FI72306B

FI72306B - Format foeremaol och sammansatt material samt foerfarande foerframstaellning av foeremaolet

Info

Publication number: FI72306B
Application number: FI793451A
Authority: FI
Inventors: Hans Henrik Bache
Original assignee: Aalborg Portland Cement
Priority date: 1978-11-03
Filing date: 1979-11-02
Publication date: 1987-01-30
Also published as: IE52191B1; JPS55500863A; JPS6059182B2; NO793532L; EP0010777A1; SU1582982A3; CA1190947A; IS2522A7; AU5250979A; ES8102999A1; IS1485B; EP0010777B2; AU538813B2; ES485648A0; NO163449C; FI793451A7; NO163449B; EP0010777B1; WO1980000959A1; IE792109L

Description

[7^7] rBl KUULUTUSjULKA.SU 70306

•SiSi L J UTLÄGGNINGSSKRIFT ( £ O O

(45) (51) Kv.lk//lnt.CI/ C Ok B 28/0^4, 14/00 SUOMI—FINLAND (21) Patenttihakemus — Patentansöknlng 793^51 (22) Hakemispäivä — Ansökningsdag 02.1 1.79 (FI) (23) Alkupäivä — Giltighetsdag 02.11.79 (41) Tullut julkiseksi — Blivit offentlig 0^.05.80

Patentti- ja rekisterihallitus Nähtäväksi panon ja kuul.julkaisun pvm.— 30.01.87

Patent- och registerstyrelsen ' ' Ansökan utlagd och utl.skriften publicerad (86) Kv. hakemus — Int. ansökan (32)(33)(31) Pyydetty etuoikeus — Begärd prioritet 03-11.78 i3.O7.79 Danmark(DK) '49214/78, 2976/79 (71) Aktieselskabet Aalborg Portland-Cement-Fabrik, Roerdalsvej bb, P.0. Box I65, Aalborg, Tanska-Danmark(DK) (72) Hans Henrik Bache, Hjallerup, Tanska-Danmark(DK) (7b) Berggren Oy Ab (5l<) Muotokappale ja yhdistelmämateriaali sekä menetelmä niiden valmistamiseksi - Format föremäl och sammansatt material samt förfarande för framstä11 ning av föremälet

Sellaisten materiaalien ominaisuudet, joilla on hienoja kiinteitä partikkeleita käsittävä tai tällaisista partikkeleista muodostunut yhtenäinen rakenne, riippuvat voimakkaasti partikkelikoosta ja siitä miten tiiviisti ja homogeenisesti partikkelit ovat pakkautuneet. Tiheyden kasvaessa ja partikkelikoon pienetessä mekaaninen ja kemiallinen kestävyys, pakkasen kestävyys ja kovuus lisääntyvät. Mekaaninen kestävyys paranee tiheyden kasvaessa ja partikkelikoon pienetessä. Kuitenkin muotoiltaessa kappaletta jauhemassaa muokkaamalla on sitä vaikeampaa työskennellä korkeilla partikkelikonsentraatioilla mitä hienompaa jauhe on, koska pintavoimat, jotka estävät partikkeleita liukumasta toistensa suhteen tulevat sitä tärkeämmiksi mitä hienompaa jauhe on. Tämä pätee varsinkin Portland-sementin vesi-suspensiolle, jossa liuenneet suolat vaikeuttavat pintavoimien poistamista. Tämän vuoksi ei tavallisesti ole helppoa pakata Portland-sementtipartikkeleita tiiviisti silloin kun ne ovat liian hienoja.

72306

Esimerkiksi Portland-sementtiperustaisissa sideaineissa jauheen karkeus vastaa tavallisesti ominaispinta-alaa n. 3000-5000 cm2/g (joissakin tapauksissa aina 6000 cm2/g) ja jauhe-konsentraatio vesisuspensiossa vastaa vesi/sementti painosuhdetta 0,7-0,4 (hyvin vahvoille betoneille jopa 0,3). Oleellisesti hienompaa sementtiä - jonka teoreettisesti pitäisi aikaansaada parempia ominaisuuksia - on vaikea sekoittaa ja valaa, varsinkin pastoina, joissa on suuri sementtipitoisuus, ja hyvin karkeisiin sementteihin perustuvat hyvin tiiviit pastat (alhainen vesi/semenetti-suhde) eivät ole edullisia karkean rakenteensa ja hitaan hydratoitumisensa vuoksi. Eräs tämän keksinnön tärkeimmistä kohteista on parantaa jauhepohjäisiä sideaineita (erityisesti Portland-sementti pohjaisia sideaineita) lisäämällä niihin jauheita, jotka ovat yhden tai useamman kertaluokan verran hienompia kuin sideaineen jauhe (muodostaakseen perustan homogeeniselle ja tiiviille partikkelien pakkautumiselle ja äärimmäisen hienolle huokoiselle rakenteelle), ja varmistaa erittäin homogeeninen partikkelien järjestäytyminen ja suuri partikkelikonsentraatio (alhainen vesi/sementti-suhde) lisäämällä suuria määriä pinta-aktiivisia dispergoivia aineita.

Tämä mahdollistaa mm. sellaisten sideaineiden valmistuksen, jotka ovat oleellisesti vahvempia, tiiviimpiä, kestävämpiä ja varsinkin sopivampia vahvisteiden, kuten kuitujen ja sauvojen kiinnitykseen kuin modifioimattomat sideaineet. On myös mahdollista valmistaa tällaisia sideainematriiseja sisältäviä kappaleita alhaisessa jännityskentässä ja ilman aineen siirtoa ympäristön kanssa kuten ilmenee seuraavasta. Tämän keksinnön pääperiaatteet voidaan lyhyesti sisällyttää seuraavaan neljään kohtaan: 1. Keksintö hyväksikäyttää tiettyä partikkeligeometriastra-tegiaa hienoilla partikkelisysteemeillä, jotka ovat 1-2 suuruusluokkaa (kymmenen potenssia) hienompia kuin Portland-se-menttiä sisältävät partikkelisysteemit, joissa niinikään on ollut mahdollista käyttää näitä periaatteita. Keksinnön mukaisesti näitä periaatteita käytetään varsinkin Portland-sementin ja ultrahienojen partikkeleiden vesisuspensioihin. Ultrahienot partikkelit ovat 1-2 suuruusluokkaa pienempiä kuin sementtipar-tikkelit.

tl 72306 2. Tämä saadaan aikaan annostelemalla dispergoivia aineita (1-4 paino-% laskettuna kuivasta betonin superplastisoijasta, mikä puolestaan on laskettu sementistä + ultrahienoista partikkeleista) kertaluokan verran enemmän kuin tunnetussa tekniikassa.

3. Keksinnön mukaisessa materiaalissa lujuus ja kestävyys ovat oleellisesti lisääntyneet. Tämän lisäksi vahvisteiden, esimerkiksi yhdistettyjen kuitujen, mekaaninen kiinnittyvyys on moninkertaistuessaan parantunut vielä enemmän kuin lujuus. Tämä johtuu siitä, että ne vahvisteiden karheuden dimensiot ja aaltomuoto, jotka ovat välttämättömiä vahvisteen "mekaaniseksi lukkiutumiseksi" matriisiin, pienenevät 1-2 kertaluokkaa. Tämä mahdollistaa sellaisten kuitujen "mekaanisen lukkiutumi-sen" jotka ovat 1-2 kertaluokkaa hienompia kuin aikaisemmin käytetyt.

4. Keksinnön mukaisia materiaaleja voidaan muotoilla plastisena sekä alhaisen viskositeetin omaavana massana ilman, että aineen siirtoa ympäristön kanssa tapahtuu, ts. nestettä ei siirry tai sitä ei tarvitse puristaa massasta tiiviin rakenteen muodostamisen aikana. Tämä mahdollistaa sellaisten korkealuokkaisten tuotteiden valmistuksen, joilla on monimutkaisempi muoto ja suurempi koko kuin tähänastisilla - ja mahdollistaa komponenttien, varsinkin kaikenlaisten vahvisteiden kiinnityksen, joita ei tyydyttävästi voida käyttää vastaavissa korkealaatuisissa perinteisellä tavalla valmistetuissa matriiseissa. Tämä keksinnön aspekti mahdollistaa myöskin edullisemman tuotantotekniikan tunnetuille artikkeleille.

Tämä keksintö perustuu näin ollen havaintoon mahdollisuudesta saada aikaan tiiviitä ja homogeenisia pakkautumisia näissä äärettömän pienissä partikkelisysteemeissä etenkin "pehmeällä" valmistusmenetelmällä vastakohtana tunnetulle korkeapaineiselle tiivistystekniikalle, joka oli ainoa mahdollinen menetelmä valmistaa tällaisia rakenteita. Tämä tuo mukanaan laajan alueen uusia tuotteita ja prosesseja, eikä pelkästään sementtiteolli-suudessa, vaan myöskin monilla muilla sekä läheisillä että kaukaisemmilla alueilla, kuten keramiikkateollisuudessa ja jauhe-metallurgiassa .

72306 4

Keksinnön mukainen muotokappale on määritelty oheisessa patenttivaatimuksessa 1 .

Esillä olevassa selityksessä tarkoittaa termi "partikkelit A" epäorgaanisia kiinteitä partikkeleita, jotka ovat suuruusluokkaa n. 50 A - 0,5 yU, ja termi "partikkelit B" kiinteitä partikkeleita, jotka ovat suuruusluokkaa 0,5 - 100 yU, ja jotka ovat ainakin yhtä kertaluokkaa suurempia kuin vastaavat partikkelit A. Termi "muotokappale" tarkoittaa minkä tahansa muotoista rakennetta, joka sisältää yllä kuvatun matriisin, ja se käsittää myös sellaisia erityisiä tuotteita kuten tienpäällyste-kerrokset, halkeamien täytteet, putkien pinnoitteet jne., jotka eivät aina liity käsitteeseen "kappale".

72306

Partikkeleiden geometrian määräämää tiivistä pakkautumista (ilman pintavoimien vaikutusta) käsitellään maailmanlaajuisesti kirjallisuudessa, joka tarkastelee partikkelitekonolgiaa useilla alueilla. Esimerkkeinä tästä on Particulate Technology, Clyde Orr Jr., 1966, The MacMillan Company, New York, ja Principles of Particulate Mechanics, Brown ja Richards, 1970, Pergamon Press. On tyypillistä, että sellaisten partikkelisysteemien pakkautuminen, joissa pintavoimat ovat merkityksettömiä, on riippumaton absoluuttisesta partikkelikoosta ja riippuu ainoastaan partikkelien muodosta, suhteellisesta partikkeli-koko jakautumasta ja siitä mekaanisesta tavasta johon partikkelit ovat asettuneet. Tämä merkitsee sitä, että yhtä suurien pallomaisten partikkeleiden säännöllinen pakkautuminen johtaa samaan kiinteän aineen tilavuusosaan (esim. 0,52 kuutioisella pakkauksella ja 0,74 heksagonaalisella pakkauksella) riippumatta pallomaisten partikkeleiden absoluuttisesta koosta. Pakkauksen tiiviyteen vaikuttaa voimakkaasti suhteellinen partikkeli-koko jakautuma, ts. eri partikkelikokojen välinen suhde. Brown ja Richards (loc.cit.) raportoivat klassisista kokeista pallomaisten partikkelien binäärisille pakkauksille useilla partik-kelikokosuhteilla, suhteesta n. 0,63 - kunkin yksittäisen par-tikkelikokofraktion ollessa kyseessä - suhteeseen 0,70 - pienten ja suurten partikkelien seosta ollessa kyseessä näiden suhteen ollessa 3,4:1 - aina suhteeseen 0,80 asti - suurten ja pienten partikkelien seoksille näiden suhteen ollessa 16:1. Pakkauksen tiheyteen vaikuttaa myös voimakkaasti mekaaninen tiivistysmenetelmä. Yksinkertainen painetiivistys ei normaalisti johda hyvin tiiviisiin partikkelisysteemien pakkauksiin, joissa partikkelit säilyvät samanlaisina (ts. partikkelit eivät rikkoudu tai deformoidu voimakkaasti). Tavallisesti tiiviimmät pakkaukset saadaan leikkausmuokkauksella, toistetulla leikkausmuokkauksella tai tasapainotetulla tärinällä, kaikki nämä sovellettuna pienessä normaalipaineessa sen varmistamiseksi, että toistettu muokkaus lopulta johtaa tiiviimpään rakenteeseen. Tästä syystä ei ole mahdollista saada aikaan tiiviitä pakkauksia yksikäsitteisellä määrällä. "Tiivis pakkaus", johon on viitattu tässä kuvauksessa on ymmärrettävä oleellisesti sellaisena tiiviinä pakkauksena, joka saataisiin systeemeissä ilman lukkiavia pinta-voimia ylläkuvatunlaisten vaikutusten, kuten jännitysdeformaa-tion ja tasapainotetun värinän alaisena. (Jopa sellaiset tii 72306 viit pakkaukset eivät ole täysin ideaalisia, ideaalisuus edellyttäisi joka partikkelin yksilöllisen asettelun).

Keksinnön mukaisen, yllä määriteltyjen artikkeleiden oleellisesti yhtenäinen matriisirakenne voi johtua siitä, että homogeenisesti järjestyneet tai tiiviisti pakkautuneet partikkelit A ovat liittyneet toinen toisiinsa muodostaen yhtenäisen rakenteen, tai siitä, että kiinteät partikkelit B, kuten yllä on mainittu, ovat liittyneet toisiinsa muodostaen oleellisesti yhtenäisen rakenteen tai siitä, että molemmat sekä ultrahienot partikkelit A että partikkelit B saattavat olla muotokappaleessa liittyneet toisiinsa muodostaen yhtenäisen rakenteen, ja/tai siitä, että partikkelit A ovat liittyneet partikkeleihin B muodostaen yhtenäisen rakenteen. Partikkelien A tai partikkelien B tai partikkelien A ja/tai B yhdistyminen voi olla minkä luonteista tahansa mikä johtaa yhtenäiseen rakenteeseen. Systeemeissä, jotka käsittävät sementtipartikkeleita partikkeleina B ja silikapölypartikkeleita partikkeleina A, yhtenäinen rakenne muodostuu kiinteiden partikkelien osittaisesta liukenemisesta vesisuspensioon, josta artikkelit tehdään, kemiallisesta reaktiosta liuoksessa ja reaktiotuotteen saostumisesta, silikapölyn ollessa tässä vähemmän liukenevampi kuin semenetti. Tässä yhteydessä on huomattu, että partikkelien A ja B identtisyydestä riippuen myös muut mekanismit, jotka aiheuttavat koherentti-suutta, ovat saattaneet vaikuttaa matriisin koherenttisuuteen, kuten sulaminen tai sintraantuminen jne. Yllä mainittu kemiallinen reaktio voi olla sellainen mikä tapahtuu partikkelien A tai niiden liuenneiden aineosien välillä, tai partikkelien B tai niiden liuenneiden aineosien välillä tai partikkelein A ja B tai niiden liuenneiden aineosien välillä.

Muotokappaleita, joiden matriisilla on oleellisesti yhtenäinen rakenne, joka käsittää homogeenisesti järjestäytyneitä tai tiiviisti pakkautuneita Portland-sementtipartikkeleita, on tunnetussa tekniikassa saatu aikaan ainoastaan tiivistämällä korkeassa jännityksessä tyypillisesti korkeapainejauhetiivistyk-sellä. Siten yksi täysin uusi keksinnön mukainen muotokappale-

O

luokka käsittää alhaisessa, alle 5 kg/cm , edullisesti alle 100 g/cm jännityskentässä muotoilemalla tuotetut kappaleet, joiden matriisilla on oleellisesti yhtenäinen rakenne, joka kä- 7 72306 sittää homogeenisesti järjestäytyneitä tai tiiviisti pakkautuneita partikkeleita A, tai yhtenäinen rakenne, joka on muodostunut tällaisista homogeenisesti järjestäytyneistä tai tiiviisti pakkautuneista partikkeleista A ja tiiviisti pakkautuneista partikkeleista B, ainakin 20 paino-% tiiviisti pakkautuneista partikkeleista B ollessa Portland-sementtipartikkeleita, uai yhtenäinen rakenne, joka on muodostunut tällaisista tiiviisti pakatuista partikkeleista B. Toinen tapa määrittää uusi luokka keksinnön mukaisia muotokappaleita, joissa partikkelit A ovat järjestyneet homogeenisesti partikkelien B väliin, joista partikkeleista B ainakin 20 paino-% on Portland-sementti partikkeleita, on viitata kappaleen dimensioihin. Sellaisia kappaleita, joilla on vastaava tiivis pakkaus partikkelien B välillä, ja joilla on ainakin yksi vähintään 1 m pitkä dimensio ja minimi-poikkipinta-ala 0,1 m , ei ole uskottu voitavan valmistaa käytännössä ennen tätä keksintöä korkeapainejauhetiivistysteknii-kalla. Toisaalta ainoastaan tämän keksinnön mahdollistamat, tämän laatuiset uudet artikkelit voidaan määritellä siten, että niillä on sellainen kompleksinen muoto, jota ei voida aikaansaada jauhetiivistyksellä. Näin ollen, kun partikkeleilla A ja B on erilainen molekulaarinen rakenne, kuten useimmiten on käytännössä, sellaiset rakenteet, joissa vähintään 20 paino-% partikkeleista B on Portland-sementtiä ja jotka muutoin täyttävät yllä kuvatun määrittelyn, ovat täysin uusia riippumatta niiden koosta tai muodosta. Sikäli kun jauhetiivistystekniikalla olisi saattanut olla mahdollista aikaansaada kahden partikkelisysteemin kombinaatio, jotka systeemit käsittävät homogeenisesti järjestäytyneitä tai tiiviisti pakkautuneita partikkeleita A ja tiiviisti pakkautuneita partikkeleita B, olisi siihen liittynyt tiivistysprosessin aikana suurempien partikkelien jauhautumis-ta, minkä tuloksena olisi syntynyt pienempiä partikkeleita ja mikä tämän vuoksi olisi tarkoittanut sitä, että suuremmilla ja pienemmillä partikkeleilla olisi ollut identtinen molekulaarinen rakenne.

Yksi tämän keksinnön hyvin mielenkiintoinen piirre on se, että on mahdollista saada aikaan ylläkuvatunlaisia rakenteita luontaisesti heikoista partikkeleista ja luontaisesti heikoista lisäkappaleista, jotka ennestään tunnetulla käsittelytekniikalla korkeissa jännityskentissä olisivat menettäneet geometrisen 8 72306 identtisyytensä (jotka olisivat rikkoutuneet tai voimakkaasti muuntuneet). Tämä antaa mahdollisuuden valmistaa tiiviitä rakenteita sellaisista materiaaleista, jotka eivät aikaisemmin ole soveltuneet siihen tarkoitukseen.

Useimmissa tapauksissa parhaimmat lujuusominaisuudet saadaan kun sekä partikkelit A että partikkelit B ovat tiiviisti pakkautuneet. Tämä tilanne on kuvattu kuviossa 1, mikä esittää tiiviin pakkauksen geometrisen järjestäytymisen periaatteet tuoreessa pastassa, mikä sisältää Portland-sementti partikkeleita ja näiden välissä ultrahienoja partikkeleita. Mitä tulee kokeisiin, jotka tehtiin laastilla, kuituvahvisteisella pastalla ja tähän uuteen matriisiin perustuvalla betonilla, Portland-sementti partikkelit (keskidimensio 10) olivat järjestäytyneet tiiviiseen pakkaukseen vastaten sementin tilavuusosaa (Portland-sementin tilavuus jaettuna kokonaistilavuudella) 0,43-0,52. Jos tavallinen sementtipasta, joka ei sisällä ultrahienoja partikkeleita olisi järjestynyt samanlaiseen tiiviiseen pakkaukseen, se olisi vastannut vesi/sementti-painosuhdetta 0,42-0,30. Tämä suhde olisi normaalisti vaadittu tiiviiltä pakkaukselta. On huomattu, että keksinnön mukaiseen uuteen materiaaliin voidaan lisätä aina 50 tilavuus-% ultrahienoja kiinteitä partikkeleita sement-tipartikkelien välisiin aukkoihin. Lisätty kiinteä aine oli virheettömän tiiviisti pakkautuneita, äärettömän hienoja pallomaisia silikapartikkeleita, joiden keskihalkaisija oli 0,1 ,u O * ja ominaispinta-ala n. 250 000 cm /g. Kiinteän aineen kokonais-tilavuusosuus sementti- + silikapölymatriisissa oli 0,64-0,70. Veden ja kiinteän aineen painosuhde oli 0,188-0,133.

Tiiviin pakkautumisen varmistamiseksi tarvittava silikapölyn määrä riippuu silikapölyn raekokojakautumasta ja suuressa määrin tiiviisti pakkautuneiden partikkelien B välisestä tyhjästä tilasta. Näin ollen hyvälaatuinen Portland-sementti, joka sisältää lisäksi 30 % hienoja pallomaisia lentotuhkapartikkeleita jättää tiiviisti pakkautuessaan paljon vähemmän tilaa silikapö-lylle kuin vastaavasti tiiviisti pakkautunut sementti, jossa partikkelit B ovat saman kokoisia. Systeemeissä, joissa partikkelit B ovat pääasiallisesti Portland-sementtiä, silikapölyn tiivispakkautuminen todennäköisesti vastasi 15-50 % partikkeleista A + B. Samanlaiset tarkastelut sopivat systeemeihin, jotka sisältävät muun tyyppisiä partikkeleita A ja B.

if 72306

Seuraavassa selityksessä ja vaatimuksissa termit "ultrahienot silikapartikkelit" tai "silikapöly" tarkoittavat SiC^-pitoisia partikkeleita, joiden ominaispintapala on n. 50 000 - 2 000 000 cm /g, edullisesti n. 250 000 cmvg. Sellaista tuotetta saadaan sivutuotteena valmistettaessa pii-metallia sähköuuneissa ja se sisältää partikkeleita, joiden kokoalue on n. 50 A - 0,5 ^,u, tyypillisesti 200 A - 0,5 ^u.

