DK173458B1

DK173458B1 - Separeringsrobust, selvnivellerende, selvkomprimerende beton med 'High Performance' egenskaber

Info

Publication number: DK173458B1
Application number: DK199801640A
Authority: DK
Inventors: Anders Henrichsen; Holger Lindgreen
Original assignee: Danmarks Og Groenlands Geol Un; Dansk Beton Teknik As
Priority date: 1998-12-14
Filing date: 1998-12-14
Publication date: 2000-11-27
Also published as: DE69906387T2; EP1152994B1; US20020038616A1; WO2000035824A1; DK199801640A; DE69906387D1; ATE235439T1; EP1152994A1

Description

DK 173458 B1 5 Beskrivelse

Opfindelsens anvendelsesområde in Fremstilling af beton, herunder betonkonstruktioner med ‘High Performance’ karakteristika, som f.eks. lang levetid, høj styrke, god modstandskraft mod miljøpåvirkning.

Baggrund 15 I moderne ‘High Performance'betoner er fundet en række fejl, af følgende natur.

- bindingsdefekter mellem pasta og tilslag og mellem pasta og armeringen, hovedsagelig i form af højporøse zoner af varierende tykkelse.

- uensartethed i pastastrukturen, i.e. varierende porøsitet - revner, både makroskopiske, f.eks. fra udsatte overflader, og 20 mikroskopiske, f.eks. bundter af plastiske revner internt i betonvolumenet - uensartet fordeling af stentilslaget - dårlig kvalitet af luftporesystemet, hovedsagelig lav specifik overflade.

- manglende hydratisering af cementkom lokalt i cementpastaen 25 Disse defekter skyldes en række forskellige tilstande både i den friske og den hærdnende beton. Ansøgernes teori er, at størstedelen af defekterne kan relateres til ustabilitet på både mikro- og makroniveau i kombination med den almindeligt forekommende teknik med vibrering af betonen. Derfor er den beton, patentkravet omfatter, udviklet med henblik på at opnå en høj stabilitet, for at undgå disse 30 ulemper i kombination med etablering af rheologiske egenskaber, der gør den ny betontype selvkompakterende. Dette opnås bl.a. ved at iblande 2-10% palygorskit samt ved anvendelse af superplastificerende tilsætningsstoffer. En række patenter anvender ligeledes palygorskit som tilsætning til cement eller beton, men afviger fra vores opfindelse på følgende punkter: 35 Det japanske patent JP7277795 fra DENKI KAGAKU KOGYO KK omhandler tilsætning til cement af 0.25-0.5 wt.% vandreducerende tilsætningsmiddel, 0.1-15wt.% af et uorganisk materiale fra en gruppe bestående af bentonit, phlogopit, talk, zeolit, aktivt kul, kul cinders, og attapulgit, med henblik på at eliminere viskositet, reducere slump og udvikle styrke i beton. Dette afviger fra vores 40 opfindelse ved at referere til en bred gruppe af uorganiske stoffer incl. attapulgit (palygorskit), hvor vi alene fremhæver den specifikke virkning af palygorskit, og ved ikke at bruge superplastificerende tilsætningsmiddel, som er nødvendig for at tilsætningen af palygorskit skal have den ønskede effekt.

45 Det japanske patent JP7053248 fra DENKI KAGAKU KOGYO KK omhandler * tilsætning til cement af 0.25-0.5 wt.% vandreducerende tilsætningsmiddel, 0.1- 15wt.% af et uorganisk materiale fra en gruppe bestående af bentonit, phlogopit, grafit, talk, bomitrid, zeolit, aktivt kul, kul cinders, diatomejord, perlit og attapulgit, med henblik på at reducere viskositet og forhindre tørringsrevner før hærdningen i 2 DK 173458 B1 50 beton. Dette afviger fra vores opfindelse ved at referere til en bred gruppe af uorganiske stoffer incl. attapulgit (palygorskit), hvor vi alene fremhæver den specifikke virkning af palygorskit, og ved ikke at bruge superplastificerende tilsætningsmiddel, som er nødvendig for at tilsætningen af palygorskit skal have den ønskede effekt.

55 Det japanske patent JP6144909 fra OHBAYASHI CORP omtaler anvendelsen af et fiberlermineral som sepiolit, palygorskit og attapulgit anvendt sammen med en cellulose polymer med henblik på at forbedre stabiliteten af beton. Dette adskiller sig fra vores opfindelse ved at anvende palygorskit sammen med en cellulosefiber og ved ikke at anvende superplastificerende tilsætningsmiddel, samt ved til formål at go have fremstilling af gasbeton (aerial concrete)

Det japanske patent JP5238800 fra OHBAYASHI CORP anvender palygorskit eller sepiolit i cement mørtel for at opnå forøget styrke. Dette afviger fra vores opfindelse ved at sigte på en anvendelse og ved ikke at anvende superplasiticizer og ved at formålet med iblandingen af palygorskit eller sepiolit er at opnå forøget styrke i 65 cement mørtel.

