FI72307B - Format foeremaol samt foerfarande foer framstaellning av detsamma - Google Patents

Description

72307

Muotokappale ja yhdistelmämateriaali sekä menetelmä sen valmistamiseksi

Yleisiä periaatteita

Homogenisesti järjestettyjä erittäinhienojakoisia partik-keleita sisältäviä tiiviitä järjestelmiä, joita seuraavas-sa selostuksessa sekä vaatimuksissa lyhyesti kutsutaan nimellä DSP, on yksityiskohtaisesti selostettu sekä määritelty ensimmäisen kerran kansainvälisessä patenttihakemuksessa n:o PCT/DK79/00047. Esillä oleva keksintö koskee tärkeitä DSP-järjestelmien edelleenkehityksiä, mm. uudentyyppisiä DSP-järjestelmiä ja aikaisemmin selostettuihin DSP-järjestelmiin kuuluvia materiaaleja, uutta tekniikkaa DSP-järjestelmien aikaansaamiseksi sekä uusia DSP-järjestelmien käyttömuotoja.

DSP-järjestelmät saavat aikaan tähän asti saavuttamattomia mekaanisia ominaisuuksia, mm. lujuus, tiivistys ja kestävyys näihin järjestelmiin perustuvissa materiaaleissa ja kappaleissa sekä mahdollistavat tällaisten kappaleiden ja materiaalien valmistamisen edullisilla, tähän asti tuntemattomilla menetelmillä, jotka laajentavat mahdollisuuksia aikaansaada kehittyneitä mikrorakenteita rakennemateriaaleihin, joilla on lukuisia erilaisia käyttömahdollisuuksia.

Lyhyesti sanottuna käsittävät DSP-järjesteImien perustavat periaatteet erittäin hienojakoisten osasten tai partikkelien, joiden koko on alueella noin 50 A - noin 0,5 ^um, järjestämisen homogenisesti olennaisesti tiiviisti pakattujen osasten eli partikkelien välitiloihin, joiden partikkelien koko on noin 0,5 ,\m - noin 100 ,um, ja jotka ovat kooltaan vähin- ' ' -10 tään yhtä suuruusluokkaa (1 ) suurempia kuin kyseiset erittäin hienojakoiset partikkelit. Jotkut tärkeät DSP-järjestelmien ominaisuudet sisältyvät seuraaviin viiteen kohtaan: 2 72307 1. DSP-järjestelmät soveltavat tunnettuja geometrisia ja kinemaattisia periaatteita kappaleiden, erityisesti partikkelien, keskinäisten järjestelyjen suhteen, halutussa muodostelmassa - erityisesti erittäin tiiviisti järjestettyinä - hienojakoisten partikkelien tai kappaleiden järjestelmissä, joissa suuruusluokka on 1-2 kertaa hienompi kuin niissä järjestelmissä, joissa on aikaisemmin ollut mahdollista hyödyntää tätä tunnettua partikkeligeometriaa. DSP-jär-jestelmillä voitetaan ne ongelmat, jotka liittyvät vierekkäisten kappaleitten lukitseviin pintavoimiin, jotka ovat tähän asti estäneet kolloidaalista kokoa olevien kappaleiden tai partikkelien järjestämisen haluttuun tiiviiseen muodostelmaan.

2. Huolimatta DSP-järjestelmien hienojakoisista kappaleista tai partikkeleista, voidaan DSP-materiaali muodostaa olennaisesti pienijännitteisellä alueella. Tämä on mahdollista käyttämällä kehitettyjä dispergointiaineita (esimerkiksi sementti järjestelmässä suurilla betonin tehopehmenninaineiden määrillä (1-4 paino-%), jotka ovat peräti yhtä suuruusluokkaa suurempia kuin mitä on käytetty tunnetussa tekniikassa.

3. DSP-materiaaleissa on lujuus sekä kestävyys olennaisesti parannettu. Tämän lisäksi on lujituskappaleiden, esimerkiksi sisällytettyjen hienojen kuitujen mekaaninen kiinnitys vielä lisätty enemmän kuin lujuus, tämän lisäyksen ollessa yhtä tai useampia suuruusluokkia. Tämä johtuu siitä, että luji-tuselementtien karkeuden ja aallonmuodon suuruus, joka on välttämätön lujituselementtien mekaaniseksi kiinnittämiseksi matriisiin, on saatu pienennetyksi 1-2 suuruusluokkaa. Tämä avaa mahdollisuuden sellaisten kuitujen mekaaniseksi kiinnittämiseksi, jotka ovat tähän asti kiinnittämistä mahdollistaneita kuituja 1-2 suuruusluokkaa pienempiä.

4. Keksinnön mukaisten DSP-materiaalien laatua (primäärinen lujuus ja jäykkyys) voidaan edelleen parantaa lisäämällä erittäin lujia muita partikkeleita (esimerkiksi tulenkestävää bauksiittia olevaa hiekkaa tai kiveä lisättäväksi Portland-

II

3 72307 sementtiin perustuviin DSP-materiaaleihin).

5. Tyypillisiä DSP-materiaaleja ovat materiaalit, jotka voidaan muuttaa plastisesta massasta muodoltaan matalaviskoo-siseen massaan yksinkertaisella muodonmuutoksella muuttamatta ympäristön materiaaleja, mikä merkitsee sitä, ettei mitään nestettä poisteta eikä puristeta ulos massasta tämän tiiviin rakenteen aikaansaamiseksi. Tämä tekee mahdolliseksi valmistaa tuotteita, joilla on korkea laatu sekä paljon monimutkaisempi muoto ja suurempi koko kuin tähän asti - sekä tekee myös mahdolliseksi komponenttien, erikoisesti kaikenlaisten lujituselementtien kiinnittämisen, joita ei voida tyydyttävällä tavalla (tai lainkaan) käyttää vastaavissa korkealaatuisissa sovinnaisella tavalla valmistetuissa matriiseissa. Tämä DSP-materiaalien ominaisuus avaa myöskin mahdollisuuden tunnettujen esineiden uusille ja entistä edullisemmille valmistusmenetelmille .

Tässä yhteydessä ilmaisevat termit "kappaleet" ja "partikkelit" kohteita, joilla on fysikaaliset rajat, kun taas ilmaisu "fysikaalinen" viittaa erityisiin ominaisuuksiin, esimerkiksi mekaanisiin, sähköisiin, optisiin ja kemiallisiin ominaisuuksiin .

DSP-matriisin rakenne DSP-matriisin sisältäviä muotokappaleita voidaan yleisesti määritellä muotokappaleina, jotka sisältävät yhtenäisen matriisin, jossa matriisi muodostuu A) homogeenisesti järjestetyistä kappaleista tai partikkeleista, joiden koko on noin 50 A - noin 0,5 ^,um, tai yhtenäisestä rakenteesta, joka on muodostettu tällä tavalla homogeenisesti järjestetyistä kappaleista tai partikkeleista, ja B) tiiviisti asetetuista kappaleista tai partikkeleista, joiden koko on noin 0,5-100 ^,um, ja jotka ovat ainakin yhtä suuruusluokkaa suurempia kuin kohdassa A) mainitut partikkelit, tai tällaisista tiiviisti asetetuista partikkeleista koostuvasta yhtenäisestä rakenteesta, 4 72307 jolloin partikkelit A tai niistä muodostettu yhtenäinen rakenne on homogeenisesti jaettu partikkelien B välitiloihin, ja jolloin tämä tiivis pakkaus vastaa olennaisesti sellaista pakkausta, joka saadaan aikaan vaikuttamalla mekaanisesti varovasti geometrisesti yhdenmukaisten suurikokoisten kappaleiden tai partikkelien järjestelmään, jossa kiinnittävien pintavoimien vaikutus on olennaisesti mitätön, ja kappaleiden tai partikkelien A ja B välissä tai näistä kappaleista tai partikkeleista A ja B muodostettujen rakenteiden välissä olevasta välipartikkelisubstanssista.

Kappaleet tai partikkelit A ja B ovat tyypillisesti kiinteitä kappaleita tai partikkeleita, mutta ne voivat myöskin olla kaasufaasissa tai nestefaasissa olevia kappaleita tai partikkeleita. Samalla tavalla voi välipartikkelisubstanssi olla kiinteä, tai se voi olla kaasufaasissa tai nestefaasissa oleva substanssi, edellyttäen että kun välipartikkelisubstanssi muodostetussa DSP-kappaleessa ei ole kiinteä, aikaansaadaan tarpeellinen "tartunta" kappaleen ylläpitämiseksi partikkeli-partikkelisidoksen avulla.

Edellä määriteltyjen DSP-kappaleiden matriisin olennaisesti yhtenäinen rakenne johtuu siis siitä, että homogeenisesti järjestetyt tai tiiviisti pakatut kappaleet tai partikkelit A on yhdistetty toisiinsa yhtenäisen rakenteen aikaansaamiseksi, tai edellä mainitut kiinteät partikkelit B on yhdistetty toisiinsa olennaisesti yhtenäisen rakenteen aikaansaamiseksi, tai että sekä erittäin hienot partikkelit A ja partikkelit B ovat muotokappaleessa yhdistetyt toisiinsa yhtenäisen rakenteen aikaansaamiseksi, ja/tai että partikkelit A ja partikkelit B ovat yhdistetyt yhtenäiseksi rakenteeksi. Järjestelmissä, jotka käsittävät sementtipartikkeleita partikkeleina B ja silikapölypartikkeleita (kuten määritelty alempana) partikkeleina A, johtuu yhtenäisen rakenteen muodostuminen kiin- tt 5 72307 teiden partikkelien osittaisesta liukenemisesta vesisuspensioon, josta kappaleet on muodostettu, liuoksessa tapahtuvasta kemiallisesta reaktiosta sekä reaktiotuotteen suostumisesta, jolloin silikapöly on tässä suhteessa vähemmän reaktiivinen kuin sementti. Tässä yhteydessä on huomattava, että riippuen partikkelien A ja B luonteesta myöskin muut mekanismit, jotka aiheuttavat kiinnittämisen, voivat aikaansaada matriisin yhtenäisen rakenteen, kuten esimerkiksi sulattaminen, sintraus jne. Edellä mainittu kemiallinen reaktio voi tapahtua partikkelien A tai näiden liuenneiden kappaleiden tai partikkelien B tai näiden liuenneiden kappaleiden välillä, tai partikkelien A ja B tai partikkeleista A ja partikkeleista B muodostettujen kappaleiden välillä.

Olennaisesti yhtenäinen rakenne voidaan myöskin aikaansaada saattamalla kiinteään olomuotoon muu partikkelien välisubstans-si, esimerkiksi kiinteyttämällä fysikaalisesti sula tai neste, mm. metalli- tai lasisula, ja kiinteyttämällä kemiallisesti, kuten polymerisaatiolla, esimerkiksi muoviaineen muodostamiseksi .

Muotokappaleita, jotka sisältävät matriisin, jolla on olennaisesti yhtenäinen rakenne, sisältäen homogeenisesti järjestettyjä tai tiiviisti pakattuja partikkeleita A yhdessä tiiviisti pakattujen Portland-sementtipartikkelien kanssa, voitiin tunnetussa tekniikassa valmistaa vain puristamalla korkean jännitysvaikutuksen alueella, tyypillisesti korkeapaine-jauhepuristuksella. Näin ollen muotoiltujen DSP-kappaleiden erittäin mielenkiintoinen ryhmä käsittää muotokappaleita, jotka on valmistettu muotoilemalla alhaisen jännitysvaikutuksen 2 alueella, pienempi kuin 5 kg/cm , edullisesti pienempi kuin 2 100 g/cm , ja joilla on olennaisesti yhtenäisen rakenteen käsittävä matriisi, joka sisältää homogeenisesti järjestettyjä tai tiiviisti pakattuja partikkeleita A, tai yhtenäinen rakenne, joka on muodostettu tällaisista homogeenisesti järjestetyistä tai tiiviisti pakatuista partikkeleista A, ja 6 72307 tiiviisti pakatuista partikkeleista B, jossa ainakin 20 paino-% tiiviisti pakatuista partikkeleista B käsittää Portland-sementtipartikkeleita, tai yhtenäinen rakenne, joka on muodostettu tällaisista tiiviisti pakatuista partikkeleista B. Toinen tapa, jolla voidaan määritellä sitä muotoiltujen DSP-kappaleiden ryhmää, joissa on homogeenisesti järjestettyjä partikkeleita A tiiviisti pakattujen partikkelien B lomassa, joista ainakin 20 paino-% on Portland-sementtipartikkeleita, on viitata kappaleen mittoihin. Sellaisten kappaleiden, joissa on vastaava tiivis sovitus partikkelien B välillä sekä ainakin yksi mitta käsittäen vähintään 1 metriä ja vähintään 2 0,1 m poikkileikkaus, ei oleteta ennen DSP-järjestelmien keksimistä tulleen valmistetuksi käytännössä korkeapaine-jauhepuristustekniikalla. Toinen tapa, jolla voidaan kuvata tämän tyyppisiä DSP-kappaleita, on määritelmällä, että kappaleella on kompleksinen muoto, joka ei tee mahdolliseksi sen valmistamista jauhepuristuksella. Kun partikkeleilla b on partikkeleista A poikkeava molekyylirakenne, mikä usein on käytännössä asianlaita, niin sellaisia rakenteita, joissa on ainakin 20 paino-% partikkeleista B on Portland-sementtiä ja jotka muuten sopivat edellä mainittuun määritelmään, ei ole voitu valmistaa käyttämällä sovinnaista tekniikkaa riippumatta niiden koosta tai muodosta. Joskin jauhepuristustekniikalla on ollut mahdollista aikaansaada näiden kahden systeemin yhdistelmä, joka käsittää homogeenisesti järjestettyjä tai tiiviisti pakattuja partikkeleita A ja tiiviisti pakattuja partikkeleita B, tämä on johtanut suurempien partikkelien rikkoutumiseen puristusprosessissa pienemmiksi partikkeleiksi ja näin ollen se on merkinnyt sitä, että isommilla partikkeleilla ja pienemmillä partikkeleilla on identtinen molekyylirakenne.

