FI123876B - Alkaliaktivoitu betonikoostumus ja koostumuksen käyttö esivaletuissa betonielementeissä - Google Patents
Alkaliaktivoitu betonikoostumus ja koostumuksen käyttö esivaletuissa betonielementeissä Download PDFInfo
- Publication number
- FI123876B FI123876B FI20115283A FI20115283A FI123876B FI 123876 B FI123876 B FI 123876B FI 20115283 A FI20115283 A FI 20115283A FI 20115283 A FI20115283 A FI 20115283A FI 123876 B FI123876 B FI 123876B
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- alkali
- weight
- binder
- activated
- concrete composition
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
- C04B28/24—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing alkyl, ammonium or metal silicates; containing silica sols
- C04B28/26—Silicates of the alkali metals
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
- C04B28/02—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing hydraulic cements other than calcium sulfates
- C04B28/08—Slag cements
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
- C04B28/006—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing mineral polymers, e.g. geopolymers of the Davidovits type
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
- C04B28/02—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing hydraulic cements other than calcium sulfates
- C04B28/021—Ash cements, e.g. fly ash cements ; Cements based on incineration residues, e.g. alkali-activated slags from waste incineration ; Kiln dust cements
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B7/00—Hydraulic cements
- C04B7/14—Cements containing slag
- C04B7/147—Metallurgical slag
- C04B7/153—Mixtures thereof with other inorganic cementitious materials or other activators
- C04B7/1535—Mixtures thereof with other inorganic cementitious materials or other activators with alkali metal containing activators, e.g. sodium hydroxide or waterglass
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B7/00—Hydraulic cements
- C04B7/24—Cements from oil shales, residues or waste other than slag
- C04B7/243—Mixtures thereof with activators or composition-correcting additives, e.g. mixtures of fly ash and alkali activators
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
- C04B2111/00034—Physico-chemical characteristics of the mixtures
- C04B2111/00103—Self-compacting mixtures
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
- C04B2111/00034—Physico-chemical characteristics of the mixtures
- C04B2111/00129—Extrudable mixtures
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
- Y02P40/10—Production of cement, e.g. improving or optimising the production methods; Cement grinding
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W30/00—Technologies for solid waste management
- Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
- Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Geology (AREA)
- Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
Description
ALKALIAKTIVOITU BETONIKOOSTUMUS JA KOOSTUMUKSEN KÄYTTÖ ESIVALETUISSA BETONIELEMENTEISSÄ
Keksinnön ala 5 Keksintö liittyy betonikoostumusten alaan. Erityisesti keksintö koskee alkaliaktivoitua betonikoostumusta ja sen käyttöä esivaletuissa betonielementeissä.
Keksinnön tausta
Alkaliaktivoitu betoni, jota kutsutaan myös geopolymeeribetoniksi, käsittää sideaineita, 10 kuten masuunikuonaa, lentotuhkaa, metakaoliinia ja joissain tapauksissa myös portlandsementtiä, joita voidaan yhdistää eri suhteissa. Kemiallinen aktivaattori lisätään sekoituksen yhteydessä edistämään kovettumista. Tavanomaisessa käytössä olevat alkaliaktivaattorit ovat aikalisiä yhdisteitä, kuten karbonaatteja, hydroksideja ja silikaatteja, joita voidaan lisätä nestemäisessä tai kuivassa muodossa.
15
Yksi yleisimmistä masuunikuonaa sisältävään alkaliaktivoituun betoniin liittyvistä ongelmista on sen nopea sitoutuminen ja työstettävyyden menetys. Se on erityisen voimakasta, kun käytetään natriumsilikaattia ja vielä voimakkaampaa, kun seos sisältää pienen määrän portlandsementtiä.
20 Lentotuhkaa käytettäessä, sitoutuminen ei ole liian nopeaa, mutta polymerointiprosessin o aloittamiseen tarvitaan suuri määrä energiaa. Tämä prosessi vaatii yli 80 C lämpökäsittelyn. Kuitenkin, useimmissa tuotantolaitoksissa tavanomainen maksimilämpötila, joka voidaan o o saavuttaa, on 50-60 C:n välillä. Käytettäessä alle 60 C:n lämpötiloja, lentotuhkan ” polymerointiprosessi antaisi hyvin alhaisia puristuslujuuden arvoja.
c\j i cp 25 Voidakseen onnistuneesti valmistaa ontelolaattoja, työstettävyysajan tulisi olla vähintään 30
CO
o minuuttia, laskettuna sekoituksen lopusta. Työstettävyysajan aikana, kovettumista ei saisi g tapahtua ja työstettävyyteen sallitaan vain vähäisiä muutoksia. Erikoisvalukoneiden, kuten co ekstruudereiden ja liukuvalukoneiden, käytöstä johtuen, betonin tulee olla maakosteaa tai ίο kosteaa, rajoittaen eri materiaalien käyttöä ja sekoitusveden enimmäismäärää· Liukuvaluun o 30 ja ekstruusioon soveltuvia betonilaatuja käytetään pääasiassa esijännitetyissä elementeissä, jotka vaativat yli 30 MPa puristuslujuuden mitattuna 12-24 tuntia valun jälkeen.