Se keksinnön aspekti, että erittäin hienot jauheet pakkautuvat tiiviisti on toteutettu betonissa (esimerkki 1), laastissa (esimerkit 3 ja 9) ja ohuissa ruiskuvalulla valmistetuissa, muovikuiduilla vahvistetuissa paneeleissa (esimerkki 2). Kaikissa näissä tapauksissa sideainematriisi on valmistettu Portland-

O

sementistä (ominaispinta-ala n. 2400 - 4400 cm /g) ja ultrahi- nosta pallomaisesta silikapölystä (ominaispinta-ala 250 000 2 cm /g), jotka ovat järjestyneet erittäin tiiviiseen pakkaukseen (vesi/jauhe-painosuhde vastaavasti 0,18 ja 0,13) käyttämällä dispergoivana aineena hyvin suuria määriä betonin plastisoi-jaa (1-4 paino-%, edullisesti 2-3 paino-%, kuivaa superplasti-soijaa laskettuna sementin ja silikapölyn yhteismäärästä).

Betoni valmistettiin helposti virtaavasta massasta ja sillä oli suuri lujuus (vedellä kovetetun, märän sylinterimäisen koekap paleen, jonka halkaisija oli 10 cm ja korkeus 20 cm, puristus-lujuus oli 124,6 MPa 28 päivän jälkeen ja 147,2 MPa 169 päivän jälkeen). Lujuus on 20 % suurempi kuin suurin vastaava lujuus-arvo, jonka on raportoitu normaalilla tavalla valmistetulle ja valetulle betonille, jolloin valmistuksessa on käytetty super-plastisoivia lisäaineita (jäljempänä esimerkki 1). Hyvin juoksevasta massasta valmistetun, 4 päivää 60°C:ssa vedellä kovetetun laastin puristuslujuus oli 179 MPa, minkä vahvistaa märällä koekappaleella suoritetut kokeet. Koekappaleen halkaisija oli 10 cm ja korkeus 20 cm (jäljempänä esimerkki 9).

Tämän mukaisesti Portland-sementtipohjaiset, tämän keksinnön mukaiset artikkelit voidaan määritellä viittamalla matriisin ainutlaatuisesti lisääntyvään puristuslujuuteen tunnettuun tekniikkaan verrattuna. Tällä tavalla ilmaistuna - puristuslujuus-arvojen avulla, jotka ovat järkeviä esimerkeissä raportoitujen kokeiden valossa - keksintöön kuuluu muotokappaleita, jotka 10 72306 käsittävät matriisin, joka käsittää Portland-sementtipohjaisen sideaineen ja valinnaisesti lisättyä epäorgaanista kiinteätä materiaalia, kuten hiekkaa ja kiviä, jolloin matriisin puris-tuslujuus on suurempi kuin 130 MPa, mitattuna koekappaleella, jonka halkaisija on 10 cm ja korkeus 20 cm, kun matriisi on betonia, jossa suurimmat lisätyistä kiinteistä kappaleista ovat yli 4 mm, 150 MPa, mitattuna koekappaleella, jonka halkaisija on 3 cm ja korkeus 6 cm, kun matriisi on laastia, jossa suurimmat lisätyistä kiinteistä kappaleista ovat välillä 4 mm ja 0,1 mm, 200 MPa, mitattuna koekappaleella, jonka halkaisija on 1 cm ja korkeus 2 cm, kun matriisi on pastaa, jossa suurimmat lisätyistä kiinteistä kappaleista ovat alle 0,1 mm, sillä ehdolla, että muotokappaleilla on ainakin yksi dimensio, joka on vähintään yksi metri ja poikkipinta-ala vähintään 0,1 m , ja/tai että sillä on kompleksinen muoto, joka ei salli sen valmistusta jauhetiivistyksellä.

Erityisen mielenkiinnon kohteena on tämän keksinnön mahdollistamien tiiviiden materiaalien valmistaminen, joissa osa partikkeleista B on heikkoja partikkeleita säilyttäen geometrisen identiteettinsä muokkausprosessin aikana, esimerkiksi silloin kun osa partikkeleista B muodostuu voimalaitoksien murskaamatto-masta lentotuhkasta, koska sellaisilla partikkeleilla on edullinen pallomainen muoto; lentotuhka sisältää merkittävän määrän heikkoja, onttoja, pallomaisia partikkeleita, mitkä antavat valumassalle edulliset virtausominaisuudet, mutta mitkä todennäköisesti murskautuisivat perinteisessä korkeapainetiivistyk-sessä. Tämän keksinnön mukaisesti partikkelirakennetta vahin-goittamattomasti valmistettua laastia, joka sisältää Portland-sementtiä, pallomaisia voimalaitostuhkapartikkeleita ja silika-pölyä on kuvattu esimerkissä 9. Lentotuhkalaastin puristuslu-juus oli 160 MPa.

Esimerkki 2 kuvaa muovikuitulujitteisten uusien matriisien avulla tehtyjen paneelien valmistusta. Nämä paneelit käyttäytyivät hämmästyttävästi: ne eivät olleet kovin vahvoja (taivutuslujuus venytyksessä n. 25 MPa), mutta osoittautuivat sit- 72306 11 keiksi, mikä on erittäin toivottava ominaisuus. Sitkeys on varsin hämmästyttävä piirre ottaen huomioon, että kuidut olivat hyvin lyhyitä (6 mm polypropyleenikuituja) ja kuitujen määrä oli kohtuullinen (2 paino-%). Se, että hyvin voimakas, sinänsä hauras sideaine saatiin sitkeäksi yllämainituilla lujitteilla, osoittaa sen, että keksinnön materiaali aikaansaa ainakin kertaluokkaa paremman muovikuitujen kiinnittymisen kuin tavalliset sementtimatriisit - ja elektronimikroskooppimäärityk-set vahvistavat sen, että uusi materiaali käyttäytyy tällä tavalla, koska uusi materiaali osoittautuu erittäin tiiviiksi vielä hyvin isoilla suurennuksilla. Tämä ilmenee kuviosta 5, joka on piirretty keksinnön mukaiseen sementti-silika-matrii-siin kiinnitetyistä 30 yU paksuisista polypropyleenikuiduista otettujen elektronimikroskooppikuvien perusteella (jäljempänä oleva esimerkki 2). On huomattava, että matriisi on erittäin tiivis verrattuna tavalliseen sementtimatriisiin ja se on tiiviisti pakkautunut kuidun pintaa vasten.

Hyvin tiivis matriisi, joka saavutetaan Portland-sementin ja ultrahienojen partikkeleiden avulla tiiviissä pakkautumisessa, osoittaa ainutlaatuista kykyä kiinnittvmisessään hienoihin kuituihin (kuituihin, joiden poikkileikkaus on vähemmän kuin vaikkapa 50 yu), koska se sallii paikallisen kiilautumisvaikutuksen, jota ei esiinny tavallisessa sementtitahnassa, jonka rakenne on melko avoin mikroskoopilla tarkasteltuna.

Tähän asti tuntematon matriisi antaa tuloksena myös karkeamman vahvikkeen, esimerkiksi teräksen teräsvahvistetussa betonissa, huomattavasti paremman kiinnittymisen. Tätä kuvataan esimerkissä 10, jossa hyvin sileän 6 mm:n terästangon, joka oli pantu sement-ti-silika-laastiin 60 mm:n syvyyteen, ulosvetovastus oli 70 % teräksen myötörajasta ja ylösvetoon tarvittava työ oli 8-10 kertaa suurempi kuin vastaava ulosvetoon tarvittava työ vertai-lulaastissa, jonka puristusvoima (38 MPa) oli noin 1/4 - 1/5 keksinnön mukaisen laastinpuristuvoimasta (179 MPa). Täten, esimerkin mukaan, on sileiden terästankojen ulosvetämiseen tarvittava työ lisääntynyt suhteellisesti enemmän kuin puristusvoima.

72306 12 Tämä tuo uusia näkökohtia teräsbetonin valmistukseen, jota tarkasteellaan lähemmin seuraavassa.

Samanlaisia hienojen partikkelisysteemien tiiviitä pakkauksia on tunnettu esimerkiksi kolloidisen silikan yhteydessä, jota on käytetty esimerkiksi pinnoitteissa. On myös tunnettua saada aikaan hyvin tiiviitä materiaaleja käyttäen vastaavia ultrahie-noja materiaaleja yhdessä sellaisten materiaalien kanssa, jotka karkeudessa vastaavat Portland-sementtiä, mutta joilla on paljon edullisempi kolloidi-fysikaalinen käyttäytyminen kuin Port-land-sementillä. Täten oli brittiläisestä patenttijulkaisusta n:o 1 320 733 tunnettua valmistaa hydraulisesti kovetettuja vaikeasti käsiteltäviä materiaaleja, jotka käsittävät hydraulista alumiinipitoista sementtiä sekä hienoja partikkeleita, joiden partikkelikoko on vähintään 1 ^u, ja jotka on muodostettu käyttämällä deflokkulointiaineita hyvänlaatuisien vaikeasti käsiteltävien materiaalien saamiseksi. Nämä materiaalit oli valmistettu käyttämällä suhteellisen korkeata veden ja sementin + hienon jauheen suhdetta (0,7 - 1,0), ja materiaalin lujuus kuumennettaessa 1350 - 1600°C:een ei ollut oleellisesti parantunut saavutetun lujuustason, 40 MPa, ollessa alhainen verrattuna tämän keksinnön mukaisilla periaatteilla aikaansaatuun lujuuteen. Oli myös tunnettua tuottaa sellaisia vaikeasti käsiteltäviä, mutta paljon vahvempia, materiaaleja, jotka pohjautuivat alumiinipohjaiselle sementille ja MgO:lle, yhdistämällä aluminaattisementtipartikkeleita ja ultrahienoja partikkeleita tiiviiseen pakkaukseen. Täten US-patentti n:o 4 111 711 kuvaa natriumtripolyfosfaatin käyttöä dispergoivana aineena sellaisten sideaineiden tuottamisessa, jotka sisältävät 25 paino-% alumiinipitoista kuonaa partikkelikooltaan 5-50 ^u, 38 paino-% lasimaista silikaa partikkelikooltaan 100 Ä - 0,1 yU ja 37 paino-% Fontainebleau-hiekkaa partikkelikooltaan 5 ^u, vesi/-jauhesuhteen ollessa niin alhainen kuin 0,175. Laastilla, joka valmistettiin tästä seoksesta oli puristuslujuus 20 päivän jälkeen 120 MPa (koeolosuhteita ja koekappaleen dimensioita ei ole mainittu). Kuitenkaan ei ole ollut tunnettua saada aikaan vastaavia rakenteita Portland-sementtiin perustuvissa systeemeissä, koska tavalliset dispergointiaineet, esimerkiksi natriumtripolyfosf aatti, eivät ole tehokkaita Portland-sementti- 13 „ Λ _ 72306 silika-vesi-systeeraeissä, kuten on osoitettu alla olevissa, esimerkissä 7 kuvatuissa koesarjoissa.

Käytettäessä tämän keksinnön periaatteiden mukaisesti tavallista suurempia annoksia tehokasta dispergoivaa ainetta, kuten betonin superplastisoijaa, nämä vaikeudet on voitettu Portland-sementti-silika-vesi-systeemeissä, mikä seikka mahdollistaa yllä mainittujen periaatteiden käytön, jotka koskevat erittäin tiiviitä tai homogeenisesti pakkautuneita ultrahienojen partikkelien pakkauksia, kaikkien niiden tuotteiden yhteydessä, jotka tuotetaan nykyisin Portland-sementtiä sisältävistä matriiseista. Näitä tuotteita ovat esim. vahvistettu betoni,kuituvahvisteinen betoni ja laasti, kuitusementtikatteet, kuten asbestisementti-kate, pinnoitepaneelit, muurauslaastit jne., ja niiden artikkelien tuottamisessa, jotka on tehty kalliimmiksi materiaaleista, kuten teräksestä, keraamisista materiaaleista ja muoveista.

Edelleen on tämän keksinnön yhteydessä huomattu, että uudet teknologiset edut artikkeleiden valmistuksessa ja niiden vahvistamisessa saavutetaan käyttämällä ylläkuvatunlaisia tiiviitä, homogeenisia, ultrahienoja partikkelisysteemeitä. Nämä huomiot eivät koske pelkästään Portland-sementtipohjaisia materiaaleja, vaan yhtä yleisesti muita tiiviitä systeemejä, mukaanlukien yllä mainitut tunnetut tiiviit systeemit, joille sellaisia teknologisia mahdollisuuksia ei ole aikaisemmin raportoitu. Täten uudet keksinnön mukaiset muotokappaleet eivät käsitä ainoastaan kappaleita, jotka sisältävät Portland-sementtipohjaisia side-ainematriiseja. Kun lisäksi rakenteissa on mukana materiaalia C, joka ei ole US-patentista 4 111 711 tunnettua hiekkaa tai kiviä, keksintö käsittää myös sellaisia artikkeleita, joiden sideaineet eivät ole Portland-sementtipohjaisia. Tässä yhteydessä termi "Portland-sementtipohjaiset" tarkoittaa sideaine-systeemejä, joissa partikkelit B käsittävät ainakin 20 paino-% Portland-sementti partikkeleita. Lisäksi saavutetun muovaus-teknologian parannukset - jotka säästävät ylimääräveden käytöstä, kuten alla yksityiskohtaisemmin kuvataan - mahdollistavat tiettyjen muotokappaleiden tehokkaamman ja onnistuneemman tuotannon, jota aikaisemmin ei ole voitu olettaa mahdolliseksi homogeenisesti järjestyneiden ja tiiviisti pakattujen ultrahie-nojen partikkelisysteemien matriiseilla. Tässä yhteydessä uudet 14 72306 keksinnön mukaiset muotokappaleet käsittävät myöskin - huolimatta partikkelien A ja B kemiallisesta identiteetistä ja siitä, onko mukana lisämateriaalia C vai ei - sellaisia muotokappaleita kuin paikan päällä valetut öljylähteiaen seinät, kanavatäyt-teet kuten esijännitetyssä betonissa, halkeamien täytteet kuten kaivos- ja rakennusteollisuudessa, levyt, paneelit ja ohutseinäiset tasomaiset tai aaltomaiset tiilet, varsinkin rakennuksissa, teräs- tai betonirakenneosien kanssa käytettävät suoja-kannet, putket, tuubit, sähköä eristävät rakenneosat, ja säiliöt, joita kaikkia uusia artikkeleita voidaan tuottaa tämän keksinnön mukaisella teknologialla hyvin edullisesti mitä tulee sekä tuotantomenetelmään että lopullisen tuotteen ominaisuuksiin.

Mitä tulee ultrahienoon silikapölypartikkelien yhdistämiseen se-menttipohjaisiin sideaineisiin, kuvasi jo artikkeli: Betonen N:o 2, April 1952, voi 17 (julkaissut Norsk Cementforening), "Si02-stov som Cementtilsaetninger" silikapölyn, jonka hienous oli 0,3 ^,u, käytön sementissä aina 30 prosenttiin asti. Huomattava betonin lujuuden lisäys huomattiin tämän jauheen yhteydessä. Kuitenkin käytettiin hyvin korkeita vesi/sementti + silika-suhteita, eli suhteita 0,5-1, mikä tarkoittaa sitä, että sekä silika että sementtipartikkelit eivät olleet tiiviisti pakkautuneet lopullisessa rakenteessa, ja lujuustaso oli 53 MPa 350 päivän jälkeen, mikä on paljon alhaisempi kuin tämän keksinnön mukaisissa rakenteissa.

Saksalainen kuulutus julkaisu n:o 2 730 943 käsittelee silikapölyn käyttöä yhdessä alhaisen aluminaattipitoisuuden (aluminaattipitoisuus alle 5 paino-%) omaavan Portland-sementin kanssa sementtisi-doksisena matriisina ja toteaa sellaisten materiaalien kestävyyden kasvun johtuvan silikan kemiallisesta reaktiivisuudesta. Patentti esimerkiksi kuvaa betonia jossa 300 kg:sta sementtiä + lisäaineita on 60 g silika-pölyä vesi/sementti-painosuhteen ollessa 0,45, mikä vastaa vesi/(sementti + silika) suhdetta 0,38, 28 päivän puristuslujuuden ollessa 85 MPa (vastakohtana tämän keksinnön mukaiselle vesi/(sementti + ultrahieno partikkeli)-suhteelle 0,20 - 0,14 ja vähintään 130 MPa:n puristuslujuudelle betonissa ja 150 MPa:n puristuslujuudelle laastissa. Kuulutus-julkaisu kuvaa betonin superplastisoijän käyttöä sellaisessa määrässä, jonka yläraja vastaisi tämän keksinnön yhteydessä ti 72306 käytettyä yllä mainittua erittäin korkeata lisäystä, mutta se ei kuvaa edullisena yhdistää sellaisia määriä superplastisoijaa alhaisilla vesi/(sementti + ultrahieno partikkeli)-suhteilla, mitkä ovat välttämättömiä tämän keksinnön mukaisten kriittisten rakenteiden aikaansaamiseksi.

Lisätty materiaali C, jonka dimensioista ainakin yksi on kertaluokkaa suurempi kuin partikkeleilla A, voi periaatteessa olla kiinteitä kappaleita (kuten myöhemmin yksityiskohtaisemmin on kuvattu), kaasua (kuten kaasubetonissa) tai nestettä. Materiaali voi olla kompakteja muotokappaleita (kuten hiekkaa, kiviä, kaasukuplia tai nestekuplia), levyn muotoisia kappaleita (kuten kiille) tai pitkänomaisia kappaleita (kuten kuidut, vahvike-sauvat tai vaijerit). Johtuen mahdollisuudesta muovailla kysymyksessä olevia artikkeleita "pehmeällä" tavalla alhaisessa jännityskentäessä, sellaiset kappaleet saattavat, päinvastoin kuin mitä tapahtuu kaikissa tunnetuissa tiivistysprosesseissa, joissa on mahdollista saavuttaa tiivistä pakkautumista ultra-hienoilla oartikkelisysteemeillä, säilyttää pääosiltaan geometrisen identtisyytensä muovauksen aikana. Tässä yhteydessä geometrisen identtisyyden säilyminen osoittaa, että kysymyksessä olevat kappaleet eivät joudu murskauksen tai voimakkaan muuntumisen kohteeksi. Tyypillinen esimerkki on ontto kappale tai kuitu, mikä jauhetiivistyksessä tai muissa suurjännitteisissä käsittelyissä rikkoutuisi tai muuntuisi voimakkaasti, mutta mikä paljon alhaisemmassa jännityskentässä, missä myös keksinnön mukaiset artikkelit muovataan, voidaan valmistaa ilman sellaista turmeltumista.

Esimerkkejä lisätystä materiaalista C, mikä on edullisesti yhdistetty keksinnön mukaisiin artikkeleihin, ovat hiekka, kivi, polystyreenikappaleet polystyreenihelmet mukaanlukien, paisutettu savi, ontot lasikappaleet ontot lasipallot mukaanlukien, paisutettu savikivi, perliitti, luonnollinen kevyt betonin täyteaine, kaasukuplat, metallisauvat terässauvat mukaanlukien, kuidut mukaanlukien metallikuidut kuten teräskuidut, muovikui-dut, lasikuidut, Kevlar-kuidut, asbestikuidut, selluloosakui-dut, mineraalikuidut, korkean lämpötilan kestävät kuidut ja "whiskerit", mukaanlukien epäorgaaniset, epämetalliset whiske-rit kuten grafiitti-whiskerit ja A^C^-whiskerit ja metalli- 16 72306 set whiskerit, kuten rauta-whiskerit, raskaat komponentit kuten baryytti tai tina tai tinapitoiset mineraalit, ja vetypi-toiset komponentit kuten ontot, vedellä täytetyt partikkelit.

Kun keksinnön mukaiset artikkelit sisältävät lisämateriaalia C, saattaa olla mielenkiintoista aikaansaada lisämateriaalin tiiviitä pakkauksia optimilujuuden ja jäykkyyden tai muiden seikkojen vuoksi. Tämän keksinnön mahdollistama, helposti muuntuva (helposti juokseva) matriisi mahdollistaa huomattavasti tiiviimmän lisämateriaalin järjestyksen kun mitä on aikaansaatu tunnetulla tekniikalla.

Varsinkin kuitujen liittäminen on erittäin mielenkiintoista johtuen matriisin ainutlaatuisesta kyvystä kiinnittää niitä. Tässä yhteydessä on mainittava, että keksinnön mukaisten artikkelien paljon tiiviimpi rakenne johtaa käytännöllisesti katsottuna kuitujen eristämiseen, jotka muussa tapauksessa joutuisivat matriisin aineosien tai ympäristön aiheuttaman kemiallisen hyökkäyksen kohteeksi. Keksinnön mukaisissa artikkeleissa käytetyillä kuiduilla saa olla minkälainen muoto tahansa, kuten pilkotut yksinkertaiset kuidut tai jatkuvat kuidut tai langat tai köydet, tai esikehrätyt tai lujat kuidut, tai kuituverkot tai -kankaat. Kuidun nimenomainen tyyppi ja muoto riippuvat sen nimenomaisesta käyttötarkoituksesta, yleisen periaatteen ollessa se, että mitä suuremmat ovat muotokappaleen dimensiot, sitä pidempiä ja karkeampia kuituja suositaan.

