indre del, som helt eller delvis fyldes med de stærke materialer ifølge opfindelsen og ifølge international patentansøgning nr. PCT/DK79/00047 (beton, mørtel, pasta etc., armerede eller ikke-arme-rede).

10 Dette gør det muligt at kombinere ønskede specifikke overfladeegenskaber hos genstandene (kemiske, optiske, termiske, mekaniske, etc.) med gode masseegenskaber (især høj mekanisk styrke og stivhed) og en simpel fremstillingsteknik (separat fremstilling af en skal med efterfølgende indføring af flydende beton, mørtel eller pasta). Dette 15 udgør et særligt aspekt af opfindelsen.

Der er en række fordele og potentielle fordele knyttet til den separate fremstilling af hule skaller, som fyldes helt eller delvis med materialet ifølge opfindelsen og ifølge international patentansøgning nr. PCT/DK79/00047: 20 1) Fremstillingen af overfladerne (skallerne) hos genstandene kan ske uafhængigt af fremstillingen af den indre bærende armerede kerne, dvs. under omgivelser (med hensyn til temperatur, tryk, ydre faciliteter, etc.), som ikke er begrænset af de krav, som den indre kerne medfører (ekstrusion af plast, 25 fremstilling af skaller af glas eller keramik, etc.).

2. Der kan fremstilles meget store og tyndvæggede legemer med monolitisk armeret bærende kerne. Det er f.eks. muligt at fremstille lange strækninger af rør med monolitisk stærk armeret kerne i rørvæggene (f.eks. i forbindelse med rørledninger 30 på havbunden, hvor hule vægge af plast eller lignende anbrin ges på ønskede steder, mellemrummet fyldes med sten og armering, hvorefter rørene fyldes med pasta eller mørtel i henhold 52

DK 163298 B

international patentansøgning nr. PCT/DK79/00047 eller i henhold til den foreliggende opfindelse ved injektion).

Andre legemer, som kan fremstilles på denne måde, er skibsskrog, store bygningssektioner, tunnelforinger og lignende.

5 3. Formnings arbejdet er simplere end ved konstruktioner, hvor det bærende armerede beton eller mørtel først fremstilles i en speciel form og derefter påføres overfladematerialer. I henhold til principperne for det aspekt af opfindelsen virker overfladeovertrækket som forskalling.

10 STRUKTURDANNELSE

Hærdningskontraktion af Portland-cementbaserede DSP-matrixer

Ved størkning af det cementbaserede DSP-materiale sker der en volumenkontraktion, ligesom det er tilfældet med sædvanlig cementpasta. Volumenkontraktionen er væsentlig højere for det nye bindemateriale, 15 2% i forhold til 0,5 - 1% for sædvanlig cementpasta. Denne kontrak tion kan føre til uønsket revnedannelse og formændring.

Volumenkontraktionen skyldes, at der forbruges vand under den kemiske strukturdannelse, og at de dannede reaktionsprodukter har et mindre rumfang end de komponenter, hvoraf de er dannet. Dette fører til in-20 dre hulheder og således indre væskemenisker, der fører til trækspændinger i væskefasen, som sammentrykker pulvermassen. Jo finere pulvermaterialet er, jo højere er de meniscus-forårsagede trækspændinger og dermed kontraktionskræf terne. Når der anvendes pulver som er 50 - 100 gange finere end cement, hersker der derfor væsentlig kraf-25 tigere kontraktionskræfter end i sædvanlig cementpasta.

Dette er f.eks. kendt fra udtørring af jord, hvor fint ler viser en tydelig volumenkontraktion, medens groft sand ikke i nogen væsentlig grad ændrer sit volumen. Volomerikontraktionen er også kraftigt afhængig af de dannede hydrati seringsprodukter, f.eks. calciumsilicathy-30 drat, under hærdningen, især deres evne til at danne indre kontrak- 53

DK 163298 B

tionsspænding, når mindre kraftigt bundet vand bevæges for at blive forbrugt andetsteds i hydratiseringsprocessen.

Der kan anvendes eller foreslås forskellige forholdsregler til nedsættelse eller eliminering af volumenkontraktionen af bindemateri-5 alet, reduktion af volumenkontraktionen hos kompos i tmaterialet og/el-ler reduktion eller eliminering af mulige skadelige effekter af vo-lumenkontraktionen hos bindematerialet, især revnedannelsen.

1) Ændring af grænsefladespændingen mellem væske og gas og/el-ler mellem væske og fast stof til nedsættelse af gas-væske- 10 overfladespændingen og/eller til forøgelse af kontaktvinkelen med henblik på at formindske kontraktionskræfterne. Dette kan opnås ved at tilsætte overfladeaktive stoffer eller ved at ændre (hæve) temperaturen.

2) Tilsætning af væske som kompensation for væske, der forbru- 15 ges ved kemisk reaktion. Væske tilsættes udefra til genstan dens overflade eller indefra gennem kanaler fra en ydre kilde eller fra indre kilder, hvor væsken kan være til stede i flydende tilstand (f.eks. i porøse sand-eller stenkorn eller i fibre) eller i fast tilstand (f.eks. som is, der smelter se- 20 nere) eller kemisk bundet (så at væsken f.eks. frigøres ved kemisk eller termisk påvirkning).

3. Ændring (forøgelse) af porevæskens volumen til kompensation for det kemiske væsketab, f.eks. ved opvarmning. (Normalt er de termiske volumenændringer hos væsker væsentlig større end 25 hos faste stoffer).

4. Reduktion af kompositmaterialets volumenkontraktion ved anvendelse af en tæt pakning af stive grove partikler - typisk sand og sten. Volumenkontraktionen i mørtel og beton vil således typisk være reduceret til en 1/10 sammenlignet med den re- 30 ne pasta.

5) Hindring af dannelsen af indre revner forårsaget af kontraktionstendensen ved 54

DK 163298 B

a) forøgelse af den energi, der kræves til åbning af en revne, f.eks. ved at anvende skarpkantede sand-stenmateri-aler og/eller fibre og anden armering (ansøgeren har med godt resultat anvendt fine wollastonitfibre, forskellige 5 glasfibre, stålfibre og plastfibre), b) forøgelse af kompositmaterialets stivhed, f.eks. ved anvendelse af tæt pakning af sand og sten.

(Baggrunden for begge disse foranstaltninger er brudmekanikken, da brudspændingen i henhold til lineær elastisk brudmeka-10 nik er proportional med kvadratroden på revnedannelsesenergien multipliceret med elasticitetsmodulen.) c) Undgåelse af inkorporering af legemer, som på grund af deres størrelse, form eller overfladekonfiguration ville kunne virke som en indre revneinitiatorer og ville kunne 15 virke som "ledere" for allerede dannede revner, således som det ville være tilfældet med f.eks. store legemer med glatte overflader.

6) Undgåelse af at legemet under hærdningen udsættes for skadelige trækpåvirkninger. Dette kan f.eks. opnås ved at fore- 20 tage hærdningen i et område med trykspænding og/eller ved at sikre en ensartet kontraktion af genstanden, f.eks. ved passende formudformning (anvendelsen af bøjelige forme af kaut-sjuk og lignende materialer).

7) Tilvejebringelse af en mere volumenstabil kemisk struktur 25 hos hydratiseringsproduktet, f.eks. ved at inkorporere mere calciumrige ultrafine partikler såsom calciumcarbonatpartik-ler, i overensstemmelse med det, der er beskrevet i nedenstående afsnit "Anvendelsen af ultrafine partikler til forbedring af DSP-materialers kemiske struktur".

30 8) Ved varmehærdning (lavtryksdamphærdning eller autoklave ring) .

55

DK 163298 B

9) Ved anvendelse af komponenter, som forbruger mindre vand under hydratiseringsprocessen, f.eks. ved anvendelse af cementer med mindre C3A-indhold end normalt.

10) Ved anvendelse af ekspanderingsmidler såsom aluminiumpul- 5 ver, som vil kompensere for kontraktionen ved at ekspandere samtidig med kontraktionen. Der kan også anvendes andre typiske cementekspanderende midler.

ANVENDELSER

På grund af sin ekstreme tæthed og mekaniske styrke er det materiale, 10 der muliggøres med den foreliggende opfindelse, anvendeligt til en lang række genstande, og eksempler på disse genstande er ark eller plader af tyndvægget plan eller korrugeret form, f.eks. ark eller plader af samme form som de kendte asbestcementprodukter; en ledning; et rør; en ildfast foring (f.eks. påført som em komplet foring) eller 15 en ildfast foringskomponent (såsom en byggesten for en ildfast foring) ; et beskyttelsesovertræk (f.eks. beskyttelse af andre materialer mod kemiske påvirkninger) såsom et billigt beskyttelsesovertræk påført på stål, f.eks. som stålrør eller -ledninger eller på vanlige betonprodukter for at give betonprodukterne en ædel overflade som er 20 stærk og slidbestandig, og som virker som forsegling over for påvirkning fra omgivelserne, beskyttelsesovertræk på murværk, fortove og veje, der udnytter de samme gunstige egenskaber hos det nye materiale, og beskyttelsesovertræk på tagplader eller på beholdere; et tagbeklædningsmateriale såsom tagplader eller tagsten; et elektrisk 25 isolerende legeme; en afskærmning for radioaktiv stråling til beskyttelse mod radioaktiv indvirkning (til konstruktioner af reaktorer baseret på radioaktivitet, etc.), en havbundskonstruktion til dybtvand-sanvendelse; en maskindel; en skulptur; en beholder; en olieborings-hulvæg, som er støbt in situ; eller en bærende del i en bygningskon-30 struktion, hvor man udnytter materialets ekstreme styrkeegenskaber og dets modstandsdygtighed over for klimatiske påvirkninger, såsom en bjælke, en skal eller en søjle, typisk som armeret beton, især forspændt beton.

56

DK 163298 B

Et yderligere aspekt af opfindelsen angår anvendelse af et komposit-materiale, der indeholder Δ) uorganiske faste SiC^-rige partikler af en størrelse på ca.

50 Å tiL ca. 0,5 /zm, 5 B) faste partikler, der er af størrelsesordenen 0,5 - 100 /zm, hvilke partikler er mindst én størrelsesorden større end de tilsvarende partikler nævnt under A), idet mindst 20 vægtprocent af partiklerne er Portland-cementpartikler, og idet mængden af partiklerne A er 5-50 rumfangsprocent af det samlede 10 rumfang af partiklerne A+B, C) kompakt-formede faste partikler af et materiale med en styrke, der overstiger styrken for almindeligt sand og sten, der bruges til almindelig beton, typisk en styrke svarende til mindst ét af følgende kriterier: 15 1) et stempelpres på over 30 MPa ved en pakningsgrad på 0,70, over 50 MPa ved en pakningsgrad på 0,75 og over 90 MPa ved en pakningsgrad på 0,80, bestemt ved den i nærværende beskrivelse beskrevne metode (på partikler af et materiale med et størrelsesforhold mellem den største og den 20 mindste partikel, der i det væsentlige ikke overstiger 4), 2) en trykstyrke for et kompositmateriale, hvor partiklerne er indesluttet i en specifik matrix, der overstiger 170 MPa (i tilfælde af at en væsentlig mængde af partiklerne er større end 4 mm) og 200 MPa (i tilfælde af at i 25 det væsentlige alle partikler er mindre end 4 mm), bestemt ved den i nærværende beskrivelse beskrevne metode, 3) en Moh-hårdhed (for det mineral, partiklerne består af), der overstiger 7, og 4) en Knoop indentor-hårdhed (for det mineral, partiklerne 30 består af), der overstiger 800,

DK 163298B

57 idet disse partikler har en størrelse på 100 μπι-0,1 meter vand i et vægtforhold mellem vand og partiklerne A+B på 0,12-0,30, og et betonsuperplastificeringsmiddel, idet mængden af super-5 plastificeringsmiddelterstof ligger i området 1-4%, beregnet på den samlede vægt af partiklerne A+B, hvorhos mængden af partikler B i det væsentlige svarer til tæt pakning deraf i kompositmaterialet med homogent pakkede partikler A i rummet mellem partiklerne B, mængden af vand i det væsentlige svarer 10 til den mængde, som er nødvendig til udfyldning af rummet mellem partiklerne A og B, og mængden af betonsuperplastificeringsmiddel er tilstrækkelig til at meddele kompositmaterialet en flydende til plastisk konsistens i et område med lav spænding på mindre end 5 kg/cm^, fortrinsvis mindre end 100 g/cm^, 15 og eventuelt D) yderligere legemer, som har mindst én dimension, der er mindst én størrelsesorden større end partiklerne A, til fremstilling af formede genstande valgt blandt gruppen bestående af in situ-støbte olieborehulvægge; kanaludfyldninger; revneudfyld-20 ninger; ark, plader og tagsten af tyndvægget plan eller korrugeret form; anti-korrosionsbeskyttelsesdæklag påført på stål- og betonlegemer; ledninger; rør; elektrisk isolerende legemer; afskærmning mod radioaktiv stråling; havbundskonstruktioner til dybvandsanvendelse; bremsebelægninger; slibeaggregater; beholdere; maskindele; og skulp-25 turer.

Et yderligere aspekt af opfindelsen angår en fremgangsmåde til fremstilling af en formet genstand valgt blandt gruppen bestående af in situ-støbte olieborehulvægge; kanaludfyldninger; revneudfyldninger; ark, plader og tagsten af tyndvægget plan eller korrugeret 30 form; anti-korrosionsbeskyttelsesdæklag påført på stål- og beton- 58

DK 163298 B

legemer; ledninger; rør; elektrisk isolerende legemer; afskærmning mod radioaktiv stråling; havbundskonstruktioner til dybvandsanvendelse; bremsebelægninger; slibeaggregater; beholdere; maskindele; og skulpturer; hvilken fremgangsmåde er ejendommelig ved, at man 5 kombinerer A) uorganiske faste SiC>2-rige partikler af en størrelse på ca.

50 Å til ca. 0,5 μτα, B) faste partikler, der er af størrelsesordenen 0,5 - 100 μπι, hvilke partikler er mindst én størrelsesorden større end de 10 tilsvarende partikler nævnt under A), idet mindst 20 vægtpro cent af partiklerne er Portland-cementpartikler, og idet mængden af partiklerne A er 5-50 rumfangsprocent af det samlede rumfang af partiklerne A+B, C) kompakt-formede faste partikler af et materiale med en 15 styrke, der overstiger styrken for almindeligt sand og sten, der bruges til almindelig beton, typisk en styrke svarende til mindst ét af følgende kriterier; 1) et stempelpres på over 30 MPa ved en pakningsgrad på 0,70, over 50 MPa ved en pakningsgrad på 0,75 og over 90 20 MPa ved en pakningsgrad på 0,80, bestemt ved den i nærvæ rende beskrivelse beskrevne metode (på partikler af et materiale med et størrelsesforhold mellem den største og den mindste partikel, der i det væsentlige ikke overstiger 4), 2) en trykstyrke for et kompositmateriale, hvor partikler- 25 ne er indesluttet i en specifik matrix, der overstiger 170 MPa (i tilfælde af at en væsentlig mængde af partiklerne er større end 4 mm) og 200 MPa (i tilfælde af at i det væsentlige alle partikler er mindre end 4 mm), bestemt ved den i nærværende beskrivelse beskrevne metode, 30 3) en Moh-hårdhed (for det mineral, partiklerne består af), der overstiger 7, og 59

DK 163298 B

4) en Knoop indentor-hårdhed (for det mineral, partiklerne består af), der overstiger 800, idet disse partikler har en størrelse på 100 /«η-0,1 m, • vand i et vægtforhold mellem vand og partiklerne A+B på 5 0,12-0,30, og et betonsuperplastificeringsmiddel, idet mængden af super-. plastificeringsmiddeltørstof ligger i området 1-4%, beregnet på den samlede vægt af partiklerne A+B, hvorhos mængden af partikler B i det væsentlige svarer til tæt pak-10 ning deraf i kompositmaterialet med homogent pakkede partikler A i rummet mellem partiklerne B, mængden af vand i det væsentlige svarer til den mængde, som er nødvendig til udfyldning af rummet mellem partiklerne A og B, og mængden af betonsuperplastificeringsmiddel er tilstrækkelig til at meddele kompositmaterialet en flydende til pla-15 stisk konsistens i et område med lav spænding på mindre end 5 kg/cm2, fortrinsvis mindre end 100 g/cm2, og eventuelt D) yderligere legemer, som har mindst én dimension, der er mindst én størrelsesorden større end partiklerne A, 20 ved mekanisk at blande partiklerne A, vandet og betonsuperplastifice-ringsmidlet, sammen med partikler B og C og eventuelt yderligere legemer D, indtil der er opnået en viskos til plastisk masse, og derefter, om nødvendigt eller om ønsket, kombinerer den resulterende masse med partikler og/eller legemer af ovennævnte type (B, C, 25 D) ved mekaniske midler til opnåelse af den ønskede fordeling af komponenterne, og til slut støber den resulterende masse i den ønskede form i et område med lav spænding, eventuelt med inkorporering, under støbningen, af yderligere partikler C og/eller yderligere legemer D.

