DK166774B1 - Haerdeligt materiale til brug ved fremstilling af byggeelementer, konstruktionsenheder og forformede materialer af betontypen, samt fremgangsmaade til fremstilling af byggematerialer - Google Patents

Description

i DK 166774 B1

Den foreliggende opfindelse angår et hærdeligt materiale til brug ved fremstilling af byggeelementer, konstruktionsenheder og forformede materialer af betontypen bl.a. væg-, gulv-, loft- og tagplader og -sten, flisematerialer 5 samt en fremgangsmåde til fremstilling af byggematerialer.

Kunstige sten har været fremstillet i mange år, f.eks. er mange bygninger fra romertiden i hovedsagen bygget med en 10 art beton, som er beklædt med marmor. I den senere del af det 20. århundrede har beton imidlertid vist sig at være mindre fordelagtigt som byggemateriale p.g.a. den store luftforurening i nutidens byer, der i tidens løb kan ødelægge beton og endog naturlige materialer, såsom 15 marmor og sandsten.

Til fremstilling af byggeelementer og lignende er det økonomisk fordelagtigt at anvende et af jordens mest rigeligt forekommende grundstoffer, nemlig silicium, til 20 dette formål og nærmere betegnet fremstille silicatbundne silicamaterialer.

Fra AU patentskrift nr. 155 386 kendes en metode til at hærde alkalisilicater, hvor man behandler alkalisilica-25 terne med hydrolyseret ethylsilicat. Alkalisilicaterne kan yderligere være iblandet fyldmateriale såsom finmalet silica. Hærdningen forløber meget hurtigt til dannelse af en granitagtig masse med god styrke, og som er egnet til brug til faststøbning af maskineri, men ikke særlig egnet 30 til byggemateriale til udvendig brug.

Den til grund for opfindelsen liggende opgave er at anvise et hærdeligt materiale af den i krav l’s indledning angivne art, som har en langvarig bestandighed mod regn-35 vand og gasser i atmosfæren og således kan anvendes både ude og inde.

DK 166774 B1 2

Det hærdelige materiale ifølge opfindelsen er ejendommeligt ved det i den kendetegnende del af krav 1 anførte.

Opfindelsen omfatter endvidere en fremgangsmåde til frem-5 stilling af byggeelementer, hvilken fremgangsmåde er ejendommelig ved det i krav 3's kendetegnende del anførte.

På tale som silica kommer ethvert egnet, let tilgængeligt 10 silicasand eller blandinger af sand. Et foretrukket sili-casand er rent hvidt silicasand, idet man har konstateret, at der findes store aflejringer af dette, især i Australien. Et sådant aflejret materiale, der har vist sig at være af særdeles høj renhed, har et Fe^O^-indhold 15 på mindre end 0,008%. Dette råmateriales praktisk taget jernfri karakter er særdeles fordelagtig, idet man undgår misfarvninger, stribedannelser og lignende efter vejrpåvirkning og kan fremstille friske, hvide formgenstande eller i kombination med additiver, f. eks. pigmenter opnå 20 fine farveffekter. Man kan imidlertid også anvende sand med forskellige farver til tilvejebringelse af forskellige farvetoner eller forskellige overfladevirkninger ved slutproduktet.

25 Ved en udførelsesform for opfindelsen formales en given mængde silicasand først til en mindre partikelstørrelse, f.eks. 100 - 300 mesh, og i visse tilfælde anvendes findelt "silica-mel" i sandblandingen. Sandblandingen indeholder sædvanligvis ikke mere end ca. 5 - 20 vægt-% af 30 det fine sand. Dette mel tjener til at hindre huller eller okklusioner i de færdige blokke, og det kan også reducere mængden af det ved fremstillingsprocessen nødvendige bindemiddel. Det har vist sig, at overfladen af det støbte produkt har en grov tekstur, når sandblandingen 35 ikke omfatter fint sand. Imidlertid er medanvendelsen af blot 10% finere silicamateriale tilstrækkelig til at eliminere praktisk taget det meste af denne overfladeruhed.

3 DK 166774 B1

Anvendelsen af et ethylsilicat eller et natrium- eller kaliumsilicat fører også til dannelse af en glat overfladetekstur .