Hienojen kuitujen kiinnittymisen paraneminen mahdollistaa huomattavasti parantuneiden kuituyhdistelmämateriaalien valmistuksen, joka perustuu pilkottujen kuitujen suuremman määrän sekoittamiseen materiaaliin kuin tavallisiin matriiseihin perustuvissa materiaaleissa. j\uidun hyvän järjestäytymisen varmistamiseksi tunnetunlaiseen matriisiin on välttämätöntä, että pilkotuilla kuiduilla on tietty (suuri) pituus suhteessa halkaisijaan, ns. sivusuhde. Normaaleissa matriiseissa on kuitenkin vaikeata sekoittaa ja järjestää kuituja suurilla sivusuhteilla - ts. mitä pienempi sivusuhde on, sitä helpompi on lisätä kuituja ja järjestää ne sopivalla tavalla valumatriisiin, ja sitä suurempi tilavuus kuituja voidaan lisätä. Esimerkiksi pilkotut polypro-pyleenikuidut, joiden poikkipinnan dimensiot ovat n. 30 ^u ovat tavallisesti 12-25 mm pitkiä (sivusuhde yli 500) käytettäessä i! 17 72306 vahvikkeina tavallisissa sementtimatriiseissa. Samantyyppisten kuitujen paljon parempi käyttö on saatu aikaan keksinnön mukaisessa matriisissa, kuten esimerkissä 2 on kuvattu. Esimerkissä 2 on saatu hyvin edullinen kiinnittyminen ja sen tuloksena edulliset lujuusominaisuudet vaikka kuidun pituus oli vain 6 mm. Keksinnön mukaisessa matriisissa näyttää mahdolliselta alentaa pilkottujen kuitujen pituutta ja tästä johtuen sivusuhdetta tekijällä 10 tai sen yli (verrattuna normaalissa matriisissa käytettyjen ideaalisiin ja todellisten pilkottujen kuitujen sivusuhteisiin), ja tämän mukaisesti käyttää hyväksi tätä alentunutta sivusuhdetta lisäämällä suurempia määriä kuituja yhdistelmämateriaaliin ja/tai varmistamalla parempi kuitujen järjestys valumateriaalissa.

Yllä mainitut esimerkissä 2 käytetyt polypropyleenikuidut voidaan karakterisoida polypropyleenikuiduiksi, joiden vetolujuus on vähintään 4000 kp/cm^, kimmomoduuli vähintään7-10^ kg/cm^ ja murtovenymä enintään 8 %. Sellaisia kuituja voidaan valmistaa venyttämällä polypropyleenifilmiä vähintään suhteessa 1:15 filmin tullessa tällöin 10-60 ^u paksuksi, ja saattamalla venytetty materiaali 2-35 dtex kuituf il am enteiksi pyörivän neulan tai leikkurin avulla. Tämä tekniikka on esitetty saksalaisessa patenttihakemuksessa n:o P 28 19 794.6.

Tärkeimpien keksinnön mukaisten artikkelien joukossa on sellaiset artikkelit, joissa partikkelit B sisältävät vähintään 50 paino-% Portland-sementtipartikkeleita, ja varsinkin sellaiset artikkelit, joissa partikkelit B oleellisesti muodostuvat Port-land-sementistä. Tämä erittäin tärkeä ryhmä muotokappaleita (joiden lujuus on kuvattu esimerkissä) sisältävät tyypillisesti silikapölypartikkeleita 5-50 tilavuus-%, edullisesti 10-30 tilavuus-%, partikkelien A ja B kokonaistilavuudesta ja hiekkaa ja kiviä lisämateriaalina muodostaakseen erittäin korkealaatuista laastia tai betonia mekaanisen lujuuden, pakkasen kestävyyden jne. suhteen, ja/tai kuituja, etenkin metallikuituja mukaanlukien teräskuidut, mineraalikuidut, lasikuidut, asbestikuidut, korkeaa lämpötilaa kestävät kuidut, hiilikuidut ja orgaaniset kuidut mukaanlukien muovikuidut aikaansaaden kuitu-vahvisteisia tuotteita, joilla on yllä kuvatunlainen ainutlaatuinen kuitujen kiinnittyvyys. Mitä tulee kuituihin, jotka on 72306 18 altistettu kemialliselle rasitukselle, esimerkiksi voimakkaisiin aikalisiin olosuhteisiin saatetut lasikuidut, on tämän keksinnön tärkeä etu se, että sellaiset kuidut sekä materiaalin kovetuksen aikana että lopullisessa kovetetussa materiaalissa tulevat paljon paremmin suojatuiksi ympäristön vaikutuksia vastaan johtuen silikapölyn osittaisen liukenemisen aiheuttamasta alkalisen ympäristön neutraloitumisesta, ja johtuen mikro-tii-viistä ultrahienojen partikkelien ja koherentin rakenteen muodostamasta verhosta kuitujen ympärille, mikä hyvin oleellisesti edistää staattisia olosuhteita lasikuidun ympäristössä etenkin välttäen alkalisen materiaalin sekoittumista kuitua vasten lopullisessa kovettunessa materiaalissa.

Kun keksinnön mukaiset muotokappaleet ovat suuria, ne valmistetaan mielellään teräksellä, kuten teräslangoilla, -sauvoilla, -verkoilla tai -kuiduilla. Esijännitetyissä, keksinnön mukaisissa matriisiin liittyvissä konstruktioissa vahvikkeet ovat erittäin merkityksellisiä. Koska artikkelit voidaan muovata hyvin lievissä olosuhteissa, vahvikkeet säilyttävät geometrisen identiteettinsä muovausprosessin aikana. Ennestään tunnetussa tekniikassa oli tuskin mahdollista valmistaa kombinaatioita, joissa on yllä kuvatun matriisirakenteen lisäksi vahviketerästä, joka on säilyttänyt geometrisen identiteettinsä muovausprosessin aikana.

Sitovan matriisin lujuuden ja kuitujen ja sauvojen kiinnitty-vyyden matriisiin lisääntyessä voimakkaasti on mahdollista tuottaa uudenlaisia vahvistettuja ja kuitulujitteisia sementtipoh-jaisia artikkeleita ja materiaaleja: 1) Suuren vetolujuuden omaavia hauraita materiaaleja, jotka on saatu aikaan yhdistämällä korkealuokkaisia hienoja kuituja ja whiskerejä (suuren vetolujuuden ja kimmomoduulin omaavia kuituja ja whiskerejä, esimerkiksi lasikuituja, hiilikuituja, asbestia, A^O^-whiskerejä) väliaineessa suurena tilavuuskon-sentraationa sidosmatriisiksi.

2) Suuren vetolujuuden ja verrattain suuren rasituskestävyyden omaavat puolihauraat materiaalit, jotka on saatu aikaan yhdistämällä korkealuokkaisia suhteellisen hienoja kuituja, joilla 19 72306 on korkea vetolujuus ja suhteellisen alhainen kimmomoduuli väliaineessa suurena tilavuuskonsentraationa sidosmatriisiksi (esimerkiksi lujat polypropyleenikuidut ja Kevlar-kuidut).

3) Korkealuokkauset esijännitetyt vahvistetut artikkelit, joiden laatu on pääasiassa saatu yhdistämällä paljon suurempia tilavuuksia korkealuokkaisia terässauvoja tai vaijereita kuin tavallisesti käytetään (lujiteainetilavuuden, joka voidaan käyttää hyväksi, ollessa suoraan verrannollinen matriisin pu-ristuslujuuteen) tämän keksinnön mukaisessa uuden tyyppisissä matriiseissa. Tavallisessa esijännitetyssä betonissa esijännitetyn teräksen tilavuus on 1-2 % betonista.

Teräksen tilavuutta rajoittaa betonin puristuslujuus. Puristus-lujuuden lisääminen tekijällä 4 voitaisiin käyttää täysin hyväksi esijännitetyssä rakenneosassa varmistettaessa nelinkertainen taivutuskestävyys tai vähennettäessä rakenneosan korkeutta puoleen.

Sellaiset rakenneosat vaatisivat epärealistisen korkeita esijännitetyn teräksen tilavuuksia (4-8 %). Olisi myöskin mahdollista soveltaa parannettua matriisimateriaalia paljon pienemmän poikkipinnan omaaviin esijännitettyihin artikkeleihin kuin perinteisissä esijännitetyissä betoneissa, samalla kun vastaavasti käytettäisiin hienompia esijännitettyjä vahvisteita (ohuita vaijereita). Huolimatta suuresta ominaispinta-alasta, uusi tiivis matriisimateriaali suojaa vaijerit tehokkaasti kaikilta ympäristön vaikutuksilta.

4) Esijännittämättömät, vahvistetut betoniartikkelit, missä parempilaatuinen matriisimateriaali on ensisijaisesti hyödynnetty yhdistämällä paljon suuremman vetolujuuden omaavia teräs-sauvoja tai vaijereita kuin mitä on tavallisissa teräsvahvisteisissa betoneissa. Käytettäessä suurempia määriä tavallisia valmisteita paremman laatuisen matriisin saamiseksi jouduttaisiin monissa tapauksissa käyttämään epärealistisen suuria määriä vahvisteita. Korkealaatuisten tavallisessa betonissa käytettyjen vahvikesauvojen pinta on muotiltu niin, että se varmistaa niiden kiinnittymisen betoniin (muovatut sauvat; harjateräs; tentorteräs jne.). Sellaisten sauvojen lujuus, 900 MPa, ei ole yhtä suuri kuin parhailla kylmävedetyillä sauvoilla ja vaije- 20 72306 reillä, joita käytetään esimerkiksi esijännitetyssä betonissa, jonka lujuus on tyypillisesti 1800-2200 MPa. Toisaalta sileät vaijerit ja sauvat eivät varmista riittävää kiinnittymistä tavalliseen betoniin. Tämän keksinnön mukaisella sidosmatriisil-la aikaansaatu voimakkaasti parantunut kiinnittyminen mahdollistaa hyvin lujien, sileiden teräsvaijerien ja sauvojen käytön esijännittämättöminä vahvisteina. Käytettäessä täydellisesti korkealaatuista terästä on suuresta rasituksesta ja siitä aiheutuvista säröistä - joita esiintyy betonissa (kuten tavallisessa vahvistetussa betonissa) - johtuen suositeltavaa käyttää yllämainittua tekniikka rakenneosissa yhdessä hienojen lujite-aineiden kanssa särötyypin varmistuessa useiksi hienoiksi jakautuneiksi ohuiksi säröiksi.

Mainittu vahvistusmahdollisuus voidaan tietenkin kombinoida monilla tavoilla, esimerkiksi tekemällä ohut kuori puolihau-raasta vahvistetusta materiaalista suureen kantavaan rakenneosaan, tai käyttämällä korkealuokkaisia teräsvaijereitä toissijaisina vahvikkeina (asetettuna pääasiassa kohtisuoraan pää-vahvikkeeseen nähden) suurissa esijännitetyissä rakenne-osissa.

Erittäin suuresta tiheydestä ja mekaanisesta lujuudesta johtuen tämän keksinnön mahdollistama materiaali on hyödyllinen suurella alueella artikkeleita, joista esimerkkeinä ovat levyt tai ohutseinäiset laattamaiset tai aaltomaiset paneelit, kuten tunnettujen asbestituotteiden muotoiset levyt ja paneelit; putket; tuubit; tulenkestävät putkistot (esimerkiksi sovellettuna täydelliseksi putkistoksi) tai tulenkestävät putkistokompo-nentit (rakennuskivet tulenkestäviin putkistoihin); suojakannet (esim. suojaamaan muita materiaaleja kemiallisia vaikutuksia vastaan) kuten halvat teräksen kanssa soveltuvat suoja-kannet, esim. terästuubit tai -putket, tai tavallisten betoni-tuotteiden kanssa soveltuvat, kuten betonituotteiden jaloksi pinnaksi joka on vahva, hankausta kestävä, ja toimii tiivisteenä ympäristön vaikutuksia vastaan, suojakannet muuraustyössä, kiveyksissä ja teillä, käyttäen hyväksi samoja uuden keksinnön hyödyllisiä piirteitä, ja kattopaneelien ja tiilien suoja-katteet, tai säiliöiden päälliset; katemateriaali kuten katto-paneeli tai -tiili, sähköä eristävä rakenneosa; suoja radioaktiivista säteilyä vastaan (ydinreaktoreiden konstruktioihin 11.

72306 jne.)/ lattiarakenteissa vedenalaiseen käyttöön; säiliöihin ja paikan päällä valettaviin öljynporausreikiin; tai kantavina rakenneosina rakenteissa, joissa tarvitaan materiaalin ainutlaatuisia lujuusominaisuuksia ja sen vastustuskykyä sääolosuhteita vastaan, sellaisina kuten palkit, vuoraukset tai kolonnit tyypillisesti tehtynä vahvistetusta betonista, edullisesti esijännitetystä betonista. Vedenalaiset rakenteet, so. pallomaiset säiliöt, joiden tulee kestää suurta hydrostaattista painetta, edellyttävät hyvin lujaa ja kestävää sekä alhaisen permeabili-teetin omaavaa betonia.

"Polymers in concrete" ACI Publication SP-40-1973, p. 119-148, raportoi mallikoneista, jotka on tehty pienillä, halkaisijaltaan 40 cm, pallomaisilla kuorilla, jotka on valmistettu korkealaatuisesta polymeeri-impregnoidusta vedenalaiseen käyttöön tarkoitetusta betonista. Täydellinen impregnoituminen saatiin monimutkaisen tyhjäkuivaus-painekaasunpoisto-proseduurin avulla, mikä mentelmä käytännössä rajoittuu pieniin rakenneosiin. Tämän keksinnön mukaisilla materiaaleilla ja prosesseilla on nyt mahdollista tuottaa sellaisia suurikokoisia (halkaisijaltaan useita metrejä) rakenteita samanlaisella korkealuokkaisella materiaalilla yksinkertaista valmistustekniikkaa käyttäen.

Samalla kun edellä on käsitelty tietyssä laajuudessa tiivis-pakkautumista ultrahienojen partikkeleiden systeemissä, tämän keksinnön mukaisesti on havaittu että erittäin hyvät lujuusominaisuudet saadaan tiiviistipakkautuneilla Portland-sementti-ja ultrahienoilla järjestäytyneillä silikapölypartikkeleilla, jotka ovat homogeenisesti järjestäytyneitä sementtipartikke-leiden välisiin aukkoihin, mutta vähäisemmässä määrin kuin vastaavasti tiivispakkauksessa. Sellaisen systeemin, joka käsittää tiiviisti pakkautuneita Portland-sementtipartikkeleita tai Portland-sementti-partikkeleita ja samankokoisia sekä homogeenisesti tiiviisti pakkautuneiden partikkeleiden välisiin aukkoihin järjestäytyneitä ultrahienoja partikkeleita, uskotaan olevan sinänsä uusi ja sen on havaittu olevan saatavissa sen uuden teknologian avulla, joka sisältyy tähän ja jotka tässä tuodaan esille, muun muassa dispergoivan aineen äärimmäisen määrän käyttö, katso esimerkki 5, missä on saatu loistavat mekaaniset lujuusominaisuudet systeemissä missä oli ultrahienoja 22 72306 partikkeleita homogeenisesti jakautuneena tiiviisti pakkautuneessa sementtimatriisissa, mutta vähäisemmässä määrin kuin vastaavasti ultrahienojen partikkeleiden tiivispakkauksessa.

Tässä yhteydessä keksintö sisältää systeemit, missä homogeenisesti järjestäytyneen ultrahienon silikapölyn määrä on niinkin alhainen kuin 0,1 paino-% koska vielä pienillä määrillä hyvin jakautunutta silikaa on hyödyllinen vaikutus, mikä ilmenee lu-juus/silikapitoisuuskäyrän jyrkkänä kaltevuutena pienillä si-likapitoisuuksilla. Tämän vaikutuksen aikaansaamiseksi näillä hyvin pienillä silikamäärillä systeemi, josta rakenne tehdään, super-plastisoidaan, ts. se sisältää dispergoivaa ainetta, joka tekee massan helposti juoksevaksi alhaisessa, alle 5 kg/cm2, edullisesti alle 100 g/cm2 jännityskentässä. Samalla kun on tunnettua valmistaa tiettyjä tiiviitä materiaaleja ultrahienoista partikkeleista (silikapöly) ja hienosta, mutta helpomman kolloidisen käyttäytymisen omaavasta sementistä kuin Portland-sementti, ks. yllämainittua US-patenttia n:o 4 111 711, ei ole tunnettua käyttää näiden materiaalien parannettuja ominaisuuksia useiden hyvin tärkeiden teknologisten etujen saavuttamiseksi. Näitä etuja ovat esim. parantunut kuitujen kiinnittyvyys, parempi tiiviin, erittäin huokoisen materiaalin muovautuminen (kenno-betoni), tai edut esijännitetyille rakenteille jne.

Tämän lisäksi muut keksinnön näkökohdat käsittävät menetelmiä, jotka sallivat myöskin sellaisten artikkeleiden tuottamisen, joita ei ole voitu valmistaa tunnetulla tekniikalla, ja menetelmiä, jotka mahdollistavat tunnetun rakenteen omaavien artikkelien valmistuksen helpommalla tavalla kuin aikaisemmin tunnetut .

Lisäämällä ultrahienoja partikkeleita tiiviisti pakkautuneiden partikkelien väliin, esimerkiksi lisäämällä silika-partikke-leita, joiden ominaispinta-ala on 250 000 cm /g sementti-par-tikkeleiden väliin, sementti-partikkelien halkaisijan ollessa n. 5 yU, saadaan aikaan rakenne, joka lisääntyvästi vastustaa sisäistä aineen siirtoa virtaussiirtymässä (kaasu tai neste) partikkeleiden välillä, ja aineen diffuusiota huokosnesteessä.

Seraentti-silika-vesi-suspensoiden muovaamisen yhteydessä sisäinen nesteen siirto tuoreessa materiaalissa on ratkaisevan tärkeää. Viskoosia virtausta vastustava voima geometrisesti saman- 23 72306 laisten partikkelein systeemissä vaihtelee kääntäen verrannollisesti partikkelihalkaisijän neliöön.

Tämä tarkoittaa sitä, että nesteensiirtoon kulunu aika tietyn painegradientin vaikutuksessa kahdessa geometrisesti samanlaisessa partikkeli-nestesysteemissä, joissa partikkelikokojen suhde on 1:50 on 2500 kertaa suurempi hienorakeisessa systeemissä kuin systeemissä, jossa partikkelit ovat 50 kertaa niin suuria.

Samanlainen vaikutus saadaan aikaan täyttämällä huokostilavuus suurten partikkelien välissä ultrahienoilla partikkeleilla, koska pääasiallisesti huokosista aiheutuvien kanavien poikkipinnan dimensiot vastustavat virtausta.

Nämä seikat ovat hyvin tunnettuja ja on myöskin tunnetun tekniikan mukaista vähentää nesteensiirtoa sementti/vesi-systee-missä lisäämällä nk. täyteainetta veteen, jona täyteaineena on ultrahienot polymeeripartikkelit kuten "Methocell".

Lukitsevien pintavoimien hallitsevan vaikutuksen takia ei normaalisti ole mahdollista yhdistää 1) hyvin tiiviin oementti-pakkauksen ja 2) ultrahienojen partikkelien käyttöä hyvin juoksevassa vesisuspensiossa.

Kuitenkin erittäin suurella dispergoivan aineen, kuten super-plastisoijan, lisäyksellä tämä on mahdollista. Täten voidaan valmistaa (tiiviisti pakkautuneita sementtipartikkeleita sisältävää) helposti juoksevaa sementtipastaa, laastia ja betonia, jotka sisältävät 10-30 tilavuus-% silikapölyä laskettuna sementistä ja silikapölystä vesi/sementti + silika-suhteen ollessa 0. 15 - 20.

Tämä johtaa useisiin etuihin verrattuna tunnettuihin menetelmiin: 1. Erittäin helposti juoksevien sementtituotteiden valmistaminen ilman bleeding-ilmiötä (nesteen erottumista).

Tunnetussa korkealaatuisen betonin ja laastin tuotantotekniikassa käytettäessä suhteellisen suuria annoksia superplasti- 24 72306 soijaa voidaan valmistaa helposti juoksevia massoja, joilla on alhainen vesi/sementti-suhde (esimerkiksi 0,25). Massa kaadetaan muottiin missä se tiivistetään vetovoiman ja vaihtoehtoisesti myös mekaanisen tärinän vaikutuksessa. Kuitenkin tämän prosessin aikana raskaampi sementti, hiekka ja kivipartikkelit pyrkivät järjestäytymään vielä tiiviimpään pakkaukseen samalla kun vesi kulkeutuu ylöspäin, syntyy ns. bleeding-ilmiö.

Tämän mukaisesti sellaisille tunnetuille systeemeille, joissa on suhteellisen suuria superplastisoija-annoksia, käyttämällä hyvin tehokasta sementtidispersiota, merkittävä bleeding on normaalisti havaittavissa alhaisesta vesi/sementti-suhteesta huolimatta - varsinkin, jos prosessissa käytetään tärinää. Tämä ilmiö saattaa olla kriittinen esimerkiksi valettaessa betoni-tietä superplastisoidusta betonista, koska veden erottuminen johtaa pintalietteen suureen vesipitoisuuteen ja tämän vuoksi aikaansaa tien pinnan, jolla on huonompi laatu kuin aiotulla kulutuskerroksella. Sisäinen bleeding-ilmiö on myöskin kriittistä valettaessa superplastisjoijaa sisältävää vahvistettua betonia. Veden erottuminen saattaa tapahtua vahvikkeiden alapinnoilla, mikä heikentää vahvikkeiden kiinnittymistä ja alentaa kemiallista kestävyyttä.