60

DK 163298 B

Havbundskonstruktioner til dybtvandsanvendelse, f.eks. runde beholdere, som skal modstå store hydrostatiske tryk, kræver beton af høj styrke, stor holdbarhed og lav gennemtrængelighed.

"Polymers in concrete", ACI Publication SP-40-1973, P 119-148, anfø-5 rer modelforsøg med små runde skaller med diameter ca. 40 cm, som er fremstillet af polymerimprægneret højkvalitetsbeton, og som er beregnet til dybtvandsanvendelse. Fuldstændig imprægnering er opnået ved hjælp af en kompliceret tørring-vakuumgasfjernelse i vakuum-trykmetode, som i praksis er begrænset til genstande af lille størrelse. Med 10 materialerne og metoderne ifølge den foreliggende opfindelse er det muligt at fremstille sådanne strukturer i stor målestok (med en diameter på flere meter) med et materiale af lignende høj kvalitet ved en simpel fabrikationsteknik.

Der er ovenfor allerede givet nogle eksempler på anvendelse af DSP-15 materialerne. Andre materialer er følgende strukturer, som kan fremstilles op mod eller mellem overflader:

Store elektriske isolatorer fremstilles i dag af glas eller keramiske materialer, især på grund af disse materialers fremragende isolerende egenskaber. Det er særlig vigtigt at hindre strømninger langs med og 20 i overfladelagene. Endvidere bør store isolatorer have høj mekanisk styrke og god evne til at absorbere mekanisk energi. Dette er vanskeligt at opnå med sprøde materialer såsom glas og keramik, som det er vanskeligt at meddele "sejhed" ved armering (fordi de formes ud fra flydende masser ved høje temperaturer og størkner under relativt sto-25 re rumfangsændringer). I overensstemmelse med dette aspekt af den foreliggende opfindelse kan der imidlertid opnås høj materialestyrke og god evne til at absorbere mekanisk energi hos sådanne store elektriske isolatorer ved, at der fremstilles store hule kapper eller skaller af glas eller keramik, som forstærkes med armeret højkvalitets 30 DSP-beton, -mørtel eller -pasta fremstillet ved støbning af en blød masse (injektion etc.); armeringen kan anbringes i forvejen i det indre af kappen eller skallen (store stålstænger, etc,) eller armeringen kan være en del af støbemassen (f.eks. overhakkede fibre).

61

DK 163298 B

Det forudses, at dette vil gøre det muligt at opnå en billigere produktion af store isolatorer i de størrelser, i hvilke de fabrikeres nu til dags, og at fremstille meget større isolatorer end de i dag kendte.

5 Møbler, hylder,, døre, etc., som på grund af de krav, der stilles til dem med hensyn til udseende, berøringsfornemmelse, rengøringsvenlighed, kemisk holdbarhed, etc., kræver særlige overfladeegenskaber kombineret med gode mekaniske materialeegenskaber (styrke og sejhed) kan fremstilles ud fra hule legemer af plast, metal og lignende (f.eks.

10 fremstillet ved ekstrusion), som fyldes med et armeret DSP- bindemateriale ved udhældning, injektion, etc.

Pengeskabe og andre stærke beholdere, som kan fremstilles ved at fylde hulhederne i døre og vægge med DSP-materialet ved støbning af en blød masse (injektion, etc.); den indre armering og hårde korapo-15 nenter (bauxitsten) kan helt eller delvis være anbragt i forvejen.

Beholdere for radioaktivt affald, i hvilket det radioaktive affald støbes ind i de ovennævnte stærke materialer ved, at man injicerer en pasta eller mørtel af DSP-materialerne ind i beholderrummet, hvori hele armeringen eller en del af armeringen, det radioaktive affald i 20 fast form og forskellige stivhedsmeddelende elementer (f.eks. bauxitsten) er blevet anbragt i forvejen.

Meget store skulpturer af ønskede overfladematerialer, som på en billig måde kan meddeles den nødvendige mekaniske styrke ved, at man fylder en tynd skal med armeret mørtel eller beton fremstillet i 25 overensstemmelse med de principper, der er nævnt i de ovenstående eksempler.

Bærende konstruktioner, hvor der stilles særlige krav til overfladematerialer (søjler, vægge, gulve, tagelementer, etc.)

Skibsskrog med et ydre og et indre af materialer med særlige egen-30 skaber (f.eks. glat ydre og varmeisolerende indre), hvor den nødvendige del udfyldes med armeret DSP-beton, -mørtel eller -pasta ved injektion etc.

62

DK 163298 B

Rør med et ydre og et indre, der omfatter materiale med særlige egenskaber (f.eks. syrebestandigt indre og varmeisolerende ydre), hvor mellemrummet mellem rørvæggene er fyldt med armeret DSP-beton, -mørtel eller -pasta ved inj ektion etc..

5 Som ovenfor nævnt er der en række fordele og potentielle fordele forbundet med den særskilte fremstilling af hule skaller, som fyldes helt eller delvis med DSP-materialerne. Det bør i denne sammenhæng fremhæves, at der f.eks. kan fremstilles meget store tyndvæggede legemer med monolitisk armeret bærende kerne. Det er f.eks. muligt at 10 fremstille lange strækninger af rør med monolitisk stærk armeret kerne i rørvæggene (f.eks. i forbindelse med rørledninger på havbunden, hvor rør med hule vægge af plast eller lignende anbringes korrekt, mellemrummet fyldes med sten og armering, hvorefter rørene fyldes med DSP-pasta eller -mørtel ved injektion).

15 Andre genstande, der kan fremstilles på denne måde, er skibsskrog, store bygningselementer, tunnelforinger og lignende.

Muligheden for med en simpel støbningsteknik og ved stuetemperatur at fremstille armeret beton, mørtel og pasta med meget høj styrke og acceptabel sejhed gør det muligt at fremstille genstande, som tradi-20 tionelt fremstilles af metal. Sådanne genstande er især store bærende dele, som traditionelt fremstilles i metalstøbning (dækker, låg, store ventiler, bærende maskindele, etc.) og konstruktionselementer (master, bjælker og lignende).

DSP-materialernes høje hårdhed kombineret med det forhold, at de let 25 kan gøres seje ved fiberarmering, gør det muligt at anvende materialerne som formalings-eller knusningslegemer og slibeaggregater, typisk fremstillet ved sædvanlig støbning af en blød masse, ekstrusion eller komprimering.

Et yderligere aspekt af opfindelsen angår en formet genstand, hvilken 30 genstand er ejendommelig ved, at den omfatter en sammenhængende matrix, 63

DK 163298 B

hvilken matrix omfatter A) homogent arrangerede uorganiske faste SiC^-rige partikler af en størrelse på fra ca. 50 Å til ca. 0,5 Mm, eller en sammenhængende struktur dannet ud fra sådanne homogent arrangere- 5 de partikler, B) tæt pakkede faste partikler med en størrelse af størrelsesordenen 0,5-100 μια, og som er mindst én størrelsesorden større end de respektive partikler nævnt under A), eller en sammenhængende struktur dannet ud fra sådanne tæt pakkede partikler, 10 idet mindst 20 vægtprocent af partiklerne er Portland-cement- partikler, idet partiklerne A eller den sammenhængende struktur, der er dannet deraf, er homogent fordelt i mellemrummet mellem partiklerne B, og idet mængden af partiklerne A er 5-50 rumfangs-15 procent af det samlede rumfang af partiklerne A+B, og idet den tætte pakning er i det væsentlige en pakning svarende til den, der kan opnås ved nænsom mekanisk påvirkning af et system af geometrisk tilsvarende formede store partikler, hvor låsende overfladekræfter ikke har nogen væsentlig 20 virkning, et betonsuperplastificeringsmiddel, idet mængden af superpla-stificeringsmiddeltørstof ligger i området 1-4%, beregnet på den samlede vægt af partiklerne A+B, og yderligere omfatter, indlej ret i matrixen 25 C) kompakt-formede faste partikler af et materiale med en styrke, der overstiger styrken for almindeligt sand og sten, der bruges til almindelig beton, typisk en styrke svarende til mindst ét af følgende kriterier: 1 et stempelpres på over 30 MPa ved en pakningsgrad på 30 0,70, over 50 MPa ved en pakningsgrad på 0,75 og over 90 64

DK 163298 B

MPa ved en pakningsgrad på 0,80, bestemt ved den i nærværende beskrivelse beskrevne metode (på partikler af et materiale med et størrelsesforhold mellem den største og den mindste partikel, der i det væsentlige ikke overstiger 4), 5 2) en. trykstyrke for et kompositmateriale, hvor partikler ne er indesluttet i en specifik matrix, der overstiger 170 MPa (i tilfælde af at en væsentlig mængde af partiklerne er større end 4 mm) og 200 MPa (i tilfælde af at i det væsentlige alle partikler er mindre end 4 mm), bestemt 10 ved den i nærværende beskrivelse beskrevne metode, 3) en Moh-hårdhed (for det mineral, partiklerne består af), der overstiger 7, og 4) en Knoop indentor-hårdhed (for det mineral, partiklerne består af), der overstiger 800, 15 idet disse partikler har en størrelse på 100 μπι-0,1 m, og eventuelt D) yderligere legemer, som har mindst én dimension, der er mindst én størrelsesorden større end partiklerne A, idet den formede genstand er blevet fremstillet under anvendelse af 20 et vægtforhold mellem vand og partiklerne A+B på 0,12-0,30, hvilken genstand yderligere omfatter et eller flere overfladelag, som har en i det væsentlige ensartet tykkelse og en struktur, som er forskellig fra den ovenfor definerede sturktur, der støder op til overfladelaget eller -lagene.

25 Et yderligere aspekt af opfindelsen angår en fremgangsmåde til fremstilling af en genstand ifølge et hvilket som helst af kravene 57-60, hvilken fremgangsmåde er ejendommelig ved, at man kombinerer 65

DK 163298 B

A) uorganiske faste SiC^-rige partikler ned en størrelse på fra ca. 50 Å til ca. 0,5 μπι og B) faste partikler med en størrelse af størrelsesordenen 0,5-100 μπι, hvilke partikler er mindst én størrelsesorden større 5 end de respektive partikler nævnt under A), idet mindst 20 vægtprocent af partiklerne er Portland-cementpartikler, og idet mængden af partiklerne A er 5-50 rumfangsprocent af det samlede rumfang af partiklerne A+B, vand i et vægtforhold mellem vand og partiklerne A+B på 10 0,12-0,30, og et betonsuperplastificeringsmiddel, idet mængden af super-plastificeringsmiddeltørstof ligger i området 1-4%, beregnet på den samlede vægt af partiklerne A+B, hvorhos mængden af partikler B i det væsentlige svarer til tæt pak-15 ning deraf i kompositmaterialet med homogent pakkede partikler A i rummet mellem partiklerne B, mængden af vand i det væsentlige svarer til den mængde, som er nødvendig til udfylde rummet mellem partiklerne A og B, og mængden af betonsuperplastificeringsmiddel er tilstrækkelig til at give kompositmaterialet en flydende til plastisk konsi-20 stens i et område med lav spænding på mindre end 5 kg/cm^, fortrinsvis mindre end 100 g/cm^, og C) kompakt-formede faste partikler af et materiale med en styrke, der overstiger styrken for almindelig sand og sten, 25 der bruges til almindelig beton, typisk en styrke svarende til mindst ét af følgende kriterier: 1 et stempelpres på over 30 MPa ved en pakningsgrad på 0,70, over 50 MPa ved en pakningsgrad på 0,75 og over 90 MPa ved en pakningsgrad på 0,80, bestemt ved den i nærvæ-30 rende beskrivelse beskrevne metode (på partikler af et ma- 66

DK 163298 B

teriale med et størrelsesforhold mellem den største og den mindste partikel, der i det væsentlige ikke overstiger 4), 2) en trykstyrke for et kompositmateriale, hvor partiklerne er indesluttet i en specifik matrix, der overstiger 5 170 MPa (i tilfælde af at en væsentlig mængde af partik lerne er større end 4 mm) og 200 MPa (i tilfælde af at i det væsentlige alle partikler er mindre end 4 mm), bestemt ved den i nærværende beskrivelse beskrevne metode, 3) en Moh-hårdhed (for det mineral, partiklerne består 10 af), der overstiger 7, og 4) en Knoop indentor-hårdhed (for det mineral, partiklerne består af), der overstiger 800, idet disse partikler har en størrelse på 100 μπι-0,1 m, og eventuelt 15 D) yderligere legemer, som har mindst én dimension, der er mindst én størrelsesorden større end partiklerne A, ved mekanisk at blande partiklerne A, vandet og betonsuperplastifice-ringsmidlet, sammen med partikler B og C og eventuelt yderligere partikler D, indtil der er opnået en viskos til plastisk masse, 20 og derefter, om nødvendigt eller om ønsket, kombinerer den resulterende masse med partikler og/eller legemer af ovennævnte type (B, C, D) ved mekaniske midler til opnåelse af den ønskede fordeling af komponenterne, og til slut støber den resulterende masse i kontakt med ét eller flere lag, som har en struktur, der er forskellig fra den 25 hærdede struktur hos den resulterende masse, i et område med lav spænding, eventuelt med inkorporering, under støbningen, af partikler C og/eller legemer D, og hærder den støbte masse, på en sådan måde, at laget eller lagene bliver integreret med den 67

DK 163298 B

hærdede masse, så at det eller de udgør et eller flere overfladelag, der dækker massen.

I forbindelse med patentkravene vedrørende dette afsnit skal vi bemærke, at udtrykket "i det væsentlige ensartet tykkelse" ikke skal 5 opfattes som en-begrænsning til bestemte overfladelag med meget nøjagtigt reguleret tykkelse. Udtrykket "i det væsentlige ensartet tykkelse" skal blot vise, at der ikke er tale om strukturer, som ikke længere på rimelig vis kan betegnes som overflader eller overfladelag, f.eks. en klippestruktur, hvor et hulrum er blevet fyldt med 10 DSP-massen.

Angivelsen af, at overfladelaget eller overfladelagene skal have en struktur, som er forskellig fra strukturen af den hærdede masse, som er støbt op mod eller mellem overfladerne, skal afspejle dét forhold, at det ydre materiale er forskelligt fra det indre materiale, som an-15 vendes i det pågældende tilfælde. Det er absolut ikke udelukket, at den type materiale, der anvendes til den ydre overflade, er af samme type materiale som anvendes til det indre materiale, med andre ord, indeholder en matrix af samme type.

TRYKFORMNING AF DSP

20 En særlig lovende metode til fremstilling af genstande med DSP er trykformning af DSP-materialer med plastisk til stiv-plastisk konsistens .

Dette er en hurtig process, som kræver væsentlig mindre formmateriale end sædvanlig støbning, og som muliggør fremstilling af produkter af 25 væsentlig højere kvalitet, end man kan opnå ved sædvanlig støbning, i betragtning af, at vand/pulverforholdet er væsentligt lavere ved trykformning (typisk 0,08 - 0,13 i modsætning til 0,20 ved sædvanlig støbning af cement/silica-pasta-baserede genstande), og som muliggør inkorporering af flere fibre og finere fibre i de trykformede masser 30 (således udføres f.eks. trykformningen af plastisk cement/silicapasta under anvendelse af op til 6 volumenprocent glasfibre med diameter 5 μιη og længde 12 mm).

