FI124633B - Strukturoitu sementtiä sisältävä sideaine - Google Patents

Description

Strukturoitu sementtiä sisältävä sideaine

Esillä oleva keksintö koskee rakeista koostumusta Joka soveltuu betonimassan valmistukseen, ja betonimassaa, joka sisältää rakeista koostumusta. Keksintö koskee lisäksi mene-5 telmiä rakeisen koostumuksen ja betonimassan valmistukseen.

Sementti ja siitä valmistettu betoni ovat vaikeasti määriteltäviä aineita, ainakaan kumpaakaan käsitettä ei voida yksiselitteisesti kuvailla, varsinkaan kun muutoksia tapahtuu muun muassa ajan, ympäristön lämpötilan ja kosteuden mukaan. Kuitenkin yleisimmille sideai-10 neille on yhteistä se, että ne ovat veden kanssa kovettuvia ja tällaisia sideaineita kutsutaan hydraulisiksi sideaineiksi. Esimerkki tällaisista sideaineista on Portland-sementti. Esillä olevassa keksinnössä käsitellään muun muassa tämän tyyppistä sementtiä, sen komponentteja sekä sen hydrataation oheis- ja j atkotapahtumia.

15 Portland- sementin pääkomponentit ovat trikalsium silikaatti (C3S, 54%), di kai siumsilikaat-ti (C2S, 17%), trikalsium-aluminaatti (C3A, 10%) sekä tetrakalsium aluminoferriitti (C4AF, 10%). Kaksi viimeksi mainittua ovat olennaisesti vain klinkkerin muodostajia, joilla ei ole suurta merkitystä sideaineen aikaansaamaan lujuuteen.

20 Yksi mooli CsS:a vapauttaa 3 moolia kai siumhy droksi di a (Ca(OH)2) hydratoituessaan j a vastaavasti yksi mooli C2S:a vapauttaa yhden moolin Ca(OH)2:a hydrataatiossa. Nopein kovettuja on C3A, joka vaatii 6 moolia vettä kovettumiseen, kuten C3AF. Puristuslujuus kehittyy alussa lähinnä C3S:n hydrataatiosta ja pitkällä ajalla (>90 vrk) C2S:n hydrataatios-ta, joka antaa saman loppulujuuden kuin C3S-hydrataatiotuote. Loppulujuuden nämä saa-o 25 vuttavat noin vuodessa normaalilämpötilassa, eli olennaisesti samassa ajassa. Teoreettinen co vesi/sementti-suhde, jossa kaikki vesi kulutettaisiin hydrataatioon olisi edellä kuvatulla co koostumuksella 0,245. Käytännön vesi/sementti-suhde on kuitenkin korkeampi ns. geeli- x veden j ohdosta, j ota on noin 18%. Vesi on tässä tunkeutunut noin 2 nm huokosiin. Tämä ^ vesi, jota kulutetaan hydrataatioon hitaasti, aiheuttaa kutistumista betonimassassa, samoin oj 30 kuin Ca(OH)2:n karbonoituminen.

m 00 o o

C\J

Betonia valmistettaessa on mahdollista saavuttaa sidoslujuutta myös muilla oheisreaktiolla kuin vain sanottujen ns. klinkkeri-mineraalien ja veden reaktiolla. Pozzolaani-reaktioksi sanotaan sitä, kun silikaattimineraali reagoi kalkin ja veden kanssa, eli sitoen kalkkia sen 2 sijaan että vapauttaisi sitä kuten CsS:n ja C2S:n reaktiossa tapahtuu. Pozzolaaninen reaktio on periaatteessa kaisiumhydroksidin (CH), silikan S1O2 [sementtikemian kielessä (S)] ja veden (H) reaktio Jossa muodostuu CSH-yhdistettä samoin kuin CAH-ja CASH-yhdisteitä, pozzolaanisen materiaalin mukaan. Kun kaoliini lämpökäsitellään 500-800°C 5 lämpötilassa, se menettää kidevetensä ja saadaan AI2O3 · S1O2, joka on pozzolaanisesti aktiivinen vedessä, ja jota kutsutaan metakaoliiniksi. Metakaoliinin on tutkittu olevan muun muassa tehokkaampi nostamaan lujuutta kuin mikrosilika ja tehokkaampi tiivistämään betonia.

