FI104250B - Puristelaatta ja menetelmä sen valmistamiseksi - Google Patents

Description

104250

Puristelaatta ia menetelmä sen valmistamiseksi

Esillä oleva keksintö koskee patenttivaatimuksen 1 johdannon 5 mukaista laattaa, joka koostuu puristetusta betonimassasta.

Keksintö koskee myös patenttivaatimuksen 6 johdannon mukaista menetelmää laatan valmistamiseksi. Tällainen laatta valmistetaan valamalla betonimassa muottiin ja puristamalla muotissa 10 olevaa betonimassaa tiivistetyn tuotteen muodostamiseksi.

Betonista valmistetut tuotteet ovat osa arkipäivän rakentamista. Betonista valmistetaan yhä enemmän tuotteita, joilla jäljitellään ja korvataan luonnonkiveä. Rakennettaessa esim. 15 betonisia julkisivuja voidaan erivärisillä kivirouheilla saada aikaan sävytettyjä pintoja paljon suuremmassa määrin kuin luonnonkivillä. Edelleen betonin avulla sanotut julkisivujen pinnat saadaan paljon halvemmiksi. Sävytyksiä voidaan jatkaa sementtiin sekoitetuilla väripigmenteillä.

20

Kestävyydeltään betoniset tuotteet eivät ole täysin samaa luokkaa kuin eräät luonnonkivet, kuten graniitti ja kvart- siitti yms. kovat kivilaadut, mutta esim. marmorin kestävyys *:·1: niillä voidaan helposti ylittääkin. Kestävyydellä tarkoite- •.'•‘•25 taan tässä nimenomaan betonisten tuotteiden kestävyyttä ·:1. happaman ilman, pakkasen ja näiden yhteisvaikutuksen suhteen.

.···. Edelleen kestävyydellä tarkoitetaan rakennetun pinnan puhtaa- • · na pysyvyyttä, erityisesti niissä happamissa ja syövyttävissä • · · *”.1 olosuhteissa, joita teollisessa kaupunkiympäristössä esiin- j j · * 3 0 tyy.

• · : Jos betonisten rakennustuotteiden tuotannossa käytetään kivi- • · · : aineksena huonosti syöpyvää tai syöpymätöntä kiveä, kuten graniittia, kvartsiittia, kvartsia ja/tai gneissiä, eikä • · ’••35 käytetä karbonattikiviä, kuten marmoria, dolomiittia tai « · *.'1 tuffia, voidaan saada aikaan rakenteen pinta, joka varsin hyvin kestää sään ja kemikaalien rasituksia. Kun kiviaines sidotaan yhteen sementtiliiman avulla yhteen, saadaan eräissä tapauksissa näistä korkealaatuisista kivirouheista jopa 2 104250 parempia ja kestävämpiä rakennustuotteita kuin pelkästä luonnonkivestä. Tämä johtuu siitä, että tuotteista tulee homo-geenisempia ja niistä puuttuvat kiven sisällä piilossa olevat säröt.

5

Edellä esitetystä huolimatta betonilla on kaksi periaatteellista heikkoutta, jotka vaikuttavat sen käyttökelpoisuuteen julkisivumateriaalina: 10 1) Betonista vapautuu runsaasti kalkkia sementin hydratoi- tuessa ja tämä kalkki on helposti liukenevaa ja syöpyvää ja rakennetta huokoistavaa. Kovettuneen sementin määrästä jopa 18 - 20 % voi olla kalkkia Ca(OH)2, joka ajanmittaan muuttuu CaC03:ksi eli kalkkikiveksi, joka on jo paljon kestävämpää 15 kuin alkuperäinen vapautunut kalkki. Kaikki kalkki ei kuiten kaan vapaudu heti vaan kalkkia vapautuu sitä mukaan kuin sementin pääkomponentin, trikalsiumsilikaatin hydrataatio edistyy. Trikalsiumsilikatti hydratoituu noin 80 - 90 %:sesti kahden kolmen viikon aikana, kun normaaleja jauhatushienouk-20 siä käytetään.

2) Betoni on materiaali, joka on tunnetusti täynnä mikrohal-keamia, jotka pääasiassa sijaitsevat sementtikiven ja täyte-: kiven liitoskohdassa, ts. kiviaines ja kovettunut sementti- : :25 liima eivät tartu toisiinsa kiinni.

• · • · 0 9 9 : Betonin tiiveys ja pinnalla oleva alhainen kalkkimäärä ovat j’:': ne seikat, jotka suoraan korreloivat säänkestävyyten happa- missä ilmasto-olosuhteissa ja tietyn lujuustason kanssa myös : .’30 pakkasenkestävyyteen.