68

DK 163298 B

Før trykformningen dannes et halvfabrikat, som efter trykbehandlingen bliver den færdige genstand. Halvfabrikatet formes ved blandingsprocesser og forskellige former for forbehandlinger (f.eks. ekstrusion eller valsning) til sikring af en ønsket fiberorientering og en øn-5 sket udgangsform for halvfabrikatet.

Halvfabrikatet anbringes i en presse, en valsemølle eller lignende, hvis mod halvfabrikatet vendende flader sikrer, at de sammentrykte genstande får den ønskede form. Eksempler er vist i fig. 24 - 28.

Ved at bevæge én eller flere dele af trykværktøjet presses materialet 10 ind i hulheden og danner således den ønskede genstand med den ønskede form.

Ved fjernelse fra trykfladerne kan den formende genstand udtages fra pressen, idet den i mindre eller større grad er understøttet af mekanisk stabile forme; kravene til disse stabiliserende forme afhænger 15 af det trykbehandlede materiales mekaniske stabilitet, genstandens geometri (størrelse og form), eksterne påvirkninger efter trykbehandlingen (tyngdekraft, vibrationer, etc.) og krav vedrørende genstandens dimensions- og formtolerancer.

Halvfabrikat 20 I nærværende sammenhæng betegner udtrykket "halvfabrikat" de legemer, som ved trykbehandlinger omdannes til trykformede genstande.

Halvfabrikatgenstandene kan formes ud fra de ovenfor beskrevne komponenter (partikler, fibre, andre komponenter, væsker, etc.) og kan ligeledes formes ved en af de ovenfor beskrevne processer til form-25 ning af den færdige genstand (ekstrusion, valsning, vibropresning, sprøjtning, etc.), eller ved trykformning (når produktionen foretages ved på hinanden følgende trykformningsoperationer.

Halvfabrikaterne kan fremstilles ud fra forskellige delkomponenter, som ved trykoperationen formes til dannelse af et sammenhængende pro-30 dukt. Således kan f.eks. pladeformede genstande med specifikke fiber-

DK 163298 E

69 arrangementer fremstilles ved at anbringe lag af tynde ekstruderede plader (med fibrene i det væsentlige orienteret i ekstrusionsretnin-gen) i hensigtsmæssig og ønsket orientering i forhold til hinanden, således som det er illustreret i fig. 25, og genstande, som det øn-5 skes at inkorporere, f.eks. elektriske modstandsenheder, rør, kabler, fatninger, armeringer, etc., eller forskellige andre komponenter (stålplader, trælegemer, etc.) kan indstøbes i den færdige genstand ved trykformningen, således som det er illustreret i fig. 24 - 27.

Trykbehandling 10 Som ovenfor nævnt udføres trykbehandlingen ved at bevæge én eller flere dele i trykværktøjet i forhold til det materiale, der skal formes, og således presse materialet i den ønskede form.

Ofte er formningshulrummet helt lukket, og materialet bringes til at fylde hele dette hulrum ved, at det presses mod de ikke-elastiske 15 formsider. Dette er en presningsproces.

I andre tilfælde udføres trykbehandlingen i hulrum, som ikke er helt lukket på alle sider. Et vigtigt eksempel på dette er den trykbehandlingsproces, som betegnes ekstrusion, hvor materialet presses ud af en munding med bestemt tværsnit, hvilket fører til en genstand med 20 dette tværsnit, eller en prægning, som ofte er en lokal trykformning.

En særlig interessant teknik er valsning med fleksible valser.

Som ovenfor nævnt vil der normalt ikke forekomme nogen udpresning af væske fra emnet til omgivelserne, hvilket er en af de væsentlige fordele ved DSP-støbemassen.

25 Ved anvendelse af drænet trykbehandling bliver det imidlertid muligt at konstruere en ny type materialer bestående af grove komponenter (store i sammenligning med partiklerne B) anbragt i tæt pakning svarende til, hvad der kan opnås med de pågældende komponenter ved en trykproces (muligvis vibropresning) limet sammen ved hjælp af DSP-30 pasta af høj kvalitet.

70

DK 163298 B

Prøven bestående af de grove komponenter presses på en af følgende måder: 1) Med et overskud af flydende pasta (f.eks. cement-silica-DSP-pasta med vand/pulverforhold på 0,20) som presses ud af emnet, idet der an- 5 vendes passende filter- eller dræningsorganer anbragt i pressen (jfr. fig. 15, 16 og 17), 2) med mindre end den endelige andel af flydende pasta - muligvis uden nogen flydende pasta overhovedet, idet den flydende pasta tilsættes ved indpresning, kapiIlarsugning, vakuumsugning eller lignende 10 midler i en senere proces eller under trykbehandlingen, 3) med en mængde flydende pasta svarende til andelen deraf i det færdige produkt.

I det førstnævnte tilfælde ledsages trykbehandlingen som nævnt ovenfor af udpresning af et flydende materiale. Trykbehandlingapparatet 15 er således indrettet, at det er i stand til at afdræne den udpressede væske uden på nogen væsentlig måde at forstyrre trykprocessen.

Ved anvendelse af processer af denne art bliver det muligt at producere genstande med god stabilitet umiddelbart efter trykbehandlingen.

Slutbehandling 20 Efter trykformningen er der blevet dannet et emne med mere eller mindre stabil form. Afhængig af stabiliteten kan der anvendes forskellige grader af understøtning af emnet: 1) Understøtning i bunden eller på andre steder udelukkende med det formål at anbringe prøven i en ønsket stilling (understøtning kan 25 f.eks. være et gulv eller en hylde), 2. understøtningen langs essentielle dele af den formede overflade for at bevare det fremstillede emnes form, 71

DK 163298 B

3) fuldstændig understøtning omkring emnets fulde overflade for at bevare det fremstillede emnes form.

Emnet og understøtningsorganerne kan kombineres i pressen, idet en del af den formende overflade er en form, som efter trykbehandlingen 5 ledsager emnet som formunderstøtning (formene kan f.eks. være tynde tryk-formede metallegemer), eller som bringes i kontakt med emnet i en separat proces efter at emnet har forladt pressen.

I mange tilfælde overfladebehandles det trykbehandlede emne umiddelbart efter trykbehandlingen, først og fremmest for at undgå udtørring 10 ved den videre behandling.

Overfladebehandlingen kan udføres ved påføring af hærdende forbindelser for at undgå fordampning, hvilket f.eks. kan ske ved pensling, udsmøring, sprøjtning, etc., eller ved påføring af fordampningshindrende aftagelig film, efter at emnet har forladt pressen eller i 15 forbindelse med trykbehandlingsprocessen ved overføring fra pressens formende overflader.

I mange tilfælde kan de ovennævnte understøtninger også udnyttes til påføring af en overfladebehandling, eller de kan gøre overfladebehandlinger overflødige, eller understøtningen kan udgøre overflade-20 behandlingen (f.eks. en keramisk skal, som er påført i pressen).

Endelig kan trykbehandlingen ledsages af processer, som sikrer, at prøven på en eller anden måde overgår til fast tilstand - i tilslutning til den overgang til fast tilstand, der hidrører fra selve trykket. Som eksempler kan nævnes samtidig påføring af varme (ved varme-25 overføring fra pressen eller ved elektro- eller mikrobølgeopvarmning) eller udløsning af polymerisation af en polymeriserbar komponent, som er inkorporeret i væskefasen.

Et cement/vand-baseret DSP-kompos i tmateriale kan retarderes med hensyn til sin kemiske strukturdannelse og/eller stabiliseres med hensyn 30 til sin form ved, at DSP-kompositmaterialet eller halvfabrikatet fryses. På denne måde kan kompositmaterialet eller halvfabrikatet henholdsvis blandes eller formes i forvejen og derefter transporteres 72

DK 163298 B

til et ønsket anvendelsessted, hvor strukturdannelsesprocessen kan få lov at forløbe videre ved, at produktet tøs op, eventuelt i kombination med efterfølgende formning. Denne metode kan anvendes generelt på en hvilken som helst type DSP-materiale, hvor strukturdannelsen 5 kan forsinkes, retarderes eller afbrydes ved frysning eller en lignende proces. Det DSP-materiale, der underkastes denne proces, kan formes i forvejen på en hvilken som helst af de måder, som er beskrevet i nærværende beskrivelse.

FORMNING AF DSP I ET OMRÅDE MED HØJ SPÆNDING

10 Formning af DSP-materialer kan også udføres i et område med høj spænding, typisk mellem 5 og 100 MPa, i særlige tilfælde mellem 100 og 1000 MPa og i ekstreme tilfælde mellem 1000 og 10000 MPa.

Formningen under høj spænding vil sædvanligvis være kombineret med en forudgående formning af DSP-materialet ved lavere spænding, typisk 15 til opnåelse af 1) en omtrentlig form for genstande, og 2) et ønsket forarrangement af partikler, fibre, etc., før den endelige formning i et område med høj spænding.

Formningen i et område med høj spænding kan typisk anvendes under 20 størkningen, f.eks. ved varm eller kold tryksintring, eller - hvad der er typisk for cementprodukter - ved strukturdannelse under hydrat isering.

Ved formningen i et område med høj spænding opnås der tættere strukturer. Det er kendt at forme genstande i områder med høj spænding ved 25 pulverkomprimering, tryksintring, etc., men ved alle disse kendte metoder er det ikke let og i de fleste tilfælde ikke muligt at opnå en ønsket i forvejen fastlagt mikrostruktur. Under anvendelse af strukturdannelsesteknikker i henhold til den foreliggende opfindelse i et superplastificeret materiale i et område med lav spænding kan det øn-30 skede partikel/fiberarrangement fastlægges i forvejen, hvorefter be-

DK 163298B

73 handlingen ved høj spænding kan udføres på den således i forvejen arrangerede struktur.

Genstande, som typisk fremstilles ved hjælp af formning i et område med høj spænding, er f.eks. maskindele, som er udsat for høj spæn-5 ding, dele til luftfartøjer eller rumfartøjer, som skal udsættes for ekstreme mekaniske belastninger og andre genstande, som er udsat for hårde betingelser under deres anvendelse, herunder genstande med højt fiberindhold, som kombinerer ekstrem modstandsdygtighed og hårdhed med høj trækstyrke og duktilitet.

10 En særlig interessant teknik er at kombinere formningen i et område med høj spænding med forskellige forarrangementmetoder, som er beskrevet i afsnittene "TRYKFORMNING AF DSP". De forskellige produktionsmetoder omfattende halvfabrikater, som er beskrevet i dette afsnit, kan hensigtsmæssigt kombineres med en efterbehandling af 15 halvfabrikatet i et område med høj spænding.

Især formningen af DSP i områder med høj spænding gør det muligt at kombinere høj hårdhed og slidbestandighed med en høj grad af duktilitet (som er opnået med et højt fiberindhold), hvilket er egenskaber, som det normalt er meget vanskeligt at kombinere ved hjælp af 20 kendte teknikker.

Et DSP-kompositmateriale og/eller et DSP- halvfabrikat kan formes i et område med høj spænding, typisk et område med 5 - 100 MPa, i særlige tilfælde 100 - 1000 MPa og i ekstreme tilfælde 1000 - 10.000 MPa. Et cementbaseret DSP-materiale kan også omdannes til fast form 25 med et højt spændingsniveau, typisk 0-5 MPa, f.eks. hærdning mellem plader i en presse. I specielle tilfælde kan hærdningen udføres ved højere spændingsniveauer, såsom 5 - 100 MPa, og i meget specielle tilfælde ved spændinger mellem 100 og 1000 MPa eller endog mellem 1000 eller 10.000 MPa.

30 Om ønsket kan hærdningen i et område med høj spænding kombineres med, at DSP-kompositmaterialet før formningen behandles under betingelser med høj forskydning, f.eks. ved eventuelt gentagen passage gennem flervalsesystemer i overensstemmelse med den teknik, som er beskrevet 74

DK 163298 B

i europæisk patentansøgning nr. 80301909.0, publiceret under publika-tionsnummer 0 021 682.

» 'V*'-- 75

DK 163298 B

Eksempel 1.

Følgende materialer blev anvendt i eksemplerne:

Hvid Portland cement: Specifik overflade (Blaine) 4380 cm2/g.

5 Rumvægt (forventet) 3,15 g/cm3.

Silicastøv: Fint kugleformet Si02*rigt støv.

Specifik overflade (bestemt ved BET-teknik) ca. 250.000 cm2/g, svarende til en gennemsnitlig 10 partikeldiameter på 0,1 μ. Rum vægt 2,22 g/cm3.

Bauxit: Ildfast calcineret bauxit, 85% AI2O3, rumvægt 3,32 g/cm3 for sand 0-4 mm, 3,13 g/cm3 for sten 15 4-10 mm.

Mighty®: Et såkaldt betonsuperplastifice- ringsmiddel, natriumsalt af et højt kondenseret naphthaiensul-f onsyre/f ormaldehyd-kondensat, 20 hvoraf typisk mere end 70% be står af molekyler med 7 eller flere naphthalenkemer. Rumvægt ca. 1,6 g/cm3. Fås enten som et fast pulver eller som en vandig 25 opløsning (42 vægtprocent

Mighty®, 58 vægtprocent vand).

Vand: Almindeligt ledningsvand.

Fremstilling af cylindriske betonprøver fra våd beton blandet med silicastøv/cement-binder og calcineret bauxitsand og -sten: -31: 76

DK 163298 B

Betonprøverne fremstilles ud fra én charge på 23 liter med følgende sammensætning:

Silicastøv: 3200 g

Hvid Portland cement: 16000 g 5 Bauxit 4-10 mm: 32750 g

Bauxit 0 - 4 mm: 10900 g

Mighty® (pulver): 250 g

Vand: 2980 g

Blanding 10 Groft tilslagsmateriale, cement og Mighty® - pulver tørblandes i 5 minutter i en 50 liters skovlblander. Derefter tilblandes silicastøvet, og blandingen fortsættes i 10 minutter.

Frisk beton

Betonen er blød og let bearbejdelig.

15 Støbning 6 betoncylindre, diameter 10 cm, højde 20 cm, og 2 plader (40 x 30 x 5 cm) støbes ved 20eC. Prøven vibreres i 10 - 30 sekunder på et standardrys tebord (50 Hz).

Hærdning 20 Straks efter støbningen neddyppes de lukkede forme til cylindrene i vand ved 60eC og hærdes i 5 dage. Pladerne dækkes med plastfilm og hærdes i 1 dag ved 20°C i luften, hvorefter de neddyppes i vand ved 60°C og hærdes i 4 dage. Efter hærdningen fjernes prøverne fra formen og opbevares i luft ved 20°C og ca. 70% relativ fugtighed, indtil de 25 afprøves (afprøvningen foretages inden fo'r en periode på 30 dage efter varmebehandlingen).

77

DK 163298 B

Afprøvning

Rumvægt, lydhastighed, dynamisk elasticitetsmodul, trykstyrke og spændings/tøjningskurve bestemmes for de 6 betoncylindre (spæn-dings/tøjningskurverne bestemmes kun for 2 prøver).

5 Forsøgsresultaterne fremgår af nedenstående tabel 1.

Tabel 1

Egenskaber hos hærdet beton

Rumvægt Lydhastig- Dynamisk ela- Trykstyrke Statisk hed sticitetsmodul elastici- 10 tetsmodul 2878 kg/m3 6150 m/sek. 109000 MPa 217,5 MPa 78000 MPa (standard afvigelse 15 6,2 MPa)

Eksempel 2

Der udføres forsøg med forskellige betonsuperplastificeringsmidler for at bestemme vandbehovet til opnåelse af den flydende til plasti-20 ske konsistens af den masse, der skal hærdes.

Der anvendes følgende superplastificeringsmidler (SPT):

Mighty®: Se eksempel 1.

Lomar-D: Et betonsuperplastificerings- middel af samme sammensætning 25 som Mighty®, fremstillet af 78

DK 163298 B

Diamond Shamrock Chemical Company, N. Jersey, USA.

Melment®: En anionisk melaminharpiksopløs- ning.

5 Betokem®: Et sulfonsyre-formaldehydkon- densatbaseret på naphthalen og lignosulfonat.

Sikament: Et sulfonsyre-formaldehydkon - densatbaseret på naphthalen.

