FI71717B - Foerfarande foer framstaellning av polymer-modifierade cementbruk och betongblandningar och av dessa framstaellda produkter - Google Patents

Description

1 71717

Menetelmä polymeerillä modifioitujen laastien ja betonien valmistamiseksi ja näistä valmistetut tuotteet.

Tämä keksintö koskee menetelmää polymeerillä modifi-5 oitujen sementtilaastien ja -betonien valmistamiseksi ja näistä valmistettuja tuotteita.

Sementtilaasteja ja -betoneja käytetään laajasti halpoina rakennusaineina. On kuitenkin havaittu, että tällaisilla sementeillä sidotuilla materiaaleilla on 10 haittapuolina alhainen veto- ja taivutuslujuus, alhainen murtovenymä, halkeilualttius ja huono kemiallinen kestävyys.

Eräs menetelmä betonien modifioimiseksi siten, että jotkut mainituista haitoista voitetaan, on polymee-15 reillä kyllästäminen. Tässä menetelmässä käytetään osittain kovetetun betonin kyllästämiseen orgaanista monomeeria, joka sisältää polymerointikatalysaattoria, ja betonin huokosissa olevan monomeerin polymeroituminen käynnistetään, jolloin saadaan materiaalia, joka 20 tunnetaan polymeerillä kyllästettynä betonina. Menetelmä käsittää seuraavat vaiheet: (1) osittain kovetetun betonin valmistus, (2) kuivatus lämmön avulla, (3) osittain kovetetun ja kuivatun betonin kyllästys 25 monomeerilla ja katalysaattorilla paineen tai ali paineen avulla, (4) monomeerin polymerointi gammasäteilyn avulla tai, tavallisemmin, lämpökäsittelemällä kyllästettyä betonia.

30 Yllä mainitun menetelmän tarkat yksityiskohdat ja mahdolliset muunnelmat ovat tunnettuja, mutta koska menetelmä on monimutkainen ja siten kallis, polymeereillä kyllästetyn betonin kehitys ja sovellutukset ovat rajoitetumpia, kuin mitä ne muuten olisivat voineet olla. 35 Toinen menetelmä sementtilaastien ja -betonien 2 71717 modifioimiseksi on polymeerien lisääminen polymeeri-vesi-dispersioina. Esimerkkejä tällaisista dispersioista, joita on kuvattu tähän tarkoitukseen soveltuvina, ovat polyakrylaattiesteriemulsiot, etyleeni/vinyyliasetäätti-5 dispersiot ja styreeni/butadieenikumilateksit. Polymeeri-vesidispersiot lisätään yleensä sementtiin ja täyteaineeseen sekoituksen aikana, ja usein lisätään myös vaahdon-estäjiä, jotta estettäisiin liiallinen ilman joutuminen valmisteeseen. Lisätyt polymeerimäärät ovat tavallises-10 ti 5-20 % (laskettuna polymeeridispersion kuivapainona).

On ilmoitettu, että sementin sideaineen korvaaminen tällä tavalla polymeerisellä sideaineella johtaa polymeereillä modifioituihin sementtilaasteihin ja -betoneihin, joilla on parantunut työstettävyys, lujuus, veden tun-15 keutumisvastus, tarttuvuus, kemikaalienkesto, iskunkes-tävyys, hankauksenkesto, jäätymis-sulamispysyvyys, jne.

Polymeereillä modifioituja sementtilaasteja, joihin on lisätty polyakrylaattiemulsioita, on käytetty teollisissa lattiatasoitteissa. Esimerkkejä polyakry-20 laattiesteriemulsioista, joita on markkinoitu tähän tarkoitukseen, ovat Primal E-330 (myydään myös nimellä Rhoplex E-330), valmistaja Rohm & Haas (U.K.) Limited, sekä Harlows Chemicals Limited:n Mowiton M-370. Valmistajan antamien Primal E-330:a koskevien teknisten 25 tietojen mukaan, jotka perustuvat portlandsementtiin ja hiekkaan, ja joissa käytetään 10-20 % (kuivapainona) polymeeristä sideainetta sementin painosta, on mahdollista valmistaa polymeerillä modifioituja laasteja, joiden taivutuslujuus on murtomoduuli (MOD)-kokeella mitattuna 30 28 vrk:n ilmakovetuksen (25°C, suhteellinen kosteus 50 %) -2 jälkeen 9-13 MNm . Valmistajan antamien Mowiton M-370:a koskevien teknisten tietojen mukaan voidaan valmistaa -2 laastituotteita, joiden MOR-arvo on jopa 21 MNm , mutta vain silloin, kun käytetään polymeerisen sideaineen 35 pitoisuutta 40 % (kuivapainona) semantin painosta, ja kovetetaan ilmassa 90 vrk.

3 71717 Käyttämällä Rhoplex E-330 voidaan mainitun aineen valmistajan mukaan polymeereillä modifioituja sementtilaasteja valmistaa esisekoittamalla perusteellisesti hiekkaa (300 paino-osaa) ja tyyppiä I olevaa Portland-sementtia (100 5 paino-osaa. Rhoplex E-330 (kiintoainepitoisuus 47 %) (21, 32 tai 42 paino-osaa), vettä (29,20 tai 11 paino-osaa ja vaahdotusainetta (0,1, 0,15 tai 0,2 paino-osaa) sekoitetaan keskenään ja lisätään hiekka/sementti-esiseoksen ja saatua koostumusta sekoitetaan perusteellisesti 2-4 minuuttia.