Tämän keksinnön periaatteiden mukaisesti, lisäämällä ultrahie-noja partikkeleita, esimerkiksi 5-15 % silikapölyä, jolla on yllä mainittu partikkelikoko, tiiviisti pakkautuneiden sement-tipartikkeleiden väliin ja käyttämällä suurta annosta superplas-tisoijaa, saadaan aikaan bleeding-ilmiön voimakas viipymä, joka teoreettisesti vastaa 100-1000 kertaa hitaampaa veden liikkumista. Käytännössä tämä tarkoittaa sitä, että bleeding on vältetty, ottaen huomioon, että kemiallisen rakenteen muodostumisprosessi normaalisti alkaa ja etenee paljon nopeammin.

Toisin sanoen yllä mainitun keksinnön periaatteita käytettäessä, yhdistettäessä suuria annoksia superplastisoijaa silikapölyn kanssa, on mahdollista tuottaa erittäin juoksevaa, korkealaatuista betonia, laastia ja sementtipastaa ilman bleeding-ilmiötä. Tämä on erittäin mielenkiintoista esijännitettyjen konstruktioiden yhteydessä, missä yllämainittuja periaatteita voidaan käyttää korkealaatuisen, vettä erottamattoman, hyvin juoksevan li 72306 injektiolaastin (ohuen savilaastin) tuottamiseen, mikä suojaa tehokkaasti esijännitettyjä vahvikkeita ja varmistaa erittäin hyvän mekaanisen kiinnittyvyyden kuten alla on paljon yksityiskohtaisemmin selitetty.

2. Korkealuokkaisten sementtituotteiden valmistaminen alhaisessa jännityskentässä ilman nesteen siirtoa ympäristöön.

Tiettyjen sementtituotteiden, esim. asbestisementtipaneelien valmistamisessa tunnettu viimeaikainen tekniikka on joko liuku-valutekniikka (missä ylijäämäneste puristetaan ulos vesilietteestä suodattimien läpi, Magnani-prosessi, missä puristus tapahtuu vakuumissa) tai korkeapaineinen märän jauheen ruiskuvalu (mihin perinteinen täyteaine (Methocell) on lisätty nesteen siirtymisen estämiseksi massan ulostulossa ja sen seurauksena olevan partikkelin sisäisen lukkiutumisen aiheuttaman systeemin blokkiutumisen estämiseksi).

Kun suuria määriä superplastisoijaa lisätään massaan yhdessä ultrahienojen partikkelien kanssa, on keksinnön mukaisesti mahdollista valmistaa tällaisia materiaaleja alhaisessa jännitys-kentässä yksinkertaisella valssausprosessilla tai ruiskuvalulla ilman nesteen siirtoa ympäristön kanssa.

Samalla kun näyttäisi mahdolliselta käyttää samanlaisia valssausta! ruiskuvaluprosesseja sementtimateriaaleille, joissa on mukana suuria määriä betonin plastisoijaa mutta ei tämän keksinnön mukaisia ultrahienoja partikkeleita, saattaisi tällaisilla materiaaleilla olla - vaikka ne mahdollisesti olisivat helposti juoksevia alhaisella vesi/jauhesuhteella (mutta ei aivan niin alhaisella, kuin ultrahienojen, hyvin dispergoitujen partikkelien yhteydessä) - sementtipartikkeleiden suuretessa koosta johtuen merkittävä taipumus paikalliseen veden erkanemiseen jännitysvyöhykkeessä, kuten valssauksessa ja ruiskuvalussa, mikä johtaa partikkelien blokkiutumiseen. Tämä on huomattu käytännössä laboratorioekstruuderilla suoritetuissa kokeissa superplastisoijalla, hienorakeisella sementillä ja superplasti-soidulla tavallisella sementillä, jossa on lisänä sementtiä hienompaa, mutta yllämainittua ultrahienoa silika-pölyä melkoisesti karkeampaa täyteainetta. Molemmissa tapauksissa materiaa- 26 7 2 3 0 6 li käyttäytyi hiekkamaisesti eikä sitä voitu blokkiutumisen takia ruiskuvalaa.

Keksinnön mukaisessa superplastisoidussa sementtisysteemissä, johon on lisätty ultrahienoa silikajauhetta, veden etottumisen viive vastaa tekijää, joka on kertaluokkaa 100-1000 (laskettuna teoreettisista olosuhteista). Suuria määriä superplastisoijaa sisältävän sementtisilikamateriaalin ulkonäkö on valssauksen aikana sitkeän viskoottista ja koossapysyvää, kun taas vastaava superplastisoitu tuote, jossa ei ole ultrahienoa silikajauhetta näyttää kitkaiselta materiaalilta, jolla on taipumus paikalliseen veden erottumiseen, mikä johtaa valssauksen ja ruiskuvalun aikana partikkelien blokkiutumiseen.

3. Helposti juoksevan, suuren sisäisen koherenttisuuden omaa-vien materiaalien valmistus:

Helposti juoksevat superplastisoidut sementtimateriaalit, jotka sisältävät ultrahienoja silikapartikkeleita, ovat eräs tämän keksinnön aspekteista ja osoittavat paljon parempaa sisäistä koherenttisuutta kuin vastaavat superplastisoidut helposti juoksevat sementtimateriaalit, joissa ei ole ultrahienoja silikapartikkeleita. Tämän uskotaan johtuvan siitä tosiasiasta, että paikallinen nesteen siirtyminen, mikä johtaa erottumiseen, on voimakkaasti vähentynyt materiaaleissa, joissa on ultrahienoja partikkeleita.

Monia etuja saavutetaan tällä tavalla. Esimerkiksi merkittävästi parantuneet mahdollisuudet tuottaa vedenlaiseen käyttöön betonia yksinkertaisesti valamalla tuore betoni veteen.

Tämä menetelmä on sinänsä tunnettu ja sitä on erityisesti kehitetty käyttämällä superplastisoivia lisäaineita (ilman ultra-hienoa jauhetta). Käyttämällä ultrahienoa, hyvin dispergoitu-nutta silikajauhetta tämän keksinnön mukaisesti, prosessi on paljon mielenkiintoisempi ja tuo mukanaan vastaavasti laajentuneen potentiaalisen käyttöalueen.

Vastus sisäiseen nesteensiirtoon kasvaa karheiden partikkelien välisissä aukoissa olevien ultrahienojen partikkeleiden pakkau- 72306 27 tumistiheyden myötä. Täten oletetaan, että fluidisoituneet jauhemateriaalit, jotka käsittävät hyvin dispergoitunutta o

Portland-sementtiä (s = 4000 cm /g) ja silikapölyä, osoittavat merkittävästi parempaa sisäistä koherenttisuutta, suurempaa vastusta sisäiseen nestevirtaukseen ja veden erottumiseen, ja parempaa prosessoituvuutta levityksessä ja ruiskuvalussa sili-kapölypitoisuuksilla 20-40 tilavuus-% kuin 5-10 tilavuus-%. Kuitenkin tähän mennessä saadut kokemukset osoittavat, että jopa hyvin pienillä määrillä ultrahienoa silikapölyä (tyypillisesti 1-5 %) lisättynä tiiviisti pakkautuneiden partikkeleiden B väliin, erityisesti tiiviisti pakkautuneissa Portland-sement-ti-rakenteissa saattaa olla merkittävä parantava vaikutus verrattuna samanlaisiin materiaaleihin ilman silikapölyä.

Muita tämän keksinnön mukaisia tärkeitä alueita ovat kuivuneen laastin kanava- ja murtumatäytteet.

Täytelaasti sisältää normaalisti sementtiä ja vettä, ja tavallisesti lisäaineet sen suorituskyvyn parantamiseksi. Täytettäessä kanavia jälkijännitetyissä betonisissa rakenneosissa, kaksi pääasiallista seikkaa on jänteiden korroosionesto ja esijännitetyn teräksen ja betonin välisen sidoksen ylläpito. Täytteenä käytettävän laastin tärkeimpiä ominaisuuksia ovat sen pum-pattavuus kanaviin, juoksevuus ja veden säilyttämiskyky (alhainen bleeding).

Juoksevuus on oleellisesti vesi/sementti-suhteen funktio. Vesi-pitoisuuden alentuminen johtaa jäykempiin, juoksemattomampiin seoksiin, minkä vaikutus on merkittävämpi pienillä vesi/sement-ti-suhteilla. Tavallisesti hyvän laastin vesi/sementti-suhde on välillä 0,35-0,50. On olemassa useita lisäaineita, kuten dispergoivia aineita, jotka tietyillä vesi/sementti-suhteilla parantavat laastin juoksvuutta, tai vaihtoehtoisesti alentavat vesi/sementti-suhdetta tietyn juoksevuuden saavuttamiseksi, mutta niiden vaikutus muihin laastin ominaisuuksiin, varsinkin bleeding-ilmiöön, usein rajoittaa niiden käyttöä.

Ennen kuin täytelaasti kuivaa, vesi saattaa erottua seoksesta kiinteiden partikkelien ollessa vettä painavampia - mistä usein käytetään termiä "bleeding". Tämä saattaa mm. johtaa erittäin 28 72306 epäedullisiin vesisulkeutumiin esijännitetyn teräksen alapinnoille. Bleeding lisääntyy vesi/sementtisuhteen ja dispergoivan aineen määrän kasvaessa (esim. paljon betonin superplastisoi-jaa sisältävässä juoksevassa sementtipastassa, jossa vesi/sement-ti-suhde on 0,25, on merkittävä bleeding alhaisesta vesi/se-mentti-suhteesta huolimatta). On olemassa anti-bleeding-lisä-aineita, jotka aikaansaavat tiksotrooppisia seoksia joissa ei käytännöllisesti katsoen ole bleeding-ilmiötä. Mikään niistä ei kuitenkaan tähän asti ole sopinut yhteen helpon juoksevuu-den ja hyvin alhaisen vesi/sementti-suhteen kanssa. Edelleen useimmat näistä ovat selluloosapohjaisia eettereitä, mitkä alentavat lujuutta ja pidentävät kuivumisaikoja. Tämän keksinnön mukaisella laastilla (esimerkiksi sementti/silika-Mighty-laastilla, jossa vesi/sementti + silikapöly-suhde on 0,15-0,18) saavutetaan seuraavaa: 1) Paljon tiiviimpi ja vahvempi laasti kuin tähänastiset, joilla on lisäksi parempi kyky kiinnittää esijännitettyä terästä (todennäköisesti vastaten tekijää 4-10, ks. esim. 10) ja suojata terästä korroosiolta, 2) laastin ollessa erittäin pienestä vesi/jauhe-suhteesta huolimatta helposti juoksevaa ja sopivaa pumpattavaksi kanaviin niiden täyttämiseksi käytännöllisesti katsoen ilman bleeding-ilmiötä, lisäaineiden (ultrahienojen epäorgaanisten partikkelien kuten silikapölyn ja betonin superplastisoijän) olematta vahirgol-lisia laastin kuivumiselle vaan päinvastoin edullista, 3) aikaansaaden erittäin suuren nopeasti saavutettavan lujuuden .

Lisäksi sanenttipastan hydraatiokutistuminen vesi/j.auhe-suhteil-la 0,15-0,20 on huomattavasti pienempi kuin sellaisten pastojen, joiden vesi/sementti-suhde on 0,35-0,50. Tämä tarkoittaa sitä, että laajenemista aikaansaavat lisäaineet, joita usein käytetään täytelaasteissa korvaamaan kutistumista, eivät ole ollenkaan välttämättömiä.

Kanaviin ruiskutettu laasti jälki-jännitetyn betonin yhteydessä ei tavallisesti sisällä karkeampia partikkeleita (hiekkaa), koska n 29 72306 se heikentäisi massan virtausta. Keksinnön mukainen laasti voi perinteisten laastien tavoin olla ilman hiekkaa tai muita lisättyjä kappaleita, Kuitenkin keksinnön mukaisen virtaavan massan voimakkaasti parantunut koherenssi, käytännöllisesti katsoen ilman bleeding-ilmiötä, mahdollistaa hiekan lisäämisen laastiin saaden siinä aikaan vielä jäykemmän kovettumisen rakenteen samalla säilyttäen laastin helposti virtaavana. Tämä on esitetty kokeessa (esimerkki 11), missä juokseva, koherentti sementtisilikalaasti, joka sisältää hiekkaa (aina 4 mm partikkeleita) , valettiin n. 2,5 metriä pitkään ja hyvin kapeaan kanavaan (18 mm halkaisija) pääasiallisesti painovoiman avulla muodostaen siellä hyvin tiiviin rakenteen.

Hyvin samalla tavalla keksintö mahdollistaa huomattavasti paremman esipakatun betonin valmistamisen (missä etukäteen asetettujen kivien aukot täytettiin juoksevalla laastilla). Tämän keksinnön mukaisen, vettä erottamattoman, hyvin juoksevan laastin aikaansaamat parannukset voidaan hyödyntää sekä kuivava-lussa että vedenalaisessa valussa.

Keksintö koskee myös uusia yhdistelmämateriaaleja yllä kuvatunlaisten artikkelien valmistamiseen, ja tällaisesta materiaalista tehtyjä muotokappaleita. Keksinnön mukainen yhdistelmämateri-aali on määritelty oheisessa patenttivaatimuksessa 18.

On huomattava, että vaikka pinta-aktiivisen dispergoivan aineen määrä on määritelty toteamalla ehdot, jotka tulee olla täytetty, jotta määrä on riittävä dispergoimaan partikkelit alhaisessa jännityskentässä (mikä ilmaistaessa toisella tavalla osoittaa pinta-aktiivisen dispergoivan aineen erittäin suuren määrän käyttöä), tämä ei tarkoita, että yhdistelmämateriaalia on välttämättä käytettävä alhaisessa jännitystilassa, sitä voidaan käyttää myös suuremmassa jännitystilassa. Artikkelit, joissa on tiiviisti pakkautuneita superhienoja partikkeleita, saadaan yllä kuvatun tyyppisistä yhdistelmämateriaaleista, missä partikkelit A ovat siinä tilavuudessa, joka olennaisesti vastaa tiivispakkausta, ja täyttävät partikkeleiden B välisen aukon, kun partikkelit B ovat tiiviisti pakkautuneet.

30 72306

Pinta-aktiivista dispergoivaa ainetta on sellainen määrä, mikä sallii partikkeleiden A tiivispakkauksen alhaisessa, alle 5 kg/cm , mieluummin alle 100 g/m , jännitystilassa ja dis-pergoivan aineen ideaalinen määrä vastaa oleellisesti sitä määrää mikä täysin peittää partikkelien A pinnan. Kuviossa 2 on esitetty ultrahienoja silikapartikkeleita, joita peittää kerros dispergoivaa ainetta, nk. superplastisoijaa "Mighty", jonka koostumus on kuvattu alla. Oletettaessa, että super-plastisoija on absorboitunut tasaiseksi kerrokseksi silika-pallojen pinnalle laskettu paksuus verrattuna myös nyt tehtyihin kokeisiin, oli 25-41 A, mikä vastaa 14-23 prosentin tilavuutta palloista laskettuna. On myös huomattava, että dispergoivan aineen ylimäärä (mikä jää yli peitettyään ultra-hienojen partikkelien pinnan) ei ole edullinen ja käyttää liian paljon tilaa yhdistelmämateriaalissa.

Mitä tahansa dispergoivaa ainetta, varsinkin betonin superplas-tisoijaa, mikä riittävästi dispergoi systeemiä alhaisessa jännitystilassa, voidaan käyttää keksinnön mukaisessa menetelmässä.

ϋ 72306

Kokeissa käytetty ja esimerkeissä kuvattu betonin superplasti-soija, jota käytetään arvokkaiden tulosten saamiseksi Portland-sementtipohjaisissa systeemeissä, käsittää alkali- ja maa-alka-limetallisuoloja, varsinkin korkeasti kondensoidun naftaleeni-sulfonihappo/formaldehydikondensaatin natrium- ja kalsiumsuo-loja. Kondensaatti käsittää tyypillisesti yli 70 paino-prosentti-sesti molekyylejä, joissa on 7 tai useampia naftaleen.i ytimiä. Tämän tyyppistä kaupallista tuotetta "Mighty" valmistaa Kao Soap Company, Ltd., Tokio, Japani. Keksinnön mukaisissa Portland-sementtipohjaista silikapölyä sisältävissä yhdistelmämateriaa-leissa tämän tyyppistä betonin superplastisoijaa käytetään 1-4 paino-%, etenkin 2-4 paino-%, laskettuna Portland-sementin ja silikapölyn kokonaismäärästä. Tämän tyyppiset yhdistelmä-materiaalit sisältävät usein hienoja lisäpartikkeleita, joilla on sopiva koko ja kokojaukautuma yhdessä Portland-sementtipar-tikkelien kanssa, kuten esimerkiksi hienoa hiekkaa, lentotuh-kaa, liitujauhoa, aikaansaamaan vieläpä tiiviimmän, binäärisen partikkeleista B muodostuneen rakenteen yllämainittujen periaatteiden mukaisesti.

Kun lisämateriaalia C ei ole mukana tai se muodostuu hiekasta ja/tai kivistä, yllämainittua karakterisointia muutoin vastaava yhdistelmämateriaali saattaisi vastata yllämainittuja US-patentista n:o 4 111 711 tunnettuja erittäin tiiviitä yhdistel-mämateriaaleja eikä olisi tämän keksinnön mukainen. Kun kuitenkin yllä määritelty yhdistelmämateriaali sisältää lisämateriaalia, mikä ei ole hiekkaa tai kiviä, oletetaan sen olevan uusi, ja sekä suhteessa ainutlaatuiseen muovautumiseensa ja työstettävyyteensä, kuten edellä ja myöhemmissä esimerkeissä kuvataan, ja suhteessa helppoon kiinnittyvyyteensä ja sen jälkeiseen lopullisessa muodossaan erittäin tehokkaaseen kaikenlaisen lisätyn materiaalin mikro-lukitsemiseen ja mikrover-hoomiseen, sillä näyttää olevan ainutlaatuisen edullisia ominaisuuksia, joita ei aikaisemmin ole raportoitu tai osoitettu millekään materiaalille, ja täten tällaiset uudet ja erittäin hyödylliset yhdistelmämateriaalit ovat tärkeitä aspekteja tälle keksinnölle.

Erittäin mielenkiintoisia uusia keksinnön mukaisia yhdistelmä-materiaaleja ovat Portland-sementtiin pohjautuvat 32 7 2 3 0 6 materiaalit, jotka sisältävät lisämateriaalina seu-raavaa: polystyreeni polystyreenihelmet mukaanlukien, paisutettu savi, ontot lasikappaleet lasipallot mukaanlukien, paisutettu savikivi, perliitti, luonnollinen kevyt betonin täyteaine, kaasukuplat, kuidut mukaanlukien metallikuidut kuten te-räskuidut, muovikuidut, lasikuidut, Kevlar-kuidut, asbestikuidut, selluloosakuidut, mineraalikuidut, korkeaa lämpötilaa kestävät kuidut ja whiskerit. Sisältäen epäorgaanisia ei-metalli-sia whiskerejä, kuten grafiitti, A^O^- ja metallisia whiskere-jä, kuten rauta-whiskerejä, raskaita komponentteja kuten ba-ryytti- tai lyijy- tai lyijypitoisia mineraaleja ja vetypitoi-sia komponentteja kuten onttoja vedellä täyttyneitä partikkeleita. Kun yhdistelmämateriaali on Portland-sementti-perustai-nen, so. sisältää vähintään 20 paino-% Portland-sementtipar-tikkeleita partikkeleina B, hiekkaa ja/tai kiveä yksittäisinä lisäkappaleina, tuloksena on tärkeä uusi laasti ja betonisia yhdistelmämateriaaleja.

Tämän keksinnön tärkeämpiä yhdistelmämateriaaleja ovat ne materiaalit, joissa partikkelit A ovat silikapölypartikkeleita omi- naispinta-alaltaan noin 50 000 - 2 000 000 cm2/g, erityisesti 2 noin 250 000 cm /g ja partikkelit B sisältävät vähintään 50 paino-% Portland-sementtiä. Näissä yhdistelmämateriaaleissa dispergoiva lisäaine on edullisesti betonin superplastisoija aiheuttaen suuressa määrin yllä määritellyn dispergoivan vaikutuksen .

Yllä käsiteltyjen periaatteiden mukaisesti yhdistelmämateriaa-lilla, jota käytetään tämän keksinnön mukaisiin tuotteisiin, on hyvin alhainen suhde veden ja sementin seka mahdollisten muiden partikkeleiden B + silikapöly välillä tämän painosuhteen ollessa 0,12-0,30, edullisesti 0,12-0,20, ja silikapölyä voi olla mukana 0,1-50 tilavuus-%, edullisesti 5-50 tilavuus-%, erityisesti 10-30 tilavuus-% partikkeleiden A ja B yhteistila-vuudesta.