• · ·

Ml · 1 · · • · ·

III

Normaalissa rakentamisessa tyypillisin tapa suojata betonin • · · • V pintaa on sen maalaaminen tai sively bitumilla tai senta- : : paisella vettä hylkivällä aineella. On kuitenkin suuri tarve /3-5 saada betonipinta suojatuksi siten, ettei sen ulkonäköön vaikuteta eikä arkkitehtuurille luoda rajoituksia, vaan että ·· kaikkia värejä ja kaikkia rouheita voidaan käyttää. On lisäk si sangen toivottavaa, erityisesti tummia värejä käytettäes- 3 104250 sä, ettei betonin pintaan muodostu vaaleata kalkkihärmää. Betonilaattojen monipuolinen käyttö esim. julkisivujen vuoraamiseen edellyttää siksi, että pystytään ratkaisemaan edellä mainitut ongelmat, jotka liittyvät tiiveyteen ja 5 pintakalkin muodostumiseen.

Betoni saadaan parhaiten tiiviiksi, kun mikrohalkeamat sen rakenteessa voidaan välttää, koska nämä muodostavat sellaisen huokoskokoalueen, jossa vesi päsee helposti liikkumaan ja 10 jota veden turpoaminen jäätymistilanteessa vaurioittaa.

Betonin tiivistämistä on yritetty parantaa monilla keinoilla, kuten sekoittamalla emulsiomuodossa olevia polymeerejä betoniin veden kanssa tai käsittelemällä kovettunut betoni 15 piitetrafluoridilla, jolloin CaF2 saostuu ja Si(OH)4- yhdiste reagoi kalkin kanssa muodostaen Ca-silikaatteja.

Viimeksi mainittua ratkaisua kutsutaan Ocrat-menetelmäksi. Se ei ole kuitenkaan saavuttanut laajempaa käyttöä, mikä johtuu 20 siitä, että menetelmää tulee soveltaa jo kovettuneeseen betoniin ja käytettävät kemikaalit ovat varsin myrkyllisiä ja hankalia käyttää.

Tiiveys- ja kalkinmuodostumisongelmia on myös pyritty ratkai-25 semaan käyttämällä ns. potsolaanisia sementtejä, joiden hydratoituessa kalkkia sitoutuu eikä vapaudu. Potsolaaninen j sementti yhdessä portlandsementti-typpisen sementin kanssa on varsin edullinen yhdistelmä mitä tulee betonin pinnan sään-kestävyyteen.

: .'30 • · · ,·|·, Näitä potsolaanisia reaktioita on käytetty hyväksi jo pitkiä • · · aikoja parannettaessa betonin lujuutta esim. hienojakoista • · · • V silikaa hyväksi käyttämällä. Tunnettua tekniikkaa edustaa !,,,*· esim. FI-patenttihakemus 904526 (Aalborg Portland Cement ,/,3:5 Fabrik) , jossa superhienoa piidioksidia, joka hienoudeltaan ...^ on lähes kolloidi-luokkaa, tuodaan betoniin sellaisen määrä, « · *** joka vastaa 10 - 30 % sementin ja tämän piidioksidin yhteis määrästä. Käyttämällä suuria määriä dispergointlaineita, 4 104250 joita betoniteknologiassa kutsutaan notkistimiksi ja joita käytetään 1 - 4 % hienoaineen kokonaismäärästä, saadaan tunnetun ratkaisun avulla superlujuuksista betonia.

5 Edellä mainitussa patenttihakemuksessa kuvattu ratkaisu perustuu pääasiallisesti siihen, että siinä on järjestettu mikro-nano-metritasolle sellainen suhteutus, jota kutsutaan epäjatkuvaksi suhteutukseksi, jotta materiaali saataisiin edes jollakin tavalla valettavaksi eli notkeaksi. Tällainen 10 materiaali, jolla saadaan aikaan suuria lujuuksia (tuotteiden puristuslujuudet ovat tyypillisesti 150 - 180 MPa ja erityisesti vetolujuudet ovat jopa 9-7 MPa), voidaan jo pitää kaikinpuolin kestävänä materiaalina myös sään rasituksia vastaan. Materiaalin korkea hinta estää kuitenkin sen käytön 15 tavallisiin rakennuskohteisiin ja tuotteisiin.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on poistaa tunnettuun tekniikkaan liittyvät epäkohdat ja saada aikaan aivan uudenlaiset kestävät ja valmistuskustannuksiltaan edulliset be-20 tonilaatat, joita esim. voidaan käyttää rakennusten julki sivujen vuoraamiseen.

Keksintö perustuu siihen ajatukseen, että betonituotteita, i .' erityisesti puristelaattoja, valmistettaessa betonimassan :25 joukkoon sekoitetaan täyteaineeksi hienojakoista kalsinoitua ϊ.,.ϊ kaoliiniä. Kaoliiniä lisätään määrä, joka vastaa noin 1 - t noin 20 %, edullisesti noin 5 - noin 15 %, erityisen edulli- .*)*: sesti noin 8 - noin 12 % sideaineena käytetyn sementin mää- « rästä.