Eräs hyvin mielenkiintoinen ominaisuus DSP-materiaaleilla on se, että on mahdollista aikaansaada edellä mainittua tyyppiä olevia rakenteita sinänsä heikoilla partikkeleilla ja sinänsä heikoilla lisäkappaleilla, jotka menettäisivät geometrisen muotonsa (rikkoutuisivat tai kokisivat tuntuvan muodonmuutoksen) käsittelyssä tunnetulla tekniikalla suurella jänni- ii 7 72307 tysvaikutuksella. Tämä mahdollistaa tiiviin rakenteen aikaansaamisen materiaaleilla, joita ei ole aikaisemmin voitu käyttää tähän tarkoitukseen.

Useimmissa tapauksissa voidaan saavuttaa arvokkaimmat lujuusominaisuudet kun sekä partikkelit A että partikkelit B ovat hyvin tiiviisti pakattuja. Tätä tilannetta on havainnollistettu kansainvälisen hakemuksen n:o PCT/DK79/00047 kuviossa 1, joka esittää sen geometrisen järjestelmän periaatteita, joka käsittää tuoreen DSP-pastan, joka koostuu Portland-sementtipartikkelista, tiiviin yhteensovittamisen Portland-sementtipartikkelien välissä oleviin erittäin hienojakoisiin partikkeleihin. Tähän uuteen matriisiin perustuvalla laastilla, kuitulujitetulla pastalla ja betonilla tehdyissä kokeissa järjestäytyivät Porgland-sementtipartik-kelit (keskimääräinen mitta 10 ^um) tiiviisti pakattuina, vastaten sementin tilavuusosuutta (Portland-sementin tilavuus jaettuna kokonaistilavuudella) 0,43-0,52. Jos tavallinen sementtipasta - joka ei sisällä erittäin hienoja partikkeleita - järjestettäisiin samalla tavalla tiiviisti, vastaisi se veden ja sementin painosuhdetta 0,42-0,30. Tätä pidetään normaalisti tiiviisti pakattuna. DSP-materiaalissa oli mahdollista edelleen sisällyttää jopa 50 tilavuus-% erittäin hienojakoisia kiinteitä partikkeleita sementtipartikkelien välitiloihin. Sisällytetty kiinteä aine muodostui suhteellisen tiiviisti pakatuista, erittäin hienoista pallonmuotoisista partikkeleista, joiden keskimääräinen halkaisija oli 0,1 ,um 2 ja ominaispinta noin 250 000 cm /g. Kiinteiden aineiden yhteenlaskettu tilavuusosa matriisissa, käsittäen sementtiä sekä silikapölyä, oli 0,64-0,70. Veden ja kiinteän aineen painosuhde oli 0,188-0,133.

Silikapölypartikkelien tiiviin pakkauksen varmistava silika-pölymäärä on riippuvainen silikapölyn raekokojakautumasta sekä suuressa määrin tiiviisti pakattujen partikkelien B välissä olevasta välitilasta. Näin ollen hyvin jaettu Portland-sementti, joka sisältää edelleen 30 % hienoja pallon- 8 72307 muotoisia lentotuhkapartikkeleita, jättää paljon vähemmän välitilaa silikapölylie kuin vastaava tiiviisti pakattu sementti, jossa rakeet ovat yhtä kokoa. Systeemeissä, joissa partikkelit B ovat enimmäkseen Portland-sementtiä, vastaa silikapölyn tiivis pakkaaminen todennäköisesti silikapöly-tilavuuksia alueella 15-50 tilavuus-% laskettuna partikkeleista A + partikkeleista B. Vastaavat tarkastelut pätevät systeemeille, jotka sisältävät muun tyyppisiä partikkeleita A ja B.

Tiiviin pakkauksen periaatteita käsitellään yksityiskohtaisesti alempana osassa "tiiviin pakkauksen periaatteet".

Esillä olevassa selostuksessa sekä vaatimuksissa merkitsevät termit "erittäin hienot silikapartikkelit" ja "silikapöly"

SiO -pitoisia partikkeleita, joiden ominaispinta-ala on ^2 2 noin 50 000-2 000 000 cm /g, erityisesti noin 250 000 cm /g.

Tällainen tuote valmistuu sivutuotteena metallisen piin valmistuksessa sähköuunissa ja se sisältää partikkeleita joiden raekoko on noin 50 A - noin 0,5 ^um, tyypillisesti alueella noin 200 A - noin 0,5 ^um.

Erittäin hienojakoisten jauheiden tiivis pakkaaminen DSP-periaatteen mukaan saavutettiin betonilla (esimerkki 1), laastilla (esimerkeissä 3 ja 9 kansainvälisessä patenttihakemuksessa n:o PCT/DK79/00047),ja ohuita pursotettuja levyjä joissa oli lasikuitulujitus (esimerkki 2 kansainvälisessä patenttihakemuksessa n:o PCT/DK79/00047). Tässä tapauksessa valmistettiin sideaine Portland-sementistä (ominaispinta-ala 2 noin 2400-4400 cm /g) ja erittäin hienojakoisesta pallon- 2 muotoisesta silikapölystä (ominaispinta-ala 250 000 cm /g) järjestettynä hyvin tiiviiksi pakkaukseksi (veden ja jauheen välinen painosuhde vastaavasti 0,18 ja 0,13) sillä tavalla, että dispergointiaineena käytettiin poikkeuksellisen suurta määrää betonin tehopehmennintä (1-4 paino-%, erityisesti 2-3 paino-% tehopehmennintä laskettuna sementin ja silikapölyn yhteismäärästä).

9 72307

Betoni valmistettiin hyvin juoksevasta massasta ja sillä on hyvä lujuus (vedessä kovettuneiden, märkien, sylin-terimäisten koekappaleiden, joiden halkaisija oli 10 cm ja korkeus 20 cm, puristuslujuus oli 124,6 MPa 28 päivän jälkeen ja 146,2 MPa 169 päivän jälkeen). Tämä lujuus on 20 % korkeampi kuin korkeimmat vastaavat lujuusarvot betonille, joka on valmistettu ja valettu normaalitavalla, myös käytettäessä tehopehmenninlisäaineita (vertaa esimerkki 1 kansainvälisessä hakemuksessa PCT/DK79/00047). Helposti juoksevasta massasta valmistetun laastin, jota oli kovetettu vedessä 4 päivää lämpötilassa 60 C, puristuslujuus oli 179 MPa mitattuna märillä koekappaleilla, joiden halkaisija oli 10 cm ja korkeus 20 cm (vertaa esimerkki 9 kansainvälisessä hakemuksessa n:o PCT/DK79/00047).

Kappaleet tai partikkelit A ja B DSP-materiaaleissa Kansainvälisessä hakemuksessa n:o PCT/DK79/00047 luokitellaan DSP-materiaalien partikkelit A ja B yleisesti kiinteiksi partikkeleiksi, joiden partikkelikoko on tyypillisesti 50 A -0,5 ^um, vastaavasti 0,5 yum - 100 ^um.

Edellä mainittu kansainvälinen patenttihakemus selostaa pääasiassa kompakteja partikkeleita, tyypillisesti suhteellisen kovia materiaaleja kuten Portland-sementtiä, kalkkia, len-totuhkaa ja kolloidaalista silikaa. Mainitaan partikkeleina B kuitenkin myös heikot materiaalit, jotka deformoituvat 2 helposti alle 5 kg/cm paineilla.

Esillä olevan keksinnön mukaan voivat partikkelit A ja B olla mitä tahansa muotoa, ja eräs tyypillinen käyttökelpoinen muoto on pitkänomainen sauvamainen kappale, jossa mini-midimensiottyypillisesti ovat 50 A - 0,5 ^um partikkeleille A ja 0,5 yum - 100 ^um partikkeleille B. Partikkelien pituus voi olla mielivaltainen ja suurempi kuin poikittaismitat, ja tällaisia partikkeleita ovat tyypillisesti katkaistut kuidut tai lastut, joiden pituus/halkaisijasuhde on alueella 10 72307 1000/1-5/1, tai jatkuvat langan muotoiset kuidut.

Tässä selostuksessa merkitsee termi "kappale" mitä tahansa muotoa olevaa kappaletta, kuten partikkelin muotoinen, pitkänomainen, levymäinen tai kuitu tai jatkuvan kuidun eli langan muotoinen, ja ilmaisu "partikkelit" tarkoittaa yleensä kompaktimuotoisia partikkeleita, mutta se voi myös käsittää kulmikkaita partikkeleita ja jonkin verran litistettyjä ja pitkänomaisia muotoja, jotka ovat ilmaisun "partikkelit" normaalin määrittelyalueen sisällä. Sen lisäksi voi ilmaisu "partikkelit" esillä olevan keksinnön mukaisten DSP-systee-mien yleisen selostuksen yhteydessä olla yhteinen nimitys termille "kappale", silloin kun tämä merkitys on itsestään selvä.

Selityskappaleessa "tiiviin pakkauksen periaatteet" mainittu tiivis pakkaus liittyy partikkelien geometriaan ja pakkaus-eli muotoiluprosessin tyyppiin. Pitkänomaisten kappaleiden B tilavuuskonsentraatiota 10 %:a on näin ollen usein pidettävä liian korkeana ja se muodostaa tiiviin pakkauksen kun sekoitus-tai valutekniikka, jolla tällaisia kappaleita sisältävät DSP-materiaalit on aikaansaatu, on yksinkertainen sekoitus- tai valutekniikka, kun taas vastaava tilavuuskonsentraa-tio silloin, kun kuidut B järjestetään yhdensuuntaisesti fila-menttien tapaan, voi olla jopa 40-70 %.

Kuten edellä mainittiin, voivat kappaleet myöskin olla levymäisiä, tyypillisesti paksuus on tällöin 50 Ä - 0,5 ^.um partikkeleille A ja 0,5 ^um - 100 ^um partikkeleille B.

Esillä olevan keksinnön mukaan voivat kappaleet tai partikkelit A ja B olla mitä tahansa kemiallista koostumusta.

11 72307 1 1

Eräs erikoisen mielenkiintoinen kappaleiden tai partikkelien B tyyppi muodostuu erinomaisen lujista pitkänomaisista partikkeleista tai kuiduista ja lastuista, esimerkiksi metalli-kuiduista tai lastuista, hiilikuiduista, vuorikuiduista, lasikuiduista, A^O^-lastuista, piikarbidilastuista, grafiit-tilastuista, Kevlar-kuiduista, lujista polypropyleenikuiduis-ta, wollastoniitista ja asbestista.

DSP-materiaalien kappaleet tai partikkelit A voivat palvella lukuisia tarkoituksia: 1. Ne voivat toimia rakennuskivinä, jotka ovat yhteen liimatut jotta materiaali olisi luja ja jäykkä.

Tätä tarkoitusta varten täytyy materiaalin, josta partikkelit koostuvat, omata kemiallinen affiniteetti muodostettuun "liimaan". (Tämä saavutetaan valitsemalla partikkelit A, joilla on sopiva kemiallinen rakenne, ja/tai sopivalla partikkelien pintakäsittelyllä.) 2. Kappaleet A voivat myöskin toimia siten, että DSP-materiaaleille aikaansaadaan sitkeys mikrohalkeamisen välttämiseksi .