5 Af natriumsilicat eller kaliumsilicat foretrækkes sidstnævnte. Et foretrukket SiC^t^O-forhold ligger i intervallet fra 1,7:1 til 1,4:1. I visse tilfælde kan det være fordelagtigt at anvende blandinger af natriumsilicat og kaliumsilicat.

10

Natriumsilicat har i mange år fundet vidtstrakt anvendelse som bindemiddel i forbindelse med metalstøbning. Det har også været foreslået at fremstille påsprøjtede beskyttelsesovertræk sammensat af hærdelige silicatmate-15 rialer indeholdende en phosphathærdner overtrukket med et reaktionsprodukt af et metalaluminat og/eller metalborat.

Et natriumsilicatbindemiddel kan imidlertid mangle de nødvendige styrkeegenskaber, især i forbindelse med frem-20 stilling af præfabrikerede enheder, og derfor er kalium-silicatbindemidler særligt foretrukne.

Der er blevet gjort forskellige forslag til fremstilling af kaliumsilicatbindemidler og vejrfaste beskyttelses-25 overtræk, f.eks. har Weiand et al. arbejdet med koldhær-dende ildfaste bindemidler fremstillet ud fra alkalime-talsilicat, især kaliumsilicat, og forskellige opløsninger. Vandfaste overtræk fremstillet ud fra kaliumvandglas er foreslået af Strobonov et al., modificerede kaliumsi-30 licatbindemidler i kaliumaluminosilicat-bundne materialer af Korneev et al., medens optimale værdier for kalium/si-lica-forholdet for kaliumsilicatbaserede beskyttelsesovertræk er blevet undersøgt af Perlin et al., og kalium-silica-opløsninger er blevet undersøgt af Murashkevick.

Når det anvendes alene, anvendes natrium- eller kaliumsi-licatet sædvanligvis i mængder op til 20 - 25 vægt-% af 35 DK 166774 B1 4 det formbare materiale, som imidlertid sædvanligvis kræver termisk hærdning ved temperaturer på op til ca.

200 eC i adskillige timer. Natrium- eller kaliumsilicat-mængden kan nedbringes betydeligt til ca. 10% i nærværel-5 se af esterkatalysatorer og ned til ca. 5% i nærværelse af ethylsilicat. Ideelt set holdes mængden af natriumeller kaliumsilicater på et minimum i den formbare blanding for at undgå misfarvning hidrørende fra natrium- eller kaliumudludning.

10

Natrium- eller kaliumsilicatet kan tilsættes til det . formbare materiale eller dannes in situ ved blanding af sandet med en base, f.eks. natrium- eller kaliumhydroxid, hvorved der udfældes et natrium- eller kaliumsilicat, der 15 tilsyneladende fungerer som bindemiddel for det partikelformede silicasand efter hærdning ved stuetemperatur. Termisk hærdning op til 200 eC fører til et produkt med forøgede styrkeegenskaber, og samtidigt reduceres mængden af fri tilstedeværende alkali, formentlig p.g.a. omsæt-20 ning med den tilstedeværende silica.

Ethylsilicatet anvendes sædvanligvis i mængder på ca. 5 -15 vægt-% af det formbare materiale, f. eks. 5 - 10% kaliumsilicat og 5 - 15% ethylsilicat. Ethylsilicat-tilsæt-25 ningen bibringer produktet forøget styrke, sammenlignet med et produkt, der alene er baseret på kaliumsilicat.

Termisk hærdning ved temperaturer på op til 200 "C i flere timer forøger styrken.

30

Efter behov kan det formbare materiale også indeholde andre forbindelser, f.eks. yderligere bindemidler, plasti-ficeringsmidler og fyldstoffer. På tale som fyldstoffer kommer de gængse inerte forbindelser, der kan inkorpore-35 res af særlige grunde, f.eks. som farvestoffer, eller fordi der er tale om et let tilgængeligt lokalt materiale, f.eks. bauxit, kalksten, kaolin og andre lerarter.

5 DK 166774 B1

Skønt der ikke har været gennemført detaljeret arbejde på undersøgelse af de mulige reaktionsmekanismer, synes det at være rimeligt at foreslå forekomsten af to arter af reaktioner. For det første må man formode, at alkalime-5 tallet i natrium- eller kaliumsilicatet reagerer med si-licaoverfladen på sandkornene under dannelse af en sili-catbinding. En sådan binding vil formentlig hidrøre fra vandopløseligheden, der er konstateret, når der ikke anvendes ekstra katalysatorer, idet man også har konsta-10 teret en stigende bindingsstyrke ved stigende hærdningstemperatur hidrørende fra en større reaktionsgrad.