: ,-?o • · · *11.* Kalsinoidun kaoliinin käyttö tekee betonin yllättäen hyvin • · · *. tiiviiksi, mikä voidaan todeta elektronimikroskoopin lisäksi • · · • V esim. elohopea-porosimetrilla tai vastaavalla huokoskokoja : ·. mittavalla laitteella. Esillä oleva kaoliinipitoinen betoni- *35 massa sopii siksi käytettäväksi puristelaattojen uloimmassa, ... säätä ja kulutusta kestämään tarkoitetussa pintamassassa.

Edellä esitetyn perusteella keksinnön mukaiset laatat käsit- 5 104250 tävät rakenteellisesti kaksi eri betonimassaa, jotka on järjestetty vierekkäisiksi kerroksiksi. Ulkokerros koostuu kaoliinipitoisesta massasta, jossa kalsinoidun kaoliinin pitoisuus on noin 1 - noin 20 % ja joka myös sisältää 1 15 % 5 hienojakoista piidioksidia, kun sen sijaan sisäkerroksessa on tavallista betonimassaa.

Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle laatalle on pääasiallisesti tunnusomaista se, mikä on esitetty patentti-10 vaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.

Keksinnön mukainen laatta valmistetaan edullisesti puristamalla samalla puristuksella kaksi päällekkäin valettua kerrosta, jolloin sisemmän (kantavan kerroksen) massan vesi/se-15 mentti-suhde on pieni verrattuna tiiviiksi tarkoitetun uloim-man kerroksen massan vesi/sementti-suhteeseen. Sopivimmin sisäkerroksen vesi/sementti-suhde on ainakin noin 30 % ulkokerroksen vastaavaa suhdetta pienempi. Ulkokerros, joka sisältää noin 1 - noin 20 % kalsinoitua kaoliinia sementin 20 määrästä, komprimoituu puristettaessa tiiviiksi, jolloin ylimääräinen vesi suotautuu ulkokerroksesta sisäkerrokseen, johon se sitoutuu.

I I I I

I I

;v, Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle menetelmälle on i * 25 pääasiallisesti tunnusomaista se, mikä on esitetty patentti- 1,. vaatimuksen 6 tunnusmerkkiosassa.

· • · • · · • · t · · · Keksinnön avulla saavutetaan huomattavia etuja. Niinpä sen ·.’ * mukaisesti valmistettua betonilaattaa voidaan käyttää raken- 30 nusten julkisivuihin ja sisustukseen tai vastaavaan edusta- • · · : vaan käyttöön. Tiiviydeltään laatat ovat samaa luokkaa kuin monista luonnonkivistä valmistetut laatat, mutta sävytysmah-dollisuuksiltaan näitä huomattavasti paremmat. Koska betoni-

« I

massaan sekoitettava kaoliini on erittäin vaaleaa, voidaan '*35 keksinnön mukaisilla laatoilla korvata esim. marmori julki- : : sivumateriaalina vaativissa edustuskohteissa.

• «

Keksinnön muut yksityiskohdat ja edut käyvät ilmi seuraavasta 6 104250 yksityiskohtaisesta selostuksesta ja siihen liitetyistä sovellutusesimerkeistä. Esimerkeissä on viitattu oheisiin piirustuksiin, joista 5 kuviossa 1 on esitetty esimerkissä 1 valmistetun, kaoliiniä sisältämättömän puristebetonilaatan huokoskokojakautuma, kuviossa 2 on esitetty esimerkissä 2 valmistetun, keksinnön mukaisen puristelaatan huokoskokojakautuma ja kuviossa 3 on esitetty esimerkissä 3 valmistetun, keksinnön 10 mukaisen puristelaatan huokoskokojakautuma.

Esillä olevan keksinnön puitteissa tarkoitetaan "betonisella materiaalilla" materiaalia, joka sisältää kiviainesta, joka on sidottu yhteen hydratoituvalla sideaineella, eli sideai-15 neella, joka reagoidessaan veden kanssa kovettuu ja/tai kiteytyy. Tällaisenä sideaineena käytetään tyypillisesti sementtiä. Se voi olla klinkkeripohjaista, kuten portland-sementti, tai kuonapohjaista, jolloin betonimassaan edullisesti lisätään alkaliaktivaattori, kuten alkalimetallihydrok-20 sidi tai alkalimetallikarbonaatti. Sementin jauhatushienous vaihtelee välillä noin 50 - noin 1000 m2/g, edullisesti se on noin 100 - noin 600 m2/g.