Tätä tarkoitusta varten ovat kappaleet A sopivimmin kuituja, esimerkiksi halkaisijaltaan 0,5 ^,um - 50 A ja pituudeltaan 12 72307 100 ^um - 500 A, pituudeltaan sopivimmin 10 ^um - 500 A, sopivimmin yhdessä kompaktien partikkeleiden A kanssa, erityisesti siten, että kompaktien partikkelien A konsentraa-tio on suuri. Esimerkkejä sopivista pitkänomaisista osista tai kuiduista A tätä tarkoitusta varten ovat erittäin hienot kuidut, lastut ja neulan muotoiset kiteet.

3. Kappaleilla A voi myös olla sellainen tehtävä, että ne aktiivisesti myötävaikuttavat "liiman" aikaansaamiseen, esimerkiksi kun partikkelit A ovat partikkeleita, jotka aikaansaavat kiinteän rakenteen kun ne osittain liuotetaan partikkelien väliseen veteen, ja kemiallisen reaktion vesifaasis-sa, jolloin reaktiotuote saostuu, tai kun partikkelit tai kuidut A ovat metallia, joka alistetaan sulatukselle-kiinteyt-tämiselle tai sintraukselle erillisessä vaiheessa DSP-matriisin alkumuodostuksen jälkeen.

4. Kappaleet A voivat toimia haluttujen kemiallisten prosessien kiihdyttäjänä tai katalysaattorina, jotka prosessit tapahtuvat DSP-systeemissä. Näin ollen voivat partikkelit A muodostua ultrahienosta sementistä, sementtiin perustuvien DSP-systeemien, tyypillisesti sementti/silikapöly/betonin tehopehmenninaineita sisältävien DSP-systeemien kovettamisen nopeuttamiseksi.

5. Partikkelit A voivat toimia estoaineina: 1) korroosiota vastaan, 2) alkalireaktioita vastaan, esimerkiksi kun partikkelit A ovat SiC>2:ta, 3) lasikuitujen suojaamiseksi voivat partikkelit A olla ultraviolettisäteilylle läpäisemättömiä (ja voivat sopivimmin toimia hapenpoistoai-neina), 4) myrkkyinä, jotka vastustavat biologista hajotusta, erityisesti mikrobiologista hajotusta, 5) aktiivisina osasina liukenevan kromaattisisällön (kuten tiosulfaatin tai ferrosulfaatin) vähentämiseksi sementissä, 6) poistoaineina, jotka toimivat ioninvaihdossa ionien poistamiseksi nesteistä, jotka 13 72307 pestään rakenteen läpi, mm. poistoaineina, jotka absorboivat radioaktiivisia ioneja radioaktiivisesta aineesta, joka sisältyy DSP-matriisimateriaaliin, 7) vety rikkaina ja/tai raskaina elementteinä suojaamista varten radioaktiiviselta säteilyltä (kuten lyijypartikkelit).

5. Partikkelien A tarkoitus voi olla optisten ominaisuuksien, kuten heijastus-, läpinäkyvyys- ja fluoresenssiomi-naisuuksien antaminen.

Tätä tarkoitusta varten partikkelit A voivat olla pigmenttejä, joiden koko on sovitettu haluttujen optisten ominaisuuksien mukaan, jolloin tässä yhteydessä alle 0,5 ^,um:n koko on erittäin tehokas.

6. Kappaleita A voidaan käyttää antamaan haluttuja sähkö-ominaisuuksia (esimerkiksi ionien johtamisominaisuus).

7. Kappaleita A voidaan käyttää sähköä johtavina elementteinä.

8. Kappaleita A voidaan lisätä komponentteina, joilla on erikoiset dielektriset ominaisuudet.

9. Kappaleet A voivat olla magneettisia partikkeleita.

10. Kappaleita A voidaan käyttää antamaan erityisiä kemiallisia ja termisiä ominaisuuksia: a) missä halutaan kemiallista tai termistä resistanssia, tai b) missä kemiallisen tai termisen resistanssin on oltava niin alhainen kuin mahdollista (esimerkiksi mikrorakenteen aikaansaamiseksi saattamalla DSP-matriisi, joka sisältää kemiallisesti tai termisesti helposti erotettavissa olevia kappaleita A,alttiiksi korroosiolle tai palamiselle kappaleiden A poistamiseksi, mikä esimerkiksi johtaa tiiviiseen lujaan DPS-matriisiin, jossa on erittäin hienoja huokosia tai reikiä koko rakenteen läpi).

14 72307 11. Kappaleet A voivat olla kovaa materiaalia DSP-materiaa-lin kulutuskestävyyden aikaansaamiseksi.

Tiiviin pakkauksen periaatteet

Osasten ja partikkelien tiivis pakkaus on olennainen DSP-järjestelmien yhteydessä, esimerkkinä voidaan mainita, että Portland-sementtiin perustuvissa DSP-materiaaleissa on olennainen ominaisuus sementtipartikkelien tiivis pakkaus, yhdistettynä erittäin hienojen partikkelien sijoittamiseen sementtipartikkelien välitiloihin.

Tilavuudeltaan stabiilin DSP-betonin tai laastin valmistamisen yhteydessä on myöskin toivottavaa pakata hiekka ja kiviaines mahdollisimman tiiviisti, jolloin aggregaattien väliset tilat mahdollisimman tiiviisti täytetään tiiviillä DSP-pastalla.

Tämä pakkaus ei ole yksikäsitteisesti määriteltävissä, mutta se on riippuvainen kyseisten kappaleiden tai partikkelien muodosta, niiden koko jakautumasta sekä tiivistysmenetelmästä .

Partikkelin muodon merkitys

Pakkauksen tiiviys on riippuvainen partikkelien muodosta siten, että mitä enemmän kulmikkaita, pitkänomaisia ja epätasaisia partikkelit ovat, sitä alhaisempi on tiivistys.

Portland-sementtiin perustuvan DSP-pastan yhteydessä on suurilla partikkeleilla (sementillä) tyypillisesti kuutio-mainen muoto, pakkauskapasiteetin ollessa keskinkertainen. (Sementtipartikkelien muoto on riippuvainen valmistusmenetelmästä (jauhatuksesta). Mitä pakkaukseen tulee, on pallomainen sementti ihanteellinen. Tämän muotoista sementtiä voidaan valmistaa synnyttämällä sydämiä ja kasvattamalla nestefaasissa.) Toisaalta sisältää erittäin hieno jauhe pyöreitä partikkeleita, jotka ovat muodostuneet kondensaation 15 72307 kautta kaasu-tai nestefaasista. Pallomainen muoto johtaa ihanteellisiin pakkausominaisuuksiin.

Tiiviisti pakattuja pitkänomaisia osasia, kuten kuidut, järjestetään tyypillisesti huomattavasti enemmän avoimeksi rakenteeksi kuin kompaktimuotoiset partikkelit (vertaa kuvio 4), jollei ryhdytä erikoisiin toimenpiteisiin (vertaa kuvio 5).

Partikkelien kokojakautuman merkitys

Partikkelien kokojakautuman merkitystä voidaan havainnollistaa tarkastamalla binäärisiä sekoituksia (isoja ja pieniä partikkeleita) verrattuna monikomponenttisekoituksiin.

Partikkelien tiivistä pakkausta, riippuvaisena partikkelien geometriasta (riippumatta pintavoimista) on käsitelty maailman ympäri partikkeliteknologiaa eri aloilla käsittävässä kirjallisuudessa, esimerkiksi teoksissa "Particulate Technology", Clyde Orr Jr., 1966, The MacMillan Company, New York ja "Principles of Particulate Mechanics", Brown and Richards, 1970 Pergamon Press. On tyypillistä, että partikkelijärjestelmien pakkaaminen, jossa pintavoimat ovat merkityksettömiä, on riippumaton absoluuttisesta partikkelikoosta sekä riippuu vain partikkelien muodosta, suhteellisesta kokojakautumasta sekä mekaanisesta tavasta, jonka mukaan partikkelit on sijoitettu. Tämä merkitsee sitä, että yhtä isojen pallomaisten partikkelien yhdenmukainen pakkaaminen johtaa samaan kiinteän aineen tilavuusosaan (esimerkiksi 0,52 kuutiomaiselle ja 0,74 heksagonaaliselle pakkaukselle), riippumatta kuulien absoluuttisesta koosta. Pakkauksen tiiviyteen vaikuttaa voimakkaasti suhteellinen partikkelikokojakautuma, ts. eri partikkelikokojen välinen suhde. Siten selostavat Brown and Richards (edellä mainittu) klassillisia kokeita, jotka on tehty eri koko-suhteita edustavilla pallomaisten partikkelien binäärisillä pakkauksilla, joissa kiinteiden aineiden tilavuusosuus nousee noin 0,63:sta yksittäisillä partikkelikokojakeilla noin 0,70:n suurten ja pienten partikkelien sekoituksella, jossa kokosuh-de on 3,4/1, sekä aina 0,84:n asti suurten ja pienten partik- 16 72307 kelien sekoituksella kokosuhteessa 16/1. Pakkauksen tiivistys on myöskin voimakkaasti riippuvainen mekaanisesta puris-tusmenetelmästä. Yksinkertainen painepuristus ei normaalisti johda erityisen tiiviiseen partikkelijärjestelmien pakkaukseen, jossa partikkelit säilyttävät geometrisen identtiteettinsä (ts. eivät rikkoudu eivätkä olennaisesti muuta muotoaan). Normaalisti tiiviimpi pakkaus saadaan aikaan leikkausdeformaa-tiolla, toistetulla leikkausdeformaatiolla, tai tasapainoisella täryttämisellä, aina kohdistamalla pieni kohtisuora paine sen varmistamiseksi, että toistettu muodonmuutos lopulta johtaa yhä tiiviimpään rakenteeseen. Tästä syystä ei ole mahdollista ilmaista käsitettä tiivis pakkaus yhden ainoan ominaisuuden avulla. Tässä selostuksessa mainittu termi "tiivis pakkaus" on ymmärrettävä olennaisesti sellaisena tiiviinä pakkauksena, joka saadaan aikaan järjestelmissä ilman tarttuvia pintoja ja edellä mainitun tyyppisillä vaikutuksilla, kuten leikkausdeformaatiolla ja tasopainotetulla täryttämisellä.

Kaikista tiivein pakkaus aikaansaadaan korkealla suurten ja pienten partikkelien välisellä suhteella, joka tyypillisesti on yli 20.

Pienillä halkaisijoiden suhteilla pienenee suurin mahdollinen pakkaustiiviys seinämä- ja rajavaikutuksen johdosta, jonka tärkeys kasvaa hienojen partikkelien ja isompien partikkelien välisen suhteen kasvaessa.

Ilman seinämä- ja rajavaikutusta voitaisiin aikaansaada 100 %:sen tiivis pakkaus multikomponenttisekoituksessa täyttämällä jatkuvasti partikkelien välisiä tiloja kuitupartikkeleilla.

Käytännössä missä suurimpien ja pienempien partikkelien välinen suh- 4 5 de on rajoitettu, esimerkiksi alueelle noin 10 -10 betonille tai sementtiin perustuvalle DSPrlle, jossa on aggregaatteja 10 mm:n asti sekä hienojakoista sementtiä luokaltaan noin 1 yum, sekä DSP:n kohdalla myöskin erittäin hienojakoisia

II

17 72307 silikapartikkeleita, joiden keskimääräinen partikkelikoko on noin 0,1 ^um, tapahtuu huomattava seinämä- ja raja-teho mikäli yksittäisten partikkelijakeiden lukumäärä on enemmän kuin 3 tai 4, mikä johtaa pakkaukseen, joka on kaukana ihanteellisesta.

Mitään sellaista teoriaa ei näytä olevan, joka mahdollistaisi sellaisen raekokokäyrän esittämisen, joka johtaisi optimaaliseen pakkaukseen. Tämän vuoksi ratkaisu näyttää olevan kompromissi toisaalta sellaisen pakkauksen, jossa on vain muutamia komponentteja sekä pieni seinämä- ja rajavaikutus, ja toisaalta sellaisen pakkauksen välillä, jossa on suuri komponent-timäärä. Jokaisessa yksittäisessä tapauksessa saavutetaan optimipakkaus suorittamalla ennakolta fysikaalisia kokoon-puristuskokeita.

Joka tapauksessa voidaan yleensä soveltaa joitakin yleisiä periaatteita: 1. Tiiviisti pakattu partikkelijae, esimerkiksi pyöreitä kompaktisti muotoiltuja hienoja partikkeleita alueella 10-20 yiun, olisi suojattava ohentamiselta varmistamalla tuntuva ero partikkelikokojen suhteen (sekä suurilla että pienillä kokoluokilla).