Tämän keksinnön erityisaspektin mukaisesti yhdistelmämateriaa-lia pakataan ja kuljetetaan kuivana jauheena ja nesteen, tyypillisesti veden, lisäys tehdään työmaalla. Täten dispergoiva aine on kuivassa tilassa yhdistelmämateriaalissa. Tällainen kek- 72306 33 sinnön yhdistelmämateriaali tarjoaa sen edun, että se voidaan tarkasti punnita ja sekoittaa valmistajan toimesta - lopullinen käyttäjä vain lisää nestettä määrätyn määrän ja sekoittaa ohjeen mukaisesti, so. esimerkissä 2 kuvatulla tavalla. Tätä keksinnön aspektia voidaan luonnehtia yhdistelmämateriaaliksi, josta valmistetaan muotokappaleita (käsittäen sellaiset muoto-kappaleet kuten kanavatäytteet jne., yllä olevan mukaisesti).

Keksintö koskee myös menetelmää muotokappaleiden tuottamiseksi, joka menetelmä on määritelty oheisessa patenttivaatimuksessa 27.

Myöskin tämän menetelmän yhteydessä yllä määritelty alhainen jännitystila määrää käytettävän dispergoivan aineen määrän eikä välttämättä tarkoita sitä, että prosessi itse asiassa on suoritettu alhaisessa jännitystilassa. Kuitenkin se, että prosessi voidaan suorittaa alhaisessa jännitystilassa on yksi sen eduista. Massan muotoilussa käytetään jännitystilana: massaan vaikuttavaa painovoimaa kuten pehmeän massan itselevittymistä, ulkopuolisia massaan vaikuttavia voimia kuten keskipakoisva-lussa, tai kontaktivoimia kuten painetiivistyksessä, valssauksessa tai ruiskuvalussa, tai kahden tai useamman yllä mainitun voiman samanaikaista vaikutusta kuten yhdistetyssä tärinässä ja painetiivistyksessä. Myöskin tärinää taajuudella 0,1-10 Hz voidaan käyttää massan muovaamisessa, värähtelevien voimien ollessa yllämainitun tyyppisiä, kuten mekaanisen tai hydrauli- 34 72306 sen vibraattorin aiheuttamat voimat. Tällaisia värähteleviä voimia voidaan myöskin yhdistää värähtelemättömiin voimiin kuten yhdistetyssä tärinä- ja painetiivistyksessä.

Tavallisimmin prosessissa käytettävä neste on vesi, ja disper-goiva aine lisätään usein yhdessä veden kanssa ts. dispergoiva aine lisätään vesiliuoksenaan. Mutta on myöskin keksinnön mukaista lisätä vesi yksinään ja dispergoiva aine veden kanssa sekoitusprosessiesa. On tyypillistä, että ylläkuvatunlaisella seoksella on hyvin "kuiva" ulkomuoto sekoitusvaiheen aikana kunnes se muuttuu viskoottiseksi plastiseksi massaksi. Tämä "kuivuus" johtuu alhaisesta nestepitoisuudesta.

Keksinnön mukaisten muotokappaleiden valmistustekniikan täytyy soveltua luonnollisesti tietyn tyyppisille kysymyksessä oleville yhdistelmämateriaaleille ja tietyn tyyppisille muotokappaleille. On kuitenkin olemassa joitakin yleisiä trendejä: 1) Matriisin jauheiden (partikkelit A ja B) pitäisi mielellään olla niin disperssejä kuin mahdollista ennen kuin ne sekoitetaan massaksi. Jos partikkelit eivät kuivassa tilassa ole riittävän disperssejä, esim. partikkelit A ovat aggregaatteina, on sovellettava jonkinlaista hajotusta kuten jauhamista.

2) Sekoituksen täytyy varmistaa homogeeninen kiinteiden partikkelien A ja B keskinäinen jakautuminen. Tämä voidaan saada aikaan kuivalla sekoituksella tai märällä sekoituksella, jossa nesteen ja partikkelien A tai B esisekoite on suoritettu vastaavasti jäljellä olevan partikkelityypin kanssa. Tämä sekoitus-vaihe voidaan suorittaa lisämateriaalin C kanssa tai sitä ilman. Esimerkeissä, jotka pääasiallisesti käsittelevät Portland-se-mentti-silikapölysysteemejä, käytetään kuivasekoitustekniikkaa. Esimerkeissä betonin ja laastin kanssa lisätään hiekkaa ja kiviä kuivaan seokseen.

3) Nesteen lisääminen, joko kuivasekoitettuun jauheeseen (partikkelit A + B) tai partikkeleihin A tai B esisekoitettaessa kohdassa 2) kuvattua märkää lietettä, voidaan tehdä joko lisäämällä jauhe nesteeseen (mieluummin voimakkaasti sekoittaen) tai neste jauheeseen (mieluummin voimakkaasti sekoittaen). Se mitä ti 35 7 2 3 0 6 menetelmää käytetään riippuu kokemuksista. Kuitenkin nykyisin uskotaan, että (valmistettaessa) suhteellisen helposti juoksevaa massaa hyvin disperssistä jauheesta, helpoin tapa on suorittaa sekoitus lisäämällä disperssijauhe sekoitettuun nesteeseen, tällöin vältetään neste-meniscuksen syntyminen partikkelien väliin, mikä tapahtuisi vastakkaisissa prosesseissa, joissa jauheeseen lisätään pieniä määriä nestettä. Toisaalta, kun sekoitettuun nesteeseen lisätään huonosti disperssi ultrahie-nojauhe, se ei mahdollisesti hajoa riittävästi sekoituksen vaikutuksesta, vaikkakin dispergoivaa ainetta käytettäisiin lisänä. Tässä tapauksessa nesteen lisääminen jauheeseen voimakkaasti muokaten on edullisempaa, koska muokkaaminen dispergoivan aineen mukana ollessa aiheuttaisi erittäin merkittävän dispergoivan vaikutuksen. Esimerkeissä (mitkä pääasiallisesti perustuvat Portland-sementti + silikapölyyn) sovellettiin nesteen lisäämistä jauheeseen muokkauksen/sekoituksen aikana (melko kohtuullisella leikkausjännityksellä, joka on n. 100 - 1000 g/cm2. Useimmille juokseville materiaaleille (laasti ja sementti vesi/(sementti + silika)-suhteen ollessa 0,18-0,20 paino-%) uskotaan vastakkaisen tekniikan soveltuvan yhtä hyvin. Jäykemmille seoksille (kuituja sisältäville ruiskuvalupastoille, joiden vesi/(sementti + silika)-suhde on 0,13-0,15 paino-%, vastakkaisen tekniikan ei uskota soveltuvan ollenkaan; näissä tapauksissa sekoituksen tärkeä osa tapahtuu ekstruuderissa, missä suhteellisen suuri muokkautuminen tapahtuu (alueella 1 kg/cm2).

4) Dispergoivaa ainetta ei välttämättä tarvi lisätä liuoksena nesteeseen (se saatetaan lisätä sekoitettuna kuivana partikkelien A ja B kanssa). Joissakin systeemeissä on edullista kostuttaa partikkelien pinta osalla nestettä ennen dispergoivaa ainetta sisältävän liuoksen lisäämistä, niin kuin tunnetussa tekniikassa on suositeltu superplastisoiduille Portland-sementti-sus-pensioille. Näin tehtiin myöskin esimerkeissä kuvatuissa sement-ti-silikakokeissa, lukuunottamatta esimerkkiä 11. On kuitenkin huomattava, että hyvin tiiviin märän seoksen sekoitusaika saattaa olla merkittävästi pidentynyt verrattuna perinteiseen sekoitukseen. Näin on varsinkin suhteellisen jäykille seoksille (ruiskuvalettu pasta vesi/(sementti + silkkapöly)-suhteella 0,13-0,15 kts. esimerkki 2) ja keskijäykille seoksille (vesi/-sementti + silikapöly)-suhteella 0,15-0,16, esim.3 ja 9), joi- 36 72306 loin sekoitusajat ovat vastaavasti 5 ja 15 minuuttia, ja oli välttämätöntä muuttaa koostumusta melkein kuivasta massasta vastaavasti tahmeaksi, ja juoksevaksi ja virtaavaksi massaksi. Betonille, jonka vesi/(sementti + silika)-suhde on 0,18, se-koitusaika myöskin pitenee, mutta ei yhtä mainittavasti kuin hyvin alhaisilla vesi/jauhesuhde-systeemeillä. On uskottavaa, että dispergoivan aineen molekyylien paikallinen siirtyminen tiiviisti pakkautuneiden kiinteiden partikkelien pintaan ja pintojen välillä on prosessissa aikaa kuluttava tekijä (tämän siirtymisen ollessa sitä vaikeampi mitä pienempi on vesi/jauhe-suhde). Materiaalin koostumus on hyvin herkkä nesteen määrälle. Siten hyvin pieni nesteen lisäys saattaa muuttaa koostumuksen jäykästä tahnamaisesta helposti juoksevaan. Superplastisoidussa sementti-silikaseoksessa tämä muutos saavutetaan muuttamalla vesi/(sementti + silkapöly)-suhdetta 0,14:sta 0,18:aan.

Dispergoivan aineen lisääminen kuivana jauheena kuivaan seokseen ennen veden lisäystä näyttää olevan yhtä arvokas menetelmä keksinnön mukaisen valumas.san valmistamisessa. Tämä on demonstroitu esimerkissä 11, missä tätä proseduuria käytettiin, jolloin tuloksena oli oleellisesti samalla tavalla virtaava ja samannäköinen laasti kuin tehtäessä lähes samoista komponeteista, mutta sekoitettuna yllä kuvatulla tavalla lisäämällä dispergoivaa ainetta liuoksena esisekoitettuun seokseen (kts. esimerkki 9, seos n:o 1).

Mille tahansa erityiselle systeemille on olemassa kyllästysta-so superplastisoijan suhteen, minkä yläpuolella superplastisoi-jan lisäämisestä ei ole mitään hyötyä. Tämä kyllästyspiste kasvaa vesi/sementti + silikapöly-suhteen laskiessa. Tämän tason yläpuolella materiaali ei ole herkkä dispergoivan aineen määrälle .

5. Kappaleiden C lisäys voidaan tehdä missä suoritusvaiheessa tahansa, kuten kuivasekoituksessa tai märkäsekoituksen jälkeen jne. Tekniikka, jota suositellaan käytettäväksi erityisissä tapauksissa, on riippuvainen lisäkappaleiden C luonteesta ja on käytännön sanelema. Betonin ja laastin ollessa kyseessä on tärkeää taata lisätyn hiekan ja kiven suhteellisen tiivis pakkautuminen, jotta taattaisiin suhteellisen pienen aukon muodostu-

II

37 72306 minen, mikä on täytettävä tämän keksinnön mukaisella tiiviillä sidematriisilla. Mikäli lisätään hienoja kuituja, tavanomaista tekniikkaa, kuten täristyssekoitusta, lapiosekoitusta ja vai-vaussekoitusta voidaan soveltaa. Lisättäessä jatkuvia kuituja tai lankoja tai "esijännitettyjä" kuituja kuten kuituverkkoja tai kudoksia tunnetun tekniikan mukaisesti, arvokas kuitujen suuntaus ja järjestyminen on saatavissa. Aivan yleisesti, samaa tekniikkaa voidaan käyttää lisäkappaleiden liittämisessä keksinnön mukaisissa matriiseissa kuin tunnetuissa matriiseissa, mutta partikkelien välisten huomattavien lukkiutuvien pintavoimien takia on yleisesti ottaen helpompaa saada tehokas liittyminen.

6. Valaminen, mukaan lukien tiivistäminen, voidaan toteuttaa alhaisessa jännitystilassa, kuten yllä on mainittu. Tämä uudentyyppinen materiaali sopii siirrettäväksi pumppaamalla johtuen siitä, ettei vesi erotu, ja massan viskoosiominaisuuksista. Koska valumassa sisältää kuitenkin erityisiä aineita, joissa ei ole tosiasiassa yksittäisten partikkeleiden välillä lukkiuttavia pintavoimia, täristyksellä - erityisesti korkeataajuisella tä-ristyksellä - voidaan myötävaikuttaa valamiseen, koska vierekkäisten partikkelien sijainnin molemminpuolinen värähtely helpottaa merkittävästi virtausta.

7) Keksinnön mukaisten materiaalien kovettaminen eroaa vastaavien vähemmän tiiviisti pakkautuneista matriiseista valmistettujen artikkelien kovettamisesta kahdessa suhteessa:

Ensinnäkin, koska rakenne on tiiviimmin pakkautunut, kovettuminen on nopeampaa (nopeammin saavutettu lujuus). Toiseksi, kovettumiseen voidaan vaikuttaa melko suurella määrällä disper-goivaa ainetta, mikä on välttämätön spesifisen rakenteen saavuttamiseksi. Portland-sementti-silika-Mighty-systeemissä saavutettiin nopea lujuus, mutta samalla havaittiin melkoinen kovettumisen viivästyminen (4-8 tuntia). Varsinaisille Portland-sementti-silika-Mighty-systeemeille on osoitettu, kuten olisi voitu olettaa odotetusti tehdyn kalsiumsilikaattihydraattira-kenteesta, että erittäin hyvä laatu voidaan saada suorittamalla kovettaminen 20°C, 80°C tai 200°C:ssa (autoklaavissa), mikä tarkoittaa sitä, että uutta matriisia voidaan käyttää perinteisessä matalalämpÖtilaisessa kovetuksessa, lämpökovetuksessa ja au- 38 72306 toklaavikäsittelyssä. Lämpökovetus (mikä normaali betonissa johtaa hieman pienempään lujuuteen kuin matalalämpötilaisessa kovetuksessa) todennäköisesti näyttää olevan lupaavin kovetus-tekniikka keksinnön mukaiselle materiaalille.

Yllä esitetyn mukaisesti prosessissa mukana olevan nesteen tilavuus on edullisesti sellainen, että sitä ei oleellisesti poistu massasta muovauksen aikana, mikä johtaa useisiin etuihin verrattuna tunnettuun prosessiin, missä nestettä (tyypillisesti vettä) poistuu lietteestä muovausprosessin aikana, tyypillisesti jonkinlaisen suodatuspuristusoperaation aikana.

Samalla kun keksinnön mukaisen prosessin voidaan sanoa olevan täysin uutta teknologiaa, sitä voidaan pitää myöskin olemassa olevan teknologian arvokkaana modifiointina. Esimerkiksi valmistettaessa kuitusementtituotteita Magnani-prosessin mukaisesti, muovaus (laimeasta sementti/kuitu/vesi-lietteestä) suoritetaan valssauksella samanaikaisesti imien poistuvaa vettä. Lisättäessä ultrahienoja partikkeleita ja erittäin suuria määriä dispergoivaa ainetta prosessoituvaan massaan tämän keksinnön periaatteiden mukaisesti, näitä tunnettuja teknologioita voidaan modifioida aikaansaamaan ruiskuvalulla tai valssauksella muovauspaineessa aina 100 kg/cm2, (vieläpä tiiviimpi) materiaali viskoottisesta/plastisesta massasta, jolla jo on lopullinen alhainen vesipitoisuus niin, että käytännöllisesti katsoen vettä ei poistu massasta muovausprosessin aikana, ja tämän vuoksi imujärjestelyjä ei tarvita.

Kuten yllä on osoitettu, lisäpar tikkelit C voidaan yhdistää useissa prosessin vaiheissa, ja nämä lisäpartikkelit C ovat erityyppisiä kuten edellä olevassa tekstissä on laajasti kerrottu, ainoan rajoituksen ollessa tietenkin se, että jonkin tyyppiset lisäkappaleet kuten vahvikesauvat ja jänteet esijännitetyssä betonissa voidaan yhdistää ainoastaan valuvaiheen aikana eikä aikaisemmassa vaiheessa.

Ainutlaatuisesti parantuneet mahdollisuudet vedenalaisiin konstruktioihin käsittävät keksinnön mukaisen sementtipastan, laasti tai betonin valamisen koherentin massan muodossa nesteeseen, tyypillisesti merivedessä, satamissa ja järvissä, antaen

II

39 72306 massan korvata osan nesteestä ja asettua koherentiksi massaksi.

Muut mahdollisuudet käyttää hyväksi massan, aina viskootti-sesta plastiseen, erinomaista muovautuvuutta, on muovata artikkelit ruiskuttamalla, maalaamalla tai harjaamalla kerros toisten artikkelien pinnoille tai muovata artikkeli kerros kerrokselta, injektoimalla tai yksinkertaisesti käsin levittämällä massakerros pinnalle ja tekemällä kerros pinnan muotoiseksi. Keskipakoisvalutekniikka on toinen mielenkiintoinen muovausmenetelmä keksinnön mukaisen prosessin yhteydessä.

Täten voidaan käsittää, että tämä keksintö kattaa laajan potentiaalisen sovellutusalueen lähtien tapauksista, joissa suhteellisen pienet määrät superhienoja partikkeleita ja riitävä määrä dispergoivaa ainetta yhdessä tuottavat olemassa olevan teknologian merkittävän parantumisen saavuttaen yllä todetut edut, jotka ovat sidoksissa selitykseen ultrahienojen partikkelien homogeenisesta jakautumisesta, tapauksiin, missä saadaan tiivispakkautuminen sekä ultrahienojen että B-partikkelien välillä, tuloksena täysin uudentyyppisiä materiaaleja, joilla on ainutlaatuiset ominaisuudet .

Mikäli ultrahienojen partikkeleiden tulee pakkautua tiiviisti tämän keksinnön mukaisissa rakenteissa, ne ovat edullisesti kooltaan 200-0,5 ^u.

40 7 2 3 0 6

Ultrahienot partikkelit esimerkissä 5 olivat Si02-partikkelei-ta, jotka ovat muodostuneet hyöryfaasista (metallisen piin valmistuksen yhteydessä sähköuunissa). Myös muita ultrahienoja Si02~pitoisia partikkeleita voidaan käyttää, kuten partikkeleita, jotka on valmistettu muussa höyryfaasi-prosessissa, kuten pii-tetrakloridin ja maakaasun poltossa, jota käytetään suolahapon ja piioksidihöyryn muodostamiseen, tai partikkeleilla, jotka on valmistettu suoloina neutraloitaessa natriumsilikaattia dialyysillä, elektrodialyysillä tai ioninvahdolla, R.K. Iler (Surface and Colloid Science, editor Egon Matijeviec, 1973,

John Wiley & Sons): antaa kaupallisista silikasooleista luettelon: "Ludox", "Syton", "Nalcoag", "Nyacol", "Cab-O-Sil", "Syloid", "Santocell", "Aerosil", "Quso". Lukuisat kemialliselta koostumukseltaan toisenlaiset ultrahienot partikkelit ovat myös mahdollisia, kuten hienoksi jauhettu tai disperssi luonnonsavi, voimalaitosten lentotuhka (hienoin osa lentotuhkasta), kalsiumkarbo-naatti, hydratoitu alumiinioksidi, bariumsulfaatti, titaanidioksidi, sinkkisulfaatti, ja muut hienot partikkelit, joita tyypillisesti käytetään metalliteollisuudessa. Partikkelit, jotka ovat muodostuneet höyryfaasista tai nestefaasista, ovat edullisempia kuin partikkelit, jotka on tehty murskaamalla suurempia partikkeleita, koska höyryfaasista muodostuneilla partikkeleilla on todennäköisesti edullisempi (pallomainen) muoto kuin murskattujen partikkelien epäsäännöllinen muoto. Tämän ulkopuolella on tavallisesti teknisesti vaikeaa, joskaan ei mahdotonta, jauhaa jauhe ultrahienoksi, 1 ^u:a (mikroni) pidetään usein karkeana alarajana hiukkaskoolle, mikä saadaan jauhamalla.

Tämän hakemuksen selityksessä ja vaatimuksissa tarkoittaa termi Portland-sementti mainittua sementtiä sellaisena kuin se on määritelty ASTM C 150 mukaisesti, jolloin se sisältää tavallisen Portland-sementin, nopeasti kovettuvan Portland-sementin, sulfaatteja kestävän Portland-sementin, alhaisen lämpötilan Portland-sementin jne.

Keksintöä valaistaan lisäksi seuraavin esimerkein:

Esimerkeissä käytetyt materiaalit olivat seuraavat: il 41 72306 2

Portland-sementti: Ominaispinta-ala (Blaine) n. 3300 cm /g (Portland-pohjäinen 5,78). Tiheys 3,12 g/cm3 2

Valkoinen Portland- Ominaispinta-ala (Blaine) 4380 cm /g 3 sementti: Tiheys (oletettu) 3,15 g/cm 2

Valkoinen Portland- Ominaispinta-ala (Blaine) 8745 cm /g 3 sementti (ultrahieno): Tiheys (oletettu) 3,15 g/cm E-sementti: Erittäin karkea Portland-sementti 2

Ominaispinta-ala (Blaine) n. 2400 cm /g

Alumiinipitoinen Ominaispinta-ala (Blaine) 3630 cm2/g sementti SECAR 71: Tiheys 2,97 g/cnr

Silikapöly: Hieno pallomainen Si02~pitoinen pöly.

Ominaispinta-ala (määritetty BET-tek- 2 nilkalla) n. 250 000 cm /g, vastaten partikkelin keskihalkaisijaa 0,1 ,u.

3 '

Tiheys 2,22 g/cm

Voimalaitoksen lento- Hienot pallomaiset partikkelit, joista tuhka (0007): osa on onttoja. Ominaispinta-ala (Blaine) 2 3 5255 cm /g. Tiheys n. 2,4 g/cm .

MICRODAN 5: Hieno liitujauhe (keskihalkaisija n.

2 ju, tiheys 2,72 g/cm3.