:v, Betonisen materiaalin määritelmään sisältyvät siten myös ,·;·,25 (perinteiset) laastit.

• · · • · • · .*** "Valkosementillä" tarkoitetaan sellaisista raaka-aineista • · · valmistettua sementtiä, jotka eivät sisällä värjääviä rauta-, • · · *·* * mangaani- ja/tai kromiyhdisteitä.

30 • ♦ · ϊ.ί ♦ Betonisen materiaalin kiviaines voi koostua mistä tahansa sopivista kivilajeista, edullisesti käytetään kuitenkin kovaa s'-' ainesta, kuten graniittia, kvartsiittia, kvartsia ja/tai • · **'. gneissiä. Sopivimmin kiviaines on murskattu hiukkaskokoon 0 - *. 35 30 mm, edullisesti kokoon 0 - 10 mm ja erityisen edullisesti lit • : kokoon 0 - 7 mm. Laatan ulkosivu muodostavassa kerroksessa « · « käytettävä betonimassa sisältää tyypillisesti hieman hienompaa kiviainesta kuin kantava kerros. Edustavia arvoja pinta- 7 104250 ja vastaavasti kantavan kerroksen kiviaineskoolle on esitetty esimerkissä 1.

"Kalsinoidulla kaoliinilla" tarkoitetaan alumiini-silikaatte-5 ja, jotka on käsitelty korotetussa lämpötilassa, jotta ainakin oleellinen osa kaoliinin kidevedestä saataisiin poistetuksi, jolloin sen liuskemaiset kidesuomut aukeavat. Tyypillinen kalsinointilämpötila kaoliinille on noin 500 - noin 700 °C. On voitu todeta, että tällainen kalsinoitu kaoliini, joka 10 kiderakenteeltaan on ainakin osittain auennut kalsinoinnin seurauksena, ei kulkeudu — tai olennaisesti ei kulkeudu — veden mukana pintakerroksesta pois. Tämä johtuu siitä, että sen auennut rakenne tarttuu tehokkaasti muihin lähellä oleviin partikkeleihin. Niinpä kalsinoitu kaoliini pidättyy 15 rakenteessa vaikka vesi pakenee kapillari- ja puristusvaik-tusten johdosta nopeasti.

Tyypillisesti keksinnössä käytetään kalsinoitua kaoliinia, jonka partikkelikokojakautuma on sellainen, että ainakin noin 20 60 %, edullisesti ainakin noin 80 % sen määrästä on pienempää kuin ainakin 1/5, sopivimmin ainakin 1/8, laatassa käytetyn sideaineen, eli tavallisesti sementin, keskimääräisestä partikkelikoosta. Tämä keskimääräinen partikkelikoko on sementillä noin 20 μιη, jolloin 80 % kaoliinin partikkeleista 25 sopivimmin on pienempiä kuin noin 2 - 3 /im. Edullisen sovel- ... lutusmuodon mukaan käytetään kaoliinia, jonka partikkeleista « · !*·* yli 70 % on kooltaan alle noin 1 mikronia (μτη) . On edullista, • « · ί·ί · että suurin osa kaoliinin partikkeleista ovat niin pieniä,

IM

*.· * että ne pystyvät täyttämään ne betonin huokoset, joiden läpi 30 vesi tavallisesti pääsee kulkemaan.

• · » • 99 • · · ·*:*: Kun valmistetaan keksinnön mukainen betonimassa, kalsinoitu kaoliini reagoi potsolaanisesti, jolloin se kiinnittää it-seensä vielä kidevettä. Syntynyt yhdiste on sementtikemialli- < ' i i t 35 sesti ilmaistuna tetrakalsiumaluminaattihydraattia ja dikal- / siumaluminaattisilikaatti-hydraattia. Näiden yhdisteiden syntymisellä on se merkitys, että niiden syntyessä näyttää yhdiste tietyssä määrin paisuvan, kun normaali betoni kovet- 8 104250 tuessaan ja kuivuessaan sen sijaan kutistuu.

Tällä voidaan selittää se, että sellaisista betoneista ja laasteista, joissa käytettiin kalsinoitua kaoliinia aineosa-5 na, edellä kerrottujen määrien rajoissa, ei elektronimikro-skoppitutkimuksissa ole löytynyt mitään tyypillisiä mikro-halkeamia, joita normaali betoni on täynnä. Tutkimuksistamme on näet yllättäen käynyt ilmi, että lähes kaikki huokoset ovat kadonneet 0,5 mikrometrin rajaan asti, kun vertailube-10 tonissa suurin osa huokosista oli 300 - 30 mikronin alueella ja 6 - 1 mikronin alueella. Tiedetään kokemuksesta ja laskennallisesti, että vesi ei enää kulje sellaisissa materiaaleissa, jossa huokoskoko on alle 2-3 mikronia. Näin ei muöskään kalkki kulkeudu pintaan, eivät muutkaan mahdolliset liukene-15 vat mineraalit.