2. Erittäin lujilla sementtiin perustuvilla materiaaleilla lujuuden antavien sementtipartikkelien tiivis pakkaus olisi varmistettava partikkelikoon eroilla (sekä isolla että pienellä kokoluokalla), esimerkiksi käyttämällä toisaalta suhteellisen karkeata hiekkaa ja toisaalta erittäin hienoja partikkeleita, jotka ovat tuntuvasti pienempiä kuin pienin sementtijae.

3. Milloin käytetään muita partikkeleita tai kuituja, joiden koko vastaa sementin, esimerkiksi halkaisijaltaan 10-20 ^,um olevia lasikuituja, sementtiin perustuvassa DSP:ssä, on mahdollista kompensoida suhteellisen voimakas sementtijakeen ohennus, joka tapahtuu näiden partikkelien tai kuitujen pin- 18 72307 nassa, lisäämällä vastaavasti suurempi osa erittäin hienoja partikkeleita A.

Kappaleiden tai partikkelien, joilla pintavoimat on eliminoitu, tiivis pakkaus on voimakkaasti riippuvainen kappaleiden järjestelyn kinematiikasta. Esimerkiksi voidaan kuituja järjestää tässä hakemuksessa tarkoitettuun tiiviiseen pakkaukseen 1) yksinkertaisella sekoitus- ja valuprosessilla (vertaa kuvio 4), 2) saostuksella ja 3) filamentteja kiertämällä kuten on esitetty kuviossa 5. Tiiviys eli kuitujen konsentraatio kasvaa voimakkaasti lähtien tapauksesta 1) tapauksen 2) kautta 3) reen. Näillä menetelmillä saavutettavia tyypillisiä kuitukonsentraatioarvoja ovat 5, 20 ja 60 tila-vuus-%.

Näin ollen on ymmärrettävää, että tiivis pakkaus on yhdistelmävaikutus partikkelien tai kappaleiden muodosta sekä siitä tavasta, jolla partikkelit tai kappaleet on järjestetty, ts. kinematiikasta, jonka olosuhteissa partikkelien tai kappaleiden konsentraatioon pintavoimat vaikuttavat ainoastaan merkityksettömästi, kuten DSP-järjestelmissä, joihin on lisätty tehokas dispergointiaine.

Pintavoimien voittaminen

Eräs olennainen osa DSP-järjestelmien aikaansaamisessa on pienten partikkelien ja kappaleiden välisten pintavoimien voittaminen tärkeän tiiviin pakkauksen aikaansaamiseksi.

Sementtiin perustuvassa DSPrssä kysymys tiiviin partikkeli-pakkauksen aikaansaamisesta en siten olennaisesti kysymys vesi-liuoksessa olevien sementtipartikkelien ja erittäin hienojen partikkelien välisten pintavoimien voittamisesta.

Kompakteilla partikkeleilla, joilla on pyöreä muoto ja jotka ovat pintavoimien yhdessä pitämiä, ovat kahden pistekoske-tuksessa olevan partikkelin erottamiseen tai keskinäiseen

II

19 72307 siirtämiseen tarvittavat voimat verrannollisia partikkelikokoon (d) sekä pintajännitykseen (γ) F cc yd

Pintajännitys γ määritellään 1) nestemeniskin ja ympäröivän juoksevan aineen (yleensä ilman) välisenä pintajännityksenä, silloin kun meniski aiheuttaa koheesiota, tai 2) työnä, joka tarvitaan yhden uuden pinta-alayksikön aikaansaamiseksi siirtämällä keskenään yhdensuuntaiset pinnat pois kosketuspinnasta äärettömän kauas.

Olettaen, että erotus- ja liukuresistanssi ovat määrääviä pyö-rintäresistanssiin nähden, voidaan jauheen myötöjännitys (joka on verrannollinen partikkeliin vaikuttavaan voimaan, jaettuna partikkelin pinta-alalla) kirjoittaa seuraavasti p oc yd ^ tai, dimensiovapaassa muodossa ^ = vakio Ύ jossa vakio on funktio partikkelijärjestelmän geometriasta (suhteellinen partikkelikoko, muoto sekä järjestely).

Tämä kvalitatiivinen malli on näyttänyt tärkeätä osaa valittaessa menetelmää tiiviiden, lujien, sementillä sidottujen materiaalien, kuten DSP:n, valmistamiseksi, jossa partikkelin pakkauksen kuvaamiseksi on käytetty funktiota eli p£ Ύ

Suure

Pd γ on mitta sille määrälle, missä ulkopuoliset jännitykset (p)

V

voivat voittaa sisäisen koheesion ( ·= ).

d

Pintavoimien vaikutuksen alaisena olevat erittäin hienojakoiset partikkelit pakataan tyypillisesti hyvin avoimeksi rakenteeksi, mikäli pakkaus tapahtuu kohtuullisella ulkopuo- 20 72307 lisella paineella. Tämä on asianlaita jos pakataan partikkeli järjestelmä hyvin alhaisella, dimensiottomalla puristus-paineella pd Y ' mikä johtaa vastaavasti alhaiseen partikkelikonsentraatioon.

Tiiviimpi pakkaus voidaan aikaansaada 1) suuremmalla puristuksella, 2) pienentämällä pintavoimia, esimerkiksi pinta-aktiivisilla aineilla, tai 3) valitsemalla suurempia partikkeleita .

Erittäin korkeilla arvoilla, on pintavoimien vaikutus ~ käytännöllisesti katsoen voitettu, esimerkiksi kivipinos-sa. Siinä on partikkelien pakkaus periaatteessa kysymys partikkeligeometriasta, partikkelikitkasta sekä tavasta, jolla kokoonpuristaminen suoritetaan, esimerkiksi täryt-tämällä.

Erittäin lujan ja tiiviin betonin tuottaminen vaatii erittäin hienoista partikkeleista koostuvan sideaineen järjestämisen tiiviiksi pakkaukseksi. Kuitenkaan normaaliolo-suhteissa pienien partikkelien, pintavoimien sekä kohtuullisen puristusvoiman yhdistelmä ei salli tällaisen tiiviin rakenteen aikaansaamista.

DSP-periaatteen mukaan eliminoidaan pintavoimien lukitus-vaikutus sementtiin perustuvissa materiaaleissa olennaisesti dispergointiaineiden avulla, jolloin mahdollistetaan ihanteellinen geometrinen järjestely niin, että pieniä, pyöreitä partikkeleita on sijoitettu isompien partikkelien väliin erittäin tiiviin rakenteen varmistamiseksi siitä huolimatta, että sementtipartikkelien väliin pakatut pienet partikkelit ovat vain noin 1/100 tavallisten sementtipartikkelien koosta (silikapöly, jossa keskimääräinen halkaisija on 0,1 ^,um) .

Il 21 72307 Näin ollen DSP-järjestelmän mukaan käytetään tehokkaita dispergointiaineita muuttamaan erittäin hienoihin partikkeleihin perustuvat materiaalit sellaiseen tilaan, jossa pak-kaustiiviys on puhtaasti geometrinen ja kinemaattinen ongelma, sellaisena kun se tunnetaan suurikokoisten partikkelien pakkausteoriasta.

Esillä olevan keksinnön erään erityisen aspektin mukaan on myös mahdollista suorittaa DSP-materiaalien kokoonpuristus suuremmalla jännityskentällä. Käyttämällä kokoonpu-ristusta suurjännityskentässä on mahdollista menestyksellä aikaansaada DSP-järjestelmiä, jotka perustuvat kaikkein pie-nimpään partikkelikokoon, partikkeleille A ilmoitetulla alueella, ts. 50-200 A, missä pintavoimilla (γ) mallin pd — = vakio

Y

mukaan on yhä kasvavampi tärkeys. Lisäämällä puristusjännitystä p vastaavasti, voidaan säilyttää taso pd Ύ joka on ominainen sille, että pintavoimat on voitettu.

Muissa menetelmissä hienojen kappaleiden tai partikkeleiden järjestämiseksi, kuten saostamisessa, voidaan käyttää vastaavia periaatteita, vain matemaattiset mallit ovat erilaisia. Näin ollen tiiviin järjestelyn aikaansaaminen saostamalla pieniä kuituja on riippuvaista siitä, onko kuituihin vaikuttava painovoima tarpeeksi suuri voittaakseen pintavoimat, jotka pyrkivät kiinnittämään ja lukitsemaan saostuvat kuidut (tällainen kiinnitys on tyypillisesti sellainen, joka pyrkii kiinnittämään kuitua täysin ei-toivottuun asentoon, joka ei ole yhdensuuntainen toisten kuitujen kanssa), niin että laskeutuva kuitu asettuu haluttuun asentoon olennaisesti yhdensuuntaisesti jo laskeutuneiden kuitujen kanssa.

22 72307

Dispergointiaineen vaikutus Portland-sementin/erittäin hienojen partikkelien järjestelmässä_

Hienojen partikkelien dispergointia käyttämällä pinta-ak-tiivisia aineita on laajasti yleisesti selostettu kolloideja ja pintavaikutuksia käsittävässä kirjallisuudessa.

Pinta-aktiivisen aineen käyttämisen tarkoituksena on aikaansaada sellaisia poistyöntäviä voimia viereisiin partikkeleihin nähden, että nämä voimat voivat voittaa London/van der Waalin voimien aiheuttavan keskinäisen vetovoiman sekä mahdollisesti muut vetovoimat. Tällä keinolla pyritään eliminoimaan partikkelien välinen tartunta, niin että varmistetaan partikkelien keskinäinen liukuminen, mikä on täysin olennaista tiiviin pakkauksen aikaansaamiseksi alhaisella puristuksella.

Klassillisen teorian mukaan huomioidaan normaalisti kaksi erikseen työntävää mekanismia: sähköinen repulsio, jonka aiheuttaa sähköisen kaksoisdiffuusiokerroksen syntyminen partikkeleita ympäröivään aineeseen (vertaa D.L.V.O. teoria), ja steerinen este, jolloin partikkelien pääsyä keskinäisesti yhteen (ts. niiden flokkulaatiota) estetään toisen aineen adsorboitujen kerrosten läsnäololla partikkelien pinnalla.

Tällaiset adsorboidut kerrokset voivat olla väliaineen molekyylejä, tai ne voivat olla pinta-aktiivisia molekyylejä. Adsorboitujen molekyylien fysikaalinen vuorovaikutus partikkelien lähestyessä toisiaan vaikuttaa flokkulaation estämiseksi. Uskotaan, että steerinen estevaikutus on määräävä tekijä kun sementti on liuotettu veteen tyypillisten betoni-pehmentimien vaikutuksella, mutta että myöskin sähköinen repulsio osallistuu mekanismiin lisäyksenä edelliseen.

Monen vuoden kokemus osoittaa, että puhdas sähköinen repul-siovaikutus on riittämätön estämään Portland-sementin flok-kulaatiota vedessä (luultavasti johtuen kaksiarvoisen ja kolmiarvoisen vastaionin Ca++ ja Al+++ suuresta konsentraa-tiosta) mikä, Hardy-Schultz-säännön mukaan pienentää diffun- it 23 72307 doitua kaksoiskerrosta, sekä mahdollisesti myöskin johtuen suoranaisten kemiallisten sidosten (tai siltojen) muodostumisesta. Näyttää todennäköiseltä, että normaalin Portland-sementin tehokas dispersio veteen on voimakkaasti riippuvainen tehokkaan steerisen esteen varmistavista dispergointi-aineista.

Erittäin hienojakoisen silikan, ts. jonka keskimääräinen raekoko on 0,1 ^um, hyvän dispersion aikaansaaminen veteen on periaatteessa paljon yksinkertaisempaa kuin vastaavan dispersion aikaansaaminen paljon karkeammalla Portland-sementiliä (jossa keskimääräinen partikkelikoko on tyypillisesti 10 ^um).

Näin ollen kolloidaalisen silikan tehokas dispergointi veteen (ilman suolasisältöä) aikaansaadaan pH-säädöllä (pH tyypillisesti yli 7 tai 8), kuten selostetaan teoksessa Surface and Colloid Science, Egon Matijeviec, Ralph K. Iler, 1973, John Wiley & Sons). Käytännön kokemus, joka on saatu hienolla silikapölyllä, jota on käytetty hakemuksen esimerkeissä (omi- 2 naispinta-ala noin 250 000 cm /g), osoittaa samaa yleistä käyttäytymistä.