10 Kolmas tapa saavuttaa sidoslujuutta mineraalisessa sideaineessa on antaa pienten partikkelien yhdistyä kiteytymällä suuremmiksi. Gibbsin lain mukaan: Σ ai gi —» minimi, 15 jossa ai on partikkelien pinta-ala ja gi = partikkelin pinnan pinta-energia. Tämä tarkoittaa siten, että pienet partikkelit yrittävät aina kasvaa suuremmiksi, ja edelleen, että mitä pienempiä partikkelit ovat sitä nopeampaa kasvu on, edellyttäen, että materiaali on edes vähän veteen liukenevaa.

20 Aikaisemmin on muun muassa Engelhard Corporationin US-patentti 6 027 561 käsitellyt metakaoliinin käyttöä sementtisen sideaineen kanssa niin, että metakaoliini on spray-kuivattu, jolloin on saatu muodostettua metakaoliinin agglomeraatteja, jotka on sekoitettu sementin kanssa vähintään 40% metakaoliinin osuutena veteen. Tämän patentin mukaisesti ^ metakaoliin agglomeraatit säilyvät ehjinä betonimassaa sekoitettaessa ja vähentävät veden ^ 25 tarvetta noin 10%, verrattuna siihen, että sama määrä metakaoliinia olisi erillisinä hiukka- § sinä. Edellisessä patentissa ei kuitenkaan määritetä näiden kahden peruskomponentin suh- ^ detta, mikä olisi lujuuden luomisen kannalta edullista ja jopa optimaalista.

X

X

CL

^ Ash Grove Company on US-patentissa 5 788 762 esittänyt metakaoliinin käytön sementin m 5) 30 seassa pozzolaanina niin, että metakaoliinia on polton jälkeen jauhettu niin pitkälle, että 00 o työstettävä vesi/sideaine suhde on 33% tai vähemmän. Tämä merkitsee sitä, että metakao-

CVJ

liinia ei voi jauhaa pitemmälle, koska veden tarve kasvaa merkittävästi. Esillä olevan keksinnön mukaan metakaoliini tuodaan seokseen yhdessä muiden sideainekomponenttien 3 kanssa kohtuullisen kokoisina agglomeraatteinaJolloin sekoitusveden tarve ei nouse suuren hienoainemäärän vuoksi suureksi, eikä massan viskositeetti puolestaan muodostu suureksi.

5 Kun tarkastelemme sekoitustekniikkaa sementin valmistuksen kannalta, ei kirjallisuudessa juurikaan ole esitetty kuinka vaikeaa lähes kiinteän vaiheen sekoitus on. Nesteitä sekoitettaessa on aina turbulenssia ja diffuusiota, mikä auttaa sekoituksen lopputulosta. Betoni-massaa sekoitettaessa ei mitään j atkoliikkumista tapahdu, vaan sekoituselimen paineen ja kineettisen energian on tuotava kaikki ainekset niin lähelle toisiaan kuin olisi toivottavaa. 10 Olennaisesti täydellinen sekoitus betonimassoille ei täten juurikaan käytännössä toteudu. Tilanne on vielä yksinkertainen kun sekoitetaan vain kiviainesta, sementtiä ja vettä. Kun tuodaan muita komponentteja mukaan, sekoituksen vaativuus korostuu. Sidney Diamond, School of Civil Engineering, Purdue University, West Lafayette USA, 2005, on esittänyt, että hienoaineksen kasaumat eivät erkaudu edes 30 minuutin betonin sekoituksen aikana, 15 kun vastaava normaali sekoitusaika on 1,5-2 min.

On olemassa tarve sideainekoostumukselle, joka antaa siitä tuotetulle betonille tai laastille suurta lujuutta, siten estäen muun muassa halkeamien muodostusta, jajosta voi vaivattomasti ja nopeasti valmistaa olennaisesti homogeenista betonimassaa.

20

Esillä olevan keksinnön tavoitteena on saada aikaan tällainen suuren lujuuden omaavan koostumuksen, jossa sideainekoostumus on muodossa, jossa sen komponentit ovat läsnä valmiiksi hyvin lähellä toisiaan.