10 Laasti saatetaan sitten ilmakovetukseen 28 vuorokauden ajaksi 25°C:ssa suhteellisen kosteuden ollessa 25 %.

Mowiton M-370:n valmistajan mukaan polymeereillä modifioituja sementtilaasteja voidaan valmistaa käyttämällä enintään noin 25 % Mowiton M-370, laskettuna sementin pai-15 nosta, tai 30-35 % Mowiton M-370, laskettuna sementin painosta, kun kysymyksessä laasteja, joita käytetään lattia-laasteina teollisuudessa. Standardiin DIN-1164 perustuvan testilaastin valmistus suoritettiin siten, että 20 % Mowiton M-370 (laskettuna sementin painosta) lisättiin laastiin, 20 joka koostui vedestä, 1 paino-osasta tyyppiä PZ 350 F olevaa Portland-sementtiä, 1 paino-osasta standardihiekkaa I ja 2 paino-osasta standardihiekkaa II, jolloin veden kokonaismäärä oli 0,5 paino-osaa.

Tämä testilaasti muodostettiin laboratoriosekoitti-25 messa ja puristettujen laastinäytteiden kovetus suoritettiin standardilämpötilassa ja -kosteudessa kovetusajan ollessa yleensä 28 vuorokautta.

Keksintö perustuu havaintoon, että voidaan valmistaa vielä lujempia sementtilaasteja ja -betoneja muuntamalla 30 sementtiä tietyillä akrylaattipolymeereillä ja -kopolymee-reillä ja käyttämällä kovetusmenetelmää, jossa kovetus tehdään kahdessa vaiheessa, jotka molemmat suoritetaan korotetussa lämpötilassa, ja ensimmäinen myös suuressa kosteudessa, jolloin sementti hydratoituu, ja toinen kuivatusolosuh-35 teissä, jolloin polymeerinen sideaine kovettuu. Tällä tavalla koko kaksivaiheinen kovetusprosessi voidaan saattaa 4 71717 loppuun suhteellisen lyhyessä ajassa, esimerkiksi 48 h:ssa, tuotteen lujuuden parantuessa merkittävästi verrattuna samalla koostumuksella saavutettavaan kovetettaessa pitkän aikaa ilmassa 25°C:n lämpötilassa ilman suhteellisen kosteu-5 den ollessa 50 %. Käyttäen muuntamiseen jäljempänä määriteltyjä polyakrylaatteja sekä edellä kuvattua kaksivaiheista kovetusprosessia on havaittu olevan mahdollista saada se-menttituotteita, joiden taivutuslujuus on samaa suuruusluokkaa kuin betoneilla, jotka on valmistettu yllä kuvatulla 10 suhteellisen monimutkaisella ja kalliilla polymeerikylläs-tysmenetelmällä.

Keksintö koskee menetelmää laastin ja betonin valmistamiseksi kovettamalla koostumus, joka sisältää hydraulista sementtiä ja polymeerin vesidispersiota, kaksivaiheisessa 15 kovetusprosessissa, jossa ensimmäinen vaihe suoritetaan suuressa kosteuspitoisuudessa ja toinen vaihe suoritetaan korotetussa lämpötilassa kuivausolosuhteissa, jolloin polymeeri tai kopolymeeri kovettuu. Menetelmälle on tunnusomaista, että polymeerin vesidispersio on metakryyli- tai akryy-20 lihappoesterin polymeerin tai kopol^meerin vesidispersio ja että polymeerin tai kopolymeerin määrä on 10-40 paino-%, laskettuna koostumuksessa olevan sementin painosta, jolloin polymeeri- tai kopolymeeridispersion viskositeetti on alle 1,5 Pa.S, mitattuna Brookfield LVT-viskosimetrilla (akseli 25 2, 12 rpm) lämpötilassa 23°C ja minimikalvonmuodostuslämpö- tila (MFT) on vähintään 5°C, ja että ensimmäinen vaihe suoritetaan korotetussa lämpötilassa, jolloin sementti hydra-toituu.

Keksintö koskee lisäksi valettuja tuotteita, jotka 30 on valmistettu edellä kuvatulla menetelmällä saaduista laasteista ja betoneista ja joiden poikkileikkauksen pak- -2 suus on enintään 25 mm 3a MOR-arvot ovat yli 22,5 MNm

Keksinnön mukaista menetelmää voidaan käyttää erityisen edullisesti valmistettaessa valettuja esineitä, joi-35 den poikkileikkaus on suhteellisen ohut, esimerkiksi esineitä, joiden paksuus on alle 50 mm, erityisesti alle 25 5 71717 mm ja erityisemmin alle 20 mm. Keksinnön mukaiset esineet ovat siten edullisesti poikkileikkaukseltaan suhteellisen ohuita.