Näin ollen 1/1 sekoitus silikapölystä ja vesijohtovedestä (painon mukaan) sekä 2/1 sekoitus silikasta ja 3 %:sesta nat-riumtripolyfosfaatin vesiliuoksesta molemmat johtavat liuoksiin, joilla on kohtuullinen viskositeetti, ja joita voidaan helposti sekoittaa pienitehoisilla sekoittimilla tai käsin. Kuitenkin yritykset yhdistää tällaisia silika/vesijärjestelmiä Portland-sementtiin johtavat korostettuun flokkulaatioon.

Siten pienen määrän helposti juoksevaa Portland sementti/vesi-liuosta (tyypillisesti vesi/sementtisuhde 1) lisääminen suureen määrään silika/vesiliuosta, joka on edellä mainittua tyyppiä ja konsentraatiota (ts. tyypillisesti 1 osa sementti-liuosta 10 osaan silika/vesiliuosta) johtaa tuntuvaan jähmettymiseen, joka tekee kaiken lisäsekoituksen mahdottomaksi.

24 72307 Tämä osoittaa sitä, että veteen liuennut sementti hävittää erittäin hienojakoisten silikapartikkelien dispergoinnin. Silikapartikkelien välisen sidemuodostuksen tarkkaa mekanismia ei tunneta, mutta selitys on todennäköisesti se, että kaksikerroksinen repulsio pienenee ja että muodostuu erilaisia suoria siteitä tai siltoja.

Käyttäen betonin tehopehmentimiä, kuten voimakkaasti tiivistyneen naftaleenirikkihapon kautta formaldehydikonden-saatin natriumsuolaa, jossa tyypillisesti enemmän kuin 70% sisältää molekyylejä, joissa on 7 naftaleeniydintä tai enemmän, on helppoa aikaansaada erittäin hyvä dispersio yhdistettyjen erittäin hienojakoisten silika/Portland-sementti-partikkelien ja veden järjestelmässä, mikä mahdollistaa sideaineen tiiviin pakkaamisen jännitykseltään alhaisella kentällä.

Näin ollen tehopehmentimien vaikutus erittäin hienojakoisten partikkelien/sementin/veden DSP-järjestelmissä ei johdu niiden kyvystä dispergoida erittäin hienojakoisia partikkeleita veteen (itseasiassa muut pinta-aktiiviset aineet ovat tätä tarkoitusta varten parempia), vaan se johtuu siitä, että ne kykenevät aikaansaamaan silikan hyvän dispergoinnin tässä nimenomaisessa Portland-sementin/veden ympäristössä.

Yhdistelmämateriaalin rakenne ja ominaisuudet Esillä oleva keksintö tarjoaa useita uusia menetelmiä ja periaatteita DSP-materiaalien aikaansaamiseksi, joita menetelmiä selostetaan seuraavassa selityksen eri kappaleissa. Tämä kappale koskee erityisesti erittäin lujien sementtiin perustuvien DSP-materiaalien aikaansaamista.

Tavallisen betonin lujuus riippuu ensisijaisesti sementti-sideaineen laadusta, joka aine sitoo hiekan ja kivet yhteen, sekä vain pienemmässä määrin hiekan ja kiven laadusta niin kauan kun kyseessä ovat normaalimateriaalit.

25 72307 Tämän tosiasian syynä on se, että sideaine on tavallisessa betonissa heikoin lenkki ja että halkeamat tapahtuvat pääasiassa sideaineessa, eivätkä kulje hiekan ja kivipartikke-lien läpi.

Betonirakennesuunnittelua koskevissa kirjoissa tätä on selitetty olettamalla ensimmäisenä likiarvona että lujuus on ainoastaan sideaineen koostumuksen funktio (ilmaistuna se-menttikonsentraationa sementti-vesisuspensiossa suhdearvona joka on vesi/sementtisuhde), sisällyttämättä malleihin hiekan ja kiven määrää taikka laatua.

Betonissa, jossa hiekan ja kiven lujuus ei ole enää korkea suhteessa sideaineen lujuuteen, ovat sekä sideaineen lujuus että hiekan ja kiven lujuus tärkeitä yhdistelmämateriaalin lujuutta silmälläpitäen.

Tämä on tunnettu tosiasia kevytbetonilla, jossa kiviaines koostuu kevyestä, huokoisesta, suhteellisen heikosta materiaalista. Tässä tapauksessa on kiviaineksen sisäinen lujuus yhtä tärkeä kuin sideaineen lujuus kun ilmaistaan matemaattisesti betonin lujuus: n 1-n σ = σ x σ a m jossa σ on betonin puristuslujuus, σ on kiven puristuslu-juus, am on sideaineen puristuslujuus, n on kiven tilavuus-konsentraatio ja 1-n on sideaineen tilavuuskonsentraatio. Tällaisissa materiaaleissa halkeaminen etenee huomattavassa määrin heikkojen kivipartikkelien kautta.

Uuden erittäin lujan sementtiin perustuvan DSP sideaineen, jota on selostettu kansainvälisessä hakemuksessa n:o PCT/DK79/00047, kehittämisen kautta on aikaansaatu betoni ja laasti, joilla on tähän asti tuntematon lujuus. Täten kansainvälinen patenttihakemus n:o PCT/DK79/00047 esittää vedessä kovetettujamärkiä sylinteritestikappaleita, joiden halkaisija on 10 cm sekä korkeus 20 cm, ja joiden puristuslujuus on 146,2 MPa betonille 169 päivän varastoinnin 26 72307 jälkeen 20°C:ssa,sekä 179 MPa laastille, joka on kovetettu noin 60°C:ssa 4 päivää. Sekä betoni että laasti valmistettiin helposti juoksevista valumassoista heikosti mekaanisesti täryttämällä. Käytettiin sovinnaista kvartsihiekkaa sekä betonia varten graniittia. Lujuuksia vertailtiin korkeimpiin lujuuksiin, joita on ilmoitettu kyseisessä teknisessä kirjallisuudessa: 120,6 MPa mitattu koesylintereille, joilla oli samat dimensiot kuin edellä ja jotka koostuivat betonista, jossa vesi/ sementtisuhde oli 0,25, sementtisisältö 512 kg/m^, sekä "Mighty" 150 sisältö (seuraavassa lähemmin selostettu betonin tehopehmennin) määrässä 2,75 % 0,42 %:sena liuoksena, laskettuna sementin määrästä, jolloin näytteet oli säilytetty yksi vuosi ennen puristuslujuuden koestusta. (Kenichi Hattori, "Superplasticizers in Concrete, Voi. I, Proceedings of an international Symposium held in Ottawa, Canada, 29-31 May, 1978, edited by V.M. Malhhotra, E.E. Berry and T.A. Wheat, sponsored by Canada Centre for Mineral and Energy Technology, Department of Energy, Mines and Resources, Ottawa, Canada and American Concrete Institute, Detroit, USA.)

Murtumapintojen tutkiminen lujuusmittauksien yhteydessä, joita on selostettu kansainvälisessä patenttihakemuksessa n:o PCT/DK79/00047 osoitti, että käytetty hiekka ja kiviaines ei ollut tarpeeksi luja verrattuna sideaineeseen, niin kuin olisi ollut asianlaita normaalibetonin tapauksessa, koska murtuminen eteni huomattavassa määrin hiekan ja kivi-partikkelien läpi.

Tämä osoitti mahdollisuuden valmistaa vielä lujempaa betonia yhdistämällä DSP-sideaineen käytön paljon lujemman hiekan sekä kiviaineksen käyttöön. Tämä on periaate, jolla ei ole mitään huomattavaa merkitystä normaalibetonin yhteydessä, niin kuin on edellä selostettu.

27 72307 DSP sideaineen yhdistäminen erityisen lujaan hiekkaan ja kiviainekseen on eräs esillä olevan keksinnön tärkeimpiä aspekteja.

Sopusoinnussa tämän aspektin kanssa, valmistettiin betonia ja laastia käyttäen DSP-sideainetta sekä hiekkana ja kiviaineksena esimerkiksi tulenkestävää bauksiittia ja piikar-bidia, jotka molemmat ovat paljon lujempia kuin tavallisen betonin hiekka ja kiviaines, vertaa esimerkkejä 1 ja 4.

Betoni ja laasti valmistettiin helposti juoksevista massoista ja niillä oli erinomaisen korkea lujuus (puristuslujuus sylinterimäisillä betonikappaleilla, joiden halkaisija oli 10 cm ja korkeus 20 cm ja joita oli kovetettu 60°C:ssa 4 vuorokautta, oli 217 MPa).

Tämä on enemmän kuin 50 % korkeampi kuin erittäin kovan betonin lujuus, joka betoni on valmistettu tavallisesta hiekasta ja kivestä, yhteen sidottuna uudella lujalla sement-tiaineella (146,2 MPa, vertaa kansainvälinen patenttihakemus n:o PCT/DK79/00047) sekä enemmän kuin 20 % korkeampi kuin korkeimmat lujuudet,jotka on hakijan tiedon mukaan saatu betonilla, jota on valmistettu sovinnaisella pehmeän massan valulla sekä kovetustekniikalla käyttäen sovinnaisia erikois-pehmennettyjä sideaineita (120,6 MPa, vertaa Hattori kuten edellä mainittu).

Keksinnön mukaisella uudella korkealaatuisella materiaalilla 011 myöskin äärimmäisen korkea jäykkyys (dynaaminen kimmomoduuli 109 000 MPa), mikä on noin 60 % korkeampi kuin korkealaatuisella betonilla, jossa on käytetty DSP-sideainetta sekä kvartsihiekkaa ja graniittia, vertaa kansainvälisen patenttihakemuksen n:o PCT/DK79/00047 esimerkkiä 1.

Tulenkestävästä bauksiittihiekasta tehty laasti oli vielä lujempaa ja jäykempää kuin betoni (puristuslujuus sylinterimäisillä kappaleilla, joiden halkaisija oli 10 cm ja korkeus 20 cm ja joita oli kovetettu 80°C:ssa 4 päivää, oli 248 MPa 28 72307 ja dynaaminen kimmomoduuli oli niin korkea kuin 119 000 MPa:ta, vertaa esimerkki 3). Puristuslujuus on 38 % korkeampi kuin lujimmalla laastilla, joka on valmistettu DSP-sideaineella sekä kvartsihiekalla (179 MPa, vertaa kansainvälisen patenttihakemuksen n:o PCT/DK79/00047 esimerkkiä 9),sekä enemmän kuin kaksi kertaa niin korkea kuin edellä mainitulla lujalla betonilla Hattorin mukaan (120 MPa). Vielä lujempia sementtiin perustuvia DSP-materiaaleja on esillä olevan keksinnön mukaan aikaansaatu lujilla hiekka-ja kiviaineksilla, vertaa esimerkkiä 4, jossa lujuus oli 268,3 MPa.

Näin ollen on esillä olevan keksinnön mukaisella DSP-betoni-materiaalilla tähän asti saavuttamaton laatu, joka on saavutettu käyttämällä erittäin lujaa hiekkaa ja kiviainesta yhdessä erittäin lujan DSP-sideaineen kanssa, jolloin 1) tavalliseen betoniin verrattuna hiekan ja kiviaineksen lujuutta käytetään paremmin hyväksi ja 2) DSP-sideaineen lujuutta käytetään paljon paremmin hyväksi kuin betonissa, jossa on tavallista hiekkaa ja kiviainesta.

Yhdessä helpon tuottamisen mukaan tuomien etujen kanssa, jotka liittyvät DSP-sideaineeseen, avaa erityisen luja hiekka ja kiviaines mahdollisuuden aikaansaada suuri valikoima uusia ja parannettuja tuotteita.

Eräs toinen erittäin mielenkiintoinen näkemys erittäin lujien, sementtiin perustuvien DSP-materiaalien suhteen on lujuuden σ ja tiheyden p suhde, joka on avainparametri rakennettaessa suurikokoisia rakenteita, kuten torneja, siltoja jne., jossa suurin mahdollinen koko on verrannollinen tähän suhteeseen. Sementtiin perustuvien DSP-materiaalien ja erikoisesti hiekkaa ja kiviainesta sisältävien DSP-materiaalien lujuus/tiiviyssuh-de on huomattavasti korkeampi kuin tavallisella betonilla tai korkealaatuisella betonilla ja jopa korkeampi kuin rakenne-teräksen lujuus/tiiviyssuhde.

29 72307

Keksintö koskee muotokappaletta, joka käsittää erittäin lujat sementtiin perustuvat DSP-materiaalit, ja joka on määritetty- oheisessa patenttivaatimuksessa 1.