2 CA 1258269 esittää sementtipohjaisen sideaineen käyttöä lujitustäytössä. Kovettunut massa, joka koostuu betonin kiviaineesta, on sidottu yhteen sementtipohjaisella massalla aikaansaaden suhteellisen alhaisen 28 päivän puristuslujuuden ja siksi soveltuu hyvin käytettäväksi ei-rakenteellisiin tarkoituksiin esim. kaivosten kaivantojen takatäyttöihin ja 5 johtoputkien ympärille. Sideaine koostuu raudan masuunikuonasta, lentotuhkasta ja alkaliaktivaattorista. Koska sideaineen 28 päivän lujuus on hyvin alhainen, se ei ole sopiva käytettäväksi ekstruusiossa tai liukuvalussa, jotka vaativat korkeita puristuslujuuden arvoja esijännityspunosten leikkaamista ja muotista irrottamista varten. Toisaalta, sideaineen kovettuminen on hyvin nopeaa, jonka seurauksena työstettävyysaika on liian lyhyt 10 ekstruusiota ja liukuvalua varten.
Kansainvälisessä julkaisussa WO 2007109862 kuvataan sementtikoostumuksen kuivaseos sisältäen alkalisen monivaiheisen alumiinisilikaattiaineen, joka on muodostettu aktivoimalla alumiinisilikaattiane alkalisen aineen läsnä ollessa. Käytetty sementtikoostumus ei anna riittävää työstettävyysaika liukuvalua ja ekstruusiota varten.
15 Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on aikaansaada alkaliaktivoitu betonikoostumus, joka poistaa edellä mainitut epäkohdat.
Keksinnön yhteenveto
Keksinnön tarkoituksena on varmistaa vähintään 30 minuutin työstettävyysaika riittävällä työstettävyydellä ekstruudereita ja liukuvalukoneita varten. Lisäksi, riittävät mekaaniset 20 ominaisuudet varmistetaan jopa niin alhaisissa kovettumislämpötiloissa kuin 50 °C. Tämä saavutetaan suhteuttamalla betoniseosta, varsinkin erityisellä yhdistelmällä masuunikuonaa, lentotuhkaa ja kemiallisia aktivaattoreita. Myös CCh-päästöt alentuvat jopa 80 % verrattuna o normaaliin betoniin vähentämällä portlandsementin käyttöä.
σ> cp g 25 Keksinnön yhden suoritusmuodon mukaisesti aikaansaadaan alkaliaktivoitu x betonikoostumus, käsittäen sideaineen ja alkaliaktivaattorin, missä masuunikuonan määrä
CL
sideaineessa on 48-54 paino- % ja sideaine käsittää lentotuhkan ja masuunikuonan g yhdistelmän painosuhteessa 0,4-1,0. Erään edullisen suoritusmuodon mukaan i- masuunikuonan määrä sideaineessa on 48-54 paino- % ja sideaine käsittää lentotuhkan ja c\j 30 masuunikuonan yhdistelmän painosuhteessa 0,4-0,8. Erään toisen edullisen suoritusmuodon mukaan masuunikuonan määrä sideaineessa on 49-52 paino- % ja sideaine käsittää 3 lentotuhkan ja masuunikuonan yhdistelmän painosuhteessa 0,4-0,8. Edullisesti masuunikuonan määrä sideaineessa on 48-54 paino- % ja sideaine käsittää lentotuhkan ja masuunikuonan yhdistelmän painosuhteessa 0,6-0,8. Edullisesti masuunikuonan määrä sideaineessa on 49-52 paino- %.
5
Sideaine voi lisäksi käsittää portlandsementtiä, jonka määrä on enintään 20 paino- % sideaineen kokonaismäärästä.
Alkaliaktivaattori käsittää natriumsilikaattia, natriumkarbonaattia tai kaliumkarbonaattia tai 10 mitä tahansa näiden yhdistelmää. Edullisesti alkaliaktivoitu betonikoostumus käsittää vähintään yhtä seuraavista esitetyissä määrissä: 0-10 paino- % natriumsilikaattia, 4-10 paino- % natriumkarbonaattia ja 4-15 paino- % kaliumkarbonaattia, missä painoprosenttiosuudet ovat suhteessa sideaineeseen ilman portlandsementtiä.
Natriumsilikaatin moduuli on 1,5-2, edullisesti moduuli on 2. Natriumsilikaatti voi olla 15 vedetön tai se voidaan lisätä vesiliuoksena.
Keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti aikaansaadaan alkaliaktivoidun betonin käyttö esivaletuissa betonielementeissä, missä esivalettu betonielementti on tehty ekstruusiolla, liukuvalulla tai paikalla valamalla. Esivalettua betonielementtiä voidaan myös 20 lämpökäsitellä valun jälkeen. Alkaliaktivoitu betoni voi olla tärytettävää, jyrättyä tai tsetiivistyvää (TT) betonia.