Kvartsihiekka: Tiheys 2,63 g/cm3 2

Kvartsihiekka, hienok- Ominaispinta-ala (Blaine) 5016 cm /g.

3 si jauhettu: Tiheys 2,65 g/cm

Mighty: N.k. betonin superplastisoija, naftalee- nisulfonihappo/formaldehydi-kondensaatin korkeasti kondensoitunut natriumsuola, josta tyypillisesti yli 70 % muodostuu molekyyleistä, jotka sisältävät 7 tai useamman naftaleeniytimen. Tiheys n. 1,6 g/cm . Saatavana joko kiinteänä jauheena tai vesiliuoksena (42 paino-% Mightyä,, 58 paino-% vettä)» 42 7 2 3 0 6

Teräskuidut: Wirex-Stahlfaser, halkaisija 0,4 nun, 3 pituus 25 nun. Tiheys 7,8 g/cm .

Vesi: Tavallinen vesijohtovesi.

Polypropyleenikuidut: Kuidut valmistettu esimerkissä 1 kuva tulla tavalla.

Esimerkki 1

Sylinterimäisten betonisten näytekappaleiden valmistus märästä betonista, johon on sekoitettu silikapölyä/sementtiä_

Betonikappaleet valmistettiin kolmena 35 litran panoksena, joilla kullakin oli seuraava koostumus: 3 per annos per m (gramma) (kg) (litra)

Silikapöly 4655 133 60,5

Portland-sementti 14000 400 128,2

Kvartsihiekka 4935 141 53,4 (1/4-1 mm)

Kvartsihiekka 19810 566 214,4 (1-4 mm)

Murskattu graniitti 40355 1153 427,0 (8-16 mm) "Mighty" (jauhe) 72,5 13,5 8,4

Vesi 3500 100 100

Joka panoksesta valettiin 16 sylinterimäistä betonista koekappaletta (halkaisija 10 cm, korkeus 20 cm).

Kommentteja ylläkuvatusta kokoonpanosta:

Sideaineen tiiviin pakkautumisen aikaansaamiseksi käytettiin n. 32 tilavuus-% hienoa jauhetta (silikapölyä) ja n. 68 tilavuus-% karkeaa jauhetta (Portland-sementtiä). Sideaineen liukenemisen välttämiseksi käytettiin suhteellisen karkeata, yli 1/4 mm:n hiekkaa. Karkean materiaalin yhteydessä käytettiin hyväksi tietyn partikkelivälin puuttumista (koostumus ei sisältänyt materiaalia väliltä 4 ja 8 mm), ja suhde hiekan ja karkean materiaalin välillä sovitettiin siten, että minimisideainetilavuudella saatiin tiivis rakenne. Otettaessa huomioon tiivis pakkautuminen, sideaineen (Portland-sementti + silikapöly) määrä oli 11 43 72306 melko alhainen (533 kg/m ), "Mightyn" lisäys aikaansai helposti erittäin pehmeän, helposti valettavan betonin, jolla on alhainen vesipitoisuus (vesi/jauhe-suhde 0,19 paino-%). (Myöhemmät kokeet ovat osoittaneet, että veden määrä voidaan pitää melko pienenä valettavassa betonissa käytettäessä perinteistä vib-raatiotekniikkaa, esim. 80 l/m~* tässä esimerkissä käytetyn 100 1/m3 sijasta).

Proseduuri oli seuraava:

Sekoitus: Karkeaa materiaalia, hiekkaa, sementtiä ja silikapö-lyä sekoitettiin kuivana 50 litran sekoittajassa 5 min. Sen jälkeen lisättiin osa vedestä (n. 2000 g koko 3500 grammasta) ja sekoitusta jatkettiin 5 min. Samanaikaisesti valmistettiin liuos 472,5 grammasta "Mighty"-jauhetta ja 1000 grammasta vettä käristämällä 5 min täristysseokoittajassa. "Mighty"-liuos ja jäljellä oleva n. 500 g vettä lisättiin seokseen (loppu vesi käytettiin "Mighty"-liuosta sisältäneen astian pesuun sen varmistamiseksi, että koko "Mighty"-määrä tuli käytetyksi).

Tuore betoni: betoni oli pehmeätä ja helposti työstettävää.

Betonin koostumus määrättiin mittaamalla levittymiskartio DIN 1048 Ausbreit-Mass, 20 cm kartio, halkaisija 13-20 cm). Levit-tymismitta oli 27-30 cm. Ensimmäisestä panoksesta mitattiin ilmapitoisuus (1,5 %).

Valaminen: Jokaisesta panoksesta valettiin 16 betonisylinteriä, joiden dimensiot mainittiin yllä. Koekappaleita täristeltiin 10-20 s tärinätasossa (50 Hz).

Kovettaminen: Suljetut muotit upotettiin välittömästi veteen.

Jotkut koekappaleista kovetettiin 80°C:ssa vedessä, samalla kun osa koekappaleista kovetettiin osittain vedellä täytetyssä autoklaavissa 214°C:ssa ja 20 atmosfäärin paineessa, ja osa normaalilla tavalla vedessä 20°C:ssa.

Useita kovetusaikoja käytettiin. Ne koekappaleet, jotka kovetettiin vedessä 20°C:ssa, poistettiin muotista n. 24 tunnin jälkeen ja niiden tiheys määrättiin punnitsemalla ilmassa ja veden alla, minkä jälkeen koekappaleet laitettiin takaisin veteen kovettumaan edelleen.

44 7 2 3 0 6 Lämpökuivatut koekappaleet poistettiin vesikylvystä 20 tunnin kuluttua ja jäähdytettiin n. tunnin ajan 20°C:ssa, minkä jälkeen ne poistettiin muoteista ja niiden tiheys määrättiin punnitsemalla vastaavasti ilmassa ja vedessä. Osalle koekappaleista tehtiin tämän jälkeen lujuustesti jne.

Yhtä koekappaletta käsiteltiin autoklaavissa n. 96 tuntia yllä kuvatuissa olosuhteissa, minkä jälkeen se jäähdytettiin, poistettiin muotista ja punnittiin sekä ilmassa että veden alla tiheyden mittaamiseksi, minkä jälkeen sen mekaaniset ominaisuudet testattiin.

Koestus Määritettiin tiheys, äänen nopeus, dynaaminen kimmomoduuli, puristuslujuus ja jännitys/veto-käyrä. Puristuslujuus määritettiin 500 tonnin hydraulisella puristimella.

Alla olevassa taulukossa on esitetty lujuusarvot eri kovettu-misajoille.

Taulukko I

Puristuslujuudet mitattuina 10 0 x 20 cm mittaisille vedellä kovetetuille betonisylintereille, kovetettuna ja koestettuna 20°C:ssa

Kovettumis- Puristus- Koekappale!- Standardi- aika lujuus den luku- poikkeama, päiviä (MPa) määrä (MPa) 1 26,9 10 1,72 14 115,9 6 3,71 28 124,6 10 4,16 84 140,4 4 2,23 169 146,2 2 6,19 10 koekappaleesta, joita oli kovetettu 80°C:ssa vedessä 20 tuntia, määritettiin puristuslujuus. Määritetty keskimääräinen puristuslujuus oli 128 MPa.

Koekappaleella, jota käsiteltiin autoklaavissa n. 96 tuntia 214°C/20 atmosfäärissä, huomattiin olevan 140 MPa:n puristus-lujuus .

Kaikkien näytteiden tiheys oli n. 2500 kg/m^. Laskimet osoitti- il 45 72306 vat, että tämä arvo vastaa tiivispakkausta, jossa on alhainen ilmapitoisuus (todennäköisesti alle 1-2 %).

Vedellä 20°C:ssa kovetetuilla koekappaleilla äänen nopeus oli n. 5,2 km/s, ja dynaaminen kimmomoduuli oli n. 68 000 MPa.

Koetulosten tarkastelu

Kokeet ja testitulokset osoittivat, että betonin veden tarve uudella sideainekombinaatiolla on hyvin alhainen (vesi/jauhe-suhde 0,19 paino-%), vaikkakin betoni oli helposti juoksevaa (sillä oli suuri putoavuus).

Kovetetun materiaalin mekaaniset ominaisuudet, varsinkin lujuus olivat paljon paremmat kuin tavanomaisella "superbetonilla", joka on valettu 600 kg:sta sementtiä ja superplastisoivista lisäaineista.

Tietämän mukaan perinteisellä valu- ja kovetustekniikalla valmistetun betonin tähän asti suurin puristuslujuus on 120,6 MPa ja se on mitattu testisylintereillä, joilla on samat dimensiot kuin yllä ja jotka on valmistettu betonista, jolla vesi/sement- 3 ti-suhde on 0,25, sementtipitoisuus on 512 kg/m , "Mighty 150"-pitoisuus on 2,75 % laskettuna sementin painosta 0,42 prosenttisessa liuoksessa. Näytteitä oli varastoitu vuosi ennen pu-ristuslujuuden testausta. (Kenichi Hattori, "Superplasticizers in Concrete, Voi I, Proseedings of an International Symphosium, pidetty Ottawassa, Kanadassa, 29-31 toukokuuta, 1978, toimittanut V.M. Malhhotra, E.E. Perry ja T.A. Wheat, Technology, Department of Energy, Minesand Recources, Ottawa, Kanada ja American Concrete Institute, Detroit, USA).

Esimerkki 2

Kuituvahvisteisten silikapöly/sementti-koekappaleiden valmistus Kuituvahvisteiset koekappaleet valmistettiin seuraavalla kokoonpanolla :

Koe n:o 123 (paino-%, kuivista lähtöaineista) 6 mm polypropyleeni- kuidut 2,2 3,0 3,0 (140 g)

Silikapöly 23,3 23,6 24,5 (1715 g) E-sementti 71,6 70,9 75,5 (5145 g)

Mighty_2,4_2,4_2,7_(186 g)

Vesi/kuiva-aine-suhde 0,157 0,157 0,13 (vesi 910 ml) 46 72306

Kokeet 1 ja 2 tehtiin käyttäen suunnilleen saman kokoisia panoksia kuin on kuvattu kokeessa 3.

Planetaarisen liikkeen omaavassa muokkauskoneessa sementtiä ja silikapölyä sekoitettiin kuivana viisi minuuttia sekoitussii-vellä.

Sen jälkeen suurin osa vedestä, mikä ei muodosta osaa Mighty-liuoksesta, lisättiin, ja sekoitusta jatkettiin sekoituskou-kulla 5 min.

Mighty-liuos ja jäljellä oleva vesi (n. 50 ml) lisättiin, ja sekoitusta jatkettiin sekoituskoukulla kunnes aikaansaatiin tai-kinamainen koostumus (8-15 min).

Kuidut lisättiin taikinaan sekoituskoukulla sekoittaen, ja sen jälkeen sekoitusta jatkettiin 5 minuuttia.

Saatu massa ruiskuvalettiin laboratoriekstruuderilla alle n 2 kg/cm paineessa langoiksi, joiden poikkipinta-ala oli n.

4 x 1 cm.

Välittömästi ruiskuvalun jälkeen, materiaali päällystettiin muovikalvolla. Noin tuntia myöhemmin ruiskuvaletut langat, jotka olivat 1-2 metriä pitkiä, leikattiin n. 20 cm pituuteen ja säilytettiin kosteassa laatikossa 20°C:ssa 24 tuntia. Sen jälkeen niitä varastoitiin usealla eri tavalla: 1) Varastointi vedessä 20°C:ssa/tai 100 prosentin suhteellisessa kosteudessa 20°C:ssa.

2) Varastointi 100 prosentin suhteellisessa kosteudessa 20° C:ssa.

3) Höyrykovetys 80°C:ssa 100 prosentin suhteellisessa kosteudessa n. 24 tuntia.

4) Autoklaavikäsittely 130°C:ssa n. 48 tuntia kokeille 1 ja 2 ja 125°C:ssa 60 tuntia kokeelle 3.

ti 47 7 2 3 0 6

Koestus

Useimmille näytteille tehtiin taivutuskoe, jossa koekappaleen käyryys määritettiin kuorman funktiona. Kokeessa käytettiin 4-kohtaista kuormitusta, jossa käytettiin 19 cm:n tukietäi-syyttä ja 10 cm:n kuormitusetäisyyttä. Testauslaite oli deformaatiota kontrolloiva kone, ZWICK 1474.

Yksi koekappale kokeesta 1 ja toinen kokeesta 2 testattiin puhtaassa jännityksessä yllämainitulla koneella. Voima/muodonmuu-tos-diagrammit rekisteröitiin.

Murtumapinnat tutkittiin elektronimikroskoopilla.

Koetulokset

Alla olevassa taulukossa tarkoittaa mahdollista maksimiveto-jännitystä taivutuksessa, jossa matriisi murtuu (epäjatkuvuus-kohta jännitys/rasitus-käyrässä). tarkoittaa muodollista

Cl maksimivetojännitystä maksimikuormalla. on matriisin kimmo moduuli ennen murtumista. στ tartkoittaa vetolujuutta.

Taulukko II

Koe 1 23 Lämpötila, °C 20 80 130 20 80 130 20 125

Suhteellinen 100 100 aut.x 100 100 aut.x vesi aut.x kosteus, % Päiviä 7 1 48 h 7 1 48 h 7 60 h σΜ MPa 9,8 12,0 22,7 10,2 14,0 18,7 13,6 26,4 σΕ MPa 18,1 19,0 276 16,2 19,0 24,1 21,4 26,4 GPa 10,5 23,9 10,6 19,2 19,6 34,0 x) autoklaavikäsittely

Kuviossa 3 on esitetty taivutusjännitys taivutuksen funktiona yhdelle kokeen 3 koekappaleelle, jota oli kovetettu 20°C:ssa 7 päivää. Paksuus oli 10,6 mm. Muodollinen taivutuslujuus on oordinaattana ja taivutus abskissana. Matriisin murtumiseen asti laatta oli hyvin jäykkä. Sen jälkeen kuidut kantoivat kuorman suurimmaksi osaksi, ja koekappale pystyi kantamaan 57 prosentin ylimääräisen kuorman ennen kuin se taipui 1 mm mitattuna n. 60 mm pituudelta.

48 7 2 3 0 6

Kuvio 4 on jännitys/rasitus-diagrammi koneen 1 mukaan valmistetulle koekappaleelle, jota kovetettiin 80°C:ssa päivä, ja esimerkin 2 mukaan tehdylle koekappaleelle, jota kovetettiin vastaavasti päivä 80°C:ssa. Materiaali oli hyvin jäykkää ennen matriisin murtumista. Sen jälkeen kuidut kannattavat kuormaa.

Kuvio 5 on elektronimikroskooppikuva yhden koekappaleen 30 ^u paksun polypropyleenikuidun murtumapinnasta.

Yhtä kokeen 3 koekappaleista, joka oli kovetettu 7 päivää 20°C:ssa, kovetettiin edelleen oleellisesti samoissa olosuhteissa n.3 viikkoa, jonka jälkeen siitä määritettiin jäätyvän veden määrä.

Koe suoritettiin differentiaalikalorimetrillä, jossa koekappale jäähdytettin -50°C:seen. Jäätyvää vettä määritelttiin vain vähän, nimittäin 5 mg/g koekappaletta, joka jäätyi välillä -40 ja -45°C. Materiaalin, jolla oli sellaisia ominaisuuksia, täytyy osoittaa täydellistä vastustuskykyä pakkasta vastaan.

Esimerkki 3

Kokeet tehtiin usean tyyppisillä täyteaineilla sen veden tarpeen määräämiseksi joka on välttämätön saamaan nesteen plastiseksi koostumukseksi kovetettaessa massaa, Seuraavat neljä sarjaa suoritettiin: 1) Sementtilaastin valaminen silikapölyn kanssa.

2) Sementtilaastin valaminen saman tilavuuden kanssa (kuin silikapöly esimerkissä 1) suhteellisen hienoa liitujauhoa "Microdan 5", mikä on jonkin verran hienompaa kuin sementti, mutta ei yhtä hienoa kuin silikapöly.

3) Sementtilaasti ja samaa karkeutta olevan (koska täyteaine on itse asiassa Portland-sementtiä (referenssiseos)) täyteaineen (sama tilavuuskonsentraatio kuin täyteaineilla 1) ja 2)) valaminen.

Il 49 7 2 3 0 6 4) Samanlaisen seoksen valaminen kuin esimerkissä 1, paitsi että sillä on jonkin verran pehmeämpi koostumus ja se sisältää katkottuja teräskuituja 1-5 % tilavuuskonsentraatiosta.

Kaikissa sarjoissa käytettiin seuraavia tavallisia komponentteja (annettu yhdelle panokselle; sarjassa 4) käytettiin suuruudeltaan kaksinkertaisia panoksia):

Kvartsihiekka: 1 - 4 mm 2763 g 0/25 - 1 mm 1380 g 0 - 0,25 mm 693 g

Portland-sementti: 2706 g

Mighty (kuiva jauhe): 107 g

Seuraavat komponentit olivat erilaisia:

Sarja 1 Täyteaine:silikapöly 645 g vesi (kokonais) 444 g

Sarja 2 Täyteaine: Ilicrodan 5 790 g X) vesi (kokonais) 620 g

Sarja 3 Täyteaine: Portland-sementti 906 g X ) vesi (kokonais) 720 g

Sarja 4 Täyteaine: Silikapöly 645 g (pehmeäm- vesi* (kokonais) 570 g ti kui-~ Teräskuidut 250-500-1000-1242 g tuluj it-teisille tiilille) x) Veden määrä määrättiin suhteessa saman koostumuksen saamiseen sekoituksessa ja valussa.

Sekoitus ja valu

Sekoitus suoritettiin planetaarisesti liikkuvassa muokkausko-neessa käyttäen sekoitussiipeä. Siinä käytettiin seuraavaa proseduuria: 1) Hiekan, sementin + täyteaineen kuivasekoitus 5 min.

50 72306 2) Lisätään suurin osa vedestä, mikä ei kuitenkaan muodosta osaa Mighty-liuoksesta. Noin 50 ml vettä säästetään myöhempää käyttöä varten huuhteluvedeksi. Sekoitusta jatkettiin 5 min.

3) Mighty-liuoksen lisääminen (107 g Mightyä + 215 g vettä -tai sen monikerta, sekoitettiin ravistussekoittajalla) ja sen jälkeen astian huuhtelu yllä mainitulla 50 ml:11a vettä sen varmistamiseksi, että kaikki Mighty tuli lisätyksi, seokseen. Sekoitus n. 10 min.

Sarjojen 1, 2 ja 3 laastiseokset käyttäytyivät kuten erittäin viskoosi neste ja ne valettiin sylinterimäisiin muotteihin standardi tärinätasossa (50 Hz). Valuaika oli n. 1 min. Koekappaleet (suljetuissa muoteissa)

Kovetettiin vedessä 20°C:ssa. Sarjan 4 laastiseokset (kaksinkertainen koko) olivat huomattavasti pehmeämpiä.

Sarjassa 4 teräskuidut kaadettiin sekoitusastiaan ennen lopullista laastin sekoitusta. Käytettiin neljää eri annosta, nimittäin 1, 2, 4 ja n. 5 tilavuus-%. Sekoitusta jatkettiin vielä 5 min, minkä jälkeen 5 x 30 x 40 cm kokoiset tiilet valettiin tärinätasolla.

24 tunnin muoteissa kovettamisen jälkeen (sylinterimäisissä ja tiilimuoteissa), näytekappaleet otettiin ulos ja niiden tiheys määritettiin punnitsemalla ilmassa ja vedessä.

Seuraava taulukko antaa käsityksen pakkautumistiiviydestä useissa laasteissa: n 72306

Taulukko III

Sarja n:o 1234 Täyteainetyyppi Silika- Microdan Portland- silika- pöly 5 sementti pöly

Koostumus plasti- plasti- plasti- pehmeä sesta sesta sesta viskoo- viskoo- viskoosiin siin siin (tilavuus-suhteet)

Sieä ») °'44 °'74 °'84 °'55 aine .. . 0,31 0,42 0,46 0,35

Kiinteä aine ' + neste °'69 °-58 °'54 °-65 + neste yeSi-X-.·^·, 0,12 0,17 0,20 0,16

Kiinteä aine x pc x)

Mighty on liuenneena nesteeseen.

' Kiinteä aine on sementtiä + täyteainetta. pw: veden tiheys, pc: sementin tiheys.

Neste/kiinteäaine tilavuussuhde vaihtelee 0,44:stä erittäin hienolle silikapölylie 0,74:ään materiaalille, jossa on vain vähän sementtiä hienompaa täyteainetta ja aina 0,84:ään vertailulaas-tille, jossa täyteaine on sementtiä. Tämä sopii täydellisesti yhteen suurten partikkelisysteemien pakkautumisesta saadun kokemuksen kanssa. Sama on ilmaistu toisessa muodossa kahdella viimeisellä rivillä. On mielenkiintoista huomata, että jos silikal-la olisi sama tiheys kuin sementillä olisi nk. vesi/sementti-suhde (veden ja sementin välinen painosuhde) silika-sementti-systeemissä niin alhainen kuin 0,12 vastaten suhdetta 0,20 puhtaalle sementille huolimatta siitä seikasta, että tämä tilavuus (0,20) on erittäin pieni ja mahdollinen vain suurten super-plastisoija-annosten avulla. Tiheysmittaukset osoittavat, että laastit yllä kuivatuissa kokeissa olivat tiiviisti pakkautuneita ilman, että mukana on merkittävästi ilmaa (= 1,2 %). Seuraavat tiheydet havaittiin: 72306

Sarja 1 Silikapöly 2446 kg/m3

Sarja 2 Microdan 5 2424 kg/m3 3

Sarja 3 Sementti 2428 kg/m

Sarja 4 Silikapöly + 1 % teräskuitua 2449 kg/m3 2 % " 2484 kg/m3 4 % " 2619 kg/m3 n. 5 % " 2665 kg/m3

Mightyn määrä yllämainituissa materiaaleissa on korkea kuten ilmenee allaolevista suhteista: „ 0,23 Täyteaine

Mi.?-htY 0 06

Kokonais-kiinteäaine '

Mighty

Vesi Tämä osoittaa, että dispergoiva aine (orgaaniset molekyylit) vie paljon tilaa, ts. 15 % suhteessa veteen, ja yli 20 % suhteessa hienoon täyteaineeseen.