Keksinnön edellä mainitun aspektin mukaan käytetään hiekkaa ja kiviainesta, joka on lujempaa kuin tavallisessa betonissa käytetty hiekka ja kiviaines. Betonihiekka ja kivi muodostuu tyypillisesti tavallisesta kivestä, kuten graniitista, gneissistä, hiekkakivestä, piikivestä ja kalkkikivestä, sisältäen sellaisia mineraaleja kuten kvartsia, maasälpää, kiillettä, kalsiumkarbonaattia, piioksidia jne.

Erilaisia vertailutestejä voidaan käyttää sen toteamiseksi, että tietyt hiekka- ja kivimateriaalit ovat lujempia kuin tavallinen betonihiekka ja kivi, esimerkiksi 1) kovuuden mittaus 2) yksittäisten partikkelien murtolujuuden määrääminen 3) kovuuden mittaaminen mineraaleille, joista hiekka ja kivimateriaalit koostuvat 4) jauhepuristus vastuksen määrääminen 5) kulutuskokeet 6) jauhatuskokeet 7) partikkeleita sisältävän yhdistelmämateriaalin lujuu den mittaaminen.

On vaikeata määritellä yksikäsitteisiä suhteita hiekan ja kiven tällaisten lujuus- ja kovuustulosten välillä sekä hiekan ja kiven kykyä lisätä betonin tai laastin lujuutta.

Yleensä on oletettava, että hiekka ja kiviaines, jolla on 30 72307 korkeampi kovuus, kulutuskestävyys, lujuus yhdistelmära-kenteessa jne. johtaa suurempaan lujuuteen betonissa edellyttäen 1) identtistä partikkeligeometriaa (partikkelimuoto, partikkelikoko, pakkauksen määrä ja aste) ja 2) että betonisysteemit ovat systeemejä, joissa tietyssä asteessa murtuminen tapahtuu hiekka- ja kivipartikkelien läpi. (Jos viimemainittu edellytys ei ole täytetty, tämä johtuu siitä, kuten on mainittu selostuksen alussa, että hiekka ja kiviaines ovat joka tapauksessa selvästi lujempia kuin matriisi ja että hiekan ja kiviaineksen lujuuden lisääminen ei vaikuta millään tavalla murtumiseen, murtumisen tapahtuessa joka tapauksessa matriisin läpi välttäen hiekka-ja kivipartikkeleita.)

Esimerkeissä 1, 2, 3 ja 4 on käytetty hiekkaa ja kivimateriaaleja, joilla on huomattavasti suurempi lujuus ja kovuus kuin tavallisella betonilla: Käytettiin tulenkestävää bauksiittia sisältäen 85 % (korundi) sekä piikarbidia. Molemmilla materiaaleilla on huomattavasti suurempi kovuus kuin tavallisessa hiekassa ja kivessä esiintyvillä mineraaleilla. Näin ollen sekä korundil-le että piikarbidille ilmoitetaan kovuus 9 Mohin kovuusasteikon mukaan, ja Knoopin loveuskovuuden ilmoitetaan olevan 1635-1680 alumiinioksidille (korundille) sekä 2130-2140 piikarbidille, kun taas kvartsilla, joka on yksi kovimpia mineraaleja tavallisessa betonihiekassa ja kivessä, on Mohs-kovuus 7 sekä Knoopin loveuskovuus 710-790 (George S. Brady and Henry R. Clauser, Materials Handbook, 11 painos, McGraw - Hill Book Company).

Näiden materiaalien korkea lujuus verrattuna tavalliseen beto-nihiekkaan ja kiveen on osoitettu jauhepuristustesteillä (esimerkki 2) sekä silikasementtisideainetta sisältävälle laastille ja betonille tehdyillä testeillä, joissa näitä materiaaleja käytettiin hiekkana ja kivenä (esimerkit 1, 3 ja 4).

Il 31 72307

Useita muita materiaaleja kuin kahta edellä mainittua voidaan luonnollisesti käyttää lujana hiekka ja kiviaineksena. Tyypillisesti voidaan käyttää materiaaleja, joiden Mohs-kovuus ylittää 7, esimerkiksi topaasia, lawsoniittia, timanttia, korundia, fenasiittia, spinelliä, berylliä, krysobe-rylliä, turmaliinia, graniittia, andalusiittia, stauroliit-tiä, sirkonia, boorikarbidia, sekä wolframikarbidia.

Kovuuskriteeri voidaan myöskin luonnollisesti ilmaista Knoopin loveuskovuutena, jolloin mineraaleja, joiden arvot ovat kvartsin arvon (710-790) yläpuolella, on pidettävä lujina materiaaleina verrattuna tavallista betonihiekkaa ja kiveä muodostaviin mineraaleihin. Hiekan ja kiven lujuuden selvittämiseksi voidaan käyttää esimerkeissä 1, 3 ja 4 selostettua tekniikkaa, joka käsittää kyseessä olevan hiekan ja kiven sisällyttämisen määrättyyn sementti/silikamatriisiin, joka on valmistettu sekä testattu määrätyllä tavalla:

Betoni (suurimpien partikkelien koko ylittää 4 mm):

Tavallisesta betonihiekasta ja kivestä (graniittikivestä ja kvartsihiekasta) sekä silika/sementtimatriisista valmistetulla betonilla, joka oli olennaisesti identtinen esimerkissä 1 käytetyn kanssa, oli puristuslujuus noin 120-160 MPa (vertaa kansainvälinen patenttihakemus n:o PCT/DK79/00047). Tämän vuoksi näyttää kohtuulliselta luonnehtia kiveä ja hiekkaa, jotka lisäävät betonin puristuslujuutta 170 MPa:n, lujina verrattuna tavalliseen betonihiekkaan ja kiveen. Kuitenkin saavutettiin tulenkestävällä bauksiittihiekalla ja kivellä, vertaa esillä olevan hakemuksen esimerkkiä 1, 217,5 MPa:n lujuus, minkä vuoksi yli 200 MPa:n arvoja voidaan pitää realistisena ja toivottavana päämääränä suotavalle materiaalille.

Laasti (partikkelikoko alle 4 mm): 32 72307

Vastaava kokemus on saatu sementti/silikalaastilla, jossa materiaalit, joilla oli olennaisesti identtinen sementti/ silikamatriisi, johtivat puristuslujuuteen 160-179 MPa kvartsihiekkalaastille (vertaa kansainvälisen patenttihakemuksen n:o PCT/DK79/00047 esimerkkiä 9) sekä 248 ja 268 MPa vastaavasti tulenkestävää bauksiittihiekkaa sisältävälle laastille (esillä olevan hakemuksen esimerkit 3 vastaavasti 4). Näyttää kohtuulliselta luonnehtia hiekkaa, joka lisää laastin lujuutta yli 200 MPa:hän,lujaksi verrattuna normaali-hiekan lujuuteen, ja näyttää myöskin kohtuulliselta pitää yli 220 MPa:n lujuuksia sekä toivottavana että saavutettavana päämääränä suositeltaville materiaaleille.

Aggregaattien arvostelemiseksi, joiden partikkelikoko ylittää 4 mm, käytetään esimerkin 1 mukaista betonitekniikkaa. Hiekan arvostelemiseksi, jonka partikkelikoko on pienempi kuin' 4 mm, käytetään laastitekniikkaa, vertaa kansainvälisen patenttihakemuksen n:o PCT/DK79/00047 esimerkkiä 9 sekä esillä olevan patenttihakemuksen esimeikkejä 3 ja 4 (yhdistelmä kuten bauksiittilaastille), jolloin eri sekoituksissa on käytettävä samaa tilavuutta hiekkaa ja kiviainesta, eikä samaa paino-määrää hiekkaa ja kiveä. Valmistus, kovettaminen sekä koestus suoritetaan kuten mainituissa esimerkeissä.

Edellä mainitut koestusmenetelmät, sekä määrätty tapa jolla tietyt kokeet suoritetaan, muodostavat perustan käyttökelpoisten ja suositeltavien partikkelien C määritelmälle, johon viitataan vaatimuksissa.

Lisätty materiaali D, 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, vahvikesauvat tai vaijerit). Johtuen 33 72307 mahdollisuudesta muovailla kysymyksessä olevia artikkeleita "pehmeällä" tavalla alhaisessa jännityskentässä, sellaiset kappaleet saattavat, päin vastoin kuin mitä tapahtuu kaikissa tunnetuissa tiivistysprosesseissa, joissa on mahdollista saavuttaa tiivistä pakkautumista ultrahienoilla partikkelisysteemeillä, 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 suurjännit-teisissä käsittelyissä rikkoutuisi tai muuntuisi voimakkaasti, mutta mikä paljon alhaisemmassa jännityskentässä, missä myös keksinnön mukaiset artikkelit muovataan, voidaan valmistaa ilman sellaista turmeltumista.

Esimerkkejä lisätystä materiaalista D,mikä on edullisesti yhdistetty DSP-matriisiin ovat hiekka, kivi, polystyreenikappa-leet 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, muovikuidut, lasikuidut, Kewlar-kuidut, asbestikuidut, selluloosakuidut, mineraalikuidut, korkean lämpötilan kestävät kuidut ja "lastut", mukaanlukien epäorgaaniset, epämetalliset lastut kuten gra-fiittilastut ja A^O^-lastut ja metalliset lastut, kuten rauta-lastut, raskaat komponentit kuten baryytti tai tina tai tina-pitoiset mineraalit, ja vetypitoiset komponentit kuten ontot, vedellä täytetyt partikkelit. Kun keksinnön mukaiset artikkelit sisältävät lisämateriaalia D, saattaa olla mielenkiintoista aikaansaada lisämateriaalin tiiviitä pakkauksia opti-milujuuden ja jäykkyyden tai muiden seikkojen vuoksi. Tämän keksinnön mahdollistama, helposti muuntuva (helposti juokseva) DSP-matriisi mahdollistaa huomattavasti tiiviimmän lisämateriaalin järjestyksen kuin mitä on aikaansaatu tunnetulla tekniikalla.

34 72307

Varsinkin kuitujen liittäminen on erittäin mielenkiintoista johtuen DSP-matriisin ainutlaatuisesta kyvystä kiinnittää niitä. Tässä yhteydessä on mainittava, että DSP-matriisin sisältävien muotokappaleiden 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. Kuidun 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 valumat-riisiin, ja sitä suurempi tilavuus kuituja voidaan lisätä. Esimerkiksi pilkotut polypropyleenikuidut, joiden poikkipinnan dimensiot ovat n. 30 ^um ovat tavallisesti 12-25 mm pitkiä (sivusuhde yli 500) käytettäessä vahvikkeina tavallisissa sementtimatriiseissa. Samantyyppisten kuitujen paljon parempi käyttö on saatu aikaan keksinnön mukaisessa matriisissa, kuten kansainvälisen patenttihakemuksen PCT/DK79/00047 esimerkissä 2 on kuvattu. Kansainvälisen patenttihakemuksen PCT/DK79/00047 esimerkissä 2 on saatu hyvin edullinen kiin- n 35 7230 7 nittyminen ja sen tuloksena edulliset lujuusominaisuudet vaikka kuidun pituus oli vain 6 mm. DSP-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 valumate-riaalissa.

Yllä mainitut kansainvälisen patenttihakemuksen PCT/DK79/00047 esimerkissä 2 käytetyt polypropyleenikuidut voidaan karakterisoida polypropyleenikuiduiksi, joiden vetolujuus on vähin- 2 4 2 tään 4000 kp/cni , kimmomoduuli vähintään 7-10* kg/cin ja murtovenymä enintään 8 %. Sellaisia kuituja voidaan valmistaa venyttämällä polypropyleenifilmiä vähintään suhteessa 1/15 filmin tullessa tällöin 10-60 yU paksuksi, ja saattamalla venytetty materiaali 2-35 dtex kuitufilamenteiksi pyörivän neulan tai leikkurin avulla. Tämä tekniikka on esitetty saksalaisessa patenttihakemuksessa n:o P 28 19 794.6 sekä US-patentissa n:o 4 261 754.

Tärkeimpien DSP-matriisin sisältävien artikkelien joukossa on sellaiset artikkelit, joissa partikkelit B sisältävät vähintään 50 paino-% Portland-sementtipartikkeleita, ja varsinkin sellaiset artikkelit, joissa partikkelit B oleellisesti muodostuvat Portland-sementistä. Tämä erittäin tärkeä ryhmä muotokappaleita (joiden lujuus on kuvattu esimerkissä) sisältää 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, 36 72307 korkeaa lämpötilaa kestävät kuidut, hiilikuidut ja orgaaniset kuidut mukaanlukien muovikuidut aikaansaaden kuituvah-visteisia tuotteita, joilla on yllä kuvatunlainen ainutlaatuinen kuitujen kiinnittyvyys. Mitä tulee kuituihin, jotka on 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 mikrotiiviistä 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 kovettuneessa materiaalissa.