Kuvioiden lyhyt kuvaus
Keksintöjä sen yksityiskohdat selostetaan lähemmin seuraavassa, viitaten oheisiin co δ 25 kuvioihin, joissa c\j σ> Kuvio, la esittää masuunikuonan määrän vaikutusta alkaliaktivoidun betonin o i co sitoutumiseen, o x Kuvio. Ib esittää masuunikuonan määrän vaikutusta yhden päivän puristuslujuuden
CL
tuloksiin, co oj 30 Kuvio. 2 esittää nestemäisen (vesipitoisen) natriumsilikaatin ja kuivan ^ natriumsilikaatin lisäyksen vaikutuksen työstettävyyden menetykseen, cvj
Kuvio. 3 esittää natriumsilikaatin moduulin ja kuonan määrän vaikutuksen betonien sitoutumiseen, ja 4
Kuvio. 4 esittää kovettumislämpötilan vaikutusta yhden päivän puristuslujuuteen. Keksinnön yksityiskohtainen kuvaus
Keksinnön mukaan alkaliaktivoitu betonikoostumus käsittää sideaineen ja 5 alkaliaktivaattorin, jossa koostumuksessa masuunikuonan määrä sideaineessa on 48-54 paino- % ja sideaine käsittää lentotuhkan ja masuunikuonan yhdistelmän painosuhteessa 0,4-1,0. Tämä yhdistelmä taijoaa yllättävän vaikutuksen parempana työstettävyytenä ja samalla alentaa vaadittavaa kovettumislämpötilaa 50 C. Edullisen suoritusmuodon mukaisesti masuunikuonan määrä sideaineessa on 48-54 paino- % ja sideaine käsittää 10 lentotuhkan ja masuunikuonan yhdistelmän painosuhteessa 0,4-0,8. Toisen edullisen suoritusmuodon mukaan masuunikuonan määrä sideaineessa on 49-52 paino- % ja sideaine käsittää lentotuhkan ja masuunikuonan yhdistelmän painosuhteessa 0,4-0,8. Edullisemmin sideaine käsittää lentotuhkan ja masuunikuonan yhdistelmän painosuhteessa 0,4-0,8, kaikkein edullisimmin painosuhteessa 0,6-0,8. Edullisemmin masuunikuonan määrä on 49-15 52 paino-% kokonais sideaineesta. Kaikkein edullisimmin masuunikuonan määrä on 50 paino- % kokonaissideaineesta.
Alkaliaktivoitu betoni käsittää normaalisti sideaineita kuten masuunikuonaa, lentotuhkaa, metakaoliinia ja joissain tapauksissa myös portlandsementtiä, jotka sideaineet voidaan 20 yhdistää eri suhteissa. Alkaliaktivoidut sideaineet perustuvat raaka-aineiden kemialliseen aktivointiin, jotka raaka-aineet eivät ole kovin aktiivisia sekoitettuna yksin veden kanssa.
Portlandsementti valmistetaan sintraamalla raaka-aineita, ensisijaisesti kalkkikiveä, m 1450 C:ssa. Tavallisen portlandsementtipohjaisen betonin jokaisen tonnin valmistuksessa, o 25 noin yksi tonni kasvihuonekaasuja päästetään ilmaan. Kasvihuonekaasut johtuvat g polttoainekoostumuksesta, kun raaka-aineita lämmitetään korkeisiin lämpötiloihin samoin g kun kemiallisista muutoksista, jotka tapahtuvat tämän lämmityksen aikana esim. kalkkikiven g hiilenpoistossa. Kun portlandsementti korvataan muilla aikaisemmin kuvatuilla □_ m materiaaleilla sideaineessa, CCVpäästöt vähenevät jopa 80 % verrattuna tavallisiin co g 30 betoneihin. C02-päästön väheneminen saavutetaan myös, kun käytetään vain hyvin pieniä q määriä portlandsementtiä sideaineena.
c\j 5
Kuvio, la esittää masuunikuonan määrän vaikutusta alkaliaktivoidun betonin sitoutumiseen. Kaikki seokset sisältävät myös lentotuhkaa ja 15 paino- % portlandsementtiä. Kaikki seokset aktivoitiin 7 paino- % natriumsilikaatin ja 10 paino- % natriumkarbonaatin tai kaliumkarbonaatin sekoituksella. Jähmettyminen on ilmaistu ICT-kierrosten (Intensive 5 Compact Tester) kasvavana määränä minuuttia kohden. Kasvava numero liittyy nopeampaan työstettävyyden menetykseen. Kierrosten määrä tulisi olla huomattavasti alle 1,0 mitattaessa vähintään 25 minuutin sisällä. Kierrosten maksimimäärä vaihtelee ja riippuu valukoneen tyypistä. Lento tuhkan ja masuunikuonan edullinen määrä on seurausta hyväksyttävästä sitoutumisnopeudesta ja saadusta puristuslujuudesta. Kuten kuviossa Ib on 10 esitetty, merkittävä lisäys yhden päivän puristuslujuuteen on saatu, kun masuunikuonan määrä oli 50 %. Kuviossa Ib seos käsittää aktivaattorina käytettyä 12 paino- % nestemäistä natriumsilikaattia ja 10 paino- % natriumkarbonaattia. Kuvio Ib näyttää myös, miten natriumsilikaatin moduuli vaikuttaa puristuslujuuden arvoihin. Natriumsilikaatin moduuliarvot olivat 1,3, 1,6 ja 2,0.