10 I alle serierne anvendes følgende fælleskomponenter (beregnet på én charge):

Kvartssand 1 - 4 mm 2763 g

Kvartssand 0,25 1 mm 1380 g

Kvartssand 0 - 25 mm 693 g 15 Portland cement 2706 g

Silicastøv 645 g SPT-mængderae bestemmes således, at indholdet af tørstof er mindst 82 g pr. blanding. Der anvendes en noget højere dosering med Betokem® og Sikament.

20 De følgende komponenter er forskellige:

Serie 1: Mighty®-opløsning (42%) 195 g

Yderligere vand 437 g

Serie 2: Lomar-D-opløsning (37%) 221 g

Yderligere vand 461 g 25 Serie 3: Melment®-opløsning (20%) 410 g

Yderligere vand 322 g

Serie 4: Betokem®-opløsning (38%) 273 g

Yderligere vand 431 g 79

DK 163298 B

Serie 5: Sikamentopløsning (42%) 234 g

Yderligere vand 464 g

Blanding

Blandingen udføres i en æltemaskine med planetbevægelse under an-5 vendelse af en blandeskovl. Der anvendes følgende fremgangsmåde: 1) Tørblanding af sand, cement + fyldmateriale i 5 minutter.

2) Tilsætning af størstedelen af det vand, som ikke udgør nogen del af betonsuperplastificeringsopløsningen. Ca. 50 ral af vandet beholdes til senere anvendelse som skyllevand. Fortsat 10 blanding i 5 minutter.

3) Tilsætning af betonsuperplastificeringsmiddelopløsning og efterfølgende skylning af beholderen med de ovennævnte 50 ml vand til sikring af, at alt betonsuperplastificeringsmidlet inkorporeres i blandingen. Blanding i ca. 10 minutter.

15 Vandbehovene, dvs. den mængde vand, der anvendes i de forskellige blandinger til opnåelse af den specificerede konsistens, bestemmes ved forsøgsblanding. Vandbehovene fremgår af nedenstående tabel II.

Konsistensen bedømmes ved at måle spredningen af en kegle af materialet, der dannes ved at hælde materialet ud i en 5 cm høj messing-20 kegleform med bunddiameter 10 cm og øvre diameter 7,1 cm på et flydebord med messingoverflade til anvendelse af hydraulisk cement (ASTM C 230-368) og fjerne formen. Diameteren af materialet måles a) umiddelbart efter fjernelse af formen, b) efter 10 stød og c) efter 20 stød.

25 Konsistensen anses for at være af den ønskede værdi for diametre på ca. 12 cm efter 10 stød og 14 cm efter 20 stød.

80

DK 163298 B

Tabel II

Vandbehov (herunder vand i superplastificeringsopløsningen) udtrykt i gram vand pr. charge og i relation til den samlede mængde fint pulver (cement + silicastøv) på vægtbasis, idet volumenet af fint pulver er 5 det samme i alle blandingerne (1160 cm^).

Type plastificeringsmiddel Vandbehov gram vægtforhold vand/cement 10 + silicastøv

Mighty® 550 0,16

Lomar-D 550 - 600 0,16-0,18

Melment® 650 0,19 15 Betokem® 550 - 600 0,16 - 0,18

Sikament 550 - 600 0,16 - 0,18

Kommentarer til forsøgsresultaterne

Forsøgene kan sammenlignes med de forsøg, der er omtalt i eksempel 7 20 i international patentansøgning nr. PCT/DK79/00047, serie 1, tabel V. Mængderne af sand, cement og silica er de samme som i eksemplet, men silicastøvet og cementen stammer fra senere charger. En anden forskel er, at der i eksempel 7 i internationl patentansøgning nr.

PCT/DK79/00047 er anvendt Mighty®-pulver, som er opløst umiddelbart 25 før blandingen, medens der i det foreliggende forsøg er anvendt en

Mighty®-opløsning leveret af fabrikanten. Det skal bemærkes, at vandbehovet i alle tilfælde med høj dosering af superplastificeringsmid-del er lavt, nemlig i området fra 500 g'i eksempel 7 i international patentansøgning nr. PCT/DK79/00047 til 600 - 650 g for Melment® i 30 nærværende forsøg, svarende til vand/pulverforhold på 0,15 - 0,19 på vægtbasis. Dette skal sammenlignes med 1200 g vand og vand/pulverforhold på 0,36 i mørtelen uden superplastificeringsmiddel. Det skal be- 81

DK 163298 B

mærkes, at der består mindre forskelle mellem vandbehovene hos de forskellige typer superplastificeringsmidler, og at Mighty^ er blandt de bedste. Alle superplastificeringsmidlerne viser sig imidlertid at føre til de ekstremt gode flydeegenskaber hos cement + silicastøv-5 binderen med meget lavt vandindhold, som er karakteristiske for materialerne ifølge den foreliggende opfindelse og ifølge international patentansøgning nr. PCT/DK79/00047.

Eksempel 3

Pulverkomprimering af sand og sten 10 Formålet er at bedømme forskellige sand- og stenmaterialers modstand mod deformation ved pulverkomprimeringen, specielt at sammenligne naturlige betontilslagsmaterialer med særlig stærke og hårde materialer.

Materialer 15 Kvartssand 0,25 - 1 mm, kvartssand 1-4 mm, knust granit 4-8 mm, ildfast bauxit 0-4 mm, ildfast bauxit 4-10 mm, siliciumcarbid 0,5-2 ram, (kval. 10/F PS - K Arendal Smelteværk A/S, Ejderihavn,

Norge).

Kommentarer 20 De enkelte fraktioner af partikler er relativt ensartet graderet, svarende til, at forholdet mellem den største og den mindste kornstørrelse (partikelstørrelse) i det væsentlige ikke overstiger 4.

Pulverkomprimering

Prøver af de enkelte sand- og stenfraktioner komprimeres ved uni-25 aksial presning i en form. Presseapparatet består af en cylindrisk formcylinder, som er åben i begge i ender, og to cylindiske stempler (formcylinderens diameter 30 mm, pulverhøjde ved fyldningen ca. 32 mm og efter færdig komprimering 16 - 23 mm, afhængigt af pulvertypen).

82

DK 163298 B

De tørre materialer hældes løst i formcylinderen. Komprimeringen udføres i et Instron-testapparat med konstant komprimeringshastighed (5 mm/minut) op til et komprimerings tryk på 350 MPa, hvorefter trykket aflastes ved, at stemplet bevæges i modsat retning. Under kompri-5 meringen og aflastningen optegnes der kraft/forskydningskurver.

Resultater

Fra kurverne over kraft/forskydning udføres der sammenligninger af komprimeringstrykket til opnåelse af identisk "tæthed" for de enkelte materialer. Resultaterne fremgår af tabel III.

10 Tabel III

Komprimerings tryk, MPa, som funktion af komprimeringsgraden. Komprimeringsgraden er forholdet mellem partiklernes volumen og volumenet af den samlede pulvermasse (udtrykt på en anden måde: 1 - porøsitet).

Komprime- Granit Kvarts Kvarts Bauxit Bauxit Silici- 15 ringsgrad 4-8mm l-4mm 0,25-lmm 4-10mm 0-2mm umcarbid 0,5-2mm 0,70 16 10 24 36 61 48 0,75 29 23 42 61 110 82 20 0,80 59 43 76 95 194 145

Det skal bemærkes, at det komprimeringstryk, der kræves til opnåelse af samme grad af komprimering, er væsentligt højere for de hårde materialer (bauxit og siliciumcarbid) end for de materialer, der sæd-25 vanligvis anvendes som additiver i beton (granit og kvarts).

Kommentarer:

Pulverkomprimeringsteknikken egner sig til at sammenligne styrken af partikler, forudsat at de forskellige partikelmaterialer eller par- 83

DK 163298 B

tikelkompositioner har omtrentlig samme partikelgeometri og forudsat, at partikelstørrelsen er relativt stor i sammenligning med formcylinderens dimensioner. Disse betingelser er rimeligt opfyldt i forsøget med kvartssand og fint bauxit (i disse tilfælde er partiklerne kom-5 pakte, afrundede og små). Ved forsøgene med granitsten og groft bauxit er partikel/stempel-forholdet noget for stort (ca. 0,2 - 0,3) til, at det muliggør en direkte sammenligning med resultaterne for forsøget med kvartssand og fint bauxit. På den anden side er en indbyrdes sammenligning mellem disse to rimelig. Det er vanskeligt at 10 sammenligne resultaterne af forsøgene med siliciumcarbid med de øvrige resultater, da dette pulvermateriale i modsætning til alle de andre materialer har meget skarpe kanter.

Eksempel 4 Mørtel af høj kvalitet 15 Der fremstilles to forskellige typer mørtel, begge på basis af lavalkali sulfatbestandig Portland cement, silicastøv og Mighty®, men med forskellige typer sand, nemlig ildfast bauxit og siliciumcarbid (kval. 10/F PS - K, Arendal Smelteværk A/S, Ejdenhavn, Norge). Formålet er at undersøge mekaniske egenskaber hos mørtel fremstillet med 20 det meget stærke sand, jfr. eksempel 3, og med den meget stærke sili-ca/cementbinder, som er beskrevet i international patentansøgning nr. PCT/DK79/00047. I alle blandingerne anvendes følgende komponenter (angivet på én charge):

Silicastøv 645 g 25 Lavalkali, sulfatbestandig

Portland cement 2706 g 42% Mighty®-opløsning 195 g

Til bauxitmørtelen anvendes følgende komponenter:

Bauxit 0 - 4 mm 6104 g 30 Vand (bortset fra vand i Mighty®-opløsningen) 387 g 84

DK 163298 B

Til mørtel med siliciumcarbid anvendes følgende komponenter:

Siliciumcarbid 5755 g

Vand (bortset fra vand i

Mighty®-opløsningen) 487 g 5 De anvendte mængder af sand, cement og Mighty® (på volumenbasis) er de samme som de mængder, der er anvendt i eksempel 9 i international patentansøgning nr. PCT/DK79/00047. I mørtelen med bauxit er vandmængden også den samme som i eksempel 9 i international patentansøgning nr. PCT/DK79/00047, medens vandmængden i mørtelen med silicium-10 carbid er noget højere. Dette skyldes, at siliciumcarbid-sandet har meget skarpe kanter og derfor kræver en mere letflydende silica/ce-mentpasta og/eller en større volumenmængde pasta.

For hver af de to typer mørtel fremstilles der to charger, den ene med en sammensætning som angivet ovenfor og den anden af dobbelt så 15 stor størrelse.

Blanding og støbning

Blandingen udføres i en æltemaskine med planetbevægelse under anvendelse af en blandeskovl. Der anvendes følgende fremgangsmåde: 1) Tørblanding af sand, cement + fyldmateriale i 5 minutter.

20 2) Tilsætning af størstedelen af det vand, der ikke udgør nogen del af betonsuperplastificeringsopløsningen. Ca. 50 ml af vandet reserveres til senere anvendelse som skyllevand. Fortsat blanding i 5 minutter.

3) Tilsætning af betonsuperplastificeringsmiddelopløsning og 25 efterfølgende skylning af beholderen med de ovennævnte 50 ml vand til sikring af, at al betonsuperplastificeringsmidlet inkorporeres i blandingen. Blanding i ca. 10 minutter.

85

DK 163298 B

Mørtelblandingerne opfører sig som højviskose væsker og støbes i cylindriske forme (højde 20 cm, diameter 10 cm) på et standardrys tebord (50 Hz). Støbetiden er ca. 1 minut. Prøvelegemerne (i lukkede forme) hærdes i vand ved 80°C i 4 dage.

5 Afprøvning

Massefylde, lydhastighed, dynamisk elasticitetsmodul, trykstyrke og spændings/tøjningskurve bestemmes. Trykstyrken og spændings/tøjnings-kurverne bestemmes på en 500 tons hydraulisk presse under anvendelse af en spændingsændringshastighed på 0,5 MPa pr. sekund. Resultaterne 10 fremgår af tabel IV:

Tabel IV

Egenskaber af hærdet mørtel bedømt ved måling på cylindriske prøvelegemer (højde 20 cm, diameter 10 cm).

Bauxitmørtel Silicium- 15 carbidmørtel

Massefylde (kg/m3) 2853 (6)*) 2640 (6)*)

Lydhastighed m/sek. 6449 (6)*) 6443 (6)*)

Dynamisk elasticitets 20 modul (MPa) 118600 (6)*) 109600 (6)*)

Trykstyrke og dens

standardafgivelse (MPa) 248,0 SD 7,7 184,3 SD

(6)* 5,9 (4)* 25 *) - antal afprøvninger.

Spændings/tøjningsmålingerne udføres på to prøvelegemer fra hver serie. Prøvelegemer belastes til ca. 60% af deres brudbelastning og aflastes derefter, hvorpå de igen belastes op til brud uden registrering af spænding/tøjning. Nogle få af prøvelegemerne belastes og af-30 lastes flere gange.

J · ... * — 86

DK 163298 B

Spændings/tøjningskurven for bauxitmørtelen er praktisk taget en lige linje gennem hele måleområdet (0 - 150 eller 160 MPa) med en hældning (sekant) svarende til et elasticitetsmodul på 84300 MPa. Ved gentagen belastning og aflastning konstateres der kun ubetydelig hysterese.

5 Spædings/tøjningskurverne for mørtelen med siliciumcarbid (måleområde 0 - 100 MPa) bøjer noget af med en begyndelseshældning svarende til et elasticitetsmodul på 86000 MPa og et elasticitetsmodul ved trykket 100 MPa på 72000 MPa. Ved gentagen belastning på 100/120/140/160 MPa viser en prøve af siliciumcarbidmørtelen udpræget hysterese, hvilket 10 tyder på indre strukturnedbrydning.

Trykstyrken for mørteler med bauxit synes ikke at påvirkes væsentligt ved en for-belastning op til 150 - 160 MPa, hvorimod styrken for mørtelen med siliciumcarbid er væsentlig lavere for de prøver, som er blevet belastet i forvejen.

15 Værdierne for trykstyrken for de i forvejen belastede prøver med siliciumcarbidmørtelen er derfor ikke medtaget i resultaterne i tabel IV.

Kommentarer til resultaterne

Det vil bemærkes, at mørtelen med bauxitsand er ekstremt stærk og 20 stiv, med trykstyrker på 248 MPa (maksimumværdi for to af prøvelegemerne var 254,2 MPa, svarende til en belastning på mere end 200 tons). Bruddet forløber i stor udstrækning gennem bauxi tsandet, hvilket viser muligheden for at fremstille endnu stærkere mørtel ved at anvende endnu stærkere sandmaterialer.

25 Trykstyrken hos mørtelen med siliciumcarbid er væsentlig lavere (184,3 MPa) og er ikke meget højere end for den tilsvarende mørtel indeholdende kvartssand (160 - 179 MPa, jfr. international patentansøgning nr. PCT/DK79/00047, eksempel 9), hvilket kan synes ejendommeligt i betragtning af den store hårdhed og styrke, som silicium-30 carbid i sig selv udviser. Grunden er utvivlsomt, at der i mørtelen med siliciumcarbid anvendes væsentligt mere vand end i mørtelen med bauxit og den mørtel med kvartssand, der er beskrevet i international 87

DK 163298 B

patentansøgning nr. PCT/DK79/00047. Dette fører til en betydelig svagere binder. Vand/pulverforholdet (samlet vægtmængde vand i forhold til cement + silica) er 0,149 for bauxit- eller kvartsmørtelen og 0,179 for siliciuracarbidmørtelen. Bruddet forløber i stor udstrækning 5 uden for siliciumcarbidpartiklerne. Dette, sammenholdt med den bøjede spændings/tøjningskurve og den store hysterese (som er karakteristisk for sprøde materialer, hvor partiklerne er væsentlig stærkere end matrixen) antyder muligheden for at opnå væsentlig højere styrke ved at forbedre matrixen. Dette kan opnås ved at reducere vand/pulverforhol-10 det til f.eks. 0,13 - 0,15, hvilket er muligt ved at anvende et noget grovere siliciumcarbidsand og/eller større mængde cement og silica.