Sementti/silikapölylaastin laadun osoittamiseksi yhtä sarjan 1 sylintereistä testattiin puristuksessa kovetuksen jälkeen 20° C:ssa vedessä kahden päivän ajan ja autoklaavissa 214°C lämpötilassa ja 20 atm paineessa 24 tuntia (vedessä). Puristuslujuus oli 161,2 MPa.

Esimerkki 4

Esimerkissä 2 käytettyjen polypropyleenlkuitujen valmistus Käytetty polypropyleeni oli ICI:n valmistama GWE 23, jonka sula-indeksi oli 3 g/10 min mitattuna DIN MFI 230/2,16 mukaisesti.

Standardi suulakepuristus/venytyslaitteistossa polypropyleeni suulakepuristettiin aukipuhalletuksi putkimaiseksi kalvoksi lämpötilassa 180-220°C, ja putkimainen kalvo jäähdytettiin ilmalla 18-20°C:ssa ja leikattiin kahdeksi kalvonauhaksi.

Venytysaseman jälkeen, joka seuraa suulakepuristusta, filmi kuljetettiin kuumailmauunin läpi, jossa lämpötila oli 180°C ja ilman nopeus 25 m/s. Käyttämällä suurempaa valssausnopeutta 53 72306 venytysasemassa, joka seuraa kuumailmauunia, kalvo venytettiin suhteessa 1:17. Sen jälkeen kalvo lämpöstabiloitiin johtamalla se kuumailmauunin läpi lämpötilassa 180°C/ilman nopeuden ollessa 25 m/s ja kalvon nopeuden ollessa 90 m/s. Kalvon paksuus oli silloin 20 ^u.

Kalvo saatettiin säikeiksi 2-30 dtex kuitujen muodostamiseksi Reifenhäuser FI-S-0800-03-01 fibrillaattorilla, jossa kummassakin kahdessa peräkkäisessä vuorottaisesti järjestetyssä neula-rivissä on 13 neulaa cm:ä kohti. Neularivit on asetettu samalle etäisyydelle kuin mitä on kahden neulan väli. Hydrofiilisen avivagin fibrillaatiosuhteeksi (= kalvon etenemisnopeuden ja ympäristön nopeuden välinen suhde) (Henkel LW 421) sovellettiin 1:9 vesipitoisessa väliaineessa, ja kuidut leikattiin 6 mm pituudeen kuituleikkurilla.

Esimerkki 5

Kokeet tehtiin vaihtelevalla silika/silika+sementti-suhteella käyttäen betonia, jolla on sama koostumus kuin esimerkissä 1 suhteessa kiveen, hiekkaan, jauheen kokonaistilavuuteen (Portland-sementti + silika) ja Mighty'iin.

Kokeissa Portland-sementti/silika-suhde vaihteli välillä O, 10, 20, 30, 40 ja 50 tilavuus-%. Yksittäisissä tapauksissa asetettiin veden määrä sellaiseksi, että tuoreella betonilla oli oleellisesti sama koostumus (mitattuna leviämiskartiona) kuin esimerkissä 1. Sekoitus- ja valumenetelmät olivat samat kuin esimerkissä 1.

Kustakin kuudesta koostumuksesta tehtiin 35 litran panokset, joista valettiin 16 betonisylinteriä, jotka olivat kooltaan 10 x 20 cm ja jotka säilytettiin vedessä 20°C:ssa.

Kustakin seoksesta koestettiin kaksi näytettä 28 päivän jälkeen, mikä tarkoittaa sitä, että kustakin kuudesta koostumuksesta koestettiin neljä koekappaletta.

Koetulosten poikkeama oli samaa suuruusluokkaa kuin esimerkissä 1.

. s 54 72306 Tärkeimmät arvot ilmenevät allaolevasta taulukosta:

Taulukko IV

0

Puristuslujuus 10 x 20 cm kokoisille betonisylintereille, jotka sisältävät vaihtelevia määriä silikapölyä betonissa, jossa Portland-sementillä + silikalla on vakiokokonaistilavuus. Koekappaleita säilytettiin vedessä 20°C:ssa 28 päivää.

Tilavuussuhde silikan ja silikan + sementin välillä,% O 10 20 30 40 50

Puristuslujuus, MPa 84,5 109,6 118,5 119,0 117,2 112,9

Esimerkki 6

Monimutkaisen muodon omaavat pienet koekappaleet (tetrapodi 1:40-malli, jota käytetään hydraulisissa mallikokeissa satamarakenteiden yhteydessä) valettiin tavallisesta superplastisoidusta sementtilaastista, jolla on pieni vesi/sementti-suhde. Käytettiin erittäin suurta määrää superplastisoijaa. Kun valu lopetettiin, huomattiin, että sisäinen nesteen siirto oli tapahtunut johtaen bleeding-ilmiöön ja sisäiseen erottumiseen malleissa, joilla on huonon laatuinen pinta.

Sama menetelmä toistettiin, mutta tällä kertaa korvaamalla 10 % sementistä silikapölyllä käyttäen edelleen erittäin suuria määriä superplastisoijaa. Tällä kertaa ei syntynyt bleeding-ilmiö-tä, ja aikaansaatiin täysin tyydyttävä pinta.

Esimerkki 7

Portland-sementistä ja alumiinipitoisesta sementistä tehtyjen laastien vertailu

Kokeet tehtiin kahdella erilaisella dispergoivalla aineella -Mighty1llä ja natriumtripolyfosfaatilla - jota käytettiin vastaavasti silika-sementtilaasteissa Portland-sementin ja alumii-nipitoisen sementin kanssa sen veden määrän toteamiseksi, mikä tarvitaan valettavan massan koostumuksen muuttamiseksi juoksevasta plastiseen.

Suoritettiin seuraavat 5 koesarjaa:

II

72306 1. Sideainematriisin sisältävän sementtilaastin valaminen viidessä eri panoksessa. Matriisi sisälsi 2706 g Portland-sementtiä ja 645 g silikapölyä sekä eri panoksissa Mighty-jauhetta (kuivana) 164, 82, 41, 20,5 ja 0 g.

2. Sideainematriisin sisältävän sementtilaastin valaminen viidessä eri panoksessa. Matriisi sisälsi 1813 g Portland-sementtiä ja 1290 g silikapölyä sekä eri panoksissa Mighty-jauhetta (kuivana) 164, 82, 41, 20,5 ja 0 g.

3. Sellaisen sideainematriisin sisältävän sementtilaastin valaminen jossa matriisi oli samanlainen kuin sarjassa 2, paitsi että Portland-sementti korvattiin 1725 g:11a alumiinipitoista sementtiä ja panos, joka sisälsi20,5 g Mighty-jauhetta jätettiin pois.

4. Kahden sideainematriisin sisältävän sementtilaastipanoksen valaminen matriisin sisältäessä 1290 g silikapölyä molempien panosten sisältäessä melkein saman määrän natriumpolyfosfaattia (14,4 ja 12,8 g laskettuna kuivasta jauheesta), mutta eri tyyppisiä sementtejä, ts. 1725 g alumiinipitoista sementtiä ensimmäisessä panoksessa ja 1813 g Portland-sementtiä toisessa panoksessa.

5. Neljän sideainematriisin sisältävän sementtilaastipanoksen valaminen, jossa matriisi sisältää 3626 g Portland-sementtiä ilman silikapölyä käyttäen vastaavasti 82, 41, 20,5 ja 0 g Mighty-jauhetta (kuivana).

Kaikissa viidessä sarjassa oli mukana seuraavat yleiset komponentit (suhteessa yhteen panokseen):

Kvartsihiekka 1-4 mm 2763 g 0,25-1 mm 1380 g 0-0,25 mm 693 g

Hienon jauheen (sementti + silikapöly) tilavuus oli sama kaikis- 3 sa seoksissa, nimittäin n. 1160 cm .

56 72306

Vedentarve, so. se veden määrä, joka tarvitaan useissa seoksissa aikaansaamaan spesifisen koostumuksen, todettiin koesekoituksel-la. Vedentarpeet ilmenevät taulukosta. Oikean puoleinen sarake osoittaa veden tilavuuden suhteessa sementti + silikapöly-tilavuuteen.

Sekoitus

Sekoitus suoritettiin planetaarisesti liikkuvassa muokkauskonees-sa käyttäen sekoitussiipeä. Mighty'ä sisältävissä panoksissa käytettiin seuraavaa menetelmää: 1) Hiekkaa, sementtiä + silikapölyä sekoitettiin kuivana 5 minuuttia.

2) Suurin osa vedestä lisättiin ja sekoitusta jatkettiin 5 minuuttia (kuten esimerkissä 3) .

3) Dispergoivan aineen liuos (Mighty-jauheen vesiliuos paino-suhteessa 1:2) lisättiin ja sekoitettiin 10-20 minuuttia.

Panoksille, jotka eivät sisältäneet dispergoivaa ainetta, suoritettiin 5-10 minuutin sekoittaminen märkänä. Panoksiin, joissa oli natriumtripolyfosfaattia lisättiin 400-500 g 3,2 prosenttista natriumtripolysulfaattiliuosta suoraan kuivaan seokseen. Seoksiin, jotka tarvitsivat enemmän vettä,tämä lisättiin jälkeenpäin märkäsekoituksen aikana.

Koostumus arvioitiin mittaamalla materiaalikartion leviäminen, joka tehtiin kaatamalla materiaali 5 cm korkeaan messinkikartio-muottiin, jonka pohjahalkaisija oli 10 cm ja ylempi halkaisija 7,1 cm hydraulisen sementin testaukseen (ASTM C 230-368) tarkoitetulla messinkipintaisella virtauspöydällä, ja poistamalla muotti. Materiaalin halkaisija mitattiin a) välittömästi muotin poiston jälkeen, b) 10 iskun jälkeen ja c) 20 iskun jälkeen.

Koostumusta pidettiin toivottuna kun halkaisijat olivat n. 14 cm 10 iskun jälkeen ja 16 cm 20 iskun jälkeen. Joissakin tapauksissa veden tarve määritettiin interpoloimalla sellaisten kokeiden tuloksista, joissa oli mukana liikaa vettä (liian suuri halkaisija) ja liian vähän vettä (liian pieni halkaisija).

li 57 72306

Taulukko V

Veden tarve ilmaistiin vesigrammoina panosta kohti ja suhteessa hienon jauheen (sementti + silikapöly) kokonaistilavuuteen, hienon jauheen tilavuuden ollessa sama kaikissa seoksissa (1160 cm3)

Sarja n:o 1 2706 g Portland-sementti 645 g silikapöly

Mighty (jauhe) Veden tarve grammaa grammaa tilavuus-suhde 164 500 0,43 82 500 0,43 41 530 0,46 20.5 710 0,61 O 1200 1,03

Sarja n:o 2 1813 g Portland-sementti 1290 g silikapöly

Mighty (jauhe) Vedentarve grammaa grammaa tilavuus-suhde 164 550 0,47 82 550 0,47 41 580 0,50 20.5 860 0,74 0 1500 1,29

Sarja n:o 3 1725 g alumiinipitoista sementtiä 1290 g silikapöly

Mighty (jauhe) Vedentarve grammaa grammaa tilavuus-suhde 164 490 0,42 82 490 0,42 41 >530 >0,46 O 1090 0,94

Sarja n:o 4 1290 g silikapöly n. 14 g natriumtripolyfosfaatti (STP) ss 72 30 6

Sementti + STP (jauhe) Vedentarve grammaa grammaa tilavuus-suhde χ )

Alumiinipitoinen sementti 1725 >436 >0,37 + STP 14,4

Portland-sementti 1813 .

+ STP 12,8 >1287 xx’ <1,11 u j

Visuaalisesti tarkasteltuna näyttää laasti riittävän juoksevalta, mutta kartion halkaisija oli ainoastaan 10 cm.

Seoksen koostumus oli kuin jäykkä vaahto. Kun edelleen lisättiin 40 g Mighty-liuosta 1:2, tuli seoksesta helposti juokseva.

Sarja n:o 5 3626 g Portland-sementtiä ilman silikapölyä

Mighty (jauhe) Vedentarve grammaa grammaa tilavuus-suhde 82 760 0,66 41 760 0,66 20,5 840 0,72 O rv 1140 0,98

Koetulosten tarkastelu 1.Seoksilla, joissa on Portland-sementtiä, silikapölyä ja suhteellisen suuria määriä Mighty'a on hyvin pieni vedentarve: 0,42-0,47 tilavuusosaa (vastaten vesi/jauhe-suhdetta 0,15-0,18 paino-osina).

2. Verrattuna seoksiin, joissa ei ole dispergoivaa ainetta, vedentarve on vähentynyt puolen ja kolmasosan välille.

3. Verrattuna seoksiin, joissa ei ole silikapölyä (vain Portland-sementtiä) vedentarve seoksille, joissa on 30 tai 50 tilavuus-% silikapölyä ilman Mighty'a on vastaavasti 5 ja 32 % suurempi, samalla kun vedentarpeet vastaaville seoksille, joissa on paljon Mighty'a ovat 34 ja 28 % pienempiä kuin vastaaville seoksille, joissa ei ole sekoittamatonta sementtiä ja suuria annoksia Mighty'a.

59 72306 4. Alumiinipitoisen sementin ja silikapölyn systeemissä saavutetaan sama pieni vedentarve suurilla Mighty-määrillä kuin Portland-sementin ja silikapölyn systeemissä.

5. Natriumtripolyfosfaatilla on hyödyllinen vaikutus alumiinipitoisen sementin ja silikapölyn seoksiin, mutta sillä ei ole minkäänlaista vaikutusta (suuri vedentarve) vastaaviin Portland-sementtiseoksiin.

Esimerkki 8

Betonisylinterien jäädytyskoe

Betonisylinteri, jonka halkaisija oli 10 cm ja korkeus 20 cm, tehtiin Portland-sementistä, silikapölystä ja Mighty'sta (koekappale on valmistettu samasta panoksesta kuin mitä on kuvattu esimerkissä 1). Ennen koetta sylinteriä säilytettiin vedessä 20°C:ssa melkein 5 kuukautta. Yhdessä neljän vertailukappaleen kanssa sylinteri saatettiin erittäin ankaraan jäädytyskokeeseen, mikä normaalisti tuhoaa kaikki betonit alle 2-3 viikossa. Ver-tailukappaleet olivat: yksi betonisylinteri, jonka halkaisija oli 15 cm ja korkeus 30 cm betonin vesi/sementti-suhteen ollessa 0,7, yksi betonisylinteri, jonka halkaisija oli 15 cm ja korkeus 30 cm. betonin vesi/sementti-suhteen ollessa 9,4 ja kaksi sylinteriä, joiden halkaisijat olivat 10 cm ja korkeudet 20 cm ja jotka oli tehty korkealaatuisesta betonista, jossa on 600 kg 3 sementtiä/m vesi/sementti-suhteen ollessa n. 0,25. Mukana on suuria annoksia Mighty'a mutta ei silikaa. Kaikki nämä koekappaleet on valettu ennen sementistä, silikapölystä ja Might'sta valettuja kappaleita.

Koe sisälsi seuraavat toimenpiteet: 60 7 2 3 0 6

Joka tiistai, keskiviikko ja torstai suoritettiin seuraa- vat vaiheet: sulatus 7,5 prosenttisessa NaCl- liuoksessa 20°C:ssa klo 8-10, kuivaus uunissa 105°C:ssa klo 10-14, säilytys 7,5 prosenttisessa NaCl-liuoksessa 20°C:ssa klo 14-16, säilytys pakastekaagissa -20°C:ssa klo 16 seuraavaan päivään klo 8 taan.

Joka perjantai suoritettiin seuraavat vaiheet: kuivaus 7,5 prosenttisessa NaCl- liuoksessa 20°C:ssa klo 8-10, kuivaus uunissa l05°C:ssa klo 10-14, säilytys 7,5 prosenttisessa NaCl-liuoksessa 20öC:ssa maanantaihin klo 10:een.

Koekappaleen hajoaminen arvioitiin visuaalisesti ja mittaamalla ultraäänen nopeutta (ultraäänen nopeuden pieneneminen osoittaa rakenteen rikkoutumisen).

Tulokset

Kolmen viikon kuluttua kaikki vertailukappaleet olivat hajonneet, hajoamistila määritettiin tilana, jossa ultraäänen nopeus silika-pölyä sisältävässä koekappaleessa oli oleellisesti muuttumaton.

Kolmen kuukauden kuluttua ultraäänen nopeus tässä koekappaleessa oli vielä oleellisesti muuttumaton.

Kuuden kuukauden kuluttua ultraäänen nopeus oli pienentynyt n.

65 prosenttiin ja ainoastaan 9 kuukauden kuluttua ultraäänen nopeus oli pienentynyt puoleen alkuperäisestä arvosta.

Koetulosten tarkastelu

Kokeet osoittivat, että betonilla ja samanlaisilla tuotteilla, jotka on valmistettu tiiviistä sementti-silika-matriisista, on voimakkaasti parantunut vastustuskyky toistuvaa jäätymistä ja sulamista vastaan verrattuna perinteisestä sementtisideainees-ta valmistettuihin tuotteisiin.

ti 61 72306

Esimerkki 9

Korkealaatuinen laasti

Valmistettiin neljä erilaista laastiseosta, joilla kaikilla oli perustana valkoinen Portland-sementti, silikapöly ja Mighty, mutta joissa oli eri tyyppisiä jauheita korvaamassa osaa valkoisesta Portland-sementistä.

Kaikissa seoksissa käytettiin seuraavia yleisiä komponentteja (annettu yhdelle panokselle):

Kvartsihiekkaa 1-4 mm 2763 g 0,25-1 mm 1380 g 0-0,25 mm 693 g

Silikapöly 645 g 42 prosenttinen Mighty- liuos 195 g

Vesi 387 g

Seuraavat komponentit olivat erilaisia:

Seos n:o 1234

Valkoinen Portland- sementti 2706 1804 1804 1804

Hieno lentotuhka (5255 cm2/g) 694

Hieno hiekka (5016 cm^/g) 765

Hieno valkoinen sementti (8745 cm /g) 902 3

Hienon jauheen tilavuus pidettiin vakiona n. 1160 m :ssa.

Sekoitus

Sekoitus suoritettiin esimerkissä 7 kuvatulla tavalla. Koostumus oli pehmeä.

Valaminen ja kovetus

Kustakin panoksesta valettiin vaimeassa tärinässä kaksi sylinteriä, joiden halkaisija oli 10 cm ja korkeus 20 cm. Seoksesta n:o 1 tehdyt sylinterit säilytettiin suljetussa muotissa n. neljä päivää 60°C:ssa ja kaksi päivää vedessä 20°C:ssa, samalla kun muut sylinterit säilytettiin 22 tuntia 80°C:ssa suljetussa muotissa.

62 7 2 3 0 6

Koestus Määritettiin puristuslujuus. Tulokset ilmenevät taulukosta: N:o Seos - 1/3 sementistä Kovetus Puristuslujuus korvattiin (MP a) 1 4 päivää 60°C 179 2 lentotuhkalla 22 h 80°C 160 3 hienolla hiekalla 22 h 80°C 150 4 hienolla sementillä 22 h 80°C 164

Koetulosten tarkastelu

Kokeet osoittavat sideainematriisin olevan hyvin lujaa. Kaikissa tapauksissa murtuma kulkee läpi kvartsipartikkelien, mikä tarkoittaa sitä, että lujuustaso voisi epäilemättä olla huomattavasti noussut käyttämällä vahvempaa hiekkamateriaalia. Lisäksi kokeet osoittavat mahdollisuuden korvata osa Portland-semen-tistä erilaisilla jauheilla, joiden karkeus on sementin suuruusluokkaa tai jonkin verran pienempi (lentotuhka tai hienoksi jauhettu hiekka). Lopuksi tulokset osoittavat mahdollisuuden käyttää vaihtelevaa sementin raekokojakautumaa, joka tässä tapauksessa osoitettiin korvaamalla 1/3 tavallisesta valkoisesta Portland-sementistä hienoksi jauhetulla valkoisella Portland-sementillä.

Esimerkki 10

Sileiden 6 mm terässauvojen kiinnittäminen

Erittäin sileitä 6 mm halkaisijaltaan olevia terässauvoja valettiin silika-sementtilaastiin (puristuslujuus 179 MPa), joka oli valmistettu esimerkissä 9, sarjassa 1 kuvatulla tavalla, ja ver-tailulaastiin (puristuslujuus 30 MPa), joka oli valmistettu tavallisesta laastista, jossa käytettiin saman tyyppistä valkoista Portland-sementtiä, mutta ilman silikapölyä ja Mighty'a, ja jonka vesi/sementti-suhde oli 0,5. Sauvat valettiin 60 mm syvyyteen laastiin 100 mm sauvoista jäädessä kappaleen ulkopuolella koestuslaitteeseen kiinnittämistä varten. Ennen koestus-ta silika-sementtilaasti ja vertailulaastinäytteet säilytettiin esimerkissä 9, sarjassa 1 kuvatulla tavalla.