Polymeereillä muunnettujen sementtilaastien, joiden -2 5 taivutuslujuus on korkea, MOR-arvon ollessa yli 22,5 MNm , valmistus tekee mahdolliseksi käyttää tätä suhteellisen halpaa materiaalia monenlaisiin uusiin sovellutuksiin. Esimerkiksi kattotiiliin ja -laattoihin käytettävän täysin puristetun asbestisementin pienin mahdollinen standarditai- -2 10 vutuslujuus vastaa MOR-arvoa 22,5 MNm , ja keksinnön mukaisella menetemällä on mahdollista valmistaa polymeereillä muunnetusta sementtilaastista tehtyjä kattotiiliä, joiden taivutuslujuus on vastaava tai suurempi. Muita mahdollisia keksinnön mukaisella menetelmällä saatavien polymeereillä 15 muunnettujen lujien sementtilaastien ja -betonien käyttökohteita ovat asuntojen ja teollisuuslaitosten lattialaatat, seinälaatat, seinä-, sisäkatto-, lattia- ja ulkokattopanee-lit, esimerkiksi aitoihin ja kattoihin käytettävät poimutetut levyt, sekä sulakepuristetut putket. Edellä mainitut — 9 20 kattotiilet ja -laatat, joiden MOR-arvo on yli 22,5 MNm ovat keksinnön erityisen edullisia sovellutuksia.

Keksinnön mukaiset kattotiilet ja -laatat voidaan valmistaa esimerkiksi käyttäen tavanomaisia tela- ja liukume-netelmiä. Muita keksinnön mukaisia valettuja esineitä voi-25 daan valmistaa tavanomaisilla menetelmillä, esimerkiksi värähtely ja/tai painevalamalla.

Koostumukset, joita käytetään tällaisten polymeereillä muunnettujen sementtilaastien ja -betonien valmistukseen, sisältävät yleensä seuraavia aineosia: 30 (i) Sementti

On hyvä käyttää portlandsementtiä, edullisesti nopeasti kovettuvaa portlandsementtiä. Tavallisen portlandsemen- 2 tin pinta-ala on yleensä noin 350 m /kg, kun taas nopeasti 2 kuivuvan portlandsementin pinta-ala on noin 450 m /kg. Kek- 35 sinnön mukaisesti käytettävän portlandsementin pinta-ala 2 on edullisesti 350-500 m /kg, erityisen edullisesti 425 -475 m^/kg.

71717 (ii) Runkoaine

Runkoaineena käytetään edullisesti hiekkaa, esimerkiksi kvartsihiekkaa. On edullista käyttää suhteellisen pienihuokoista hiekkaa, hiekat joiden huokoisuus on alle 5 1,5 %, ovat erityisen edullisia. Mikäli mahdollista, saat taa olla edullista käyttää hiekkoja, joiden huokoisuus on erityisen alhainen, jopa 0,3 % tai pienempi, yllä mainitut huokoisuusluvut on mitattu brittilälisen standardin 812: 1967 mukaan. Jotta voitaisiin säädellä tarkasti veden mää-10 rää ja myös pitää sen pienimpänä mahdollisena, jolla saadaan aikaan valmiste, jonka työstettävyys on hyvä, on edullista käyttää runkoaineena suurinpiirteinkuivaa hiekkaa. Hiekan tai muun runkoaineen määrä ei saisi olla niin suuri, että se alentaa tuotteen lujuuden alle hyväksyttävän tason. 15 On yleensä edullista käyttää suurinta mahdollista runkoaineen määrää, jolla saadaan aikaan tuote, jonka lujuus on riittävä, hiekka ja muut runkoaineet ovat tavallisesti halvimpia kiinteitä aineosia valmistettaessa. Hiekan ollessa kyseessä on havaittu, että yleensä saadaan aikaan tuottei-20 ta, joiden lujuus on hyvä, kun painosuhde heikka:sementti on korkeintaan 3,75:1.

Haluttaessa voidaan käyttää kevyttä runkoainetta korvaamaan osittain tai kokonaan hiekan runkoaineena. Kevyenä runkoaineena on hyvä käyttää materiaalia, jota kutsutaan 25 nimellä "cenospheres", ja jota on saatavana kauppanimellä 'Fillite', valmistaja Fillite (Runcorn) Limited of Runcorn, Cheshire, England. Tämä materiaali on kevyt jae, jota saadaan keräämällä materiaalia, jota kelluu veden pinnalla len-totuhkaa sisältävissä lammikoissa, ja jota syntyy sivutuot-30 teenä poltettaessa hiiltä voimaloissa, ja joka muodostuu ontoista pyöreistä hiukkasista, jotka ovat hyvin kevyitä. Hiekan osittainen tai täydellinen korvaaminen kevyellä runkoaineella voidaan tehdä esimerkiksi painon tai tilavuuden mukaan, ja sitä voidaan käyttää valmistettaessa kevyitä 35 muunnelmia keksinnön mukaisista polymeereillä modifioiduista sementtilaasteista ja -betoneista.