Der er fremstillet yderligere 16 cylindre af bauxitmørtelen med samme sammensætning og under anvendelse af samme teknik som ovenfor bortset fra, at bauxiten var fra en senere charge.

15 Formålet var at undersøge forskellige mekaniske egenskaber. Først bestemmes massefylde, lydhastighed og dynamisk elasticitetsmodul for , alle 16 prøvelegemer. Som ledetråd bestemmes trækstyrken på to af prøvelegemerne.

Resultaterne fremgår af det nedenstående: 20 Massefylde 2857 kg/m^

Lydhastighed 6153 m/sekund

Dynamisk elasticitetsmodul 108200 MPa

Trykstyrke 261,1 MPa 268,1 MPa 25 Kommentarer til forsøgsresultaterne:

Der er fundet samme massefylde som ovenfor, medens lydhastigheden og det dynamiske elasticitetsmodul er noget højere. Grunden til dette kendes ikke, men antages at være en fejl i bestemmelsen af tiden for lydimpulsens passage (enten i testen på side 64 eller i testen oven-30 for).

88

DK 163298 B

Styrkerne er lidt højere end ovenfor. Den højeste værdi på 268,1 MPa svarer til en belastning på 214,6 tons og et tryk på 2732 kg/cm^.

Eksempel 5

Bauxitmørtel af høj kvalitet 5 Der er fremstillet en bauxitmørtel med samme sammensætning og under anvendelse af samme teknik som i eksempel 4 med følgende undtagelser: 1) bauxiten er fra en senere levering, 2) størrelsen af hver charge er to gange den, som er anvendt i eksempel 4, og 10 3) prøvelegemerne fik lov at stå i fra nogle få dage og op til et halvt år efter varmhærdningen (4 dage ved 80®C) ved 20®C ved 70% relativ fugtighed.

For hver af de 4 charger støbes der fire cylindre (højde 20 cm, diameter 10 cm).

15 Afprøvning

Massefylde, lydhastighed, dynamisk elasticitetsmodul og spændings/» tøjningskurve bestemmes under anvendelse af den metode, der er beskrevet i eksempel 4.

Resultaterne fremgår af nedenstående tabel V.

89

DK 163298 B

Tabel V

Egenskaberne hos hærdet bauxitmørtel bestemt ved måling på cylindriske prøvelegemer (højde 20 cm, diameter 10 cm).

Massefylde kg/m^ 2857 SD 8 (16) 5 Lydhastighed m/sek. 6153 SD 36 (16)

Dynamisk elasticitets - modul MPa 108156 SD 1426 (16)

Trykstyrke MPa 268,3 SD 7,5 (14) 10 Spændings/tøjningskurven er vist i fig. 14 sammen med en tilsvarende kurve for sædvanlig beton, der normalt anses for at være meget høj kvalitet.

Det fremgår, at bauxit-cement-silicamørtel har en trykstyrke (270 MPa) som er ca. fire gange højere end trykstyrken hos traditionel 15 højkvalitetsbeton og et elasticitetsmodul (kurvens hældning) på ca. 2 gange elasticitetsmodulet for traditionelle højkvalitetsbeton.

En af prøverne har en trykstyrke på 282,7 MPa og en massefylde på 2861 kg/τα}, hvilket svarer til et spændings/massefyldeforhold på 98812 (m/s)2.

20 Cylinderens belastning svarer til fundamentbelastningen på et prisme med højde 10076 meter fremstillet af materialet.

(Til sammenligning kan det nævnes at f lydebelastningen for høj kvalitetskonstruktions stål (400 PMa) svarer til fundamentbelastningen på et 5200 meter højt stålprisme).

90

DK 163298 B

Opfindelsen vil i det følgende blive nærmere belyst under henvisning til tegningen, hvor fig. 1, 2, 4 og 5 i forstørrelse og i snit viser forskellige DSP-sy-steiner, der omfatter tætpakkede legemer, 5 fig. 6 og 7 i forstørrelse og i snit viser cementpartiklers opførsel i almindelig beton, fig. 8 i yderligere forstørrelse og i snit viser cementpartikler i DSP, fig. 9 i forstørrelse og i snit viser forankringen af en armeringsfi-10 ber i DSP-matrix, fig. 10 i snit viser en DSP-pastas indre sammenhæng og dens modstandsdygtighed over for opblanding med strømmende vand, fig- 11 i snit viser brugen af DSP i praksis til en ellers vanskelig reparation af en betonkonstruktion under strømmende vand, 15 fig. 12 i snit viser brugen af DSP i praksis til reparation af en betonvæg, hvor der kun var ensidig adgang til at indføre reparations-materialet, fig. 13 i snit viser brugen af DSP's letflydende egenskaber til etablering af et indre DSP-overtræk i et krumt rør, 20 fig. 14 viser et spændings-tøjningsdiagram for henholdsvis almindelig høj styrkebeton og DSP, der indeholder ildfast bauxit, fig. 15 - 17 i snit viser sammenpresning med bortledning af væske, fig. 18 i perspektiv viser fremstillingen af et pladeformet legeme, som eventuelt underkastes yderligere formning, 25 fig. 19 og 20 i perspektiv viser formningen af en del af et rør af et pladeformet legeme, fig. 21 i perspektiv viser brugen af ekstrusion til fremstillingen af DSP-indkapslede elektriske komponenter, fig. 22 og 23 i snit viser brugen af DSP til trykformning som et 30 plastmateriale, fig. 24 i perspektiv viser fremstillingen af pladeformede armerede genstande, f.eks. væg- eller tagelementer, ved at lægge valsede plader af DSP over hinanden, fig. 25 i perspektiv viser fremstillingen af et sandwichelement af to 35 ark valset fiberarmeret materiale, hvor fiberorienteringen af det ene lag i sandwichen er vinkelret på fiberorienteringen i det andet lag, fig. 26 i perspektiv viser princippet i dannelsen af et pladeformet 91

DK 163298 B

element af to plader, mellem hvilke der er indlejret sanitære installationer eller lignende, fig. 27 i perspektiv viser det underste element af et element, som ligner det, der er vist i fig. 26, men med inkorporerede rørledninger 5 til gulvopvarmning eller elektriske installationer, fig. 28 i perspektiv viser masseproduktionen af tagsten eller mursten eller lignende af et ark DSP, fig. 29' i snit viser et materiale, der omfatter små partikler, der er pakket op mod større legemer, 10 fig. 30 i snit viser vægeffekten, idet pakningstætheden af partiklerne i den snævre zone nær væggen er mindre end i hovedmassen, fig. 31 i snit viser arrangementet af partikler i et hulrum ved sedimentation.

Der henvises til tegningen, hvor de samme tal generelt henviser til 15 de samme dele.

I fig. 1, der viser en typisk DSP-matrixstruktur, betegner 10 og 12 i det væsentlige tæt pakkede partikler B, f.eks. Portland cement partikler, og 14 betegner homogent arrangerede og eventuelt tæt pakkede partikler A, f.eks. partikler af silicastøv, der er homogent fordelt 20 i vand ved hjælp af et betonsuperplastificeringsmiddel, eller en sammenhængende enhedsstruktur, der er dannet af sådanne partikler og af fast interpartikelsubstans, der er dannet ved kemisk reaktion mellem de opløste stoffer, der stammer fra cementpartiklerne. Systemet, der er vist i fig. 1, etableres typisk ved nænsomme mekaniske midler, 25 f.eks. ved forskydning eller vibration, eller simpelt hen under indflydelse af graviteten.

1 fig. 2 omfatter partiklerne B (12) større partikler og mindre partikler med springende gradering mellem partiklerne B. Systemet i fig.

2 etableres typisk under anvendelse af de samme midler som beskrevet 30 i forbindelse med fig. 1.

I fig. 1 og fig. 2 kan 14 imidlertid også betegne ultrafine partikler, som er homogent arrangeret ved hjælp af et overfladeaktivt middel i overensstemmelse med fremgangsmåderne til etablering af det flydende DSP-system ifølge opfindelsen, men som nu er omgivet af en 92

DK 163298 B

interpartikelsubstans, der afviger fra den væske, ved hjælp af hvilken partiklerne er arrangeret, og som er indført ved udskiftning af den oprindelige væske ved infiltration.

I fig. 4 udgør fibre eller aflange partikler 12 de tæt pakkede lege-5 mer B, og homogent arrangerede og eventuelt tæt pakkede partikler A i interpartikelsubstans udfylder hulrummene mellem de tæt pakkede legemer B. I dette tilfælde er den tætte pakning af legemerne B den tætte pakning, der opnås ved simpel blanding og støbning, hvor den maksimale fiberladning kun begrænses af blandings- og formningsprocessen. I 10 dette tilfælde kan interpartikelsubstansen også være en substans, der afviger fra den væske, ved hjælp af hvilken partiklerne er arrangeret, idet den nuværende interpartikelsubstans er en substans, der indføres ved udskiftning af den oprindelige væske ved infiltration.

I fig. 5 viser de tæt pakkede fibre eller aflange legemer 12 en tæt 15 pakning af legemer B anbragt på en yderst effektiv måde til etablering af tæt pakning af ikke-sammenpresselige fibre: parallel placering af de aflange legemer eller fibre med homogent arrangerede og eventuelt tæt pakkede partikler A i mellemrummet mellem de tæt pakkede legemer B. Denne struktur etableres f.eks. ved filamentvinding 20 af fibrene 12, der er nedsænket i en opslæmning med homogent fordelte og eventuelt tæt pakkede partikler A. Den i fig. 5 viste struktur er typisk for den struktur, der er ønsket i materialer med ultrahøj kvalitet, med høj fiberladning og spændings- og slidbestandighed, hvor interpartikelvæsken mellem partiklerne A, der f.eks. er tæt pakkede 25 mikrofine metalpartikler, ved infiltration er blevet erstattet med en stærk interpartikelsubstans, f.eks. et metal eller en polymer.

I fig. 6 danner Portland cement-partikler 16 en åben flokkulent struktur i en vandig fase i fraværelse af overfladeaktive midler.

Fig. 7 viser, hvordan et sådant system normalt vil have tendens til 30 sedimentation af cementpartiklerne, når flokkuleringstendensen elimineres ved hjælp af et superplastificeringsmiddel.

Fig. 8 viser i yderligere forstørret målestok et DSP-pastasystem, f.eks. et cement/ultrafint silicasystem med superplastificeringsmid- 93

DK 163298 B

del, hvor hulrummene mellem cementpartiklerne 12 er udfyldt med en suspension af ultrafine silicapartikler 18, der i det væsentlige er tæt pakket i suspensionen. Tallet 20 betegner interpartikelsusbstan-sen, der i dette tilfælde f.eks. er superplastificeringsmiddelopløs-5 ning. I et sådant system minimeres tendensen til sedimentation af partiklerne som „følge af den ekstremt langsomme vandstrømning omkring de ultrafine partikler i overenstemmelse med klassisk hydrodynamik.

Fig. 9 viser en fin armeringsfiber 22, der er indlejret i en DSP-ma-trix 10, f.eks. en cementbaseret DSP-matrix. Ved at bruge en sådan 10 cementbaset DSP-matrix i stedet for almindelig cementpasta forøges den mekaniske forankring af armeringen endnu mere end styrken, idet denne forøgelse er på én eller adskillige størrelsesordener. Dette skyldes, at de dimensioner af fiberens "ruhed" eller "bølgekonfiguration" , som er nødvendige for at opnå "mekanisk låsning" af fiberen i 15 matrixen, reduceres med én til to størrelsesordener, hvilket også betyder, at det i DSP-matrixen bliver muligt at opnå mekanisk låsning af fibre, som har en én til to størrelsesordener mindre diameter end de mindste fibre, som kan låses mekanisk i almindelig cementpasta.

Fig. 10 anskueliggør den forbavsende indre sammenhæng af den friske 20 flydende til plastiske cementbaserede DSP-mørtel 24, der er anbragt på en understøttende glasplade 26 under vibration (50 Hz - 10 s) og derefter holdes under strømmende ledningsvand (strømningshastighed ca. 4 liter i minuttet). Ved dette forsøg holdes mørtelen typisk under det strømmende vand i perioder af 2 - 30 minutter uden nogen 25 synlig bortvaskning af mørtelens komponenter. Mørtelen er fremstillet som beskrevet i eksempel 9 international patentansøgning nr.

PCT/DK79/00047.

Fig. 11 viser reparationen af en brokonstruktion 28 i strømmende vand 30 (en å) ved undervands injektion. Erosionshulrum 40 havde blotlagt 30 træpæle 32 mellem en bundkonstruktion 34 af almindelig beton 36 og et fundament 38, hvorved der opstod en fare for svær beskadigelse af pælene. Letflydende cementbaseret DSP-pasta 24 blev pumpet igennem ét af de borede huller 42 ind i hulrummet 40. Som følge af dens højere massefylde fortrængte DSP-pastaen vand fra hulrummet 40 og steg op i 35 de resterende huller 42, hvorved den fuldstændig udfyldte hulrummet 94

DK 163298 B

og hullerne og dannede et nyt dæklag, også på toppen af fundamentet.

Al støbning blev udført under vand, og åen strømmede hen over den friskstøbte DSP-beton, som imidlertid havde en så høj grad af indre sammenhæng, at i det væsentlige ingen bortvaskning fandt sted.

5 Fig. 12 viser reparationen af et vægelement 44 af en undervands tunnel under en bugt. Et letflydende DSP-materiale 24 blev fyldt i det hulrum, der skulle reparareres. Hulrummet havde en kompliceret form og var stærkt armeret med stålarmering 46. DSP-materialet blev indført fra den ene side gennem en slange 50 og steg ved den anden side af en 10 eksisterende betonvæg 36 og udfyldte hulrummet mellem betonvæggen og forskallingsarbej det 48.

Fig. 13 viser støbningen af en beklædning af høj slidbestandighed inden i et stålrør 52, der anvendes til transport af pulver (kul). Et plastrør 54 fyldt med sand 56 blev anbragt i rørets indre og blev 15 holdt på plads ved hjælp af afstivningsstøtter 58. Et stålfiberarme-ret DSP-materiale 24 baseret på Portland cement og ildfast bauxit blev hældt i røret 52 under let ydre vibration og udfyldte fuldstændigt mellemrummet mellem stålrøret 52 og det indførte plastrør 54.

Efter hærdning af DSP-materialet blev sandet fjernet, og plastrøret 20 blev trukket ud.

Fig. 14 er et spændings/tøjningsdiagram, der blev optegnet under tryktestning af cylindre med en diameter på 10 cm og en højde på 20 cm fremstillet af henholdsvis almindeligt højkvalitetsbeton og DSP-mørtel med sand, der bestod af op til 4 mm ildfast bauxit. DSP-mate-25 rialet var DENSIT®-S fra Aalborg Portland, Aalborg, Danmark. De målte trykstyrker var henholdsvis 72 og 270 MPa.

Fig. 15, fig. 16 og fig. 17 viser komprimeringen af DSP-beton eller mørtel i en beholder 62, hvor et overskud af flydende DSP-pasta 68 presses ud af massen og flyder forbi aggregater 64 og åbningen mellem 30 et stempel 66 og beholderen 62's væg, efterhånden som stemplet bevæges nedad. Herved (fig. 16) sammenpresses aggregatskelettet. Efter sammenpresning fjernes overskuddet af pasta (stadig under stempelbelastning) . Derefter fjernes stemplet, og aggregatskelettet udvider sig en smule (elastisk tilbagespring), hvorved pastaen 68 trækkes en » ' V". .

95

DK 163298 B

smule ind i hulrummene (sugning), hvorved der dannes indadkrummede pasta/gas-grænseflader, der som følge af overfladekræfter stabiliserer det komprimerede drænede materiale.

Fig. 18 viser valsningen af et plastisk DSP-materiale 68 ved hjælp af 5 et par valser 70 af et elastisk materiale med et afstandsorgan 72, der indskudt mellem valserne, til dannelse af en halvfabrikeret plade eller et ark af DSP-materialet, som yderligere kan formes.

Fig. 19.og fig. 20 viser formningen af en sådan halvfabrikeret plade eller et ark 74 mellem de to halvdele 76 af en trykform (der i sig 10 selv kan være fremstillet af et DSP-materiale) til dannelse af et rørafsnit 80.