Kun keksinnön mukaiset muotokappaleet ovat suuria, ne valmistetaan mielellään teräksellä, kuten terästangoilla, -sauvoilla, -verkoilla tai -kuiduilla. Esijännitetyissä DSP-matriisin sisältävissä 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 kiinnit-tyvyyden matriisiin lisääntyessä voimakkaasti on mahdollista tuottaa uudenlaisia vahvistettuja ja kuitulujitteisia sementtipohjäisiä artikkeleita ja materiaaleja: 1) Suuren vetolujuuden omaavia hauraita materiaaleja, jotka on saatu aikaan yhdistämällä korkealuokkaisia hienoja kuituja ja lastuja (suuren vetolujuuden ja kimmomoduulin 37 72307 omaavia kuituja ja lastuja, esimerkiksi lasikuituja, hiilikuituja, asbestia, A^O^-lastuja) väliaineessa suurena tilavuuskonsentraationa sidosmatriisiksi.

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

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

Teräksen tilavuutta rajoittaa betonin puristuslujuus. Pu-ristuslujuuden 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 ominais-pinta-alasta, uusi tiivis matriisimateriaali suojaa vaijerit tehokkaasti kaikilta ympäristön vaikutuksilta.

38 7230 7 4) Esijännittämättömät, vahvistetut betoniartikkelit, missä parempilaatuinen matriisimateriaali on ensisijaisesti hyödynnetty yhdistämällä paljon suuremman vetolujuuden omaavia terässauvoja 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 vahvikesau-vojen pinta on muotoiltu 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 vaijereilla, joita käytetään esimerkiksi esijännitetyssä betonissa, jonka lujuus on tyypillisesti 1800-2200 MPa. Toisaalta sileät vaijerit ja sauvat eivät varmista riittävää kiinnittymistä tavalliseen betoniin. DSP-matriisilla 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 yllä mainittua tekniikkaa rakenneosissa yhdessä hienojen lujiteaineiden kanssa särötyypin varmistuessa useiksi hienoiksi jakautuneiksi ohuiksi säröiksi.

Mainittu vahvistusmahdollisuus voidaan tietenkin kombinoida monilla tavoilla, esimerkiksi tekemällä ohut kuori puoli-hauraasta vahvistetusta materiaalista suureen kantavaan rakenneosaan, tai käyttämällä korkealuokkaisia teräsvaijereita toissijaisina vahvikkeina (asetettuna pääasiassa kohtisuoraan päävahvikkeeseen nähden) suurissa esijännitetyissä rakenne-osissa.

39 72307

Kun lujaa hiekkaa ja kiviä (materiaali C) sisällytetään matriisiin keksinnön edellä selostetun aspektin mukaan, niin tuloksena saatuja korkealaatuisia DSP-materiaaleja voidaan luonnehtia siten, että niillä on puristuslujuus enemmän kuin 150 MPa, sopivimmin enemmän kuin 180 MPa, mitattuna testikappaleelle, jonka halkaisija on 10 cm ja korkeus 20 cm, silloin kun suurimmat kompaktimuotoiset kappaleet ovat suurempia kuin 4 mm, ja enemmän kuin 180 MPa, mitattuna testikappaleelle, jonka halkaisija on 3 cm ja korkeus 6 cm, silloin kun suurimmat kompaktimuotoiset kappaleet ovat enintään 4 mm, edellyttäen, että muotokappaleella on ainakin yksi dimensio joka on ainakin 1 metri, sekä poikkipinta ainakin 0,1 m , ja/tai kompleksinen muoto, jota ei voida saavuttaa jauhepu-ristuksella.

Juoksevan rakenteen ominaisuudet; veden pidättäminen Lisäämällä erittäin hienojakoisia partikkeleita tiiviisti pakattujen partikkelien välitiloihin, esimerkiksi silika-partikkeleita, joiden ominaispinta-ala on 250 000 cm^/g, halkaisijaltaan noin 5 yUm olevien sementtipartikkelien välitiloihin, saavutetaan rakenne, jolla on parannettu vastustuskyky sisäistä massakuljetusta vastaan, joka massakuljetus esiintyy juoksevan aineen (kaasun tai nesteen) kuljetuksena partikkelien välissä sekä massadiffuusiona huokosissa olevaan nesteeseen.

Veden ulospuristuminen kyllästetyistä partikkelisysteemeistä on riippuvainen partikkelirakenteen kokoonpuristumisesta -joka tyypillisesti on riippuvainen siitä tapahtuuko partikkelien välistä siirtymistä - sekä nestevirtauksesta partikkelien välisissä kanavissa.

Sementti-silika-vesi-suspensioiden muodostamisen yhteydessä on sisäinen nestekuljetus tuoreessa materiaalissa ratkaisevan tärkeää. Vastustuskyky nesteen viskoosista virtausta vastaan partikkelien välistä systeemeissä, joissa on geo- 40 72307 metrisesti samanlaisia partikkeleita, vaihtelee kääntäen verrannollisena partikkelihalkaisijän neliöön.

Tämä merkitsee sitä, että painegradientin johdosta tapahtuvan nestekuljetuksen aika kahdessa geometrisesti samanlaisessa partikkeli-nestejärjestelmässä, joissa partikkelikoko-suhde on 1/50, on 2500 kertaa pidempi hienojakoisessa systeemissä kuin 50 kertaa isompia partikkeleita sisältävässä systeemissä.

Samantapainen vaikutus aikaansaadaan täyttämällä isompien partikkelien välinen huokostilavuus erittäin hienojakoisilla partikkeleilla, koska vastustuskykyyn virtausta vastaan on ratkaiseva merkitys syntyvien partikkelien välisten kanavien poikkileikkausmitöillä. Partikkelikoon vaikutusta veden pidättämiseen on edelleen havainnollistettu kuvioissa 6, 7 ja 8. Nämä olosuhteet ovat hyvin tunnettuja, ja on myös tunnettua pienentää sisäistä nestekuljetusta sementti/vesijärjestelmissä lisäämällä veteen ns. "sakeutusaineita" erittäin hienojakoisten partikkelien tai polymeerien, kuten Metocellin muodossa.

Johtuen kiinnittävien pintavoimien määräävästä vaikutuksesta ei ole kuitenkaan normaalisti mahdollista yhdistää 1) erittäin tiiviin sementtipakkauksen ja 2) erittäin hienojakoisten partikkelien käyttöä helposti juokevassa vesisuspensiossa.

Äärimmäisen korkealla dispergointiaineen, kuten tehopehmen-ninaineen annostuksella on tämä kuitenkin mahdollista. Näin ollen voidaan valmistaa helposti juokeva sementtitahna, laasti ja betoni, jossa on tiiviisti pakattuja sementtipartikke-leita, ja joka sisältää 10-30 tilavuus-% silikapölyä, laskettuna sementin + silikapölyn määrästä, jolloin veden/semen-tin + silikapölyn painosuhde on 0,15-0,20.

Tämä aikaansaa useita etuja verrattuna tunnettuihin menetelmiin : il 41 72307 1. Erittäin juoksevan sementtituotteen valmistaminen ilman vuotoa.

Korkealaatuisen betonin ja laastin tunnetussa valmistuksessa, jossa käytetään suhteellisen suuria määriä tehopehmentimiä, aikaansaadaan helposti juokseva massa, jossa on alhainen vesi/ sementtisuhde (esimerkiksi 0,25). Massa kaadetaan muottiin, jossa se puristuu kokoon painovoiman vaikutuksesta sekä mahdollisesti myöskin mekaanisella täryttämisellä. Tässä prosessissa kuitenkin painavammat sementti, hiekka ja kivipartikke-lit pyrkivät järjestäytymään vielä tiiviimmäksi pakkaukseksi, kun taas vesi pakenee ylöspäin ns. vuotona, vertaa kuvio 7.

Sellaisissa tunnetuissa järjestelmissä, joissa esiintyy hyvin tehokas sementin dispergointi, mikä aikaansaadaan käyttämällä suhteellisen suuria määriä tehopehmenninaineita, havaitaan normaalisti selvää vuotoa alhaisesta vesi/sementtisuhteesta huolimatta - erityisesti silloin kun prosessiin liittyy myöskin täryttäminen. Tämä ilmiö voi esimerkiksi olla kriittinen silloin kun valetaan betoniteitä tehonehmennetyllä betonilla, koska vuoto johtaa ylivuotavaan lietteeseen, jossa on korkeampi vesisisältö, ja tämän vuoksi se saattaa johtaa tien pintaan, jonka laatu on alhaisempi kuin tarkoitetun kulutuspinnan. Sisäinen veden erottuminen on myöskin kriittinen kun valetaan lujitettua betonia tehopehmenninaineilla. Veden erottuminen voi myöskin johtaa vuotoon lujituksen alapuolella, mikä vähentää lujituksen kiinnittymistä sekä suojaa kemiallista korroosiota vastaan.

Kun esillä olevan keksinnön periaatteiden mukaisesti lisätään erittäin hienojakoisia partikkeleita,esimerkiksi 5-15 % sili-kapölyä, jolla on edellä mainittu partikkelikoko, tiiviisti pakattujen sementtipartikkelien väliin sekä käyttäen suurta annosta tehopehmenninainetta, saavutetaan ratkaiseva vuoto-ilmiön hidastus, vastaten teoriassa 100-1000 kertaa pienempää veden liikkumista (vertaa kuvio 8). Käytännössä tämä merkitsee sitä, että vältetään vuoto kun otetaan huomioon, että kemiallinen rakennemuodostusprosessi normaalisti alkaa sekä kehittyy paljon nopeammin.

42 7 2 3 0 7

Ts. hyväksikäyttämällä edellä mainittua keksinnön periaatetta, jonka mukaan yhdistetään suuri tehopehmenninaineen annostelu silikapölyyn, tulee mahdolliseksi käytännössä valmistaa korkealaatuista erittäin juoksevaa betonia, laastia ja sementti tahnaa ilman vuotoilmiötä. Tämä on erityisen mielenkiintoista esijännitettyjen rakenteiden yhteydessä, missä edellä mainittuja periaatteita voidaan käyttää korkealaatuisen vuotamattoman helposti juokevan injektointilaastin (täyt-tölaastin) valmistamiseksi, joka laasti erinomaisen hyvin suojaa esijännitettyä lujitusta sekä varmistaa äärimmäisen hyvän mekaanisen kiinnityksen, vertaa tämän aspektin yksityiskohtaista selostusta jäljempänä.

2. Korkealaatuisten sementtituotteiden valmistaminen alhaisella jännityskentällä ja ilman nestekuljetusta ympäristöön.

Valmistettaessa tiettyjä sementtituotteita, esimerkiksi asbes-tisementtilaattoja, käytetään tunnetussa tekniikassa joko liukuvalutekniikkaa (jossa ylimääräinen vesi puristuu ulos vesiliuoksesta suodattimien läpi, vertaa magnaaniprosessiin, jossa ulospuristuminen saadaan aikaan tyhjiösysteemillä) tai pursottamalla korkeassa paineessa märkää jauhetta (jolloin on lisätty sovinnaista sakeutusainetta (Metocell) muutoin tuskin vältettävissä olevan sisäisen vedenkuljetuksen välttämiseksi ulostulossa sekä tästä johtuvan järjestelmän tukkeutumisen välttämiseksi partikkelien keskinäisen sidonnan johdosta) .

Esillä olevan keksinnön erään aspektin mukaan on mahdollista valmistaa tällaisia materiaaleja alhaisella jännitysalueella yksinkertaisilla valssausmenetelmillä tai pursotuksella ilman veden luovutusta ympäristöön, silloin kun lisätään suuri määrä tehopehmenninainetta massaan yhdessä erittäin hienojakoisten partikkelien kanssa.

Joskin saattaisi näyttää mahdolliselta käyttää vastaavia valssaus- tai pursotusmenetelmiä sementtimateriaaleilla, joihin 43 7 2 3 0 7 on lisätty suuria määriä tehopehmenninaineita, mutta ilman samanaikaista erittäin hienojakoisten partikkelien käyttöä, mikä on esillä olevan keksinnön tälle aspektille tunnusomaista, on tällaisilla materiaaleilla - vaikkakin ne voidaan tehdä helposti juokseviksi pienellä vesi/jauhesuhteella (mutta ei niin pienellä suhteella kuin erittäin hienojakoisten, hyvin dispergoitujen partikkelien avulla) - sementtipartik-kelien suuremman koon johdosta selvä pyrkimys paikalliseen veden ulospuristumiseen jännitysalueilla, kuten valssien kohdalla tai pursottimen suulla, minkä seurauksena on partikkelien tukkeutuminen. Tätä on havaittu käytännön kokeissa, jotka on suoritettu laboratoriopursottimella käyttäen teho-pehmennettyä hienojakoista sementtiä sekä tehopehmennettyä tavallista sementtiä + lisäystä hienosta täyteaineesta, joka oli hienompaa kuin sementti mutta olennaisesti karkeampaa kuin edellä mainittu erittäin hieno silikapöly. Molemmissa tapauksissa materiaali käyttäytyi hiekan tapaan eikä sitä voitu pursottaa tukkeutumisen vuoksi.