7 71717 "Cenospheres":ien lisääminen seokseen korvaamaan hiekkaa sen painon mukaisella määrällä johtaa huomattavaan taivutuslujuuden alenemiseen MOR-kokeella mitattuna, mitä suurempi osa hiekasta korvataan "cenospheres"reillä, sitä enem-5 män MOR-arvo pienenee. Kaikesta huolimatta on edullista korvata hiekka ainakin osittain "cenosphereseilla, sillä siten voidaan valmistaa kevyitä materiaaleja, joiden MOR-arvot ovat vielä yhtä suuria tai jopa suurempia kuin tavanomaisten hiekka/sementti-laastien lujuudet, riippuen 10 "cenospheres":ien prosentuaalisesta osuudesta. Jotta saataisiin normaaleja hiekka/sementtilaasteja vastaava lujuus, hiekka voidaan korvata "cenospheres"reillä korkeintaan 35 p-%rsesti. Saatujen materiaalien tiheys on pienempi kuin tavanomaisten hiekka/sementti-laastien, tietyn laastin ti-15 heyden riippuessa "cenospheres":eillä korvatun hiekan määrästä. Mitä suurempi prosenttuosuus hiekasta korvataan "cenospheres"reillä, sitä alhaisempi on saadun materiaalin tiheys. Korvattaessa 35 p-% hiekasta vastaavalla painomää- rällä "cenospheres"rejä tiheyden havaittiin olevan 1,05 -•3 20 g/cm , kun taas tyypillinen arvo pelkästään hiekasta val- -3 mistetulle tuotteella on 2,16 g cm . Siten on ilmeistä, että voidaan valmistaa polymeereillä modifioitu laasti, jonka tiheys on vähemmän kuin puolet tavanomaisen hiekka/se-mentti-laastin tiheydestä, mutta jonka taivutuslujuus on 25 yhtä suuri. Siten keksintö sisältää myös kattotiilet ja -laatat ja muut valetut esineet, jotka on valmistettu kevyistä polymeereillä modifioiduista sementtilaasteista (joiden kuivatiheys onalle puolet tavanomaisesta seoksesta, jonka hiekka:sementtisuhde on 3,5:1, valmistetun sementti- 30 laastin tiheydestä), ja erityisesti esineet, joiden MOR- -2 arvo on vähintään 12 MNm

Keksinnön mukaisilla valetuilla esineillä, joissa käytetään "cenospheres":ejä ainakin osana runkoaineesta on yleensä myös etuna suhteellisen hyvä lämmöneristyskyky.

35 Siten esimerkiksi valettujen tuotteiden, joissa hiekka runkoaineena on kokonaan korvattu vastaavalla tilavuudella "cenospheres":ejä, lämmönjohtavuuden (Λ) 3 %:n kosteudessa 8 71717 on osoitettu olevan niin pieni kuin 0,174 Wm 1 °C (katso esimerkki 10). Tähän verrattuna tavanomaisen laastin -arvo on noin 1,75 Wm ^ °C \

Keksinnön mukaiset kevyet valetut tuotteet voidaan 5 myös valmistaa tavanomaisin valumenetelmin, esimerkiksi suu-lakepuristamalla (esimerkiksi kattotiiliksi), painemuovaa-malla ja mäntäsuulakepuristamalla.

Toinen etu, joka saavutetaan korvaamalla hiekka kokonaan "cenospheres":eillä, on se, että seoksen on havaittu 10 olevan helposti muovattavaa. Sitä voidaan siten muovata erilaisiin muotoihin, eikä sillä ole juuri taipumusta lysähtää kokoon tai muuttaa muulla tavalla muotoaan valamisen jälkeen. Siksi on ajateltavissa, että keksinnön mukaisilla kevyillä polymeereillä modifioiduilla sementtilaasteilla ja 15 -betoneilla voisi olla käyttöä monenlaisissa koristetarkoituksissa.

(iii) Metakrylaatti- tai akrylaattipolymeeri tai -kopoly- meeridispersio_

Kuten yllä mainittu, polymeeri- tai kopolymeeridis-20 persion viskositeetin tulisi olla alle 1500 cP mitattuna Brookfield LVT-viskosimetrilla akselilla 2 (12 rpm) lämpötilassa 23°C, ja pienimmän kalvonmuodostuslämpötilan (MFT) tulisi olla yli 5°C. Dispersio on edullisesti stabiili emäksisellä pH-alueella (vähintään pH 8 ja sen yläpuolella), ja 25 on edullista käyttää dispersioita, joiden pH on yli 8. Tällaisten polymeeri- tai kopolymeeridispersioiden valinta yllä määritellyssä kaksivaiheisessa kovetusprosessissa käytettäviksi tekee mahdolliseksi valmistaa keksinnön mukaisia valettuja esineitä, joiden taivutuslujuus on suuri. Keksin-30 nön mukaisesti käytettävillä edullisilla ja erityisen edullisilla polymeeri- tai kopolymeeridispersioilla on seuraa-vat ominaisuudet.

erityisen edullisesti edulllisesti 35 viskositeetti alle 1000 alle 750 pienin kalvonmuodostus lämpötila (MFT) 5-70°C 1C-60°C* dispersion pH vähint. 9,0 9,5-10,0 9 71717 *Erityisen edullinen pienin mahdollinen MFT 10°C koskee vain sellaisten polymeerien tai kopolymeerien, jotka eivät muodosta ristisidoksia kovetusprosessin aikana, dispersioita. Kun tällaisia ristisitoutumisia tapahtuu, MFT 5 arvo erityisen edullisille dispersioille voi olla pienempi kuin 10°C.

Pienimmät kalvonmuodostuslämpötilat (MFT) voidaan määrittää polymeeridispersioille esimerkiksi saksalaisen standardin DIN 53787 mukaisella menetelmällä, mutta on huo-10 mättävä, että voidaan käyttää myös muita menetelmiä, joilla saadaan vastaavia tuloksia.

Metakrylaatti- ja akrylaattipolymeeri ja -kopolymeeri-dispersiot ovat yleensä emulsioita, jotka sisältävät stabiloivia aineita. Tähän tarkoitukseen käytetään joskus kollo-15 disia stabiloivia aineita, mutta on havaittu, että keksinnön mukaisesti käytettävissä dispersioissa tällaisten kolloidisten stabilisaattorien läsnäolo on epäedullista. Keksinnön mukaisesti käytettävien dispersioiden tulisi siten olla vapaita kolloidisista stabiloivista aineista, ja ne 20 stabiloidaan edullisesti ionisten tai ei-ionisten pinta-aktiivisten aineiden avulla. Haluttaessa voidaan lisätä vielä enemmän pinta-aktiivista ainetta työstettävyyden parantamiseksi .