't o 25 Yllättäen on huomattu, että muodostamalla sideainekoostumuksen komponenteista rakeita, cd joissa kussakin on läsnä tarvittavat komponentit ennalta määrätyissä suhteissa, saadaan 0 to koostumus, joka on helppo sekoittaa betonimassan muiden komponenttien kanssa.

cc

CL

Esillä oleva keksintö koskee täten rakeista koostumusta betonimassan valmistukseen, m

10 IA

c\j 30 m o Täsmällisemmin sanottuna esillä olevan keksinnön mukaiselle rakeiselle koostumukselle o C\l on tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosissa.

4

Keksinnön mukaiselle koostumuksen valmistusmenetelmälle on puolestaan tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksessa 9, keksinnön mukaiselle betonimassalle on tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksessa 16, ja keksinnön mukaiselle betoni-massan valmistusmenetelmälle on tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimukses-5 sa 18.

Keksinnössä tuodaan täten kaikki lujuutta lisäävät komponentit yhtä aikaa oikein paikoitet-tunaja oikeassa suhteessa betonimassan valmistukseen ja hyödynnetään erillisiä lujuutta antavia mekanismeja optimaalisesti yhtä aikaa.

10

Rakeeseen läheisesti tuodut reagoivat ainekset on edullinen tapa ja siellä ne myös pysyvät toistensa läheisyydessä normaalin betonin sekoituksen aikana, paikassa jossa reaktiot tapahtuvat. Se osa, joka hajoaa sekoituksessa jakautuu homogeenisesti massaan, koska jakautumisen lähteet (rakeet) ovat jo homogeenisesti jaettuja betonin sekoituksen yhteydes-15 sä.

Keksinnön muut yksityiskohdat ja edut selviävät seuraavasta yksity i skohtai sesta kuvauksesta.

20 Kuvio 1 on piirustus, jossa esitetään rakeiden ulkomuodot 240-kertaisella suurennuksella, eri tavoin valmistettuna, kuviossa la valmistettu fluidinaja kuvioissa Ib, le ja Id valmistettu ei-fluidina, jolloin fluidi tarkoittaa kaasuvirrassa päällystettyjä metakaoliini-agglomeraatteja ja ei-fluidi tarkoittaa kuivana sekoitettuja.

'ίο 25 Kuviossa 2 on esitetty elektronimikroskooppikuvia keksinnön mukaisista metakaoliinira- cd keistä, kuviossa 2a 250-kertaisena suurennoksena ja kuviossa 2b 4000-kertaisena suuren ee co noksena.

c\j

X

X

o_

Esillä oleva keksintö koskee rakeista koostumusta, joka soveltuu betonimassan valmistuk-ln oj 30 seen, jossa koostumuksen rakeet sisältävät kukin sideainetta, apuainetta ja hienoainesta o ennalta määrätyissä suhteissa.

c\j 5

Edullisesti rakeisen koostumuksen rakeet sisältävät - hydraulisen sideaineen, - pozzolaanisen sideaineen, ennalta agglomeroituna, hienoainesta, edullisesti kalsiumkarbonaattia hienoksi jauhettuna, sopivimmin 5 kaisiumkarbonaatin nanopartikkeleita, notkistimen ja - pienen määrän vettä.

Pozzolaaninen sideaine on edullisesti kaoliniittiä sisältävää kalsinoitua savea tai kaoliinia, 10 sopivimmin metakaoliinia. Tämä agglomeroitu sideaine on lopullisessa koostumuksessa kalsinoitu niin pitkälle että ainakin sen ulkopinnat ovat olennaisesti kalsinoituneet.

Kai siumhy droksi di a hydrataatiossa erittävän hydraulisen sideaineen ja pozzolaanisen sideaineen suhde on sellainen, että pozzolaaninen sideaine sitoo enintään 90 % vapautuvasta 15 kai siumhy droksidi stä.

Esillä olevassa keksinnössä kolmas sideaine on ulottuvuus, joka ei perustu hydrauliseen reaktioon, vaan pintaenergian autonomiseen pienentymiseen. Nämä yhdessä optimoivat laastin tai betonin lujuuden. Pozzolaanin reaktion käyttö puolestaan on esillä olevan kek-20 sinnön mukaan optimoitu. Esimerkiksi Engelhaardin US-patentissa 6 027 561 ei perustella pozzolaanien käyttöä muutoin kuin että saadaan korkeampi puri stuslujuus verrattuna siihen että metakaoliini ei olisi saatettu agglomeraateiksi ennen sekoittamista sementtiin ja lopuksi veteen. Kyseisessä patentissa kalsinointi suoritetaan ennen agglomerointia, kun nämä vaiheet suoritetaan päinvastaisessa järjesty ksessä esillä olevassa keksinnössä.