Valmistettavalle laatalle onkin tyypillistä, että 0,5 mikro-metriä pienemmät huokoset muodostavat ainakin 50 %, edullisesti ainakin 60 %, laatan ulkokerroksen huokosista.

20

On tunnettua, että kalsinoitu kaoliini yhdessä sementin kanssa muuttaa sementin hydrataation lämmönkehitystä niin, , että huippupiikki merkittävästi alenee ja lämmönkehitys tasaantuu [Cement and Concrete Research 20 (1990) 219 - 226] .

• ·' 25 Tämä osaltaan selittää mikrohalkeamien poisjäämisen, koska < « t V 1 sideainematriisin sisäiset ja paikalliset lämpöjännitykset • · · ·„.· tasaantuvat. Toinen selitys — jo yllä mainitun kalsinoidun : kaoliinin hydrataation ja tästä seuraavan lievän paisumisen lisäksi — on se, että kalsinoidulla kaoliinilla on sopiva m 30 partikkelikokojakautuma, esim.: * · · « · · ♦ · · ··· 10 % < 0,25 mikronia ♦ ♦ · ’ • · · 30 % < 0,40 mikronia • · · ·...· 50%<0,60 mikronia 35 70 % < 1,00 mikronia .···. 90 % < 3,00 mikronia • · · • · « · · • »*

Kun sementtipartikkelit tyypillisesti ovat 50 % < 20 mikro- 9 104250 nia, sopivat kaoliinin partikkelit hyvin täyttämään sementti-partikkelien välit. Keksinnön mukaisissa betonituotteissa vesi ei näin ollen pääse kulkemaan huokosten läpi, koska ne on täytetty kaoliinipartikkeleilla.

5

Kalsinoidulla kaoliinilla, jota tyypillisesti valmistetaan ja markkinoidaan paperiteollisuuuden tarpeisiin, on etuna sementin joukossa käytettynä vielä se, että tuote on valkoista ja kaoliinin käyttö pienissäkin määrin parantaa betonin ulko-10 näköä vaalentaen sitä. Erityisen edullista tämä on valko-sementin kanssa käytettynä ja kun sementtiin on lisätty väripigmenttej ä.

Kalsinoitu kaoliini sitoo painoonsa nähden hyvin pienen 15 määrän kalkkia, koska kaoliinin molekyylipaino on korkea, tyypillisesti 258 (kaoliniitti).

Tällaiseen sementtimatriisiin, jossa vesi on lähes kulkeutu-matonta, tuodaan mukaan muuta potsolaanista materiaalia "syö-20 mään" myöhemmin vapautuva kalkki pois. Keksinnön mukaan sementin ja kaoliinin lisäksi käytetään seoksen hienoaineena hienojakoista piidioksidia, jonka lisäyksellä saadaan aikaan lisää potsolaanisia reaktioita ja sideaine-matriisin kemiallisen kestävyyden parantumista. Käytetyn hienon tai super-25 hienon piidioksidin määrä on 1 - 15 % sementin ja kaoliinin . yhteismäärästä. Piidioksidin partikkelikoko on edullisesti • · · yhtäsuuri tai pienempi kuin käytetyn kaoliinin partikkeliko- : : : ko. Piidioksidi voi olla saostettua tai poltettua.

• · » « * • · · • · · • · · 30 Kalsinoitu kaoliini huonontaa voimakkaasti betonin notkeutta, koska sen partikkelit ovat monisärmäisiä ja teräviä. Edellä • · ♦ t’;·, mainituista syistä sitä juuri käytetään paperiteollisuudessa • · · opasiteettiä antavana pigmenttinä. Jos perinteisen valmistus-

' < I

tekniikan mukaisesti betonimassaan vielä tuodaan jotakin 35 muuta vielä hienojakoisempaa materiaalia, kuten piidioksidia, ,··, joka reagoi nopeasti sementistä vapautuvan kalkin kanssa, saadaan aikaan betonimassa, jota on erittäin vaikea muokata. Niinpä FI-patenttihakemuksessa 904526 esitetään käytettäväksi 10 104250 suurta määrää — jopa 4 % — tehonotkistinta hienoaineksen määrästä, kun betonimassaan on lisätty piidioksidia.