Edulliset keksinnön mukaisesti käytettävät disper-25 siot ovat alkyylimetakrylaatin tai -akrylaatin ja metakryy-li- tai akryylihapon kopolymeerejä. Alkyylimetakrylaatti tai -akrylaatti sisältää edullisesti C^_g-alkyyliryhmiä. Muihin kopolymeroituviin monomeereihin, joita voi hyvin olla läsnä dispersion kopolymeereissä, kuuluu styreeni.

30 Esimerkkejä dispersioista, joita voidaan käyttää keksinnön mukaisesti, ovat seuraavat:

Primal E-330, Primal B-60A, Primal MC-76,

Primal AC-61, Primal SS-521 ja Primal AC-73, kaikkien valmistaja Rohm & Haas (UK) Limited, 35 Plextol M618 ja Plextol M718, valmistaja Rohm

GmbH, Darmstedt, Germany.

10 71717

Kaikkia näitä materiaaleja myydään vesidispersioina, ja siten käyttämällä niitä ei tuoda vain polyakrylaatti-sideaine, vaan myös vettä valmistukseen. Käytettävien dispersioiden kiintoainepitoisuus on edullisesti 40-60 p-%, 5 edullisemmin 45-55 p-%. Käytettävän polymeerisen sidaineen määrä (ilmaistuna polymeerin kuivapainona) on 10-40 %, edullisesti 15-30 % ja edullisemmin noin 20 % valmisteessa olevan sementin painosta.

(iv) Vaahdonestoalne 10 Valmisteen sisällä oleva ilma huonontaa polymeereillä muunnettujen sementtilaastien ja -betonien lujuutta. On siksi edullista lisätä valmisteeseen riittävä määrä vaahdon-estoainetta, kuten esimerkiksi 'Bevaloid 60'- tai 'Bevaloid 691'-vaahdonestäjää, joita markkinoi Bevaloid Limited, Be-15 verley, Yorkshire, England. Bevaloid 60- ja Bevaloid 691— vaahdonestäjät ovat parafiiniöljytyyppisiä, mutta muitakin vaahdonestoaineita, esimerkiksi silikonityyppisiä, voidaan haluttaessa käyttää. Noin 1 p-%:n, polymeerin kuivapainosta laskettuna, parafiiniöljy-vaahdonestäjää, kuten Bevaloid 20 60 tai Bevaloid 691, on havaittu olevan riittävä määrä.

(v) Vesi

Veden määrän lisääntyessä koostumuksessa on havaittu, laastien ja betonien lujuuden alenevan. Koostumuksen on välttämätöntä sisältää riittävästi vettä sopivan työstettä-25 vyyden aikaansaamiseksi, ja yleensä on havaittu, että on edullista käyttää koostumuksia, jotka sisältävät vain tätä tarkoitusta varten välttämättömän määrän vettä. Pienin määrä vettä, joka on helppo lisätä koostumukseen, on polyakry-laattiesteri-vesidispersion sisältävä vesi. Tämä saattaa 30 olla riittävä tiettyihin tarkoituksiin, riittävän työstet-tävyyden aikaansaamiseksi välttämätön vesimäärä riippuu jossain määrin tiivistysmenetelmästä, jota käytetään valmistettaessa koostumuksesta, laastia. Siten, esimerkiksi jos käytetään mekaanista tiivistystä, voidaan käyttää vai-35 keammin työstettävää koostumusta kuin käsin tiivistettäes- 11 71717 sä. Painosuhde vesi:sementti vähintään 0,20:1 on tavallisesti edullinen, ja mainittu painosuhde on edullisesti 0,20:ΙΟ, 30: 1.

Kun valmistetaan polymeereillä muunnettuja sementti-5 laasteja yllä kuvattuja koostumuksia käyttäen, on edullista sekoittaa mahdollinen lisättävä vesi polyakrylaattidisper-sioon ennen näiden aineiden sekoittamista hiekkaan ja sementtiin. On havaittu, että tällä tavalla toimittaessa kokonaismäärä vettä, joka tarvitaan koostumuksessa riittävän 10 työstettävyyden aikaansaamiseksi, on pienempi kuin lisättäessä vesi erikseen sementtiin ja/tai täyteaineeseen, tai jos vesi on jo mukana täyteaineessa, kuten on laita silloin, kun käytetään kosteaa hiekkaa suurinpiirtein kuivan sijasta. Polyakrylaattidispersio, vaahdonestoaine ja mahdollinen ve-15 si sekoitetaan edullisesti keskenään, ja siten saatu seos lisätään sementin ja hiekan tai muun täyteaineen seokseen.