15
Jos käytetään portlandsementtiä, edullinen pitoisuus on korkeintaan 20 % sideaineen kokonaispainosta, edullisemmin portlandsementin pitoisuus on korkeintaan 14 paino- %, edullisimmin portlandsementin pitoisuus on korkeintaan 5 paino- %.
20 Raaka-aineiden hajoamiseen johtava kemiallinen aktivointi voidaan panna alulle muuttamalla liuoksen pH vähintään tasolle 12. Tämä voidaan tehdä sisällyttämällä alkalikomponentteja esim. karbonaatteja, hydroksideja tai silikaatteja vesiliuokseen yksinään tai yhdistelmänä. Yleisimmät kemialliset aktivaattorit ovat natriumsilikaatti, natrium- ja kaliumkarbonaatit, ja natriumhydroksidi. Muita aktivaattoreita, kuten co o 25 kalsiumoksidia ja kalkkia, käytetään myös.
i O) o g Alkaliaktivaattoreita voidaan lisätä vesiliuoksena tai kuivana jauheena (vedetön) tai näiden x yhdistelmänä. Aktivaattoreiden määrä on laskettu kuiva-ainepitoisuutena. Nestemäinen
CL
aktivaattori voidaan saada valmiina tuotteena tai sekoittamalla vettä kuivan aktivaattorin co g 30 kanssa, tässä tapauksessa vesilasin sisältämä vesi vähennetään lisätystä vedestä.
^ Käytettäessä vain kuivia materiaaleja, kuten vedetöntä natriumsilikaattia ja cvj natriumkarbonaattia, jähmettymisreaktio viivästyy ja työstöaika pitenee. Vain kuivien ainesosien käyttö ja erityisesti kuivan natriumsilikaatin käyttö johtaa merkittävään 6 kuivumisen hidastumiseen verrattuna seoksiin, joissa aktivaattorit on alun perin liuotettu veteen. Vaikutus ilmenee erityisesti noin 15 minuuttia sekoittamisen jälkeen. Tämä ei vaikuta mekaanisen puristuslujuuden ominaisuuksiin mitattuna yhden tai 28 päivän kuluttua. Tämän ratkaisun kiistämätön etu on myös kasvanut kyky vastaanottaa suuren määrän 5 kosteutta sisältäviä kiviaineita. Lisäksi kuivien aineiden käsittely tehdasolosuhteissa on yleensä helpompaa kuin nesteiden käsittely.
Kuvio 2 esittää työstettävyyden menetyksen vaikutuksen, kun nestemäistä natriumsilikaattia tai kuivaa natriumsilikaattia lisätään. ICT-kierrokset merkitsevät kierrosten määrää, joka 10 tarvitaan tiivistämään betoninäyte tavoitetiheyden arvoon. Tiivistäminen on tapahtunut käyttämällä kaupallisesti saatavilla olevia ICT-testauslaitta.
Natriumsilikaatin käyttö alkaliaktivaattorina antaa suurimman lujuuden. Valitettavasti nopea sitoutuminen on yleistä tällä aktivaattorilla valmistetulla betonilla. Tämä ongelma havaittiin 15 myös 70-luvulla, jolloin tehtiin testejä Suomessa. Testitulokset osoittivat myös, että portlandsementin läsnäolo oli omiaan nopeuttamaan sitoutumista ja aiheutti työstettävyyden menetystä.
Keksinnön mukaista ratkaisua voidaan lisäksi parantaa säätelemällä natriumsilikaatin moduulia, yhdistämällä tämä yhdiste tietyssä suhteessa karbonaattien kanssa ja/tai 20 käyttämällä kuivaa natriumsilikaattia· Tämä ratkaisu auttaa vähentämään nopeaa sitoutumista. Natriumsilikaatin moduuli on määritetty Si02/Na20-suhteena. Edullinen moduuli on 1,5-2,0, joka varmistaa muuttumattoman työstettävyyden ja sitoutumattomuuden, valusta aloitetulle, mitatulle 30 minuutin ajalle, 48-54 paino- % ” kuonan määrille. Edullisemmin natriumsilikaatin moduuli on 2.
o c\j i cp 25 Kuvio 3 esittää natriumsilikaatin moduulin ja kuonan määrän vaikutuksen betonien
CO
o sitoutumiseen. Portlandsementtiä ei esiinny näissä seoksissa. Seokset sisälsivät nestemäistä g natriumsilikaattia antaen kiintoainepitoisuudeksi 7 paino- % ja 10 paino- % co natriumkarbonaattia.
co c\j m δ c\j 7
Edulliset määrät n atrium silikaatti a ja alkalikarbonaatteja alkaliaktivaattoreina ovat: 0-10 paino- % natriumsilikaattia, 4-10 paino- % natriumkarbonaattia, tai 4-15 paino- % kaliumkarbonaattia tai näiden yhdistelemät. Edullisemmin alkaliaktivoitu betonikoostumus käsittää vähintään yhtä seuraavista esitetyissä määrissä: 0-10 paino- % natriumsilikaattia, 7-5 10 paino- % natriumkarbonaattia ja 7-15 paino- % kaliumkarbonaattia, missä painoprosenttiosuudet ovat suhteessa sideaineeseen ilman portlandsementtiä. Edullisimmin natriumsilikaatin määrä on 0-7 paino- %. Kaikki määrät on annettu painoprosentteina kokonaissideaineesta ilman portlandsementtiä, suhteessa sideaineeseen.