Esillä olevan keksinnön mukaisesti voidaan kalsinoitua kao-5 liinia käyttää kohtuullisilla vesisementtisuhteilla lujuuden kärsimättä. Keksinnössä ei myöskään välttämättä tarvitse käyttää notkistimia. Tämän mahdollistaa keksinnön mukainen kaksikerrostekniikka, jota seuraavassa kuvataan tarkemmin: 10 Kuivat aineosat, sementti, kaoliini, piidioksidi, sekä kiviaines lietetään veteen, johon tarvittaessa lisätään sinänsä tunnettuja lisä- ja apuaineita. Keksinnön mukaan valmistetaan kaksi erilaista lietettä tai betonimassaa, nimittäin ensimmäinen liete, joka sisältää kaoliinia ja piidioksidia, sekä 15 toinen liete, joka käsittää perinteisen betonimassan. Ensimmäisen lietteen vesi/sementti-suhde asetetaan toisen lietteen vastaavaa suhdetta huomattavasti suuremmaksi. Edullisesti ensimmäisen lietteen vesi/sementti-suhde on ainakin 30 % suurempi kuin toisen lietteen vastaava suhde. Korkealla 20 vesi/sementti-suhteella edistetään massan valettavuutta.

Toista lietettä eli betonimassaa voidaan kuvata sanonnalla "maakostea massa" ja sen vesi/sementti-suhde on luokkaa 0,18 - 0,25, ensimmäisen ollessa jopa 0,55, tyypillisesti kuitenkin noin 0,30 - 0,50.

'' 25 V ' Betonimassat valetaan sopivaan, esimerkiksi vaakatasossa • · · olevaan muottiin, niin että ne muodostavat kaksi päällekkäisin | tä kerrosta, jotka valamisen jälkeen puristetaan kokoon korotetussa paineessa. Valaminen ja puristaminen voidaan 30 suorittaa siten, että muottiin valetaan ensin ensimmäinen liete, joka muodostaa ensimmäisen kerroksen, jonka paksuus on • · · noin 1/2 - noin 1/5 laatan kokonaispaksuudesta. Ensimmäisen « · · kerroksen päälle valetaan esim. tavallisesta betonimassasta « « · koostuva toinen liete kantavan kerroksen muodostamiseksi.

*""· 35 Valun jälkeen muotti suljetaan ja siihen kohdistetaan noin 10 .···. - 1000 bar:n, edullisesti noin 50 - 500 bar:n paine.

• ·

Puristuksen vaikutuksesta ensimmäisessä eli ulkokerroksessa • · · • · · ‘ ' oleva kestävä ja tiivis betoni alistetaan suodattamaan yli- 11 104250 määräistä vettä pois puristuksessa ylempään kantavaan kerrokseen, jonka massassa vesi/sementti-suhde puolestaan on sangen alhainen. Niinpä tällaista laattaa puristamalla valmistettaessa vain ulkuoressa käytetään kalliita lueteltuja lisäainei-5 ta ja sisäosassa tavallista betonia. Puristuksen tapahtuessa ulkokuoren osasta virtaa ylimääräinen vesi kantavaan kerrokseen, joka pystyy ottamaan manittua vettä vastaan, tämän kantavan kerroksen betonimassan ollessa vain ns "maakosteaa".

10 Puristuksen jälkeen laatta kovetetaan esim. korotetussa lämpötilassa vesihöyryn tai kosteuden läsnäollessa. Valmis laatta voidaan hioa tai muutoin koriste-pintakäsitellä esim. hiekkapuhaltamalla.

15 Noudattamalla edellä kuvattuja olosuhteita ja käyttämällä yllä mainittuja lähtöaineita voidaan keksinnön mukaisesti suhteuttaa hienojakeet aina nanometritasolle niin, että suurin mahdollinen tiiveys saadaan aikaan ilman suurta not-kistimen käyttöä tai ns. jatkuvan suhteutuksen katkaisemista 20 sillä, että tiivis ulkokerros voi sisältää vettä aina vesi/-sementti-suhteeseen 0,55 asti ilman, että pinnan lujuus ja tiiveys kärsii. Sisäkerros sisältää vettä vain 0,18 - 0,25 osaan sementin määrään nähden. Ulkokerroksen paksuus on tällöin noin 1/2 - noin 1/5 koko laataan paksuudesta.

25 . Näin menetellen voidaan tuoda reagoivaa piidioksidimateriaa- • · · lia sellainen määrä, että betonista lopulta saadaan täysin : : : neutraali pH:n suhteen, ts. että kaikki vapautuva kalkki tulee käytetyksi potsolaanisessa reaktiossa pois sementti-30 matriisista.

• · · • · · • · · #·;·β Kalsinoidun kaoliinin käyttö on jo sinänsä tärkeää, koska • · · näin voidaan vapautua betonille tyypillisistä mikrohalkea-mista edullisella tavalla.

35 «

Kokeissamme on havaittu, että superhienon silikaatin (esim.

( t

Aerosil / Degussa) käytössä on sellaisia ongelmia, että massa alkaa jäykistyä hyvin nopeasti. Edellisestä syystä on tällai- < I ( 104250 12 sissa yhteyksissä syytä käyttää tunnettuja hidastimia liian nopean jäykistymisen ehkäisemiseksi.