S 25 c\j g On yleisesti tiedossa, että kalkkikivi betonissa korjaa jopa siinä olevia halkeamia, koska g CaC03 on hieman liukoinen veteen (näin luolien stalagmiitit muodostuvat). Kalkkikivi i betonin aggregaattina antaa betonille puri stusluj uuden, joka on vähintään sama, edullisesti

CL

suurempi kuin se, joka saadaan graniitti-aggregaatilla.

ro λ a c\i 30

LO

o Keksinnössä käytetty hienojakoinen kiviaines, eli ’’täyteaine” tai ’’mikrofilleri”, on edulli- ^ sesti kalkkikiveä, koska sillä saadaan toteutettua sekä karbonaattien yhteen kasvaminen että ns. kiinteä liuos CaC03 ja Ca(OH)2:n välillä (Lea, The chemistry of cement and concrete, kolmas painos, 1970, sivu 266 ). Myös trikalsiumaluminaattihydraattia muodostuu 6 nopeasti. Tätä kalkkikiveä voidaan sekoittaa ’’rakeeseen” edullisesti 2-30 % rakeen koko painosta, edullisimmin noin 15 %.

Esillä olevan keksinnön mukaan rakeiden muodostuksen avulla on tuotu kaikki komponen-5 tit niin lähelle toisiaan kuin on mahdollista. Betonin valmistajalle myydään siis jo kuivassa vaiheessa esisekoitettu sideainesysteemi. Sideainesysteemiä eli raekoostumusta voidaan eri tarpeisiin varioida. Metakaoliini voidaan korvata tai täydentää silikalla, sementti alumi-naattisementillä, jne. Keksinnön idea on, että kaikki funktionaaliset komponentit kootaan yhteen rakeeseen. Rakeita on helppo sekoittaa aggregaatti-aineksen ja veden kanssa homo-10 geenisemmaksi seokseksi ja seosta on betonin valmistuksessa helppo annostella. Betonin valmistajan tarvitsee vain ostaa ”raetta” tiettyyn tarkoitukseen ja tarvitaan vain yksi siilo sideaineelle.

Edellä kuvatuista tuotteista muodostuu itsekseen 20-120 pm:n kokoisia, edullisesti 80-100 15 pm:n kokoisia, pallomaisia rakeita. Näiden rakeiden runkoaine on edullisesti metakaoliini-agglomeraattia, jonka partikkelien koko on 10-100 pm, edullisesti noin 50 pm. Muut aineet tarttuvat sen pinnalle siten, että notkistin muodostaa noin 10 pm:n vyöhykkeen nano-partikkelien pinnalle, jotka nanopartikkelit ovat kooltaan 2-500 pm, edullisesti noin 50 pm. Sementtipartikkelit laajenevat rakeiden valmistuksen aikana tyypillisesti 2,06 kertaa ja 20 täyttävät runkoainepartikkeleiden välit.

Keksinnön mukainen tyypillinen raekoostumus on seuraavanlainen: ^ Metakaoliini-agglomeraattia 20-60 kg/m3 betonia 10-100 pm ° 25 Portland-sementtiä 250 -”- 2-100 pm § CaCCVnanopartikkeleita 10-40 -”- 2-1000 nm

Hienojakoista kiviainesta 100 -”- 0,1-100 pm

Er Notkistinta 2

CL

m m 5) 30 Notkistimina voidaan tyypillisesti käyttää polyakryyliamidia, lignosulfonaattia, naftaleeni- oo o sulfonaattia tai melamiini-sulfonaattia tai useampia näistä, edullisimmin näiden polymeere jä- 7

Edullisesti kaikki lisä- ja apuaineet ja muut vastaavat aineet tuodaan samassa rakeessa betonimassan seko itukseenj oli öin asiakas joutuu huolehtimaan vain kiviainesten ja veden annostelusta rakeiden lisäksi.