Betonimateriaali käsittää karkeita kiviaineita, hiekkaa, mahdollisia täyteaineita, vettä, 10 kemiallisen aktivaattorin ja sideainetta. Karkeiden kiviaineiden halkaisija on yleensä suurempi kuin 2 mm. Mahdolliset täyteaineet ovat hienoja materiaaleja, joiden halkaisija seoksessa on pienempi kuin hiekkapartikkeleiden ja joissain tapauksissa pienempi kuin sementtipartikkeleiden. Kiviaineet ja täyteaineet eivät ole aktiivisia tavanomaisissa olosuhteissa ja pääasiassa parantavat pakkaustiheyttä. Sideaineen osuus suhteessa koko 15 betonimäärään vaikuttaa mekaanisiin ominaisuuksiin samoin kuin työstettävyyteen esim. itsetiivistyvässä betonissa hienompia partikkeleita, sisältäen sementin ja täyteaineet, voidaan käyttää työstettävyyden parantamiseen. Myös aktivaattorin määrällä suhteessa sideaineeseen on vaikutusta sementtiin, koska liian pienet määrät aiheuttavat huonompia mekaanisia ominaisuuksia sekä aikaisessa vaiheessa että täydellisen jähmettymisen jälkeen. Liian suuret 20 määrät aiheuttavat esim. nopeaa sitoutumista, työstettävyyden nopeaa menetystä ja mahdollisia kestävyysongelmia.
Sekoitusprosessi alkaa sekoittamalla kuivia kiviaineksia, sideaineita, mahdollisesti myös ^ joitakin tai kaikkia kemiallisia aktivaattoreita. Sekoittamista seuraa veden lisääminen, joka ^ 25 vesi mahdollisesti sisältää kaikki tai osan kemiallisista aktivaattoreista.
O)
Kokonaissekoitusaika on samanlainen kuin tavanomaisella betonilla. Alkaliaktivoitu betoni co voi olla tärytettävää, jyrättyä, itsetiivistyvää, kosteaa, maakosteaa tai mitä tahansa betonia,
X
cr joka voidaan valmistaa tämän keksinnön mukaisesti. Näitä betoneita voidaan käyttää
CO
co extruusiolla, liukuvalulla, paikalla valulla tai millä tahansa sopivalla menetelmällä
LO
t- 30 valmistetuissa esivaletuissa betonielementeissä. Kaikki kehitetyt betonit voidaan käsitellä S normaaliin tapaan.
8
Valun jälkeen elementit voidaan peittää ja laittaa lämpökäsittelyyn. Lämpökäsittely ei ole pakollinen. Voidakseen tuottaa betonielementtejä tavanomaisissa laitoksissa, jotka eivät ole varusteltu höyrykarkaisulaitteilla (autoclaving equipment), vaadittu lämpötila ei saa ylittää 60 °C.
5
Kuvio 4 esittää esimerkin seoksesta ilman portlandsementtiä, paljastaen hyvin pienen o lujuudenkasvun, kun lämpötila on ylittänyt 50 C, kuitenkin saavuttaen korkean yhden päivän lujuuden, yli 50 MPa. Saatu vaikutus johtuu masuunikuonan läsnäolosta, joka todennäköisesti aloittaa lentotuhkan polymerointireaktiot. Esitetty seos aktivoitiin 10 alkaliaktivaattorilla, joka muodostui 7 paino- % nestemäisestä natriumsilikaatista (moduuli 2,0) ja 10 paino- % natriumkarbonaatista. Molemmat yhdisteet on laskettu painoprosentteina kokonaissideainepitoisuudesta. Sideaineet koostuivat 50 paino- % lentotuhkaa ja 50 paino-% masuunikuonaa. Lämpökäsittelyn kesto voi vaihdella muutamista tunneista yhteen päivään, riippuen vaadittavista aikaisen lujuuden arvoista. Lentotuhkan ja masuunikuonan 15 painosuhde tässä esimerkissä on 50 paino- %/50 paino- % = 1.
Esimerkit
Alkaliaktivoitu betonikoostumus kuvataan nyt viitaten seuraaviin esimerkkeihin. Nämä esimerkit on tarkoitettu vain havainnollistamaan, eikä niitä tulisi pitää keksintöä rajoittavina 20 millään tapaa.