Vaikka edellä on kauttaaltaan puhuttu kahdesta kerroksesta, 5 on selvää, että keksinnön mukaan voidaan valmistaa puriste-laattoja, joissa on useampiakin kerroksia. Olennaista on kuitenkin, että tiiviiksi puristuvan ulkosivubetonimassan vieressä on vähemmän vettä sisältävä betonimassa. Jälkimmäisen viereen voidaan puolestaan sovittaa muita massakerroksia, 10 jotka voivat koostua erilaisista betonimassoista tai jopa eristysaineista.

Seuraavat esimerkit kuvaavat keksintöä tarkemmin.

15

Esimerkki. 1

Vertailuesimerkki: Huokoskokonakautumapiirros 2V

Valmistettiin puristamalla 200 bar:n paineessa julkisivulaat-20 ta, jossa uloimman kerroksen kiviaineksen koko oli 1 - 3 mm sekä 0 - 0,5 mm ja sideaineen käytettiin valkosementtiä 432 kg/m3 sekä vesi/sementti suhteena arvoa 0,35. Runkokerroksena käytettiin kiviaineksena 1 - 4 mm kiveä, 0 - 1 mm kiveä sekä sementtiä 225 kg/m3. Vesi/sementti-suhde oli 0,18. Puristus-25 aika oli 7 sekuntia, minkä jälkeen levyt siirrettiin 24 tunniksi kosteaan lämpökäsittelyyn +60 °C:n lämpötilaan.

• ♦ ♦ ♦ ··· • · • · · ··· * Valmistettu laatta hiottiin ja sen pinta analysoitiin eloho- ··· *.* * pea-porosimetrillä huokoskoon jakautuman määrittämiseksi.

30 Tulos: Suuri osa huokosista, eli noin 50 % huokostilavuudes-:V: ta, sijaitsi alueella 300 - 34 mikronia, ja toinen merkittävä osa, noin 35 % huokostilavuudesta, sijaitsi alueella 5-0,5 mikronia. Loput huokosista olivat 0,15 - 0,02 mikronin alu- « « eella (noin 10 % huokosista) ja vastaavasti 0,018 - 0,006 '/35 mikronin alueella (noin 5 %). Huokosten kokonaistilavuus oli : * 0,0050 cm3/g.

Saman laatan pinta tutkittiin elektronimikroskoopilla, joi- I · 13 104250 loin havaittiin, että suuret huokoskoot ovat kaikki betoni-matriisin ja kiven välisiä mikrohalkeamia.

Esimerkki 2

5 Kaoliini: Huokoskolakautumapiirros K

Toimittiin kuten edellä, mutta 8,4 % sementistä korvattiin kalsinoidulla kaoliinillä (Norcal). Huokoskokojakautumaksi saatiin 10 300 - 34 mikronia: 0 % 34 - 11 mikronia: 5 % 5 - 0,8 mikronia: 8 % 0,8 - 0,5 mikronia: 11 % 15 0,15 - 0,018 mikronia: 65 % 0,017 - 0,006 mikronia: 11 %

Kokonaishuokoisuus oli 0,0093 cm3/g.

20 Esimerkki 3

Huokoskokoiakautumapiirros AS

Kuten esimerkissä 1 mutta massaan sekoitettiin Aerosil 150 tuotetta, amorfista piidioksidia, jota toimittaa Degussa.

25 Tämän tuotteen partikkelikoko on tyypillisesti 14 nanometriä ja sekoitusmäärä oli 2,5 % sementin painosta. (Suurempaa · « { määrää ei voitu käyttää, jyrkästi nousevan viskositeetin • · · · .·;·. vuoksi). Saatiin seuraava huokoiskokojakautuma: » · t ... 30 300 - 34 mikronia: 30 % • · · *;]/ 0,06 - 0,04 mikroniia: 10 % • · · **! 0,016 - 0,006 mikronia: 60 % ( i « i ;··· Kokonaishuokoisuus oli 0,0072 cm3/g.

35 [ t 'I", Näytteiden kokonaishuokoisuutta on vaikea arvioida, koska ' ' · siihen vaikuttaa näytteen sisässä olevat suuremmat partikke- 14 104250 lit.

Huokoskokojakautuma on olennainen suure määrittämään veden kulkua betonin sisällä. Tiedetään että noin 0,5 mikronin 5 huokosissa vesi ei enää kulje ja rakennetta voidaan pitää täysin tiiviinä. Veden kulkemattomuus on tärkein pitkäaikaiskestävyyden tae, koska se estää liukenevien komponenttien poistumisen materiaalista.