Den anden sandsynlige reaktionsmekanisme består i udfældning af et fint silicanetværk fra natrium- eller kalium-15 silicatet, når der anvendes ethylsilicat. En sådan udfældning vil blive forøget med ethylsilicat, der selv udfælder silica ved hydrolyse. Det skal bemærkes, at der ved anvendelse af ethylsilicat fås en tydelig hærdning af det kompakte materiale efter ca. 15 - 20 minutters pres-20 ning, hvilket ikke er tilfældet, når disse reaktioner ikke anvendes. Denne kendsgerning underbygger formodningen om udfældning af et fint silicanetværk. Bindingerne vil derfor dannes både ved den ovenfor beskrevne silicatbin-ding, men også ved opbygning af et sammenflettende net-25 værk af fin silica, der udfylder tomrummene mellem sandkornene .

Ved den her omhandlede fremgangsmåde blandes komponenterne i det formbare udgangsmateriale til en homogen blan-30 ding, idet der tilsættes vand i det omfang, der kræves til tilvejebringelse af en formbarhed til den ønskede form.

Om ønsket kan det formgivne materiale hærdes alene ved 35 omgivelsestemperatur, idet der ikke kræves hærdning ved forhøjet temperatur til tilvejebringelse af et produkt med fremragende mekaniske egenskaber. Imidlertid kan ter- DK 166774 B1 6 misk hærdning ved temperaturer på op til 200 °C i adskillige timer forøge produktets styrke og reducere muligheden for vandudtrængning eller natrium- eller kaliumudvaskning fra slutproduktet.

5

Det hærdelige materiale ifølge opfindelsen kan bibringes en række forskellige former og bl.a. udformes til blokke, paneler, plader, tegl og lign. Slutproduktet er tæt komprimeret og ikke-porøst, og det er modstandsdygtigt over 10 for syre- og alkalikorrosion, f.eks. fra "sur regn". Passende pigmenter kan tilsættes ved fremstillingen til tilvejebringelse af en række farvede produkter. Produkternes overflader kan glaceres eller gives en vilkårlig ønsket overflade efter behandling.

15

En særlig fordel ved den her omhandlede opfindelse består således i, at materialerne kan hærdes ved omgivelsestemperatur på samme måde som beton, der udviser langt ringere egenskaber. Byggesten, paneler, tegl osv. kan på enkel 20 og billig måde fremstilles på forhånd og derpå transporteres til en byggeplads, men store plader, byggeelementer og lign. kan ligeså billigt og hurtigt fremstilles in situ, med eller uden forstærkningselementer.

25 Der blev fremstillet formgenstande ud fra en formbar blanding fremstillet ved afvejning af de nødvendige materialemængder, blanding af disse og formgivning af den herved fremkommende blanding til ønsket form efterfulgt af hærdning ved omgivelsestemperatur eller forhøjet tem-30 peratur. Slutprodukterne udviste en god finish og et tiltalende udseende, og de udviste gode styrker, trykstyrker på 15 - 40 MPa. Endvidere var slutprodukterne stabile ved belastning med regn, solskin og almindeligt vejrlig. Modstandsevnen over for vandindtrængning blev afprøvet ved 35 anbringelse af produktet i kogende vand i mindst 4 timer. Modstandsevnen over for syrekorrosion blev målt ved anbringelse af produktet i koncentreret saltsyre (4M) i 7 DK 166774 B1 mindst flere timer.

I det følgende illustereres opfindelsen nærmere ved en række eksempler.

5

Eksempel 1

Der blev fremstillet en blanding indeholdende 80 vægt-% 100 mesh silicasand og 20 vægt-% K60 kaliumsilicat 10 (Si02:K2 = 1,4:1) samt 15 vægt-% (baseret på den samlede vægt) Veloset 33 esterkatalysator (Foseco). Denne blanding blev blandet grundigt i 5 minutter. Der blev tilsat en lille mængde vand til tilvejebringelse af bedre form-barhed, og derefter blev blandingen presset i metalforme, 15 hvorved der blev fremstillet prøvestykker med en diameter på 10 cm og en højde på 12 cm. Prøverne fik lov at hærde ved stuetemperatur i 24 timer. De hærdede produkter udviste god styrke og var bestandige mod indtrængning af varmt vand og angreb med 4M saltsyre.