Il 63 7 2 3 0 6

Voima, joka tarvitaan terässauvojen ulosvetämiseen laastista sekä voima/siirtymä-kuvaajat rekisteröitiin Instron-laitteella. Näistä tuloksista laskettiin ulosvetotyö, keskimääräinen leikkausjännitys terässauvan pintaa pitkin ja vetojännitys.

Tulokset ilmenevät alla olevasta taulukosta, jossa työ käsittää terässauvan vetämisen 10 mm ulos:

Laastityyp- Maks.voima Työ Maksimi Maksimi pi KN NM keskimää- keskimääräinen räinen leik- vetojännitys kausjännitys sauvoissa MPa MPa

Sementti- silika 9,25 61,5 8,19 327

Sementti- silika 9,25 56,1 8,19 327

Sementti- silika 5,00 42,0 4,42 176*

Vertailu 1,66 5,8 1,47 52

Vertailu 2,13 8,2 1,88 75 χ Tämän ilmeisesti karakterisoimattoman kokeen tulokset eivät sisälly allaolevaan tulosten tarkasteluun.

Tulosten tarkastelu

Kokeet suoritettiin terässauvoilla, jotka ovat melkoisesti sileäm-piä kuin tavallisessa vahvistetussa betonissa käytetyt vahvikkeet (jossa pinta muistuttaa korrodoitumatonta kiillotettua terästä). Tästä huolimatta saavutetaan sauvojen erittäin hyvä kiinnittyminen silika-sementtilaastiin. Siitä huolimatta, että teräs-sauvat valettiin hyvin matalalle koekappaleeseen (6 mm), niiden ulosvetämiseen tarvittiin voima, joka vastasi 70 % teräksen myötöjännityksestä. On huomattava, että ulosvetämistä vastustava voima on 4-6 kertaa suurempi kuin vertailumateriaalissa, mikä on suunnilleen materiaalien puristuslujuuksien suhde. Ulosvetämiseen tarvittava työ oli myös lisääntynyt, koska tämä työ oli 8-10 kertaa suurempi silika-sementtilaasteissa kuin normaaleissa sementtilaasteissa.

64 72306

Esimerkki 11 Muurauslaasti (grouting)

Laasti, jossa on jopa 4 mm kokoisia partikkeleita valmistettiin helposti juoksevan koherentin, paljon karkeaa hiekkaa sisältävän muurauslaastin valmistusmahdollisuuden arvioimiseksi ja sellaisen sekoitusjärjestyksen osoittamiseksi, joka sopii hyvin muurauslaastimateriaalien esivalmistukseen, jolloin materiaaleihin lisätään ainoastaan vesi työmaalla. Laastissa käytetyt komponentit olivat hyvin samanlaisia esimerkissä 9, seoksessa n:o 1 käytettyjen kanssa Mighty'n määrän ja vesipitoisuuden ollessa hieman korkeampi. Sekoituslaite oli sama kuin esimerkissä 9. Seoksessa käytettiin seuraavia komponentteja:

Kvartsihiekka 1-4 mm 2763 g 0,25-1 mm 1380 g 0-0,25 mm 693 g

Silikapöly 645 g

Vesi 600 g

Mighty (kuiva jauhe) 120 g

Sekoitus

Sementtiä + silikaa + hiekkaa + kuivaa Mighty-jauhetta sekoitettiin kuivana 15 minuuttia. Sen jälkeen lisättiin 100 g vettä ja sekoitettiin 5 minuuttia. Seoksen koostumus sen jälkeen kun 500 g vettä oli lisätty ja sekoitusta jatkettu 3 minuuttia, oli visuaalisesti arvioituna samanlainen kuin esimerkissä 9 seoksella n:o 1, joka sisälsi saman määrän vettä (huolimatta muuttuneesta sekoitusjärjestyksestä). Koostumus sen jälkeen kun 100 g vettä oli lisätty oli hyvin pehmeä. Pehmeä laasti kaadettiin 2,5 metriä pitkään kapeaan U-muotoiseen muoviletkuun (sisä-halkaisija 18 mm) n. 90 cm pitkien U:n päiden ollessa ylöspäin. Laasti kaadettiin U-muotoiseen muoviletkuun suppilon läpi, jonka varsi oli 17 cm pitkä ja joka oli sisähalkaisijaltaan 12 mm. Blokkiutumisen estämiseksi suppilon (halkaisijan ollessa vain 3 kertaa suurimpien partikkeleiden halkaisija) kapealla suuaukolla 6 mm halkaisijaltaan olevaa terässauvaa liikuteltiin ylös ja alas suppilon suuaukolla. Laasti virtaa helposti kuten keski-viskositeetin omaava neste täyttäen letkun täysin. Massa itseasiassa nousi hieman ylemmäksi letkun vapaassa päässä kuin u 65 72306 täyttöpäässä, mahdollisesti sauvan pumppausvaikutuksesta johtuen .

Tulosten tarkastelu

Kokeet osoittivat mahdollisuuden pumpata muurauslaastia, joka sisältää suuria määriä karkeampaa hiekkaa virtaavana koherent-tina massana. Edelleen osoitettiin mahdollisuus esisekoit-taa kuiva aine, dispergoiva aine mukaanlukien.

Claims

66 72306
1. Muotokappale, joka koostuu yhtenäisestä matriisista, joka käsittää A) epäorgaanisia kiinteitä partikkeleita, kuten piidiok-sidipölyä, joiden koko on 50 Ä - 0,5 ^um tai yhtenäisen rakenteen, joka muodostuu tällaisista partikkeleista, ja B) kiinteitä partikkeleita, joiden koko on 0,5-100 ^um, ja jotka ovat ainakin yhtä kertaluokkaa suurempia kuin kohdassa A) mainitut vastaavat partikkelit, tai yhtenäisen rakenteen, joka on muodostunut tällaisista partikkeleista, jolloin partikkeleita A on läsnä määrä, joka on 5-50 tilavuus-% partikkeleiden A ja B tilavuudesta, pinta-aktiivista dispergointiainetta, ja mahdollisesti C) inerttisiä täyte- tai lujiteaineita, jotka eroavat partikkeleista B ja joilla on ainakin yksi dimensio, joka on vähintään yhtä kertaluokkaa suurempi kuin partikkelit A, tunnettu siitä, että partikkelit B) ovat tiiviisti pakkautuneita, jolloin tiivis pakkautuminen on oleellisesti pakkautuminen, joka vastaa sellaista, joka voidaan saada aikaan hellävaraisella mekaanisella vaikutuksella systeemiin, jossa on geometrisesti samanmuotoisia suuria partikkeleita ja jossa pintojen välisillä vetovoimilla ei ole mitään merkittävää vaikutusta, että partikkelit A) tai niistä muodostuva yhtenäinen rakenne ovat homogeenisesti jakautuneet partikkeleiden B) välisessä tilassa, ja että pinta-aktiivista dispergointiainetta on käytetty sellaisin määrin, joka on riittävä varmistamaan partikkeleiden A) homogeenisen jakautumisen, edellyttäen, että 1. ainakin 20 paino-% partikkeleista B on Portland-sementtiä, ja 2. kun partikkeleilla B ei ole molekyylirakennetta, joka eroaa partikkeleiden A molekyylirakenteesta, on muotokappale valittu ryhmästä, jonka muodostavat 1) muotokappaleet, jotka on valmistettu muovaamalla käyttäen alhaisen paineen aluetta 2 2 alle 5 kg/cm , sopivimmin alle 100 g/cm , 2) muotokappaleet, joiden ainakin yksi dimensio on vähintään metri ja joi- II 67 72306 . . 2 den pienin poikkipinta-ala on vähintään 0,1 m , ja 3) muotokappaleet, joilla on monimutkainen muoto, joka ei salli niiden tekemista puristamalla kokoon jauhetta.
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen muotokappale, tunnettu siitä, että partikkelit A ovat tiiviisti pakkautuneita tai yhtenäinen rakenne A muodostuu sellaisista tiiviisti pakkautuneista partikkeleista A.
3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen muotokappale, tunnettu siitä, että lisäaineet C on valittu ryhmästä, joka koostuu tiivismuotoisista kappaleista, levymäisistä kappaleista ja pitkulaisista kappaleista.
4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen muotokappale, tunnettu siitä, että lisäaineet C ovat hiekkaa, kiveä, po-lystyreenikappaleita sisältäen myös polystyreenikuulat, paisutettua savea, onttoja lasikappaleita, sisältäen ontot lasi-kuulat, paisutettua liuskesavea, luonnollisia kevyitä lisäaineita, kaasukuplia, metallitankoja sisältäen terästangot, kuituja sisältäen metallikuidut kuten teräskuidut, muovikui-dut, Kevlar-kuidut, lasikuidut, asbestikuidut, selluloosakui-dut, mineraalikuidut, korkean lämpötilan kuidut, lastuja sisältäen epäorgaaniset ei-metallilastut kuten grafiitti- ja AI O -lastut ja metalliset lastut kuten rautalastut. 2 3
5. Patenttivaatimuksen 3 tai 4 mukainen muotokappale, tunnettu siitä, että lisäaineet C ovat tiiviisti pakkautuneita .
6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen muoto-kappale, tunnettu siitä, että partikkelit A ovat partikkeleita, jotka kovettuvat liuetessaan osittain nesteeseen, läpikäydessään liuoksessa kemiallisen reaktion ja reaktio-tuotteen saostuessa. 68 72306
7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen muotokappale, tunnettu siitä, että partikkeleilla A on oleellisesti alempi reaktiokyky kuin partikkeleilla B tai ei oleellisesti ollenkaan reaktiokykyä.
8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen muoto-kappale, tunnettu siitä, että partikkelit B käsittävät vähintään n. 50 paino-% Portland-sementtipartikkeleita.
9. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen muoto-kappale, tunnettu siitä, että pinta-aktiivista dis-pergointiainetta on käytetty 1-4 paino-% määrässä, laskettuna partikkeleiden A + B painosta.
10. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen muoto-kappale, tunnettu siitä, että pinta-aktiivinen dis-pergointiaine on betonin superplastisointiainetta.
11. Jonkin patenttivaatimuksista 1-8 mukainen muotokappale, tunnettu siitä, että partikkeleihin B sisältyy partikkeleita, jotka on valittu hienosta hiekasta, lentotuh-kasta ja hienosta kalkista.
12. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen muoto- kappale, tunnettu siitä, että partikkelit A ovat pii- dioksidipölyä, jonka ominaispinta-ala on n. 50 000 -2 , 2 000 000 cm /g.
13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen muotokappale, tunnettu siitä, että partikkelit A ovat piidioksidipölyä, 2 . jonka ominaispinta-ala on n. 250 000 cm /g.
14. Patenttivaatimuksen 13 mukainen muotokappale, tunnettu siitä, että piidioksidipölypartikkeleita on 10-30 tilavuus-% partikkeleiden A + B kokonaistilavuudesta. li „ 72306 69
15. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen muoto-kappale, tunnettu siitä, että missä tahansa edellisistä patenttivaatimuksista määritelty matriisi muodostaa vain osan kappaleen kokonaissideainematriisistä, ja on etupäässä järjestetty kappaleessa olevien vahvikekuitujen tai -tankojen ympärille.
16. Patenttivaatimuksen 15 mukainen muotokappale, tunnettu siitä', että missä tahansa edellisessä patenttivaatimuksessa määritelty matriisi on kovettunutta injektointi-laastia jälki jännitetyssä' betonissa.
17. Minkä tahansa edellisen patenttivaatimuksen mukainen muotokappale, tunnettu siitä', että tämä kappale on ohutseinäinen, muodoltaan tasomainen tai aallotettu arkki tai levy; johto; putki; tulenkestävä vuoraus tai sen osa; suoja-päällyste kuten teräksen, tavallisen betonin, muuratun rakenteen, jalkakäytävän tai kadun suojapäällyste; kattamisaine kuten kattopaneeli tai -tiili; ydinsäteilysuojus; merenpohja-rakenne käytettäväksi syvässä vedessä'; in situ valettu öljy-kaivon seinä; tai rakenteiden kantava osa kuten palkki, holvi tai pilari, tyypillisesti vahvistettuna betonina, erityisesti esijännitettynä betonina.
18. Yhdistelmämateriaali minkä tahansa patenttivaatimuksen 1-17 mukaisen muotokappaleen valmistamiseksi, joka materiaali sisältää A) epäorgaanisia kiinteitä partikkeleita, kuten piidiok-sidipolyä, joiden koko on 50 f - 0,5 ^um, ja B) kiinteitä partikkeleita, joiden koko on suuruusluokkaa 0,5-100 ^um, jotka partikkelit ovat vähintäänkin yhtä kertaluokkaa suurempia kuin vastaavat partikkelit, jotka on mainittu kohdassa A), jolloin partikkeleiden A määrä on 5-50 tilavuus-% partikkeleiden A ja B tilavuudesta, nestettä, pinta-aktiivista dispergointlainetta, ja mahdollisesti ,0 72306 C) inerttisiä täyte- tai lujiteaineita, jotka eroavat partikkeleista B ja joiden ainakin yksi dimensio on ainakin yhtä kertaluokkaa suurempi kuin vastaavat partikkelit A, tunnettu siitä, että partikkelit B) ovat tiiviisti pakkautuneita yhdistelmämateriaalissa, että partikkelit A ovat homogenisesti jakautuneet partikkeleiden B väliseen tilaan, että nestemäärä olennaisesti vastaa sitä määrää, joka tarvitaan täyttämään partikkeleiden A ja B välinen tila, ja että dispergointiaineen määrä on riittävä antamaan yhdistel- mänateriaalille juoksevasta palstiseen konsistenssin alhaisen , 2 paineen alueella alle 5 kg/cm , edellyttäen, että ainakin 20 paino-% partikkeleista R on Portland-sementtipartikkeleita, tai vastaava materiaali, joka koostuu samoista komponenteista A, B, pinta-aktiivisesta dispergointiaineesta ja mahdollisesti aineista C, sopeutettuna edellä määritellyn yhdistelmäma-teriaalin valmistukseen.
19. Patenttivaatimuksen IB mukainen yhdistelnämateriaali, tunnettu siitä, että partikkelit A ovat läsnä sellaisena tilavuutena, joka vastaa olennaisesti tiivistä pakkautumista tiiviisti pakkautuneiden partikkeleiden R välisen tilan täyttämiseksi.
20. Patenttivaatimuksen 18 tai 19 mukainen yhdistelmä- materiaali, tunnettu siitä, että partikkelit A ovat piidioksidipölypartikkeleita, joiden ominaispinta-ala on n. 2 50 000 - 2 000 000 cm /g, partikkelit B sisältävät vähintään 50 paino-% Portland-sementtiä, neste on vettä painosuhteessa enintään 0,30 laskettuna partikkeleista A ja F., ja dispergointiaine on betonin superplastisoimisaine.
21. Patenttivaatimuksen 20 mukainen yhdistelmämateriaali, tunnettu siitä, että partikkelit A ovat piidioksidipölypartikkeleita, joiden ominaispinta-ala on noin 250 000 cm /g. 71 72306
22. Patenttivaatimuksen 20 tai 21 mukainen yhdistelmä-materiaali, tunnettu siitä, että partikkeleita A on läsnä tilavuutena, joka on 10-30 tilavuus-% partikkeleiden A ja B kokonaistilavuudesta.
23. Jonkin patenttivaatimuksista 20-22 mukainen yhdistel-mämateriaali, tunnettu siitä, etä betonin superplas-tisoimisaine on voimakkaasti kondensoidun naftaleenisulfoni-hapon/formaldehydikondensaatin alkali- tai maa-alkalimetalli-suola, josta kondensaatista on tyypillisesti enemmän kuin 70 % molekyylejä, joissa on 7 tai useampia naftaleenirenkaita.
24. Patenttivaatimuksen 23 mukainen yhdstelmämateriaali, tunnettu siitä, että alkali- tai maa-alkalimetalli-suola on natrium- tai kalsiumsuola.
25. Patenttivaatimuksen 23 tai 24 mukainen yhdistelmä-materiaali, tunnettu siitä, että superplastisoimisai-neen määrä on 1-4 %, laskettuna Portland-sementin ja piidiok-sidipölyn kokonaismäärästä.
26. Minkä tahansa patenttivaatimuksista 23-25 mukainen yhdistelmämateriaali, tunnettu siitä, että neste on vettä, jolloin veden ja Portland-sementin ja mahdollisten muiden partikkeleiden B plus piidioksidipölyn välinen paino-suhde on enintään 0,20.
27. Menetelmä minkä tahansa patenttivaatimuksen 1-17 mu kaisen muotokappaleen valmistamiseksi, jossa menetelmässä yhdistetään A) epäorgaanisia kiinteitä partikkeleita, kuten piidiok- sidipölyä, joiden suuruus on n. 50 Ä - n. 0,5 ^um, ja B) kiinteitä partikkeleita, joiden suuruus on 0,5-100 ^um ja jotka ovat ainakin yhtä kertaluokkaa suurempia kuin vastaavat kohdassa A) mainitut partikkelit, jolloin partikkeleiden A määrä on 5-50 tilavuus-% laskettuna partikkeleiden 72 7 2 3 0 6 A ja B tilavuudesta, nestettä , ja pinta-aktiivista dispergointiainetta, ja sekoitetaan mekaanisesti edellä mainittuja aineosia, mahdollisesti yhdessä inerttisten täyte- tai lujiteaineiden C kanssa, jotka eroavat vastaavista partikkeleista p ja joilla on ainakin yksi dimensio, joka on ylitä kertaluokkaa suurempi kuin partikkelit A, ja tämän jälkeen haluttaessa yhdistetään saatu massa lisäaineiden C kanssa mekaanisin keinoin tällaisten lisäaineiden C halutun jakaantumisen aikaansaamiseksi, ja lopuksi valetaan saatu massa halutun muotoiseksi painealueel-la, lisäten mahdollisesti valun aikana vielä lisäaineita C, tunnettu siitä, että partikkeleiden B määrä vastaa oleellisesti niiden tiivistä pakkautumista yhdistelmämateriaa-lissa, jossa partikkelit A ovat homogeenisesti jakautuneina partikkeleiden B välisessä tilassa, että nesteen määrä oleellisesti vastaa määrää, joka on tarpeen täyttämään partikkeleiden A ja B välisen tilan, että dispergointiaineen määrä on riittävä, jotta yhdistelmämateriaali saa juoksevasta plastiseen konsistenssin pienen paineen alueella, joka on alle 5 , 2 . . kg/cm , ja ett; partikkelit A ja P, nesteen ja pinta-aktiivisen dispergointiaineen, mahdollisesti yhdessä lisäaineiden C kanssa, käsittävän yhdistelmän mekaanista sekoittamista suoritetaan kunnes on saatu viskoottisesta plastiseen massa, joka käsittää partikkelit A ja P ja mahdollisesti lisäaineet C, ja jossa partikkelit A ovat homogeenisesti jakautuneina tiiviisti pakkautuneiden partikkelien P välisessä tilassa, edellyttäen, että partikkelit B käsittävät vähintään 20 paino-% Portland-sementtipartikkeleita.
20. Patenttivaatimuksen 27 mukainen menetelmä, tun nettu siitä, että massan muotoutumisen aikaansaava paine aiheutuu pääasiassa massaan vaikuttavista painovoimista tai massaan vaikuttavista inertiavoimista tai kosketusvoimista, <1 72306 73 tai kahden tai useamman yllämainitun voiman samanaikaisesta vaikutuksesta.
29. Patenttivaatimuksen 28 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että massan muotoutumisen pääasiassa aikaansaava paine aiheutuu värähtelyvoimista, joiden frekvenssi 6 on 0,1-10 Hz, jolloin värähtelyvoimat ovat patenttivaatimuksessa 20 mainittua tyyppiä tai aiheutuvat sellaisten vä-rähtelyvoimien yhdistelmästä patenttivaatimuksessa 20 mainittujen ei-värähtelevien voimien kanssa.
30. Patenttivaatimuksen 28 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että esine muotoillaan suulakepuristamalla tai valssaamalla muotoilupaineella, joka on jopa 100 kg/cm .
31. Patenttivaatimuksen 28 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kappale muotoillaan ruiskuttamalla, maalaamalla tai harjaamalla, sivelemällä tai viemällä kerros massaa pinnalle ja mukauttamalla massa pinnan muotoon.
32. Patenttivaatimuksen 28 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kappale muotoillaan keskipakovalulla.
33. Patenttivaatimuksen 27 mukainen menetelmä', tunnettu siitä, että massa, yhtenäisenä massana, kaadetaan nesteseen, jossa se syrjäyttää osan nesteestä ja muotoutuu yhtenäiseksi massaksi.
34. Patenttivaatimuksen 33 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että nesteenä käytetään vettä ja massana tahnaa, laastia tai betonia vedenalaisen rakenteen rakentamiseksi .
35. Jonkin patenttivaatimuksista 27-34 mukainen menetelmä!, tunnettu siitä, että partikkelit A ovat piidioksidi-prlypartikkeleita, joiden ominaispinta-ala on noin St1 000 - 2 , 7Α 72306 74 2 000 000 cm /g ja joita on läsnä tilavuutena, joka on 10 -30 tilavuus-% partikkeleiden A + B kokonaistilavuudesta, partikkelit B käsittävät vähintään 50 paino-% Portland-sementtiä, neste on vettä painosuhteessa 0,30, laskettuna partikkeleista A ja B, ja dispergointiaine on betonisuperplastisointiainetta.