Esimerkki 1
Liukuvalukoneen seos ontelolaattojen valmistamista varten. Sideaineen koostumus: 50 paino- % masuunikuonaa, 36 paino- % lentotuhkaa, 14 paino- % portlandsementtiä. o 25 Alkaliaktivaattorit lisätään kuivina ja niillä on seuraava koostumus: 7 paino- % i g natriumkarbonaattia, 7 paino- % kuivaa natriumsilikaattia (moduuli 2,0), laskettuna i g painoprosentteina kokonaissideaineesta ilman portlandsementtiä. Vesipitoisuus on 130-140 g kg/m3, karkean kiviaineksen kokonaispitoisuus 1880 kg/m3' Vaadittu työstettävyyden aika
CL
on enemmän kuin 30 minuuttia, laskettuna sekoituksen lopusta. Betoni lämpökäsitellään oo g 30 valun jälkeen vähintään 50 °C:n lämpötilassa. Saavutettu 24 tunnin puristuslujuus on yli g 35MPa ja 28 päivän puristuslujuus ylittää 50 MPa. Lentotuhkan ja masuunikuonan c\j painosuhde tässä esimerkissä on 36 paino- % / 50 paino- % = 0,72.
9 Tämän seoskoostumuksen etu verrattuna aikaisemmin valettuun ontelolaattabetoniin on pitkä työstöaika, ainakin 30 minuuttia, mikä aikaisemmin oli monissa tapauksissa vähemmän kuin 10 minuuttia. Elementtien poisto muoteista tapahtuu ongelmitta, verrattuna kokeisiin 70- ja 80-luvuilla, jolloin laatta pyrki "liimautumaan" petoihin.
5 Tämän seoksen suurin etu on kuitenkin CCVpäästöjen vähentyminen noin 70 % verrattuna betoniin, joka on valmistettu käyttämällä 100 % portlandsementtiä. Hinta on noussut noin 12 %. Seos täyttää myös CEM IIIB:n vaatimukset.
Esimerkki 2 10 Liukuvalukoneen seos ontelolaattojen valmistamista varten. Sideaineen koostumus: 50 paino- % masuunikuonaa, 36 paino- % lentotuhkaa, 14 paino- % portlandsementtiä. Alkaliaktivaattorit lisätään kuivina ja niillä on seuraava koostumus: 7 paino- % kaliumkarbonaattia, 7 paino- % kuivaa natriumsilikaattia (moduuli 2,0), laskettuna painoprosentteina kokonaissideaineesta ilman portlandsementtiä. Vesipitoisuus on 130-140 15 kg/m , karkean kiviaineksen kokonaispitoisuus 1880 kg/m . Vaadittu työstettävyyden aika on enemmän kuin 30 minuuttia, laskettuna sekoituksen lopusta. Betoni lämpökäsitellään valun jälkeen vähintään 50 °C:n lämpötilassa. Saatu 24 tunnin puristuslujuus on yli 35 MPa ja 28 päivän puristuslujuus ylittää 50 MPa.
20 Tämän seoskoostumuksen etu verrattuna aikaisemmin valettuun ontelolaattabetoniin on pitkä työstöaika, ainakin 30 minuuttia, mikä aikaisemmin oli monissa tapauksissa vähemmän kuin 10 minuuttia. Tämän seoksen suurin etu on kuitenkin CC>2-päästöjen vähentyminen noin 78 % verrattuna betoniin, joka on valmistettu käyttämällä 100 % portlandsementtiä. Valitettavasti hinta on noussut noin 30 % kalliin kaliumkarbonaatin o 25 käytön takia. Seos täyttää myös CEM IIIB:n vaatimukset.
σ> cp co Esimerkki 3 o x Liukuvalukoneen seos ontelolaattojen valmistamista varten. Sideaineen koostumus: 50 □_ paino- % masuunikuonaa, 46 paino- % lentotuhkaa, 14 paino- % portlandsementtiä. co oj 30 Alkaliaktivaattorit lisätään kuivina ja niillä on seuraava koostumus: 7 paino- % ^ kaliumkarbonaattia, 7 paino- % kuivaa natriumsilikaattia (moduuli 2,0), laskettuna c\j painoprosentteina kokonaissideaineesta ilman portlandsementtiä. Betoni on lämpökäsitelty valun jälkeen vähintään 50 °C:n lämpötilassa. Saatu 24 tunnin puristuslujuus on yli 35 10 MPa ja 28 päivän puristuslujuus ylittää 50 MPa. Tämän seoskoostumuksen etu on pitkä avoin aika, ainakin 30 minuuttia, ja CCk-päästöjen vähentyminen.
Esimerkeissä 1-3 käytetyn natriumsilikaatin tyyppi on esim. PQ Chemicals:n valmistama 5 Britesil H20. Näissä esimerkeissä käytetty portlandsementti on esim. CEMI-tyyppistä.
co δ c\j i O) o
CO
o
X
X
Q.
CO
oo
C\J
LO
δ
C\J
Claims (15)
1. Alkaliaktivoitu betonikoostumus, käsittäen sideaineen ja alkaliaktivaattorin, masuunikuonan määrä sideaineessa on 48-54 paino- % ja sideaine käsittää lentotuhkan 5 ja masuunikuonan yhdistelmän painosuhteessa 0,4-1,0, tunnettu siitä, että alkaliaktivaattori käsittää natriumkarbonaattia, kaliumkarbonaattia tai minkä tahansa näiden yhdistelmän tai natriumsilikaatin yhdistettynä natriumkarbonaattiin ja/tai kaliumkarbonaattiin.