Det japanske patent JP64003040 fra DENKI KAGAKU KOGYO KK omhandler tilsætning af et uorganisk materiale fra en gruppe bestående af bentonit, phlogopit, svovl, zeolit, aktivt kul, kul cinders, og attapulgit, med henblik på at reducere viskositet og forbedre håndterbarhed af beton. Dette afviger fra vores opfindelse 70 ved at referere tii en bred gruppe af uorganiske stoffer incl. attapulgit (palygorskit), hvor vi alene fremhæver den specifikke virkning af palygorskit, og ved ikke at bruge superplastificerende tilsætningsmiddel, som er nødvendig for at tilsætningen af palygorskit skal have den ønskede effekt.

Det japanske patent JP920293048 fra OHBAYASHI CORP omtaler anvendelsen af 75 et fiberlermineral som sepiolit, palygorskit og attapulgit anvendt sammen med en cellulose polymer med henblik på at forbedre stabiliteten af beton. Dette adskiller sig fra vores opfindelse ved at anvende palygorskit sammen med en cellulosefiber og ved ikke at anvende superplastificerende tilsætningsmiddel, samt ved ikke at have til formål at frembringe selvnivellerende, komprimeringsfri beton.

80 Det japanske patent JP900058967 fra TOKYO KENSETSU KK anvender sepiolit og palygorskit for at forbedre stabiliteten af beton til komprimering med en vibrationstromle. Dette adskiller sig fra vores opfindelse véd ikke at anvende superplastificerende tilsætningsmiddel og ved at kræve kompaktering.

85 Det japanske patent JP840094587 fra NISSO MASTER BUILDERS KK bruger sepiolit eller attapulgit sammen med et plastificerende tilsætningsstof til beton for at opnå forøget bearbejdelighed. Det adskiller sig fra vores opfindelse ved ikke at introducere palygorskittilsætningen med henblik på opnåelse af en selvnivellerende og selvkomprimerende beton.

90

Det japanske patent JP 60255654 fra NISSO MASTER BUILDERS KK foreskriver anvendelse af et sepiolit mineral som attapulgit eller sepiolit som tilsætning til færdigblandet beton i kombination med et plastificeringsmiddel.

95 Patentskriftet omhandler anvendelse af et knust sepiolit mineral og skriver, at 'sepiotite mineral is aggregate of magnesium needle crystals such as attapulgite or sepiolite etc.'

Sepiolit er trioktaedrisk, med Mg, og palygorskit dioktaedrisk, med Al, derfor er de to mo strukturer væsentlig forskellige. Palygorskit er oftest nåleformet og sepiolit ofte 3 DK 173458 B1 båndformet. Dette kan have væsentlig betydning for effekten ved iblanding i beton, idet vi ved forsøg med pladeformede silikatkatmineraler (smektit, illit og kaolinit) ikke har fået den effekt vi har fået ved iblanding af palygorskit.

kis Som ovenfor anført er palygorskit ikke et magnesium silikat, som anført i patent JP 602556 54, men et aluminium silikat, og det må anses for tvivlsomt, om patentet i virkeligheden refererer til mineralet palygorskit.

Det skal endvidere fremføres, at den japanske patentansøgning er indleveret no 14.5.1984. På dette tidspunkt var betegnelser som selvkomprimerende beton (self-compacting, self-levelling) eller 'High Performance’beton (High Performance Concrete) endnu ikke formuleret.

Først i 1996 indledes de første forskningsaktiviteter på området, netop i Japan. Det li? er derfor åbenbart, at det anførte patent vedrører kontrol af vandindhold samt reduktion af frit vand og finstofindhold på styrkeforøgelse og svindreduktion i traditionelle færdigblandede fabriksbetoner.

Patentets formulering synes ligeledes at antyde, at Palygorskit (Attapulgit), som 120 ubestrideligt er nævnt i patentskriftet, alene er tilsat med henblik på minimering af betonens vandbehov og optimering af brug af plastificeringsmiddel.

Patentskriftet indeholder ingen beskrivelse af krav til fuldstændig dispergering af attapulgit mineralerne i beton ved brug af superplastificerende tilsætningsstoffer, ligesom 125 patentskriftet ikke nævner doseringer, der nærmer sig øvre grænse for sådanne midlers brug.

Vor patentansøgning adskiller sig således fra det anførte patentskrift ved: m 1) specifikt at referere til anvendelse indenfor området fremstilling af beton, herunder betonkonstruktioner med ’High Performance’ karakteristika.