• · · • · • · • · * • · • · « • · « • ·« · • · · • « · • · · ··· • · · « · · * 9 · « · · • · · « « t < ( * \ ·

1 V I

t i · « a · · « « • * • ·

i . · I

• « t « ·

Claims (12)

1S 104250

1. Betonisesta materiaalista koostuva betonilaatta, joka käsittää ainakin kaksi vierekkäistä kerrosta, jotka koostu-5 vat erilaisista betonimassoista, joka laatta on valmistettu valamalla ja puristamalla ja joka etenkin on tarkoitettu käytettäväksi rakennusten julkisivujen vuoraamiseen, tunnettu siitä, että laatan ulkosivun muodostava kerros sisältää noin 10 1 - noin 20 % hienojakoista, kalsinoitua kaoliinia betonimassan sideaineena käytetyn sementin määrästä sekä 1 - 15 % hienojakoista piidioksidia sementin ja kaoliinin yhteismäärästä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laatta, tunnettu siitä, että laatan ulkosivun muodostava kerros sisältää kaoliinia noin 5 - noin 15 %, edullisesti noin 8 - noin 12 % sementin määrästä.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen laatta, tun nettu siitä, että kalsinoidun kaoliinin partikkelikoko-jakautuma on sellainen, että ainakin 80 % sen määrästä on pienempää kuin 1/8 osa sementin keskimääräisestä partikkeli-koosta, edullisesti ainakin noin 70 % on pienempää kuin noin 25 1 μιη. • · · • ·

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen laatta, • · tunnettu siitä, että laatan ulkosivun muodostava • · · · kerros sisältää 2 - 15 % hienojakoista piidioksidia, jonka 30 partikkelikoko on edullisesti yhtäsuuri tai pienempi kuin käytetyn kaoliinin partikkelikoko. • * · • · · • · ·

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen laatta, tunnettu siitä, että laatan ulkosivun muodostavan 35 kerroksen huokosista ainakin 50 %, edullisesti ainakin 60 %, ovat pienempiä kuin 0,5 mikrometriä.

6. Menetelmä betonisesta materiaalista koostuvan laatan 16 104250 valmistamiseksi, jonka menetelmän mukaan muottiin valetaan ainakin kaksi päällekkäistä be-tonikerrosta, jotka koostuvat eri massoista, jolloin laatan kantavan kerroksen muodostavan 5 massan vesi/sementti-suhde on pieni verrattuna ulkokerroksen muodostavan massan vesi/sementti-suhteeseen, ja muotissa olevaa betonimassaa puristetaan korotetun paineen alaisena tiivistetyn tuotteen muodostami-10 seksi, tunnettu siitä, että ulkokerroksen muodostavana massana käytetään betonimassaa, joka sideaineena käytetyn sementin määrästä sisältää noin 1 - noin 20 % hienojakoista, 15 kalsinoitua kaoliinia sekä joka sementin ja kaoliinin yhteismäärästä vielä sisältää 1 - 15 % hienojakoista piidioksidia, ja päällekkäin valetut kerrokset puristetaan samalla puristuksella. 20

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että laatan kantavan kerroksen muodostavan massan vesi/sementti-suhde asetetaan ainakin noin 30 % ulkokerroksen vastaavaa suhdetta pienemmäksi. 25 .

8. Patenttivaatimuksen 6 tai 7 mukainen menetelmä, t u n - • · · n e t t u siitä, että laatan kantavan kerroksen muodostavan • ♦ • · massan vesi/sementti-suhde asetetaan noin arvoon 0,18 - 0,25 ja laatan ulkokerroksen muodostavan massan vesi/sementti-30 suhde asetetaan noin arvoon 0,30 - 0,55. • · · • · · • · · m

9. Jonkin patenttivaatimuksen 6-8 mukainen menetelmä, • · · tunnettu siitä, että ulkokerroksen muodostavaan betonimassaan lisätään noin 2 - 15 % hienojakoista piidiok-35 sidia.

, : 10. Jonkin patenttivaatimuksen 6-9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että päällekkäin valetut kerrokset 17 104250 puristetaan 10 - 1000 barin, edullisesti noin 50 - 700 barm, paineella, jolloin puristuksen vaikutuksesta ulkokerroksen muodostava betonimassa alistetaan suodattamaan ylimääristä vettä pois puristuksessa kantavaan kerrokseen. 5

11. Jonkin patenttivaatimuksen 6-10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että puristuksen jälkeen laatta kovetetaan korotetussa lämpötilassa vesihöyryn tai kosteuden läsnäollessa. 10

12. Jonkin patenttivaatimuksen 6-11 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että valmis laatta koriste-pintakäsi-tellään esim. hiomalla tai hiekkapuhaltamalla. • · • · • · • · · • · • · · • t · • · · · • · · « · < • · · • · · • · · • · · 1 » · • · · • · · 18 104250