Fig. 21 viser ekstruder ingen af et DSP-materiale. Fra en ekstrude-ringsform 82 passerer en ekstruderet streng 84 af DSP-materialet en understøtning 86, hvor elektriske komponenter 88, f.eks. modstands-15 komponenter, indsættes i det V-formede ekstruderede bånd. Båndet skæres af ved hjælp af et skær 90, og de resulterende afsnit 92 sammenpresses derefter i en trykform 76 til dannelse af DSP-indkapslede komponenter 94.

Fig. 22 viser trykformning med DSP-materiale 68 mellem et nedre eller 20 et øvre formelement henholdsvis 96 og 98, og fig. 23 viser trykformningen af et stort køkkenbord/vaskelement af DSP-materiale 68 i en stor form 100, 102.

Fig. 24 viser fremstillingen af et armeret DSP-pladelement ved presning af friskvalsede plader 110 og 112 af cementbaseret DSP på hver 25 side af en stålarmeringsrist 108 i en presse 104, 106.

Fig. 25 viser fremstillingen af et sandwich-element af fiberarmeret DSP-materiale, hvor fiberorienteringen i den øverste komponent 110 er vinkelret på fiberorienteringen i den nederste komponent 112.

Fig. 26 og fig. 27 viser indlejringen af sanitetsrør 114 eller op-30 varmningsrør 116 i DSP-konstruktionselementer.

96

DK 163298 B

I fig. 28 skæres en friskvalset plade af cementbaseret DSP-materiale til mursten eller tagsten 120 ved hjælp af et ristlignende skær.

Fig. 29 viser den barriereeffekt, der opstår, når et stort legeme eller en stor partikel 221 tæt ved væggen 223 hæmmer småpartikler 18 5 i at trænge ind_i et snævert rum mellem den store partikel med diameter D og væggen. Størrelsen af rummet, der ikke er tilgængeligt for partiklerne 18, betegnes f.

Fig. 30 viser vægeffekten, idet den viser partikler 258 nær en væg 256. Partikelkoncentrationen er lavere i det snævre rum nær væggen 10 end i hovedmassen. Tykkelsen af det snævre rum nær væggen er ca. 1 partikeldiameter.

Fig. 31 viser sedimentationen af stavformede partikler 248 i en væske 250. Sedimentation fra en væske med en lav partikel- eller fiberkoncentration i fraværelse af overfladekræfter medfører en temmelig tæt 15 pakning som følge af, at fibrene vender sig frit til vandret stilling uden at støde sammen med nedsynkende nabopartikler.

Claims (69)

97 DK 163298 B

1. Formet genstand, kendetegnet ved, at den omfatter en sammenhængende matrix, hvilken matrix omfatter

2. Formet genstand ifølge krav 1, kendetegnet ved, at partiklerne C er tæt pakket, hvorhos 30 den tætte pakning i det væsentlige er en pakning svarende til den, 99 DK 163298 B der kan opnås ved nænsom mekanisk påvirkning af et system af geometrisk tilsvarende formede store partikler, hvor låsende overflade-kræfter ikke har nogen væsentlig virkning.

3. Formet genstand ifølge krav 1 eller 2, 5 kend'ete g.n e t ved, at partiklerne A er tæt pakket, eller at den sammenhængende struktur A er dannet ud fra sådanne tæt pakkede partikler.

4. Formet genstand ifølge et hvilket som helst af de foregående krav, kendetegnet ved, at den indeholder yderligere legemer, der 10 har mindst én dimension, der er mindst én størrelsesorden større end partiklerne A, idet disse yderligere legemer er legemer af et fast stof, en gas eller en væske.

5 D) yderligere legemer, som har mindst én dimension, der er mindst én størrelsesorden større end partiklerne A, og mekanisk blander partiklerne A, vandet og betonsuperplastifice-ringsmidlet, sammen med partikler B og C og eventuelt yderligere partikler D, indtil der er opnået en viskos til plastisk masse, 10 og derefter, om nødvendigt eller om ønsket, kombinerer den resulterende masse med partikler og/eller legemer af ovennævnte type (B, C, D) ved mekaniske midler til opnåelse af den ønskede fordeling af komponenterne, og til slut støber den resulterende masse i den ønskede form i et område med lav spænding, eventuelt med inkorporering, under 15 støbningen, af partikler C og/eller yderligere legemer D.

5 Beregnet.på den samlede vægt af partiklerne A+B, hvorhos mængden af partikler B i det væsentlige svarer til tæt pakning deraf i kompositmaterialet med homogent pakkede partikler A i rummet mellem partiklerne B, mængden af vand i det væsentlige svarer til den mængde, som er nødvendig til udfylde rummet mellem partikler-10 ne A og B, og mængden af betonsuperplastificeringsmiddel er tilstrækkelig til at give kompositmaterialet en flydende til plastisk konsistens i et område med lav spænding på mindre end 5 kg/cm^, fortrinsvis mindre end 100 g/cm^, og C) kompakt-formede faste partikler af et materiale med en 15 styrke, der overstiger styrken for almindelig sand og sten, der bruges til almindelig beton, typisk en styrke svarende til mindst ét af følgende kriterier: 1. et stempelpres på over 30 MPa ved en pakningsgrad på 0,70, over 50 MPa ved en pakningsgrad på 0,75 og over 90

5 B) faste partikler, der er af størrelsesordenen 0,5-100 μτα, hvilke partikler er mindst én størrelsesorden større end de tilsvarende partikler nævnt under A), idet mindst 20 vægtprocent af partiklerne er Portland-cementpartikler, og idet mængden af partiklerne A er 5-50 rumfangsprocent af det sam-10 lede rumfang af partiklerne A+B, C) kompakt-formede faste partikler af et materiale med en styrke, der overstiger styrken for almindeligt sand og sten, der bruges til almindelig beton, typisk en styrke svarende til mindst ét af følgende kriterier: 15 1) et stempelpres på over 30 MPa ved en pakningsgrad på 0,70, over 50 MPa ved en pakningsgrad på 0,75 og over 90 MPa ved en pakningsgrad på 0,80, bestemt ved den i nærværende beskrivelse beskrevne metode (på partikler af et materiale med et størrelsesforhold mellem den største og den 20 mindste partikel, der i det væsentlige ikke overstiger 4), 2. en trykstyrke for et kompositmateriale, hvor partiklerne er indesluttet i en specifik matrix, der overstiger 170 MPa (i tilfælde af at en væsentlig mængde af partiklerne er større end 4 mm) og 200 MPa (i tilfælde af at i 25 det væsentlige alle partikler er mindre end 4 mm), bestemt ved den i nærværende beskrivelse beskrevne metode, 3. en Moh-hårdhed (for det mineral, partiklerne består af), der overstiger 7, og 4. en Knoop indentor-hårdhed (for det mineral, partiklerne 30 består af), der overstiger 800, 104 DK 163298 B idet disse partikler har en størrelse på 100 μιη-0,1 m, vand i et vægtforhold mellem vand og partiklerne A+B på 0,12-0,30, og et betonsuperplastificeringsmiddel, idet mængden af super-5 plastificeringsmiddeltørstof ligger i området 1-4%, beregnet på den samlede vægt af partiklerne A+B, hvorhos mængden af partikler B i det væsentlige svarer til tæt pakning deraf i kompositmaterialet med homogent pakkede partikler A i rummet mellem partiklerne B, mængden af vand i det væsentlige svarer 10 til den mængde, som er nødvendig til udfyldning af rummet mellem partiklerne A og B, og mængden af betonsuperplastificeringsmiddel er tilstrækkelig til at meddele kompositmaterialet en flydende til plastisk konsistens i et område med lav spænding på mindre end 5 kg/cm^, fortrinsvis mindre end 100 g/cm^, 15 og eventuelt D) yderligere legemer, som har mindst én dimension, der er mindst én størrelsesorden større end partiklerne A.

5. Formet genstand ifølge krav 4, kendetegnet ved, at de yderligere legemer er valgt blandt 15 gruppen bestående af kompakt-formede legemer, pladeformede legemer og aflange legemer.

5 A) homogent arrangerede uorganiske faste Si02-rige partikler af en størrelse på fra ca. 50 Å til ca. 0,5 μτα, eller en sammenhængende struktur dannet ud fra sådanne homogent arrangerede partikler, og B) tæt pakkede faste partikler med en størrelse af størrelses- 10 ordenen 0,5-100 jum, og som er mindst én størrelsesorden større end de respektive partikler nævnt under A), eller en sammenhængende struktur dannet ud fra sådanne tæt pakkede partikler, idet mindst 20 vægtprocent af partiklerne er Portland-cementpartikler, 15 idet partiklerne A eller den sammenhængende struktur, der er dannet deraf, er homogent fordelt i mellemrummet mellem partiklerne B, idet partiklerne A er tilstede i en mængde, der er 5-50 rumfangsprocent af det samlede rumfang af partiklerne A+B, 20 og idet den tætte pakning i det væsentlige er en pakning sva rende til den, der kan opnås ved nænsom mekanisk påvirkning af et system af geometrisk tilsvarende formede store partikler, hvor låsende overfladekræfter ikke har nogen væsentlig virkning, 25 et betonsuperplastificeringsmiddel, idet mængden af superplas- tificeringsmiddeltørstof ligger i området 1-4%, beregnet på den samlede vægt af partiklerne A+B, hvilken formet genstand yderligere omfatter, indlejret i matrixen 98 DK 163298 B C) kompakt-formede faste partikler af et materiale med en styrke, der overstiger styrken for almindeligt sand og sten, der bruges til almindelig beton, typisk en styrke svarende til mindst ét af følgende kriterier: 5 1) et stempelpres på over 30 MPa ved en pakningsgrad på 0,70, over 50 MPa ved en pakningsgrad på 0,75 og over 90 MPa ved en pakningsgrad på 0,80, bestemt ved den i nærværende beskrivelse beskrevne metode (på partikler af et materiale med et størrelsesforhold mellem den største og den 10 mindste partikel, der i det væsentlige ikke overstiger 4), 2. en trykstyrke for et kompositmateriale, hvor partiklerne er indesluttet i en specifik matrix, der overstiger 170 MPa (i tilfælde af at en væsentlig mængde af partik- 15 lerne er større end 4 mm) og 200 MPa (i tilfælde af at i det væsentlige alle partikler er mindre end 4 mm), bestemt ved den i nærværende beskrivelse beskrevne metode, 3. en Moh-hårdhed (for det mineral, partiklerne består af), der overstiger 7, og 20 4) en Knoop indentor-hårdhed (for det mineral, partiklerne består af), der overstiger 800, idet disse partikler har en størrelse på 100 /tm-0,1 m, og eventuelt D) yderligere legemer, som har mindst én dimension, der er 25 mindst én størrelsesorden større end partiklerne A, idet den formede genstand er blevet fremstillet under anvendelse af et vægtforhold mellem vand og partiklerne A+B på 0,12-0,30.

6. Formet genstand ifølge krav 4 eller 5, kendetegnet ved, at de yderligere legemer er valgt blandt gruppen bestående af metalstænger, herunder stålstænger, fibre, her-20 under metalfibre såsom stålfibre, plastfibre, Kevlar-fibre, glasfibre, asbestfibre, cellulosefibre, mineralske fibre, højtemperatur-fibre, whiskers, herunder uorganiske ikke-metalliske whiskers såsom grafit og AI2O3-whiskers og metalliske whiskers såsom jemwhiskers, tunge komponenter og hydrogenrige komponenter.

7. Formet genstand ifølge et hvilket som helst af kravene 4-6, kendetegnet ved, at de yderligere legemer D er tæt pakkede.

8. Formet genstand ifølge et hvilket som helst af de foregående krav, kendetegnet ved, at partiklerne A viser en væsentligt la-30 vere reaktivitet end partiklerne B, eller i det væsentlige ingen reaktivitet . 100 DK 163298 B

9. Formet genstand ifølge et hvilket som helst af de foregående krav, kendetegnet ved, at partiklerne B omfatter mindst 50 vagtprocent Portland cement-partikler.

10. Formet genstand ifølge krav 9, 5 kendetegnet ved, at partiklerne B omfatter partikler valgt blandt fint sand, flyveaske og fint kalk.

11. Formet genstand ifølge et hvilket som helst af de foregående krav, kendetegnet ved, at partiklerne A er silicastøv-partikler 10 med et specifikt overfladeareal på ca. 50.000-2.000.000 cm^/g. især ca. 250.000 cm^/g.

12. Formet genstand ifølge krav 11, kendetegnet ved, at silicastøv-partiklerne er til stede i et rumfang, der er 10-30 rumfangsprocent af det samlede rumfang af 15 partiklerne A + B.

13. Formet genstand ifølge et hvilket som helst af de foregående krav, kendetegnet ved, at partiklerne C består af materialer indeholdende stærke naturlige mineraler, stærke kunstige mineraler 20 eller stærke metaller eller legeringer, idet partiklernes styrke svarer til mindst ét af følgende kriterier: 1. et stempelpres på over 30 MPa ved en pakningsgrad på 0,70, over 50 MPa ved en paknings grad på 0,75 og over 90 MPa ved en paknings grad på 0,80, fortrinsvis over 45 MPa ved en paknings- 25 grad på 0,70, over 70 MPa ved en paknings gr ad på 0,75 og over

120 MPa ved en paknings grad på 0,80, bestemt ved den i nærværende beskrivelse beskrevne metode (på partikler af et materiale med et størrelsesforhold mellem den største og den mindste partikel, der i det væsentlige ikke overstiger 4), 30 2. en trykstyrke for et kompositmateriale, hvor partiklerne er indesluttet i en specifik matrix, der overstiger 170 MPa (i tilfælde af at en væsentlig mængde af partiklerne er større 101 DK 163298 B end 4 mm) og 200 MPa (i tilfælde af at i det væsentlige alle partikler er mindre end 4 mm), fortrinsvis overstigende 200 MPa (i tilfælde af at en væsentlig mængde af partiklerne er større end 4 mm) og 220 MPa (i tilfælde af at i det væ-5 sentlige alle partiklerne er mindre end 4 mm) , bestemt ved den i nærværende beskrivelse beskrevne metode, 3. en Moh-hårdhed (for det mineral, partiklerne består af), der overstiger 7, fortrinsvis overstiger 8, og 4. en Knoop indentor-hårdhed (for det mineral, partiklerne 10 består af), der overstiger 800, fortrinsvis overstiger 1500.

14. Formet genstand ifølge krav 13, kendetegnet ved, at partiklerne C består af én eller flere af følgende komponenter: topas, lawsonit, diamant, korund, phenacit, spinel, beryl, chrysobe-15 ryl, turmalin, andalusit, staurolit, zirkon, borcarbid, wolfram-carbid.

15. Formet genstand ifølge krav 14, kendetegnet ved, at partiklerne C består af ildfast bauxit.

16. Formet genstand ifølge et hvilket som helst af de foregående 20 krav, kendetegnet ved, at partiklerne C er til stede i et volumen, det er ca. 10-90 volumenprocent, fortrinsvis 30-80 volumenprocent, og især 50-70 volumenprocent, af det samlede volumen af partiklerne A, B og C.

17. Formet genstand ifølge et hvilket som helst af de foregående krav, kendetegnet ved, at den indeholder fibre som yderligere legemer D.

18. Formet genstand ifølge krav 17, 30 kendetegnet ved, at fibrene er valgt blandt gruppen bestående af metalfibre, herunder stålfibre, mineralske fibre, glas- 102 DK 163298 B fibre, asbestfibre, højtemperaturfibre, kulfibre og organiske fibre, herunder plastfibre.

19. Formet genstand ifølge krav 18, kendetegnet ved, at fibrene er overhakkede fibre eller 5 kontinuerlige fibre eller garn eller reb, eller forgarn eller stabelfibre, eller fibernet eller -væv.