2) specifikt at referere til anvendelse som selvnivellerende, selvkomprtmerende beton.

3) anvendelse af superplastificerende tilsætningsstoffer i doseringer, der uden palygorskit tilsætning ville føre til beton med sætmål >150 mm.

Π5 4) anvendelse primært ved pumpning af beton, hvor mikrosiabiliteten ved differenstryk er af afgørende betydning.

Generelt kan vi anføre, at selvnivellerende, selvkomprimerende beton i dag kan karakteriseres som kendt teknik, idet anvendelse af langstrakte polymerer (poly-sacharider) uo som tilsætning til betonen sikrer mod separation i såvel mikro- som makrostrukturen. Et ofte anvendt produkt i denne sammenhæng er ’Velan gum’ fra firmaet Monsanto Ltd..

Dette produkt er ca. 10 gange dyrere i anvendelse end det i vor ansøgning anførte Palygorskit. Herudover muliggør anvendelsen af et uorganisk produkt som Palygorskit, at der fremover kan fremstilles cementer, hvori den rheologi kontrollerende komponent 145 (Palygorskit) indgår allerede fra produktionen af cementen. Denne teknik er ikke kendt i dag.

^ Begge forhold understreger efter vor mening nyhedsværdien i vor opfindelse.

i5o Ingen af de anførte patentskrifter omhandler selvnivellerende, selvkomprimerende beton.

4 DK 173458 B1

Det afgørende i vores opfindelse er netop disse egenskaber i forbindelse med den hertil relaterede egenskab ‘fyldningskapacitet’, hvilket bevirker, at den hidtil 155 anvendte metode, hvor betonens kompatering opnås ved hjælp af vibration kan udelades, og skader på mikrostruktur, som nævnt under ‘Baggrund’, herved undgås.

Opfindelsen er således helt ny og ikke I konflikt med eksisterende patenter, selv om 160 flere af disse fremhæver den gavnlige effekt af bl.a. tilsætning af palygorskit eller sepiolit.

Beskrivelse ir>5 Opfindelsen omhandler fremstilling af en selvnivellerende, selvkomprimerende beton, der er karakteriseret ved høj fyldningskapacitet og stabilitet i cementpastaens mikrostruktur opnået ved tilsætning af 2-10% palygorskit (også undertiden kaldet attapulgit) beregnet på grundlag af bindemiddelmængden. Specielt er denne beton kendetegnet ved høj stabilitet i mikrostrukturen (den skilles ikke ad i en vand- og 170 pulverfase) i forbindelse med pumpning, selv under høje pumpetryk på 100-200 bar. Betonen er i øvrigt karakteriseret ved: at bearbejdeligheden- flydeegenskabeme opnås ved tilsætning af plastificerende eller superplastificerende kemiske tilsætningsstoffer, 175 således at betonens sætmål uden tilsætning af palygorskit ville være ^ 150 mm at flydeegenskabeme i forbindelse med tværsnitsændringer, armering el.lign. er forbedret ved tilsætning af båndlermineralet Palygorskit, der er iro fuldt dispergeret i cementpastaen ved hjælp af høj/meget høj dosering af superplastificering.

at pastaindholdet i betonen udgør 25-45% af betonvolumenet 185 at selv beton med porøse kom og letvægtsmaterialer som tilslag kan pumpes ved normale pumpetryk at cementpastaen normalt er sammensat af mindst 3 faststofkomponenter ud over palygorskit, f.eks: 190 Portlandcement, mikrosilika og et naturligt eller industrielt pozzolanprodukt at den anvendte palygorskit er kendetegnet ved et længde/diameter forhold (aspect ratio) på mere end 35.

195

Forsøg har vist, at beton fremstillet i henhold til opfindelsen har en stabil plastisk viskositet selv for nogen variation i vandindhold og at betonens rheologi og specielt den interne og eksterne segregering ikke påvirkes af mindre variationer i vandindhold eller signifikante trykdifferencer. Derfor er betonen tolerant overfor 2oo mindre variationer i vandindhold samt pumpning ved store pumpetryk.

5 DK 173458 B1 3 fuldskalaforsøg har vist, at betonens egenskaber som f.eks. permeabilitet, styrke og adhæsion til armeringen var meget tilfredsstillende og at betonen var stabil. De fremstillede betonlegemer udviste ingen af de fejl (beskrevet under afsnittet "Baggrund"), som almindeligt findes i andre konstruktioner, hvor man har anvendt 205 'High Performance’beton (såkaldt "High Performance’ Concrete’), højt komprimeringsniveau eller stor bearbejdelighed (flydebeton).