Keksinnön mukaisen kovetusprosessin ensimmäisessä vaiheessa käytetään korotettuja lämpötiloja ja korkeata kosteuspitoisuutta. Korotettujen lämpötilojen käyttö nopeuttaa 20 sementin hydratoitumista, ja edullisesti käytetään lämpötilaa, joka on ainakin riittävä takaamaan sen, että suurin osa (esimerkiksi vähintään 75-80 %) sementistä hydratoituu 24 h:n aikana. Edullinen lämpötila-alue tähän tarkoitukseen on 35 tai 40°C - 60°C. Tämä alueen alapäässä kovetusproses-25 sin ensimmäinen vaihe saattaa viedä koko 24 h:n ajan, alueen yläpäässä saattaa riittää jopa 8 h:n kovetusaika. Haluttaessa voidaan käyttää lämpötiloja yli 60°C, esimerkiksi 100°C:een asti, jolloin voidaan käyttää vielä lyhyempiä kovetusaikoja. Voidaan myös käyttää korkeapaineautoklaavia, 30 jossa lämpötila on yli 100°C.

Sementin hydratoitumisen edistämiseksi kovetusprosessin ensimmäisen vaiheen aikana, on välttämätöntä käyttää olosuhteita, joissa kosteuspitoisuus on suuri. Suhteellisen kosteuden tulisi olla yleensä vähintään 75 %, ja se on 12 71717 edullisesti 80-100 %. Hyvin kosteat olosuhteet on helppo saada aikaan tavanomaista kosteusuunia käyttäen, jolloin voidaan käyttää lämpötiloja 100°C:een asti. Korkeammissa lämpötiloissa voidaan käyttää autoklaaveja, joilla saadaan 5 aikaan suuri kosteuspitoisuus.

Kovetusprosessin ensimmäisen vaiheen jälkeen on yleensä hyvä irroittaa puoliksi kovettunut tuote muotista ja siirtää se kuivausuuniin kovetusprosessin toisen vaiheen kuivakovetuksen suorittamiseksi. Keksinnön mukaisen proses-10 sin tässä vaiheessa saatavien valettujen, polymeereillä muunnetusta sementtilaastista valmistettujen esineiden on havaittu olevan riittävän lujia käsiteltäviksi ja kuljetettaviksi, niiden lujuus on itse asiassa vertailukelpoinen tavanomaisista sementtilaasteista valmistettujen valet-15 tujen esineiden lujuuden kanssa.

Kovetusprosessin toinen vaihe tehdään kuivatusolosuhteissa, jolloin polymeerisen sideaineen kovettuminen tapahtuu. On välttämätöntä, että kosteuspitoisuus on paljon pienempi kuin kovetusprosessin ensimmäisessä vaiheessa, 20 jotta saataisiin aikaan välttämättömät kuivatusolosuhteet. Tässä prosessin vaiheessa suhteellisen kosteuden tulisi yleensä olla alle 50 %, edullisesti alle 45 %, ja haluttaessa voidaan käyttää paljon pienempiä kosteuspitoisuuksia kuin yllä on annettu. Lämpötila on edullisesti vä-25 hintään 40°C ja erityisesti vähintään 45-50°C. Yleensä käytettäessä tässä vaiheessa korkeampia kovetuslämpöti-loja saadaan aikaan tuotteita, joilla on parantunut taivutuslujuus, ja erityisen hyviä tuloksia on saavutettu käyttäen kovetuslämpötiloja 55-80°C. Haluttaessa voidaan 30 käyttää vielä korkeampia kovetuslämpötiloja toisessa vaiheessa. Kovetusprosessin toinen vaihe tehdään edullisesti kuivausuunissa ja korkeintaan 24 h:n aikana, mikä yleensä 13 71717 on riittävä aika. Korkeammissa lämpötiloissa lyhyemmätkin ajat saattavat olla riittäviä.

On selvää, että on olemmassa muitakin menetelmiä keksinnön mukaisen kaksivaiheisen kovetusprosessin suo-5 rittamiseksi. Esimerkiksi vakuumia, mikroaaltouunia tai suurtaajuuskuivuria voidaan helposti käyttää nopeuttamaan kuivausolosuhteissa tapahtuvaa kovetusprosessin toista vaihetta.

Vaikka keksinnön mukaisia tuotteita ja menetelmiä 10 on kuvattu tarkemmin polymeereillä modifioituja sementti-laasteja käsitellen, on selvää, että keksintöä voidaan soveltaa myös polymeereillä modifioituihin sementtibeto-neihin, joiden kyseessä ollen saavutetaan samanlaisia etuja.

15 Seuraavat esimerkit kuvaavat keksintöä. Näissä esimerkeissä menetelmiä taivutuslujuuden mittaamiseksi on seuraava:

Murtomoduuli (MOR) mitataan neljän pisteen taivu-tuskoetta käyttäen, jolla saadaan aikaan parempi tulos-20 ten toistettavuus kuin kolmen pisteen taivutuksella.

Kokeet tehdään Monsantotensometrilla, käytettävän näytteen koko on 17,78 x 5,08 x 1,27 cm, ja sen poikkileikkaus on suorakaiteen muotoinen.

Kokeen tekemiseksi näytettä kuormitetaan koepalkkia 25 vasten siten, että kuormituspisteet ovat yhtä kaukana näytteen päistä ja kahden kuormituspisteen välinen etäisyys on suurempi tai yhtä suuri kuin kolmasosa koko jännevälistä. Kuormitus säädetään siten, että taipumis-nopeus on 1,6 mm/min, kuormitus murtumishetkellä mita-30 taan ja murtuneen näytteen mitat mitataan murtumiskoh-dasta.

Näytteen MOR-arvo lasketaan siten seuraavasti: W on murtokuorma D on kuorman ja lähimmän ulkopuolisen tuen välinen 35 etäisyys 14 71717 b on näytteen leveys d on näytteen paksuus.