20 MPa ved en pakningsgrad på 0,80, bestemt ved den i nærvæ rende beskrivelse beskrevne metode (på partikler af et materiale med et størrelsesforhold mellem den største og den mindste partikel, der i det væsentlige ikke overstiger 4), 2. en trykstyrke for et kompositmateriale, hvor partikler- 25 ne er indesluttet i en specifik matrix, der overstiger

170 MPa (i tilfælde af at en væsentlig mængde af partiklerne er større end 4 mm) og 200 MPa (i tilfælde· af at i det væsentlige alle partikler er mindre end 4 mm), bestemt ved den i nærværende beskrivelse beskrevne metode, 119 DK 163298 B 3. en Moh-hårdhed (for det mineral, partiklerne består af), der overstiger 7, og 4. en Knoop indentor-hårdhed (for det mineral, partiklerne består af), der overstiger 800, 5 idet disse partikler har en størrelse på 100 μπι-0,1 m, og eventuelt D) yderligere legemer, som har mindst én dimension, der er mindst én størrelsesorden større end partiklerne A, idet den formede genstand er blevet fremstillet under anvendelse af 10 et vægtforhold mellem vand og partiklerne A+B på 0,12-0,30, hvilken genstand yderligere omfatter et eller flere overfladelag, som har en i det væsentlige ensartet tykkelse og en struktur, som er forskellig fra den ovenfor definerede sturktur, der støder op til overfladelaget eller -lagene.

20 Den er i stand til at befugte den indre overflade i den struk tur, der udgøres af partiklerne A og B, den indeholder molekyler af størrelse, som er mindst én størrelsesorden mindre end partiklerne A, ved størkning, ved afkøling eller polymerisation efterlader 25 den et fast stof med i det væsentlige samme rumfang som væ sken, og efterfølgende størkning af væsken ved afkøling eller polymerisation. 113 DK 163298 B

20 MPa ved en pakningsgrad på 0,80, bestemt ved den i nærvæ rende beskrivelse beskrevne metode (på partikler af et materiale med et størrelsesforhold mellem den største og den mindste partikel, der i det væsentlige ikke overstiger 4), 2. en trykstyrke for et kompositmateriale, hvor partikler- 25 ne er indesluttet i en specifik matrix, der overstiger

170 MPa (i tilfælde af at en væsentlig mængde af partiklerne er større end 4 mm) og 200 MPa (i tilfælde af at i det væsentlige alle partikler er mindre end 4 mm), bestemt ved den i nærværende beskrivelse beskrevne metode, 30 3) en Moh-hårdhed (for det mineral, partiklerne består af), der overstiger 7, og DK 163298 B uo 4. en Knoop indentor-hårdhed (for det mineral, partiklerne består af), der overstiger 800, idet disse partikler har en størrelse på 100 μιη-0,1 m, og eventuelt

20 A) uorganiske Si02-rige partikler af en størrelse på ca. 50 Å til ca. 0,5 μιη, B) faste partikler, der er af størrelsesordenen 0,5 - 100 μα., hvilke partikler er mindst én størrelsesorden større end de tilsvarende partikler nævnt under A), idet mindst 20 vægtpro-25 cent af partiklerne er Portland-cementpartikler, og idet mæng den af partiklerne A er 5-50 rumfangsprocent af det samlede rumfang af partiklerne A+B, 105 DK 163298 B C) kompakt-formede faste partikler af et materiale med en styrke, der overstiger styrken for almindelig sand og sten, der bruges til almindelig beton, typisk en styrke svarende til mindst ét af følgende kriterier: 5 · 1) et_ stempelpres på over 30 MPa ved en pakningsgrad på 0,70, over 50 MPa ved en pakningsgrad på 0,75 og over 90 MPa ved en pakningsgrad på 0,80, bestemt ved den i nærværende beskrivelse beskrevne metode (på partikler af et materiale med et størrelsesforhold mellem den største og den 10 mindste partikel, der i det væsentlige ikke overstiger 4), 2. en trykstyrke for et kompositmateriale, hvor partiklerne er indesluttet i en specifik matrix, der overstiger 170 MPa (i tilfælde af at en væsentlig mængde af partiklerne er større en 4 mm) og 200 MPa (i tilfælde af at i 15 det væsentlige alle partikler er mindre end 4 mm), bestemt ved den i nærværende beskrivelse beskrevne metode, 3. en Moh-hårdhed (for det mineral, partiklerne består af), der overstiger 7, og 4. en Knoop indentor-hårdhed (for det mineral, partiklerne 20 består af), der overstiger 800, idet disse partikler har en størrelse på 100 /tm-0,1 m, og et betonsuperplastificeringsmiddel, idet mængden af super-plastificeringsmiddeltørstof ligger i området 1-4%, beregnet på den samlede vægt af partiklerne A+B, 25 hvorhos mængden af partikler B i det væsentlige svarer til tæt pakning deraf i kompositmaterialet med homogent pakkede partikler A i rummet mellem partiklerne B, og mængden af betonsuperplastificerings-middel er tilstrækkelig til at meddele kompositmaterialet en flydende til plastisk konsistens i et område med lav spænding på mindre end 5 30 kg/cm^, fortrinsvis mindre end 100 g/cm^, når der er tilsat en vandmængde, som i det væsentlige svarer til den mængde, som er nødvendig 106 DK 163298 B til at fylde hulrummene mellem partiklerne A og B, denne mængde svarende til et vægtforhold mellem vand og partiklerne A+B på 0,12-0,30, og eventuelt D) yderligere legemer, som har mindst én dimension, der er 5 mindst én størrelsesorden større end partiklerne A.

20. Formet genstand ifølge et hvilket som helst af de foregående krav, kendetegnet ved, at den yderligere indeholder armerings-10 stål som stænger eller stave.

21. Formet genstand ifølge krav 19 eller 20, kendetegnet ved, at stængerne, stavene eller fibrene er forspændte.

22. Formet genstand ifølge krav 19 eller 20, 15 kendetegnet ved, at de yderligere legemer (fibre, stænger eller stave) har bibeholdt deres geometriske identitet under formningsprocessen.

23. Formet genstand ifølge et hvilket som helst af de foregående krav, 20 kendetegnet ved, at denne genstand er et ark eller en plade af tyndvægget plan eller korrugeret form; en ledning; et rør; en ildfast foring eller en komponent af ildfast foring; et beskyttelsesovertræk såsom et beskyttelsesovertræk påført stål, almindeligt beton, murværk, fortove og veje; et tagbeklædningsmateriale såsom en 25 tagplade eller tagsten; et elektrisk isolerende legeme; en afskærmning mod radioaktiv stråling; en havbundskonstruktion til anvendelse på dybt vand; en bremsebelægning; et slibeaggregat; en beholder; en in situ-støbt olieborehulvæg; eller et bærende element i konstruktioner såsom en bjælke, en skal eller en søjle, typisk som armeret be-30 ton, især som forspændt beton; en maskindel; eller en skulptur.

24. Formet genstand ifølge krav 23, kendetegnet ved, at dens matrix er fiberarmeret. 103 DK 163298 B

25 B) tæt pakkede faste partikler med en størrelse af størrelses ordenen 0,5-100 pm, og som er mindst én størrelsesorden større end de respektive partikler nævnt under A), eller en sammenhængende struktur dannet ud fra sådanne tæt pakkede partikler, idet mindst 20 vægtprocent af partiklerne er Portland-cement- 30 partikler, 118 DK 163298 B idet partiklerne A eller den sammenhængende struktur, der er dannet deraf, er homogent fordelt i mellemrummet mellem partiklerne B, og idet mængden af partiklerne A er 5-50 rumfangs -procent af det samlede rumfang af partiklerne A+B, 5 og idet den tætte pakning er i det væsentlige en pakning sva rende til den, der kan opnås ved nænsom mekanisk påvirkning af et system af geometrisk tilsvarende formede store partikler, hvor låsende overfladekræfter ikke har nogen væsentlig virkning, 10 et betonsuperplastificeringsmiddel, idet mængden af superpla- stificeringsmiddeltørstof ligger i området 1-4%, beregnet på den samlede vægt af partiklerne A+B, og yderligere omfatter, indlej ret i matrixen C) kompakt-formede faste partikler af et materiale med en 15 styrke, der overstiger styrken for almindeligt sand og sten, der bruges til almindelig beton, typisk en styrke svarende til mindst ét af følgende kriterier: 1. et stempelpres på over 30 MPa ved en pakningsgrad på 0,70, over 50 MPa ved en pakningsgrad på 0,75 og over 90

25. Kompositmateriale til fremstilling af en formet genstand, hvilket materiale indeholder, A) uorganiske Si02*rige partikler af en størrelse på ca. 50 Å til ca. 0_,5 pm,

26. Kompositmateriale til fremstilling af en formet genstand, hvilket materiale indeholder,

27. Kompositmateriale ifølge krav 25 eller 26, kendetegnet ved, at partiklerne A er til stede i et rumfang, der i det væsentlige svarer til tæt pakning, til udfyldning af rummet mellem partiklerne B, når disse er tæt pakkede, og det over-10 fladeaktive dispergeringsmiddel er til stede i en mængde, der er tilstrækkelig til at tillade tæt pakning af partiklerne A i et område med lav spænding på mindre en 5 kg/cm^, fortrinsvis mindre end 100 g/cm^.

28. Kompositmateriale ifølge et hvilket som helst af kravene 25-27, 15 kendetegnet ved, at partiklerne A er silicastøv-partikler med et specifikt overfladeareal på ca. 50.000 - 2.000.000 caP/g, især ca. 250.000 cm^/g, og partiklerne B omfatter mindst 50 vægtprocent Portland cement.

29. Kompositmateriale ifølge et hvilket som helst af kravene 25-28, 20 kendetegnet ved, at partiklerne C er til stede i et rumfang, der i det væsentlige svarer til tæt pakning mellem partiklerne C, idet den tætte pakning i det væsentlige er en pakning svarende til den, der kan opnås ved nænsom mekanisk påvirkning af et system af geometrisk tilsvarende formede store partikler, hvor låsende overfla- 25 dekræfter ikke har nogen væsentlig virkning.

30. Kompositmateriale ifølge krav 28 eller 29, kendetegnet ved, at partiklerne B omfatter partikler valgt blandt fint sand, flyveaske, fint kalk og fint ildfast bauxit.

31. Kompositmateriale ifølge et hvilket som helst af kravene 28-30, 30 kendetegnet ved, at betonsuperplastificeringsmidlet er et alkali- eller jordalkalimetalsalt af højt kondenseret naphthaiensul- 107 DK 163298 B fonsyre/formaldehyd-kondensat, af hvilket typisk mere end 70 procent består af molekyler indeholdende 7 eller flere naphthalenkerner.

32. Kompositmateriale ifølge krav 31, kendetegnet ved, at alkali- eller jordalkalimetalsaltet er 5 et natrium- eller calciumsalt.

33. Kompositmateriale ifølge krav 31 eller 32, kendetegnet ved, at mængden af superplastificeringstørstof ligger i området fra 2 til 4%, beregnet på den samlede vægt af Portland cement og silicastøv.

34. Kompositmateriale ifølge et hvilket som helst af kravene 31-33, kendetegnet ved, at vægtforholdet mellem vand og Portland cement og eventuelle andre partikler B plus silicastøv er på fra 0,12 til 0,20.

35. Kompositmateriale ifølge et hvilket som helst af kravene 25-34, 15 kendetegnet ved, at partiklerne C består af materialer indeholdende stærke naturlige mineraler, stærke kunstige mineraler eller stærke metaller eller legeringer, idet partiklernes styrke svarer til mindst ét af følgende kriterier: 1. et stempelpres på over 30 MPa ved en paknings grad på 20 0,70, over 50 MPa ved en pakningsgrad på 0,75 og over 90 MPa ved en pakningsgrad på 0,80, fortrinsvis over 45 MPa ved en paknings grad på 0,70, over 70 MPa ved en paknings-grad på 0,75 og over 120 MPa ved en pakningsgrad på 0,80, bestemt ved den i nærværende beskrivelse beskrevne metode 25 (på partikler af et materiale med et størrelsesforhold mellem den største og den mindste partikel, der i det væsentlige ikke overstiger 4), 2. en trykstyrke for et kompositmateriale, hvor partiklerne er indesluttet i en specifik matrix, der overstiger 30 170 MPa (i tilfælde af at en væsentlig mængde af partik lerne er større end 4 mm) og 200 MPa (i tilfælde af at i det væsentlige alle partikler er mindre end 4 mm), for- 108 DK 163298 B trinsvis overstigende 200 MPa (i tilfælde af at en væsentlig mængde af partiklerne er større end 4 mm) og 220 MPa (i tilfælde af at i det væsentlige alle partiklerne er mindre end 4 mm), bestemt ved den i nærværende beskrivelse 5 beskrevne metode, 3. en Moh-hårdhed (for det mineral, partiklerne består af), der overstiger 7, fortrinsvis overstiger 8, og 4. en Knoop indentor-hårdhed (for det mineral, partiklerne består af), der overstiger 800, fortrinsvis overstiger 10 1500.

36. Kompositmateriale ifølge krav 35, kendetegnet ved, at partiklerne C består af én eller flere af følgende komponenter: topas, lawsonit, diamant, korund, phenacit, spinel, beryl, chrysobe-15 ryl, turmalin, andalusit, staurolit, zirkon, borcarbid, wolfram-carbid.

37. Kompositmateriale ifølge krav 36, kendetegnet ved, at partiklerne C består af ildfast bauxit.

38. Fremgangsmåde til fremstilling af en formet genstand eller en del af en formet genstand, kendetegnet ved, at man kombinerer A) uorganiske faste Si02-rige partikler med en størrelse på fra ca. 50 A til ca. 0,5/im og B) faste partikler med en størrelse af størrelsesordenen 0,5- 25 100 μτα, hvilke partikler er mindst én størrelsesorden større end de respektive partikler nævnt under A), idet mindst 20 vægtprocent af partiklerne er Portland-cementpartikler, og idet mængden af partiklerne A er 5-50 rumfangsprocent af det samlede rumfang af partiklerne A+B, 109 DK 163298 B vand i et vægtforhold mellem vand og partiklerne A+B på 0,12-0,30, og et betonsuperplastificeringsmiddel, idet mængden af superplastificeringsmiddeltørstof ligger i området 1-4%,

39. Fremgangsmåde ifølge krav 38, kendetegnet ved, at det spændingsområde, der er ansvarligt for formningen af massen, hovedsagelig skyldes gravitetskræfter, som virker på massen, 20 eller inertikræfter, der virker på massen, eller kontaktkræfter, eller den samtidige indvirkning af to eller flere af de ovennævnte kræfter.

40. Fremgangsmåde ifølge krav 38, 25 kendetegnet ved, at det spændingsområde, der hovedsaglig er ansvarligt for formningen af massen, skyldes oscillerende kræfter med en frekvens på mellem 0,1 og 10^ Hz, idet de oscillerende kræfter er af den i krav 39 nævnte type, eller skyldes en kombination af sådanne oscillerende kræfter med ikke-oscillerende kræfter af den i 30 krav 39 nævnte type. 1U DK 163298 B

41. Fremgangsmåde ifølge krav 38, kendetegnet ved, at genstanden eller en del af genstanden formes ved ekstrudering eller valsning ved et formningstryk på op til 100 kg/cm^.

42. Fremgangsmåde ifølge krav 38, kendetegnet ved, at genstanden eller en del af genstanden formes ved sprøjtning, maling eller pensling, injektion eller påføring af et lag af massen på en overflade og tilpasning af massen til overfladens form.

43. Fremgangsmåde ifølge krav 38, kendetegnet ved, at genstanden eller en del af genstanden formes ved centrifugalstøbning.

44. Fremgangsmåde ifølge krav 38, kendetegnet ved, at massen som en sammenhængende masse 15 hældes ud i en væske, hvor den fortrænger en del af væsken og arrangerer sig selv som en sammenhængende masse.

45. Fremgangsmåde ifølge krav 41, kendetegnet ved, at væsken er vand, og massen er pasta, mørtel eller beton til bygning af en undervandskonstruktion.

46. Formede genstande fremstillet ved fremgangsmåden ifølge et hvil ket som helst af kravene 38-45.

47. Formede genstande fremstillet ud fra kompositmateriale ifølge et hvilket som helst af kravene 26-37.

48. Formet genstand ifølge et hvilket som helst af kravene 1-24 og 25 46-47, kendetegnet ved, at i det mindste en del af matrixen indeholder et yderligere fast stof i hulrummene i den struktur, der udgøres af partiklerne A og B. 112 DK 163298 B

49. Formet genstand ifølge krav 48, kendetegnet ved, at det yderligere faste stof er valgt blandt gruppen bestående af organiske polymerer såsom polymethyl-methacrylat eller polystyren, lavtsmeltende metaller og uorganiske 5 faste metalloider såsom svovl.