5 Rakeissa on paljon huokosia, jotka sitovat ja imevät kapillaarivoimillaan vettä tietyn ajan kuluessa, jolloin tämä vesi on myöhemmin käytettävässä hydraulisten sideainekomponent-tien hydrataatioon. Samalla näennäis-vesi/sementti-suhde sekoituksen aikana ja betonin valun aikana on suhteellisen suuri, jolloin massa on helppo valaa ja kuitenkin jäykistyy muotissa kohtuullisen nopeasti. Jos kaoliinin kalsinointi on suoritettu savukaasuilla tai 10 muutoin hiilidioksidi-ilmakehässä, niin hydrataatiossa muodostunut Ca(OH)2 muodostaa heti lisää saostuvaa CaCCEia. Gibbsin yhtälöllä (Ea® —» minimi) selittyy sekin, että miksi saostuvat ainekset saostuvat aina toisen partikkelin pintaan. Minimoituminen tapahtuu nopeammin kun kontaktikohtaa ei lasketa muodostuneeksi pinnaksi.

15 Esillä olevan keksinnön erään edullisen sovellutusmuodon mukaan mukaan, rakeet valmistetaan tuomalla ensin pozzolaaninen sideaine, kuten metakaoliini, hienoaines ja hydraulinen sementti yhteen, minkä jälkeen seokseen lisätään vettä, kai siumkarbonaattia j a notkis-tinta. Esillä olevassa keksinnössä notkistin kiinnitetään edullisesti CaCOs:een ennen lisäystä seokseen.

20

Sopivimmin kaoliini agglomeroidaan ensiksi esim. spraykuivaamalla ja vasta sen jälkeen se kalsinoidaan metakaoliiniksi, edullisesti kuumilla savukaasuilla. Tämän jälkeen metaka-oliini-agglomeraatti (MKA) saatetaan kosketuksiin halutun hydraulisen sementtityypin kanssa, edullisesti niin, että läsnä on dispergointiainettaja lopuksi sanottu strukturoitu o 25 kaksi-komponentti-agglomeraatti päällystetään esim. kaasuvirrassa hienojakoisella kal- co siumkarbonaattijauheella, edullisesti ns. nano-partikkeli kalsiumkarbonaatilla (n-PCC), i co joka on valmistettu saostamalla. Näillä kaikilla partikkeleilla on havaittu olevan taipumus x agglomeroitua yhä isommiksi partikkelikasautumisiksi, joita vain suuri leikkausvoima ha- jottaa. Edelleen on edullista saattaa muodostettava rae kosketuksiin hienojakoisimman jau-

LO

oj 30 hetun kalkkikivitäyteaineen kanssa. Jauhettua kalkkikiveä voidaan käyttää edullisesti mää- oo g rässä noin 15 % sementistä, lisäten edullisesti betonimassan työstettävyyttä.

CVJ

Toisen sovellutusmuodon mukaan rae valmistetaan siten, että ensiksi pozzolaaninen sideaine, kuten kaoliniittiä sisältävä savi, sekoitetaan veteen ja veteen lisätään valinnaisesti 8 lisäainetta, joka edullisesti on epäorgaanista ainetta, kuiva-ainepitoisuuteen 30-70 %, liete kuivataan kaasuvirrassa ja kalsinoidaan ainakin pinnaltaan edelleen 500-850 °C kaasuvir-rassa, sinänsä tunnetuilla tavoilla, mutta edullisesti sellaisessa kaasuvirrassa, joka sisältää hiilidioksidia. Kaisinoidun jäähdytetyn metakaoliini-agglomeraatin pinnalle suihkutetaan 5 betonin notkistinta sopiva määrä sitomaan sementtipartikkelit agglomeraatin pintaan kun sementtipöly ja agglomeraatit saatetaan kosketuksiin toistensa kanssa. Huomattakoon, että sementtipöly ja metakaoliini tarttuvat toisiinsa triboelektrisen varauksen johdosta ilman betonin notkistintakin. Metakaoliinin on keksinnön tutkimusten yhteydessä todettu keräävän muut partikkelit pinnalleen.

10

Seuraavassa vaiheessa jauhevirtaan puhalletaan CaC03-nano-partikkeleita ja jauhettua kalkkikiveä.