MOR lasketaan yhtälöstä 5 MOR = bd

Esimerkit 1-8 Koostumus; 600 g pestyä kuoppahiekkaa, vyöhyke 2, seulottu 10 kokoon 0-2,36 mm, huokoisuus 1,25 % (brittiläinen standardi 812:1967) 200 g tavallista portlandsementtiä tai nopeasti kovettuvaa portlandsementtiä 84 g polymeeri- tai kopolymeeridispersioita (katso 15 seuraava taulukko) 0,8 g Bevaloid 60 tai Bevaloid 691 -vaahdonestäjää (Bevaloid Limited) 10 ml vettä.

Valetun esineen valmistusmenetelmä 20 Hiekkaa ja sementtiä sekoitetaan kiertosekoittimessa 1-2 min. Dispersio, vaahdonestäjä ja vesi sekoitetaan erikseen keskenään, ja kun tämä seos on lisätty hiekkaan ja sementtiin, sekoitusta jatketaan vielä 2 min. Seosta laitetaan 17,78 x 5,08 cm:n kokoisiin muotteihin ja tasoitetaan 25 10 mm:n korkuiseksi kerrokseksi. Täytettyjä muotteja pide tään kosteusuunissa 50°C:ssa ja 100 %:n suhteellisessa kosteudessa 24 h.

Kun puoliksi kovettuneet esineet on poistettu kosteus-uunista, ne laitetaan kuivausuuniin, ja pidetään 75°C:n 30 lämpötilassa jälleen 24 h.

Siten valmistettujen 3:n näytteen MOR-arvot mitattiin yllä kuvatulla menetelmällä, ja tulokset on annettu seu-raavassa taulukossa.

is 71717 5 ijis . - § S ^ 7 vo cm •«a· co .H -^r -h •Ih Φ 5 -Ö ,41! JS · · · · · 3 > w -h w « g in σ vo oo r- r-ι vo m λΉη ^ ^ ^ ^ 1-1 ^ ^ 1 d § d 44 -H r—I J> d 44 44 6

> CO p CQ

^ S8.i -3 7 00 M 00 ^ 10 ™ ^ 43 q, u KB .......

^0(«-h3QS f" ^ vo σ co cm r-

3 2 > 4-> ^ g §, OM CM I—I rH rH 04 CM I

Ό

•H

« oT

ΰ 3 '£ ^ 6 -«Η i ^ d d d ^ voocJvovrn^cMO o d ^ en 01 . . . . . . . .

C HO) ii Q rH VO CO Γ" -H CM o- c

<u +1 w H g CMCMrHrHiHCMCMH -H

n H _i

3 0+ _H

4-1 04^

t p € “I

“ -5¾ § 41® e d m 5c en

g d 2 ‘3 vor^oorovooinm C-H

d 5 I o HOJ · · · · · · · · (Dg -53¾¾ d C ^ 03 σι co cm m σ 44 d H i (0 2 CM CM iH rH iH CM CM rH Q d - -————-- d -m en a e rö - d . λ; d d OI -H 4-1 Ai

X I -H O-^OO CO O' O' (O+J-H

4J caJoen^^^ ^ (D d m .Sd-Pd-1 1 1 1 1 1 d d ,2 j j S ^ Λ VO CM VO m VO O VO VO -H -H e

H « d a ω ^ ^ ^ ^ ** 1/1 ^ ^ tnd(D

2 en Ό 2 , , I O d >i •iH ^ fj u) g (Λ-Ρ>ι 05 ·η o O ;d h M- rH o h m m CO O en > C1 C > T3 Ή ·Η Γ-f I Γ-ί ^ rd r~i

•H §rH0d4-IU

g -H d d d :o o ^ '3 -2 ο cm x g 44 a— „ 2

OOOO o 1H -p -P

d σι rH iH rH ιΗ Ή P .3 O .oiiiioi-^d-0

H oviHininminHinOirH

en s I I · · · · I · 13 !3 4J

p CM οοοοοοσσ·^+; * 5 S: « s S as

-d +J -H d PI

•H O M 5 H

pm PH

a) 4-> 3 =d U

<D -H 3 :d H

h ^ — Odd

O «ft OO O O

(¾ -PU voinvocMovo'S-r^ d « ^ I > ^ m vo r- co σν rH >h ^ 2 p C" 6 d m ------& σ

', -Η CO

4-> I I 1 pdH

3 >i d 1 iH iH 1S-hS

dr—I&IiH 0 rH 0 rH rH rH rH (Dd I—I o 1h Qj1^· d <1 44 d 4-J d di—id d ει>ο

>1 CM d d ·Π g o X CO g VO X 00 go g CM geo grH £, -H

P CD d g -H VO at rH -HO- ai rH -H CO -rH in ·Η l "Η lO ,_| :d C

4( -H J) 4( ·Η M I rH VD PCJ Hi" U H ut/l uCJ HCJ n :dO

fiC+g^ddiCQ PM S CMS Oh s; ft W CM Cfl CMC CM < & +) p r~i Q) • :as :«s Cb

H g en C

dr! rH CM CO H- in VO O' 00 ed Ή rH

“ 2 tH MW

w c ¥ •K 1 16 71717

Esimerkki 9 Koostumus; 430 g pestyä kuoppahiekkaa, vyöhyke 2, seulottu kokoon o - 2,36 mm, huokoisuus 1,25 % (brittiläi-5 nen standardi 812:1967) 180 g "cenospheres" 200 g nopeasti kovettuvaa portlandsementtiä 84 g Primal B-60A-emulsiota (Rohm & Haas (UK) Limited), 47 % hartsia 10 0,8 g Bevaloid 60 -vaahdonestäjää (Bevaloid Limited) 8 ml vettä.