50. Formet genstand ifølge krav 48 eller 49, kendetegnet ved, at i det mindste den del af matrixen, der støder op til genstandens ydre overflader indeholder det yderligere faste stof i hulrummene i den struktur, der udgøres af partiklerne A 10 og B.

51. Fremgangsmåde til fremstilling af en formet genstand ifølge et hvilket som helst af kravene 48-50, kendetegnet ved, at en formet genstand ifølge et hvilket som helst af kravene 1-24 og 46-47 infiltreres helt eller delvis med 15 en væske, hvorefter væsken omdannes til fast stof.

52. Fremgangsmåde ifølge krav 51, kendetegnet ved, at infiltreringen udføres med en væske, der viser i det mindste en af følgende egenskaber:

53. Fremgangsmåde ifølge krav 51 eller 52, kendetegnet ved, at effektiviteten af infiltreringen med væske forøges ved én eller flere af følgende forholdsregler: udtørring af genstanden eller den del deraf, der skal impræg-5 neres, påføring af vakuum på genstanden eller den del deraf, der skal imprægneres, før infiltreringsbehandlingen, påføring af ydre tryk på infiltreringsvæsken efter at genstanden er blevet bragt i kontakt med infiltreringsvæsken.

54. Anvendelse af et kompositmateriale, der indeholder A) uorganiske faste Si02-rige partikler af en størrelse på ca. 50. til ca. 0,5 μα, B) faste partikler, der er af størrelsesordenen 0,5 - 100 μα, hvilke partikler er mindst én størrelsesorden større end de 15 tilsvarende partikler nævnt under A), idet mindst 20 vægtpro cent af partiklerne er Portland-cementpartikler, og idet mængden af partiklerne A er 5-50 rumfangsprocent af det samlede rumfang af partiklerne A+B, C) kompakt-formede faste partikler af et materiale med en 20 styrke, der overstiger styrken for almindeligt sand og sten, der bruges til almindelig beton, typisk en styrke svarende til mindst ét af følgende kriterier: 1 et stempelpres på over 30 MPa ved en pakningsgrad på 0,70, over 50 MPa ved en pakningsgrad på 0,75 og over 90 25 MPa ved en pakningsgrad på 0,80, bestemt ved den i nærvæ rende beskrivelse beskrevne metode (på partikler af et materiale med et størrelsesforhold mellem den største og den mindste partikel, der i det væsentlige ikke overstiger 4), 114 DK 163298 B 2. en trykstyrke for et kompositmateriale, hvor partiklerne er indesluttet i en specifik matrix, der overstiger 170 MPa (i tilfælde af at en væsentlig mængde af partiklerne er større end 4 mm) og 200 MPa (i tilfælde af at i 5 det væsentlige alle partikler er mindre end 4 mm), bestemt ved den i nærværende beskrivelse beskrevne metode, 3. en Moh-hårdhed (for det mineral, partiklerne består af), der overstiger 7, og 4. en Knoop indentor-hårdhed (for det mineral, partiklerne 10 består af), der overstiger 800, idet disse partikler har en størrelse på 100 /zm-0,1 meter vand i et vægtforhold mellem vand og partiklerne A+B på 0,12-0,30, og et betonsuperplastificeringsmiddel, idet mængden af super-15 plastificeringsmiddeltørstof ligger i området 1-4%, beregnet på den samlede vægt af partiklerne A+B, hvorhos mængden af partikler B i det væsentlige svarer til tæt pakning deraf i kompositmaterialet med homogent pakkede partikler A i rummet mellem partiklerne B, mængden af vand i det væsentlige svarer 20 til den mængde, som er nødvendig til udfyldning af rummet mellem partiklerne A og B, og mængden af betonsuperplastificeringsmiddel er tilstrækkelig til at meddele kompositmaterialet en flydende til plastisk konsistens i et område med lav spænding på mindre end 5 kg/cm^, fortrinsvis mindre end 100 g/cm^, 25 og eventuelt D) yderligere legemer, som har mindst én dimension, der er mindst én størrelsesorden større end partiklerne A, til fremstilling af formede genstande valgt blandt gruppen bestående af in situ-støbte olieborehulvægge; kanaludfyldninger; revneudfyld 115 DK 163298 B ninger; ark, plader og tagsten af tyndvægget plan eller korrugeret form; anti-korrosionsbeskyttelsesdæklag påført på stål- og betonlegemer; ledninger; rør; elektrisk isolerende legemer; afskærmning mod radioaktiv stråling; havbundskonstruktioner til dybvandsanvendelse; 5 bremsebelægninger; slibeaggregater; beholdere; maskindele; og skulpturer.

55. Fremgangsmåde til fremstilling af en formet genstand valgt blandt gruppen bestående af in situ-støbte olieborehulvægge; kanaludfyldninger; revneudfyldninger; ark, plader og tagsten af tyndvægget plan 10 eller korrugeret form; anti-korrosionsbeskyttelsesdæklag påført på stål- og betonlegemer; ledninger; rør; elektrisk isolerende legemer; afskærmning mod radioaktiv stråling; havbundskonstruktioner til dybvandsanvendelse; bremsebelægninger; slibeaggregater; beholdere; raa-skindele; og skulpturer; kendetegnet ved, at man kombine-15 rer A) uorganiske faste Si02-rige partikler af en størrelse på ca. 50. til ca. 0,5 μη, B) faste partikler, der er af størrelsesordenen 0,5 - 100 μη, hvilke partikler er mindst én størrelsesorden større end de 20 tilsvarende partikler nævnt tinder A), idet mindst 20 vægtpro cent af partiklerne er Portland-cementpartikler, og idet mængden af partiklerne A er 5-50 rumfangsprocent af det samlede rumfang af partiklerne A+B, C) kompakt-formede faste partikler af et materiale med en 25 styrke, der overstiger styrken for almindeligt sand og sten, der bruges til almindelig beton, typisk en styrke svarende til mindst ét af følgende kriterier: 1 et stempelpres på over 30 MPa ved en pakningsgrad på 0,70, over 50 MPa ved en pakningsgrad på 0,75 og over 90 30 MPa ved en pakningsgrad på 0,80, bestemt ved den i nærvæ rende beskrivelse beskrevne metode (på partikler af et materiale med et størrelsesforhold mellem den største og den mindste partikel, der i det væsentlige ikke overstiger 4), 116 DK 163298 B 2. en trykstyrke for et kompositmateriale, hvor partiklerne er indesluttet i en specifik matrix, der overstiger 170 MPa (i tilfælde af at en væsentlig mængde af partiklerne er større end 4 mm) og 200 MPa (i tilfælde af at i 5 det væsentlige alle partikler er mindre end 4 mm), bestemt ved den i nærværende beskrivelse beskrevne metode, 3. en Moh-hårdhed (for det mineral, partiklerne består af), der overstiger 7, og 4. en Knoop indentor-hårdhed (for det mineral, partiklerne 10 består af), der overstiger 800, idet disse partikler har en størrelse på 100 /un-0,1 m, vand i et vægtforhold mellem vand og partiklerne A+B på 0,12-0,30, og et betonsuperplastificeringsmiddel, idet mængden af super-15 plastificeringsmiddeltørstof ligger i området 1-4%, beregnet på den samlede vægt af partiklerne A+B, hvorhos mængden af partikler B i det væsentlige svarer til tæt pakning deraf i kompositmaterialet med homogent pakkede partikler A i rummet mellem partiklerne B, mængden af vand i det væsentlige svarer 20 til den mængde, som er nødvendig til udfyldning af rummet mellem partiklerne A og B, og mængden af betonsuperplastificeringsmiddel er tilstrækkelig til at meddele kompositmaterialet en flydende til plastisk konsistens i et område med lav spænding på mindre end 5 kg/cm^, fortrinsvis mindre end 100 g/cm^, 25 og eventuelt D) yderligere legemer, som har mindst én dimension, der er mindst én størrelsesorden større end partiklerne A, 117 DK 163298 B ved mekanisk at blande partiklerne A, vandet og betonsuperplastifice-ringsmidlet, sammen med partikler B og C og eventuelt yderligere legemer D, indtil der er opnået en viskos til plastisk masse, og derefter, om nødvendigt eller om ønsket, kombinerer den resulte-5 rende masse med partikler og/eller legemer af ovennævnte type (B, C, D) ved mekaniske midler til opnåelse af den ønskede fordeling af komponenterne, og til slut støber den resulterende masse i den ønskede form i et område med lav spænding, eventuelt med inkorporering, under støbningen, af yderligere partikler C og/eller yderligere legemer D,

56. Formet genstand ifølge krav 1, kendetegnet ved, at genstanden har en trykstyrke på over 150 MPa, fortrinsvis over 180 MPa, målt på et prøvelegeme med en diameter på 10 cm og en højde på 20 cm, når det største af de kompakt-formede legemer er større end 4 mm, og 15 over 180 MPa, målt på et prøvelegeme med en diameter på 3 cm og en højde på 6 cm, når det største af de kompakt-formede legemer er højst 4 mm.

57. Formet genstand, kendetegnet ved, at den omfatter en sammenhængende matrix, 20 hvilken matrix omfatter A) homogent arrangerede uorganiske faste Si02-rige partikler af en størrelse på fra ca. 50 Å til ca. 0,5 μια, eller en sammenhængende struktur dannet ud fra sådanne homogent arrangerede partikler,

58. Genstand ifølge krav 57, kendetegnet ved, at den struktur, der udgøres af partiklerne A, B, C og eventuelt D udviser et hvilket som helst af de træk, der er angivet i et hvilket som helst af kravene 3-27.

59. Genstand ifølge krav 57 eller 58, 20 kendetegnet ved, at det materiale, der udgør et overfladelag, er valgt blandt gruppen bestående af glas; keramik; plast; metaller; træ; papir; læder; cementmørtel; beton; fiberarmerede cementmaterialer.

60. Genstand ifølge et hvilket som helst af kravene 57-59, 25 kendetegnet ved, at den er en elektrisk isolerende komponent, et møbel, en boghylde, en dør, et pengeskab eller en del deraf, en beholder til radioaktivt materiale, en skulptur, et bærende element såsom en søjle, en væg, et gulv- eller tagelement, et skibsskrog, et rør eller en ledning eller en skorsten. 1 ' 120 DK 163298 B

61. Fremgangsmåde til fremstilling af en genstand ifølge et hvilket som helst af kravene 57-60, kendetegnet ved, at man kombinerer A) uorganiske faste SiC>2-rige partikler med en størrelse på 5 fra ca. 50 Å til ca. 0,5 /im og B) faste partikler med en størrelse af størrelsesordenen 0,5-100 μπι, hvilke partikler er mindst én størrelsesorden større end de respektive partikler nævnt under A), idet mindst 20 vægtprocent af partiklerne er Portland-cementpartikler, og 10 idet mængden af partiklerne A er 5-50 rumfangsprocent af det samlede rumfang af partiklerne A+B, vand i et vægtforhold mellem vand og partiklerne A+B på 0,12-0,30, og et betonsuperplastificeringsmiddel, idet mængden af super-15 plastificeringsmiddeltørstof ligger i området 1-4%, beregnet på den samlede vægt af partiklerne A+B, hvorhos mængden af partikler B i det væsentlige svarer til tæt pakning deraf i kompositmaterialet med homogent pakkede partikler A i rummet mellem partiklerne B, mængden af vand i det væsentlige svarer 20 til den mængde, som er nødvendig til udfylde rummet mellem partiklerne A og B, og mængden af betonsuperplastificeringsmiddel er tilstrækkelig til at give kompositmaterialet en flydende til plastisk konsistens i et område med lav spænding på mindre end 5 kg/cm^, fortrinsvis mindre end 100 g/cm^, 25 og C) kompakt-formede faste partikler af et materiale med en styrke, der overstiger styrken for almindelig sand og sten, der bruges til almindelig beton, typisk en styrke svarende til mindst ét af følgende kriterier: 121 DK 163298 B 1. et stempelpres på over 30 MPa ved en paknings grad på 0,70, over 50 MPa ved en paknings grad på 0,75 og over 90 MPa ved en pakningsgrad på 0,80, bestemt ved den i nærværende beskrivelse beskrevne metode (på partikler af et ma- 5 teriale med et størrelsesforhold mellem den største og den mindste partikel, der i det væsentlige ikke overstiger 4), 2. en trykstyrke for et kompos i tmateriale, hvor partiklerne er indesluttet i en specifik matrix, der overstiger 170 MPa (i tilfælde af at en væsentlig mængde af partik- 10 lerne er større end 4 mm) og 200 MPa (i tilfælde af at i det væsentlige alle partikler er mindre end 4 mm), bestemt ved den i nærværende beskrivelse beskrevne metode, 3. en Moh-hårdhed (for det mineral, partiklerne består af), der overstiger 7, og 15 4) en Knoop indentor-hårdhed (for det mineral, partiklerne består af), der overstiger 800, idet disse partikler har en størrelse på 100 μπι-0,1 m, og eventuelt D) yderligere legemer, som har mindst én dimension, der er 20 mindst én størrelsesorden større end partiklerne A, ved mekanisk at blande partiklerne A, vandet og betonsuperplastifice-ringsmidlet, sammen med partikler B og C og eventuelt yderligere partikler D, indtil der er opnået en viskos til plastisk masse, og derefter, om nødvendigt eller om ønsket, kombinerer den resulte-25 rende masse med partikler og/eller legemer af ovennævnte type (B, C, D) ved mekaniske midler til opnåelse af den ønskede fordeling af komponenterne, og til slut støber den resulterende masse i kontakt med ét eller flere lag, som har en struktur, der er forskellig fra den hærdede struktur hos den resulterende masse, i et område med lav 122 DK 163298 B spænding, eventuelt med inkorporering, under støbningen, af partikler C og/eller legemer D, og hærder den støbte masse, på en sådan måde, at laget eller lagene bliver integreret med den hærdede masse, så at det eller de udgør et eller flere overfladelag, 5 der dækker massen.

62. Fremgangsmåde ifølge krav 61, kendetegnet ved, at massen støbes i et mellemrum mellem to lag eller i det indre af en hul struktur.

63. Fremgangsmåde ifølge krav 61 eller 62, 10 kendetegnet ved, at det spændings område, der er ansvarligt for formningen af massen hovedsagelig skyldes gravitetskræfter, som virker på massen, eller inertikræfter, der virker på massen, eller kontaktkræfter, 15 eller den samtidige indvirkning af to eller flere af de ovennævnte kræfter.

64. Fremgangsmåde ifølge krav 61 eller 62, kendetegnet ved, at det spændingsområde, der hovedsaglig er ansvarligt for formningen af massen, skyldes oscillerende kræfter 20 med en frekvens på mellem 0,1 og 10^ Hz, idet de oscillerende kræfter er af den i krav 63 nævnte type, eller skyldes en kombination af sådanne oscillerende kræfter med ikke-oscillerende kræfter af den i krav 63 nævnte type.

65. Fremgangsmåde ifølge krav 61 eller 62, 25 kendetegnet ved, at genstanden eller en del af genstanden formes ved ekstrudering eller valsning ved et formningstryk på op til 100 kg/cm^.

66. Fremgangsmåde ifølge et hvilket som helst af kravene 61-63, kendetegnet ved, at genstanden eller en del af genstanden 30 formes ved injektion. 123 DK 163298 B

67. Fremgangsmåde ifølge krav 61 eller 62, kendetegnet ved, at genstanden eller en del af genstanden formes ved centrifugalstøbning.

68. Fremgangsmåde ifølge krav 61 eller 62, 5 kendetegnet ved, at massen som en sammenhængende masse hældes ud i en væske, hvor den fortrænger en del af væsken og arrangerer sig selv som en sammenhængende masse.

69. Fremgangsmåde ifølge krav 68, kendetegnet ved, at væsken er vand, og massen er pasta, 10 mørtel eller beton til bygning af en undervandskonstruktion.