Kolmannessa sovellutusmuodossa valmistetaan vastaava sideainerae siten, että metakaolii-15 ni agglomeraatti ja hydraulinen sideaine sekä kalkkikivitäyteaine saatetaan pölymäisessä (fluidissa) muodossa yhteen ja annetaan partikkelien stabiloitua esim. leijupetissä 10-60 sekunnin ajanja tämän jälkeen sumutetaan näiden ainesten joukkoon saostettua kalsium-karbonaatti-lietettä yhdessä notkistimen kanssa. Tällöin tuodaan seokseen saostetun kalsiumkarbonaatin kanssa sellainen määrä vettä, että se vasta enintään 5-10 % hydraulisen 20 sideaineen kemiallisesta vedentarpeesta.

Neljännen sovellutusmuodon mukaan muut jauheet sekoitetaan kuivana keskenään ja viimeksi siihen sekoitetaan metakaoliini-agglomeraatit, jotka keräävät muut partikkelit pinnalleen.

't δ 25

CM

co Betonin tai laastin sekoituksessa on normaalisti kohtuullisia leikkausvoimia, jotka riisuvat i co ylimääräiset kerrokset pois muodostetun rakeen pinnalta, mutta havaintojemme mukaan x jättävät kaikki kolme eri kerrosta riittävästi paikalleen. Engelhardin patentissa kuvattu me- netelmä metakaoliini-agglomeraattien muodostamiseksi poikkeaa olennaisesti esillä ole-

LO

cm 30 vasta menetelmästä, jossa agglomeraatit muodostetaan vesiliuoksessa ennen kalsinointia ja co § joka takaa että agglomeraatti (kalsinoinnissa) saa lujan rakenteen. Samalla säästetään ener-

CM

giaa, kun kalsinoinnissa olennaisesti on tarpeen kalsinoida vain agglomeraatin ulkopinta.

9

Rakenteen lujuutta voidaan parantaa edelleen sekoittamalla vesiliukoista epäorgaanista yhdistettä sekoitusveteen esim. spraykuivauksen sekoitusveteen, joka epäorgaaninen aines kuivuu ja sitoo lisää partikkeleita toisiinsa. Tällainen vesiliukoinen aines on edullisesti vesilasi Joka kuivuttuaan liukenee pelkästään kiehuvaan veteen. Kipsiä voidaan käyttää 5 samaan tarkoitukseen, tai kalsiumin liukoisia orgaanisia suoloja, kuten formiaattia tai ase-taattia, joissa tapauksissa orgaaninen osuus kalsinoitaessa palaa pois. Tätä agglomeraatin muodostusta ennen kalsinointia tai osittaista kalsinointia on käsitelty muun muassa aikaisemmassa patenttihakemuksessamme, US 20050000393.

10 Keksinnön edullisen sovellutusmuodon mukaan tuodaan sideainerakeeseen tämän kalkki-kivikomponentti ns. nano-mittakaavassa, koska sopivassa ympäristössä juuri nanomitta-kaavaiset partikkelit pyrkivät nopeimmin kasvamaan. Kasvava, uudelleen kiteyttävä partikkeli kiinnittyy muiden partikkeleiden pintaan yleensä mekaanisin voimin ja ns. van der Waalsin läheisyysvoimilla. Kalsiumkarbonaatti-nano-partikkeleilla on lisäksi se ominai-15 suus, että ne helpottavat betonimassan työstettävyyttä.

Kun sideainerakeeseen vielä tuodaan mukaan dispergointiaineet, jotka on sijoitettu rakeen sisälle, saadaan tuote, jossa on betoniasemalla mitattavana vain sideainerakeet, aggregaat-tikivi ja vesi.

20

Keksinnön mukainen betonimassa sisältää, keskenään sekoitettuina, edellä kuvatun rakeisen koostumuksen sekä kiviaineksen ja veden.

Massa valmistetaan tästä koostumuksesta, joka sisältää ainakin sideainetta, apuainetta ja o 25 hienoainesta ennalta määrätyissä suhteissa, rakeistamalla, minkä jälkeen mainitut rakeet co sekoitetaan kiviaineksen j a veden kanssa, co

C\J

x Esillä olevan keksinnön ainoa poikkeava vaatimus normaaliin betonin sekoitukseen verrat- ^ tuna on, että tässä tarvitaan sekoitintaja sekoitusenergiaa, joka on tavanomaista intensiivi- oj 30 sempää, ei ajallisesti, mutta teho/tilavuus suhteen. Sopivimmin sekoitus on jatkuvatoimis- co o ta.

o c\j

Seuraava ei-rajoittava esimerkki kuvaa keksintöä ja sen etuja.