210 6 DK 173458 B1

Udførelseseksempler

Eksempel 1:

Cement, CEM I 32.5, fra ENCI 300 kg/m3 215 Mikrosilika 5 -

Palygorskit 16,5 -

Metakaolin, English China Clay, ND 500 16,5 -

Vand (totalt frit vand) 181

Peramin FS, superplast, Perstorp 8,3 - 220 Air entrainer, Perstorp 2,0 -

Sand 0-4 mm 568 -

Stentilslag 4-8 mm 366

Stentilslag 8-16 mm 476

Stentilslag 16-32 mm 421 225 1 m3 beton i alt ca. 2355 -

Eksempel 2:

Cement, CEM III, fra CEMIJ 314 kg/m3 230 Palygorskit 16,5 -

Vand (totalt frit vand) 181

Melment L4004, superplasticizer, Perstorp 8,3 -

Air entrainer, Amex SB; Nordisk Byggekemi 2,0 -

Sand 0-4 mm 562 235 Stentilslag 4-8 mm 362

Stentilslag 8-16 mm 471

Stentilslag 16-32 mm 417 1 m3 beton i alt ca. 2330 240

Eksempel 3:

Cement, CEM I 42.5, fra Aalborg Portland 260 kg/m3

Mikro silika, Elkem 26

Palygorskit 14 245 Metakaolin, English China Clay ND 500 32

Vand (totalt frit vand) 151

Peramin FS, Superplasticizer, Perstorp 10

Peramin V, vandreducer, Perstorp 1

Peramin L, Air entrainer, Perstorp 0,5 - 250 Sand 0-2 mm 725 -

Stentilslag 5-8 mm 180

Stentilslag 8-16 mm 400

Stentilslag 16-32 mm 530 1 m3 beton i alt ca. 2330 255 7 DK 173458 B1

Eksempel 4:

Cement, CEM I 42.5, fra Aalborg Portland 350 kg/m3 260 Palygorskit 13 -

Metakaolin, English China Clay ND 500 30 -

Vand (totalt frit vand) 170

Rheobuild 5000, Superplasticizer, Master Builders 11

Peram in L, Air entrainer, Perstorp 0,5 - 265 Sand 0-4 mm 620 -

Stentilslag 5-8 mm 235

Stentilslag 8-16 mm 400

Stentilslag 16-32 mm 530 - 1 m3 beton i alt ca. 2360 270

Eksempel 5:

Cement, CEM il - 52,5 fra Aalborg Portland 200 kg/m3

Formalet højovnsslagge, Blaine 420, CEMIJ 150 275 Mikrosilika, Elkem 10 -

Vand (totalt frit vand) 150 -

Glenium1\ Superplast, Master Builders 3 -

Sand 0/2 mm 600 -

Stentilslag 4/8 mm 240 - 280 Stentilslag 8/16 mm 400 -

Stentilslag 16/25 mm 600 - 1 m3 beton i alt ca. 2350 kg/m3 ” Ny generation af superplastificerende tilsætningsstof *

Claims

305 Selvnivellerende, selvkomprimerende beton ifølge krav 1 kendetegnet ved, at den indeholder fra 300-450 kg bindemiddel pr. kubikmeter og 0-10 vægtprocent mikrosilika. Krav 5: 3io Selvnivellerende, selvkomprimerende beton ifølge fremgangsmåden i krav 1 kendetegnet ved, at tilslaget eller en del af tilslaget er porøst. Krav 6: Anvendelse af mikrostabiliseret beton ifølge krav 1-5 til betonkonstruktioner. .115 Krav 7: Fremgangsmåde til fremstilling af en selvnivellerende, selvkomprimerende beton på basis af cement og/eller andre bindemidler såsom puzzolaner og almindeligt anvendte tilslagsmaterialer kendetegnet ved, at betonen tilsættes et eller flere 320 superplastificerende tilsætningsstoffer sammen med palygorskit. Krav 8: Fremgangsmåde ti! fremstilling af en selvnivellerende, selvkomprimerende beton ifølge krav 7 kendetegnet ved, at den tilsættes superplastificerende 325 tilsætningsstoffer i en mængde som anført i krav 3 og palygorskit i en mængde på 2-12% beregnet på basis af bindemiddelmængden. Krav 9: Anvendelse af en selvnivellerende, selvkomprimerende beton fremstillet ved 330 fremgangsmåden ifølge krav 7 og 8 til betonkonstruktioner. DK 173458 B1 Krav 10: Anvendelse afen selvnivellerende, selvkomprimemede beton ifølge krav 1-5 eller en selvnivellerende, selvkomprimerende beton fremstillet ved fremgangsmåden 1 335 ifølge krav 7 og 8 med porøst tilslag udstøbt ved pumpning i betonkonstruktioner.