Valettujen esineiden valmistusmenetelmä

Hiekka, sementti ja "cenospheres" sekoitetaan keskenään kiertosekoittimessa 1-2 min. Menetelmä sekoitta-15 miseksi muihin aineosiin, muotteihin laittamiseksi ja kovettamiseksi on esimerkkien 1-8 mukainen.

Kolmen tällä tavalla valmistetun näytteen keski- -2 määräisen MOR-arvon havaittiin olevan 4,8 Mnm , suurim- -2 man MOR-arvon ollessa 5,7 MNm 20 Esimerkki 10 Koostumus 110 g cenospheres 200 g nopeasti kovettuvaa portlandsementtiä 84 g Primal B-60A -emulsiota (Rohm & Haas (UK) 25 Limited), hartsia 47 % 0,8 g Bevaloid 691 -vaahdonestäjää (Bevaloid Limited) 8 ml vettä.

Valettujen esineiden valmistusmenetelmä 30 Sementtejä ja "cenospheres":ejä sekoitetaan kes kenään kiertosekoittimessa 1-2 min. Sekoitus toisiin aineosiin, muotteihin laittaminen ja kovetus tehdään esimerkkien 1-8 mukaisesti.

Kolmen täten valmistetun näytteen keskimääräisen -2 3 35 MOR-arvon havaittiin olevan 13,4 MNm , tiheyden 0,82 g/cm 1 1 o ™ 1

ja lämmönjohtavuuden 3%:n kosteudessa 0,174 Wm C

Claims (11)

17 71717

1. Menetelmä laastin ja betonin valmistamiseksi kovettamalla koostumus, joka sisältää hydraulista sementtiä 5 ja polymeerin vesidispersiota, kaksivaiheisessa kovetuspro-sessissa, jossa ensimmäinen vaihe suoritetaan suuressa kosteuspitoisuudessa ja toinen vaihe suoritetaan korotetussa lämpötilassa kuivatusolosuhteissa, jolloin polymeeri tai kopolymeeri kovettuu, tunnettu siitä, että polymee-10 rin vesidispersio on metakryyli- tai akryylihappoesterin polymeerin tai kopolymeerin vesidispersio ja että polymeerin tai kopolymeerin määrä on 10-40 paino-%, laskettuna koostumuksessa olevan sementin painosta, jolloin polymeeri- tai kopolymeeridispersion viskositeetti on alle 1,5 Pa.S, mi-15 tattuna Brookfield LVT-viskosimetrilla (akseli 2, 12 rpm) lämpötilassa 23°C ja minimikalvonmuodostuslämpötila (MFT) on vähintään 5°C, ja että ensimmäinen vaihe suoritetaan korotetussa lämpötilassa, jolloin sementti hydratoituu.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, t u n -20 n e t t u siitä, että polymeeri- tai kopolymeeridispersio on pysyvä emäksisessä pH-arvossa, joka on vähintään 8.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että polymeeri- tai kopolymeeridispersion pH on yli 8.

4. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vesidispersio sisältää (i) (C^_g-alkyyli)metakrylaatin tai -akrylaatin ja (ii) akryylihapon kopolymeeriä.

5. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen 30 menetelmä, tunnettu siitä, että koostumus sisältää runkoaineena hiekkaa, jonka huokoisuus on alle 1,25 % (mitattuna brittiläisen standardin 812:1967 mukaan), ja/tai jauhettuna lentotuhkaa olevia mikroskooppisia, onttoja pallosia ("cenospheres").

6. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kovetusprosessin 18 71717 ensimmäinen vaihe suoritetaan vähintään 35°C:n lämpötilassa ja vähintään 75 %:n suhteellisessa kosteudessa.

7. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kovetusprosessin 5 toinen vaihe suoritetaan enintään 50 %:n suhteellisessa kosteudessa.

8. Patenttivaatimuksen 1 mukaisella menetelmällä saadusta laastista tai betonista valmistettu tuote, tunnettu siitä, että sen poikkileikkauksen paksuus on -2 10 enintään 25 mm ja senmurtomoduuli (MOR) on yli 22,5 IIN m

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen tuote, t u n - -2 n e t t u siitä, että sen MOR-arvo on yli 25 MNm

10. Patenttivaatimuksen 1 mukaisella menetelmällä saadusta laastista tai betonista valmistettu tuote, t u n - 15. e t t u siitä, että laasti tai betoni sisältää kevyenä runkoaineena jauhettua lentotuhkaa olevia mikroskooppisia, onttoja pallosia ("cenospheres") ja sen kuivatiheys on korkeintaan puolet sellaisen sementtilaastin kuivatiheydestä, joka on valmistettu käyttäen tavanomaista seosta, jonka 20 hiekka:sementti-suhde on 3,5:1, ja että tuotteen murtomo- -2 duuli on vähintään 12 MNm ja poikkileikkauksen paksuus on enintään 25 mm.

11. Jonkin patenttivaatimuksen 8-10 mukainen tuote, tunnettu siitä, että se on kattotiilien tai -levyn 25 muodossa. is 71717