10

Esimerkki

Kaoliini lietettiin sekoittamalla se ensiksi 55 % vesilietteeksi, sitten se käsiteltiin disper-gaattorilla ja säädettiin pH arvoon 7,5 NaOH-liuoksella. Saatiin liete, jonka viskositeetti oli 5 520 cP lämpötilassa 21°C. Lietteeseen oli lisätty kylläistä Ca(HC03)2-a-liuosta niin, että,

CaCOsiksi laskettuna, liuennutta karbonaattia oli 1,8% kuiva-aineen määrästä. Tämä liete spray-kuivattiin ja saatiin läpimitaltaan 11,4 μιη partikkeleita, joista dgo oli 9,9 μιη. Todettiin, että muodostuneet agglomeraatti-partikkelit olivat lähes tasakokoisia ja pallomaisia.

10 Kalsinointi tapahtui tässä kokeessa Bentrup-yhtiön valmistamassa sähkövastus-uunissa ja samotti upokkaassa 1,5 kg erissä siten, että lämpötilaa kohotettiin hitaasti huoneenlämpötilasta aina 1050 °C lämpötilaan, jossa se pidettiin tunnin ajan. Massakato oli kaikkiaan 12,61 %, josta voitiin laskea, että kaoliniittipitoisuus ilmeisesti oli 88 %.

15 Keksinnön mukaiset rakeet (kuvio 2) valmistettiin sekoittamalla kuivissa olosuhteissa seu-raavan koostumukseen mukaiset ainekset (kuvio 1, ei-fluidi):

Metakaoliini-agglomeraattia 20-40 kg/m3 betonia 10-100 pm

Portland-sementtiä 250 -”- 2-100 pm 20 CaCCL-nanopartikkeleita 10-40 -”- 2-500 pm

Mikrofilleriä 100 -”- 0,1-100 pm

Notkistinta 2 ''t Tähän koostumukseen lisättiin ensiksi nano-PCC yhdessä pienen vesimäärän kanssa ja o 25 notkistimen mukana tulleen veden kanssa. Vettä käytettiin yhteensä 7 % koko kuiva-aineen co o määrästä ja 10 % sementin määrästä. Kunkin muodostuneen rakeen koostumus vastasi tätä co cm keskimääräistä koostumusta.

X

DC

CL

LO

LO

C\1

LO

CO

O

O

C\1

Claims (17)

1. Rakeinen koostumus betonimassan valmistukseen, tunnettu siitä, että koostumuksen rakeet sisältävät kukin sideainetta, apuainetta ja hienoainesta ennalta määrätyissä suhteissa, 5 jolloin sideaine sisältää agglomeroitua pozzolaanista sideainetta, joka on kalsinoitu niin pitkälle että ainakin sen ulkopinnat ovat olennaisesti kalsinoituneet.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen rakeinen koostumus, tunnettu siitä, että rakeet ovat 20-120 pm:n kokoisia, edullisesti 80-100 pm:n kokoisia, ja pallomaisia. 10

3. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen koostumus, tunnettu siitä, että sen rakeet sisältävät - hydraulisen sideaineen, pozzolaanisen sideaineen, valinnaisesti ennalta agglomeroituna, 15. hienoainesta, edullisesti kalsiumkarbonaattia hienoksi jauhettuna, notkistimen ja pienen määrän vettä.

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen koostumus, tunnettu siitä, että hieno- 20 aines on läsnä kaisiumkarbonaatin nanopartikkeleina.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen koostumus, tunnettu siitä, että kalsium-karbonaattia on rakeissa 2-30 % rakeen koko painosta, edullisimmin noin 15 %. 'ίο 25

6. Patenttivaatimuksen 3 mukainen koostumus, tunnettu siitä, että pozzolaaninen sideaine CM co on kaoliniittiä sisältävää kalsinoitua savea tai kaoliinia, o i CO C\l