20

Tilsvarende resultater blev opnået under anvendelse af natriumsilicat i stedet for kaliumsilicat.

Eksempel 2 25

Der blev fremstillet en blanding indeholdende 90 vægt-% silica (80% sand, 10% 100 mesh silica, 10% 300 mesh silica), 100% K60 kaliumsilicat og 5% Veloset esterkatalysator (beregnet på totalvægt), idet der blev tilsat til-30 strækkeligt meget vand til sikring af formbarheden. Blandingen blev presset i passende forme og hærdet ved stuetemperatur i 24 timer. De hærdede produkter udviste god styrke og var bestandige over for varmtvandsindtrængning og syreangreb.

35 DK 166774 B1 8

Eksempel 3

Den i eksempel 2 beskrevne plade blev presset i forme og hærdet ved 150 °C i 6 timer. De hærdede produkter udviste 5 større styrke end tilsvarende produkter hærdet ved stuetemperatur, og de var upåvirkede af varmt vand og koncentreret syre.

Eksempel 4 10 85% silica (80% sand, 10% 100 mesh silica, 10% 300 mesh silica) 15% K60 kaliumsilicat.

Blandingen blev hærdet ved 200 °C i 6 timer. Produkterne 15 blev ikke påvirket af varmt vand eller 4M saltsyre.

Eksempel 5 90% silica (80% sand, 10% 100 mesh silica, 10% 300 mesh 20 silica), 10% K60 kaliumsilicat, 7,5% ethylsilicat (baseret på totalvægt).

Blandingen blev hærdet ved stuetemperatur i 24 timer. Det hærdede produkt udviste god styrke og blev ikke påvirket 25 af varmt vand eller 4M saltsyre.

Eksempel 6

Eksempel 5 blev gentaget, idet prøverne dog blev hærdet 30 ved 100 °C og 200 °C. De herved fremkomne produkter udviste forøget hårdhed og styrke.

Eksempel 7 35 95% silica (80% sand, 10% 100 mesh silica, 10% 300 mesh silica), 5% K60 kaliumsilicat, 7,5% ethylsilicat (baseret på totalvægt).

9 DK 166774 B1

Blandingen blev hærdet ved stuetemperatur i 24 timer. De hærdede produkter udviste god styrke og blev ikke påvirket af varmt vand eller af 4M saltsyre.

5 10 15 20 25 30 35

Claims (4)

1. Hærdeligt materiale, til brug ved fremstilling af byg-5 geelementer, konstruktionsenheder og forformede materialer af betontypen, hvilke er egnede til brug inde og ude, kendetegnet ved, at materialet indeholder 80-95 vægt-% silica og 5-20 vægt-% natrium- eller kaliumsili-cat, samt ethylsilicat i en mængde på 5-15 vægt-% af den 10 totale mængde silica og natrium- eller kaliumsilicat.

2. Materiale ifølge krav 1, kendetegnet ved, at det tilstedeværende silica er en blanding hvori 5-20 vægt-% af blandingen udgøres af findelt silicapulver. 15

3. Fremgangsmåde til fremstilling af byggematerialer egnet til brug som byggeelementer, konstruktionsenheder, formgenstande eller tilsvarende til brug inde eller ude og som har en langvarig bestandighed mod regnvand og gas- 20 ser i atmosfæren, kendetegnet ved, at man a) fremstiller en vandglas-komposition, som indeholder 80-95 vægt-% silica og 5-20 vægt-% natrium- eller kaliumsilicat, samt ethylsilicat i en mængde på 5-15 vægt-% af 25 den totale mængde silica og natrium- eller kaliumsilicat, og b) former en genstand af denne komposition i en form og lader kompositionen hærde. 30

4. Fremgangsmåde ifølge krav 3, kendetegnet ved, at det tilstedeværende silica er en blanding, hvori 5-20 vægt-% af blandingen udgøres af findelt silicapulver. 35