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen alkaliaktivoitu betonikoostumus, missä sideaine käsittää lentotuhkan ja masuunikuonan yhdistelmän painosuhteessa 0,4-0,8.
3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen alkaliaktivoitu betonikoostumus, missä sideaine käsittää lentotuhkan ja masuunikuonan yhdistelmän painosuhteessa 0,6-0,8. 15
4. Minkä tahansa edellisen patenttivaatimuksen mukainen alkaliaktivoitu betonikoostumus, missä alkaliaktivaattori käsittää 0-10 paino- % natrium silikaatti a yhdistettynä 4-10 paino- % natriumkarbonaattia ja/tai 4-15 paino- % kaliumkarbonaattia, painoprosenttiosuudet ovat suhteessa sideaineeseen ilman portlandsementtiä. 20
5. Minkä tahansa edellisen patenttivaatimuksen mukainen alkaliaktivoitu betonikoostumus, missä natriumsilikaatin moduuli on 1,5-2.
6. Minkä tahansa edellisen patenttivaatimuksen mukainen alkaliaktivoitu betonikoostumus, ” 25 missä natriumsilikaatin moduuli on 2. o c\j i O)
7. Minkä tahansa edellisen patenttivaatimuksen mukainen alkaliaktivoitu betonikoostumus, ° missä n atrium silikaatti on vedetön. x cc CL CO co 30
8. Minkä tahansa edellisen patenttivaatimuksen mukainen alkaliaktivoitu betonikoostumus, ^ missä n atrium silikaatti on lisätty vesiliuoksena δ c\j
9. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 1-3 mukainen alkaliaktivoitu betonikoostumus, missä alkaliaktivaattori käsittää 4-10 paino- % natriumkarbonaattia ja/tai 4-15 paino- % kaliumkarbonaattia, painoprosenttiosuudet ovat suhteessa sideaineeseen ilman 5 portlandsementtiä.
10. Minkä tahansa edellisen patenttivaatimuksen mukainen alkaliaktivoitu betonikoostumus, missä masuunikuonan osuus sideaineessa on 49-52 paino- %.
11. Minkä tahansa edellisen patenttivaatimuksen mukainen alkaliaktivoitu betonikoostumus, missä sideaine lisäksi käsittää portlandsementtiä, jonka määrä on enintään 20 paino- % sideaineen kokonaismäärästä.
12. Minkä tahansa edellisen patenttivaatimuksen mukaisen alkaliaktivoidun betonin käyttö 15 esivaletussa betonielementeissä.
13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen alkaliaktivoidun betonin käyttö, missä alkaliaktivoitu betoni on tärytettävää betonia, jyrättyä betonia tai itsetiivistyvää betonia.
14. Patenttivaatimuksen 12 tai 13 mukainen alkaliaktivoidun betonin käyttö, missä esivalettu betonielementti on valmistettu ekstruusiolla, liukuvalulla tai paikalla valamalla.
15. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 12 -14 mukainen alkaliaktivoidun betonin käyttö, 25 missä esivalettu betonielementti on lämpökäsitelty valun jälkeen, co δ c\j i O) o CO o X cc CL CO CO C\l m δ CM
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI20115283A FI123876B (fi) | 2011-03-24 | 2011-03-24 | Alkaliaktivoitu betonikoostumus ja koostumuksen käyttö esivaletuissa betonielementeissä |
| EP20120397509 EP2502890A1 (en) | 2011-03-24 | 2012-03-19 | An alkali activated concrete composition and use of composition in precast concrete elements |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI20115283A FI123876B (fi) | 2011-03-24 | 2011-03-24 | Alkaliaktivoitu betonikoostumus ja koostumuksen käyttö esivaletuissa betonielementeissä |
| FI20115283 | 2011-03-24 |
Publications (4)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FI20115283A0 FI20115283A0 (fi) | 2011-03-24 |
| FI20115283A FI20115283A (fi) | 2012-09-25 |
| FI20115283L FI20115283L (fi) | 2012-09-25 |
| FI123876B true FI123876B (fi) | 2013-11-29 |
Family
ID=43806492
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FI20115283A FI123876B (fi) | 2011-03-24 | 2011-03-24 | Alkaliaktivoitu betonikoostumus ja koostumuksen käyttö esivaletuissa betonielementeissä |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP2502890A1 (fi) |