7. Patenttivaatimuksen 3 mukainen koostumus, tunnettu siitä, että kai siumhydroksi di a CL ^ hydrataatiossa erittävän hydraulisen sideaineen ja pozzolaanisen sideaineen suhde on sel- cm 30 lainen, että pozzolaaninen sideaine sitoo enintään 90 % vapautuvasta kai siumhydroksi di s- oo o ta. o CM

8. Menetelmä sellaisen rakeisen koostumuksen valmistamiseksi, joka soveltuu betonimassan valmistamiseen, tunnettu siitä, että menetelmässä agglomeroidaan j a sen jälkeen kai- sinoidaan pozzolaaninen sideaine, minkä jälkeen tuodaan tämä pozzolaaninen sideaine, hienoaines ja hydraulinen sementti yhteen, ja lisätään seokseen vettä, kalsiumkarbonaattia ja notkistinta.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pozzolaaninen sideaine agglomeroidaan ja sen jälkeen kai sinoidaan, minkä jälkeen agglomeraatti saatetaan kosketuksiin hydraulisen sementin kanssa, ja lopuksi muodostunut strukturoitu kaksi-komponentti-agglomeraatti päällystetään hienojakoisella kalsiumkarbonaatilla sekoittamalla agglomeraattia kalsiumkarbonaattijauheessa tai sitä sisältävässä kaasuvirrassa. 10

10 CaC03-nanopartikkeleita 10-40 -”- 2-1000 nm Hienojakoista kiviainesta 100 -”- 0,1-100 pm Notkistinta 2

10. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pozzolaaninen sideaine sekoitetaan veteen kuiva-ainepitoisuuteen 30 - 70 %, muodostunut agglomeraattiliete kuivataan kaasuvirrassa ja kalsinoidaan ainakin agglomeraattien pinnat edelleen 500 - 850 °C kaasuvirrassa, kaisinoitujen jäähdytettyjen agglomeraattien pinnalle suihkutetaan beto- 15 nin notki stinta, sementtipöly j a agglomeraatit saatetaan kosketuksiin toistensa kanssa j a lopuksi j auhevirtaan puhalletaan CaC03-nano-partikkeleita ja jauhettua kalkkikivi jauhetta.

11. Patenttivaatimuksen 9 tai 10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kaasuvirta sisältää hiilidioksidia. 20

12. Patenttivaatimuksen 10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kaoliini-sideainetta tai savea, joka sisältää kaoliniittiä, sekoitetaan veteen ja agglomeroidaan siten, että sekoi-tusveteen ennen kuivausta on liuotettu pieni määrä liukoista suolaa kuten vesilasia, Ca- ^ sitraattia, kipsiä tai kalsium bikarbonaattia. o 25 c\j ώ

13. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että metakaoliini agglome- o cd raatti ja hydraulinen sideaine sekä kalkkikivitäyteaine saatetaan fluidissa muodossa yhteen x ja annetaan partikkelien stabiloitua leijupetissä 10-60 sekunnin ajanja tämän jälkeen su- ^ mutetaan niiden joukkoon saostettua kalsiumkarbonaatti-lietettä yhdessä notkistimen kans- oj 30 sa. m oo o o C\J

14. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sideaine, hienoaines ja kaisiumkarbonaatti sekoitetaan kuivana keskenään, minkä jälkeen lisätään sekoittaen me-takaoliiniagglomeraatit, jotka keräävät muut partikkelit pinnalleen.

15. Betonimassa, tunnettu siitä, että se sisältää, keskenään sekoitettuina, jonkin patenttivaatimuksen 1-7 mukaisen rakeisen koostumuksen sekä kiviaineksen ja veden.

16. Patenttivaatimuksen 15 mukainen betonimassa, tunnettu siitä, että se sisältää seuraavia ainesosia mainituissa määrissä: Metakaoliini-agglomeraattia 20-60 kg/m3 betonia 10-100 pm Portland-sementtiä 250 -”- 2-100 pm

17. Menetelmä betonimassan valmistamiseksi, tunnettu siitä, että koostumus, joka sisältää 15 sideainetta, apuainetta ja hienoainesta ennalta määrätyissä suhteissa, rakeistetaan jonkin patenttivaatimuksen 8-14 mukaisesti, minkä jälkeen mainitut rakeet sekoitetaan kiviaineksen ja veden kanssa. 't δ (M CD cp CD C\1 X DC CL LO LO C\1 LO CO O O C\1