| FI (1) | FI123876B (fi) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013044325A1 (en) * | 2011-09-30 | 2013-04-04 | Hyssil Pty Ltd | Geopolymer product |
| ES2627087T3 (es) * | 2012-10-30 | 2017-07-26 | Sociedad Anónima Minera Catalano-Aragonesa | Conformado de materiales cerámicos producidos con polímeros inorgánicos |
| NZ707001A (en) * | 2012-11-13 | 2019-02-22 | Cement Australia Pty Ltd | Geopolymer cement |
| SI24501A (sl) * | 2013-10-21 | 2015-04-30 | Rc Simit, D.O.O. | Vezivo za kompaktiranje sipkega materiala in postopek uporabe veziva |
| WO2020206540A1 (en) * | 2019-04-12 | 2020-10-15 | Carbicrete Inc. | Production of wet-cast slag-based concrete products |
| CN114804675B (zh) * | 2022-05-09 | 2023-04-14 | 中路高科交通检测检验认证有限公司 | 一种复合碱激发胶凝材料及其制备方法 |
| CN115490499B (zh) * | 2022-10-21 | 2024-01-05 | 广州市建筑材料工业研究所有限公司 | 一种碱激发芯样找平材料及其制备方法与找平方法 |
| AT526156B1 (de) * | 2023-05-10 | 2023-12-15 | Hod House Of Desert R&D Gmbh | Zusammensetzung zur Herstellung von Bauteilen |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA1258269A (en) | 1986-08-29 | 1989-08-08 | Standard Slag Cement A Standard Industries Company A Division Of Canada Cement Lafarge Ltd. | Cementitious binder for consolidated fill |
| CA2006579A1 (en) * | 1988-12-23 | 1990-06-23 | Servalius J. P. Brouns | Cement, method of preparing such cement and method of making products using such cement |
| JP2668598B2 (ja) * | 1989-12-08 | 1997-10-27 | 日本化薬株式会社 | 水硬性組成物及び高強度複合材料 |
| WO2007109862A1 (en) | 2006-03-29 | 2007-10-04 | Zeobond Research Pty Ltd | Dry mix cement composition, methods and systems involving same |
| CN101786821B (zh) * | 2009-12-31 | 2012-02-22 | 重庆市建筑科学研究院 | 湿排粉煤灰胶凝材料及其制备方法 |
-
2011
- 2011-03-24 FI FI20115283A patent/FI123876B/fi active IP Right Grant
-
2012
- 2012-03-19 EP EP20120397509 patent/EP2502890A1/en not_active Withdrawn
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FI20115283A (fi) | 2012-09-25 |
| FI20115283L (fi) | 2012-09-25 |
| FI20115283A0 (fi) | 2011-03-24 |
| EP2502890A1 (en) | 2012-09-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| FI123876B (fi) | Alkaliaktivoitu betonikoostumus ja koostumuksen käyttö esivaletuissa betonielementeissä | |
| FI123979B (fi) | Alkaliaktivoitu kalkkikivibetonikoostumus ja koostumuksen käyttö betonivalussa | |
| US20040255823A1 (en) | Cementicious materials including stainless steel slag and geopolymer | |
| KR101333084B1 (ko) | 고로슬래그와 ｃｓａ계 시멘트를 포함하는 조강시멘트 조성물 및 이를 포함하는 콘크리트 | |
| US20110232532A1 (en) | Settable Building Material Composition Including Landfill Leachate | |
| JP2005531484A (ja) | 急速凝固セメント組成物 | |
| EP3385241B1 (en) | Hydraulic binder composition with very low shrinkage | |
| CN104529212B (zh) | 一种裹覆轻质骨料的制备方法和应用 | |
| US20210380483A1 (en) | Method for making carbonated precast concrete products with enhanced durability | |
| KR20120066769A (ko) | 페로니켈슬래그를 사용한 고강도 콘크리트 조성물 및 그 제조방법 | |
| JP2010149402A (ja) | コンクリート組成物の製造方法及びコンクリート成形体 | |
| KR101018009B1 (ko) | 결합재로 폐유리 미분말과 플라이애쉬를 이용한 무시멘트 콘크리트의 제조방법 | |
| CN111116159A (zh) | 一种磷石膏钢管混凝土及其制备方法 | |
| JP2023528030A (ja) | 耐久性を高めた炭酸プレキャストコンクリート製品の製造方法 | |
| KR20090012556A (ko) | 고강도 콘크리트 분말 혼화재 조성물 | |
| KR102595960B1 (ko) | 탄소저감 복합체 제조용 조성물 및 이로부터 제조된 탄소저감 복합체 | |
| KR101147985B1 (ko) | 고로슬래그를 이용한 무시멘트 콘크리트 및 그 제조방법 | |
| IT9019661A1 (it) | Metodo per produrre cemento o calcestruzzo | |
| CN107777959A (zh) | 一种免烧砖的加工工艺 | |
| JP7095896B2 (ja) | 水硬性石灰を用いた成形体およびその製造方法 | |
| KR101653564B1 (ko) | 초속경 도로보수용 몰탈 조성물 및 그 제조방법 | |
| KR100474976B1 (ko) | 고강도 콘크리트 조성물의 제조방법 | |
| KR101958911B1 (ko) | 시멘트계 경화체용 결합재, 이를 포함하는 콘크리트 및 이를 이용하여 제조되는 콘크리트 구조체 | |
| JP7312385B1 (ja) | コンクリート組成物の製造方法、及び、コンクリートの製造方法 | |
| KR102607272B1 (ko) | 알칼리 활성화제 수용액을 활용한 시멘트 조성물의 양생 방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG | Patent granted |
Ref document number: 123876 Country of ref document: FI Kind code of ref document: B |