Kun erittäin hienojakoista silikapölyä on sisällytetty teho-pehmennettyyn sementtijärjestelmään esillä olevan keksinnön periaatteen mukaisesti, hidastuu tällainen veden ulospuris-tuminen tekijällä, joka on suuruusluokkaa 100-1000 (laskettu teoreettisesti). Suuren määrän tehopehmenninainetta sisältävä sementti-silikamateriaali käyttäytyy sitkeän viskoosi-sesti pysyen koossa valssauksen aikana, kun taas vastaavat tehopehmennetyt tuotteet ilman erittäin hienojakoista silikapölyä tyypillisesti käyttäytyvät kitkamateriaaleina, joilla on taipumusta paikalliseen vedenulospuristumiseen ja siitä aiheutuvaan partikkelien tukkeutumiseen valssauksen tai pur-sottamisen aikana.

3. Helposti juoksevien, hyvän sisäisen koossapysymisen omaavien materiaalien valmistus.

72307 44

Helposti juoksevat tehopehmennetyt sementtimateriaalit, jotka sisältävät erittäin hienojakoisia silikapartikkelei-ta, ovat eräs DSP periaatteen aspekti, ja niillä on paljon parempi sisäinen koossapysyminen kuin vastaavilla tehopeh-mennetyillä helposti juoksevilla sementtiaineilla, joissa ei ole erittäin hienojakoisia silikapartikkeleita. Oletetaan tämän aiheutuvan siitä, että paikallinen nestekulje-tus, joka myötävaikuttaa erotukseen, on ratkaisevasti pienentynyt materiaaleissa, joissa on erittäin hienojakoisia silikapartikkeleita .

(Tämä ilmenee kuviosta 10, joka havainnollisesti esittää plastisen laastin nesteen sisäistä koossapysymistä. Alistaminen virtaavalle vedelle (4 litraa minuutissa) tyypillisesti 5-30 minuutin ajan ei johda havaittavaan materiaalien poishuuhtorniseen laastista.) Tällä tavalla saavutetaan useita etuja. On esimerkiksi saavutettu olennainen parannus jo esiintyviin mahdollisuuksiin valmistaa vedenalaista betonia yksinkertaisesti kaatamalla tuoretta betonia veteen.

Tämä tekniikka on sinänsä tunnettu ja sitä on erityisesti kehitetty yhdessä tehopehmennin lisäaineiden kanssa ( ilman erittäin hienojakoista jauhetta^. Yhdistettynä erittäin hienojakoiseen, hyvin dispergoituun silikajauheeseen esillä olevan keksinnön periaatteiden mukaisesti on prosessi kuitenkin paljon houkuttelevampi ja sillä on vastaavasti laajempia potentiaalisia käyttöaloja.

Vastustuskyky sisäistä nestekuljetusta vastaan kasvaa erittäin hienojakoisten partikkelien pakkauksen tiiviyden kasvaessa karkeiden partikkelien välitiloissa. Näin ollen on odotettavissa, että juoksevilla jauhemateriaaleilla, jotka muodostuvat hyvin dispergoidusta Portland-sementistä (s = 4000 2 2 cm /g) ja silikapölystä (s = 250 000 cm /g), olisi paljon parempi sisäinen koossapysyminen, parempi vastustuskyky sisäistä nestevirtausta vastaan ja vuotoa vastaan sekä pa- n 45 72307 rempi muokattavuus valssattaessa ja pursotettaessa 20-40 tilavuus-%:11a silikapölyä kuin 5-10 tilavuus-%:11a sili-kapölyä. Tähän asti saadut kokemukset kuitenkin osoittavat, että jo pienetkin määrät erittäin hienojakoista silikapölyä (tyypillisesti 1-5 %) sisällytettynä tiiviisti pakattujen partikkelien B väliin, erityisesti tiiviisti pakattuun Portland-sementtirakenteeseen, voivat vaikuttaa ratkaisevasti parantavasti verrattuna vastaaviin materiaaleihin ilman silikapölyä.

Esillä olevan keksinnön muita tärkeitä aspekteja ovat kanavien ja halkeamien täyttämiset kovetetulla täyttölaastilla.

Täyttölaasti muodostuu tavallisesti sementistä ja vedestä, yleensä sisältäen lisäaineita ominaisuuksien parantamiseksi. Kanavien täyttämisellä jälkeenpäin jännitetyissä betonielementeissä on kaksi päätarkoitusta; lankojen korroosion estäminen sekä esijännitetyn teräksen ja betonin välisen sidoksen aikaansaaminen. Kanaviin pumpattavan täyttölaastin tärkeimmät ominaisuudet ovat juoksevuus ja veden pidättäminen (pieni vuoto).

Juoksevuus on olennaisesti funktio vesi/sementtisuhteesta. Vesipitoisuuden laskiessa saadaan jäykempi ja huonommin juokseva sekoitus, ja tämä ilmiö on selvempi alhaisella vesi/ sementtisuhteella. Yleensä vesi/sementtisuhde on hyvässä täyttölaastissa välillä 0,35 ja 0,50. On olemassa joukko lisäaineita, kuten dispergointiaineet, jotka parantavat juoksevuutta tietyllä vesi/sementtisuhteella, tai vaihtoehtoisesti pienentää sitä vesi/sementtisuhdetta, joka tarvitaan korkea-asteisten juoksevuusominaisuuksien saavuttamiseen, mutta näiden vaikutus täyttölaastin muihin ominaisuuksiin, erityisesti vuototaipumukseen, rajoittaa usein niiden käyttöä.

Ennen kuin täyttölaasti kovettuu, saattaa sekoituksesta erottua vettä johtuen siitä, että kiinteät partikkelit ovat vettä raskaampia (ilmiötä, jota usein kutsutaan "vuodoksi").

46 72307 Tämä voi mm. aiheuttaa ei-toivottuja vesikoloja esijännitetyn teräksen alasivulla. Vuoto kasvaa kasvavalla vesi/sement-tisuhteella sekä kasvavalla määrällä dispergointiainetta (esimerkiksi juoksevassa sementtitahnassa, jossa on niin alhainen vesi/sementtisuhde kuin 0,25, mikä on aikaansaatu suurella betonin tehopehmenninaineen annostuksella, tapahtuu hyvin alhaisesta vesi/sementtisuhteesta huolimatta selvää vuotoa). On saatavissa vuotoa estäviä lisäaineita, jotka antavat tiksotrooppisen sekoituksen, jossa ei esiinny käytännöllisesti katsoen mitään vuotoa. Kuitenkaan ei ole tähän asti missään näissä lisäaineissa esiintynyt korkean juoksevuu-den ja hyvin alhaisen vesi/sementtisuhteen yhdistelmää. Lisäksi useimmat näistä lisäaineista perustuvat selluloosaeet-teriin, joka huonontaa lujuutta sekä hidastaa kovettuunista. Esillä olevan keksinnön mukaisella täyttölaastilla (esimerkiksi sementti-silika-Mighty-täyttölaastilla, jossa on vesi/ sementti plus silikapölysuhde 0,15-0,18) saavutetaan seuraava: 1) Tähänastista paljon tiiviimpi ja lujempi täyttölaasti, jolla on parannettu esijännitysteräksen kiinnittyminen (todennäköisesti vastaten tekijää 4-10, vertaa kansainvälisen paten ttihaksemuksen n:o PCT/DK79/00047 esimerkki 10) sekä teräksen korroosiosuojaa, jolloin 2) tämä täyttölaasti on äärimmäisen alhaisesta vesi/jauhe-suhteesta huolimatta helposti juokseva sekä sopiva pumpattavaksi kanavien sisään näiden täyttämiseksi käytännöllisesti katsoen ilman vuotoa, jolloin lisäaineilla (erittäin hienojakoisilla epäorgaanisilla partikkeleilla, kuten silikapölyllä ja betonin tehopehmenninaineella) ei ole mitään haitallista vaikutusta täyttölaastin kovettumiseen, päin vastoin 3) saavutetaan erittäin korkea lujuus aikaisessa vaiheessa.

Jälkijännitetyn betonin yhteydessä kanaviin injektoitavaksi tarkoitettu täyttöaine ei normaalisti sisällä karkeampia partikkeleita (hiekkaa),koska tämä huonontaisi massan juoksevuut-ta. Esillä olevan keksinnön mukaisesti voi täyttöaine samoin

II

47 72307 kuin sovinnainen täyttöaine olla ilman hiekkasisältöä tai muita lisäaineita. Esillä olevan keksinnön mukaisen juoksevan massan voimakkaasti parannettu koossapysyminen ilman vuotoa mahdollistaa hiekan lisäämisen täyttölaastiin ja siten vielä jäykemmän kovetetun rakenteen aikaansaamisen, samalla kun täyttölaasti säilyy helposti juoksevana. On esitetty koe (kansainvälisen patenttihakemuksen n:o PCT/DK79/ 00047 esimerkki 11), jossa juoksevaa koossapysyvää sementti-silikalaastia, joka sisälsi hiekkaa 4 mm:n asti, helposti kaadettiin noin 2,5 m pitkään hyvin kapeaan kanavaan (halkaisija 18 mm), pääasiallisesti painovoiman vaikutuksesta, jolloin saatiin aikaan hyvin tiivis rakenne.

Samalla tavalla mahdollistaa keksintö myöskin olennaisesti parannetun pakatun betonin valmistamisen (jossa etukäteen järjestettyjen kivien väliin täytettiin juoksevaa laastia). Parannusta, joka aikaansaadaan esillä olevan keksinnön mukaisella vuotamattomalla, erittäin juoksevalla laastilla, voidaan käyttää sekä kuivavalussa että vedenalaisessa valussa.

Erästä erikoista menetelmää täyttömateriaalin injektoimiseksi, jossa varmistetaan sekä hyvä ahtaitten tilojen täyttö (tyypillisesti pastalla) että karkeampien partikkelien välisten suuritilavuuksisten onteloiden täyttö (tyypillisesti betonilla) kaksivaiheisessa prosessissa alkaen laastilla ja lopettaen betonilla.

Valmistusmenetelmät

Keksinnön mukaisia muotokappaleita voidaan valmistaa alhaisella jännitysalueella lähtien keksinnön mukaisesta yhdis-telmämateriaalista, joka on määritetty oheisessa patenttivaatimuksessa 24.

48 72307

On huomattavaa, että joskin pinta-aktiivisen dispergointi-aineen määrä on määritelty vaatimuksessa 3 esittämällä ehdot, joiden on oltava täytettynä jotta määrä olisi riittävä partikkelien dispergoimiseksi alhaisella jännityskentällä (mikä, ts. ilmaistuna, merkitsee erinomaisen suuren pinta-aktiivisen dispergointiaineen määrän käyttöä), niin tämä ei merkitse sitä, että yhdistelmämateriaalia välttämättä käytettäisiin alhaisella jännityskentällä; sitä voidaan käyttää korkeammassa jännityksessä. Artikkeleita, jotka sisältävät tiiviisti pakattuja erittäin hienojakoisia partikkeleita, aikaansaadaan edellä mainitun tyyppisestä yhdistelmämateriaalista, jossa partikkeleita A on läsnä tilavuudessa, joka olennaisesti vastaa tiivistä pakkausta, partikkelien B välisten onteloiden täyttämiseksi kun nämä ovat tiiviisti pakattuja.

Pinta-aktiivista dispergointiainetta on läsnä määrässä, joka on riittävä mahdollistaakseen partikkelien A tiiviin pakkauk- 2 sen alhaisella jännityskentällä alle 5 kg/cm , sopivimmin alle 100 g/cm , ja ideaalinen määrä dispergointiainetta on se, joka olennaisesti vastaa sitä määrää, joka täysin täyttää partikkelien A pinnan. Kansainvälisen patenttihakemuksen n:o PCT/DK79/00047 kuvio 1 esittää erittäin hienojakoisia silika-partikkeleita, jotka on peitetty dispergointiaineen kerroksella, ns. tehopehmentimellä "Mighty", jonka koostumusta selostetaan alempana. Edellyttäen, että tehopehmennin absorboituu yhdenmukaisena kerroksena silikapallojen pintaan, oli laskettu paksuus hakijan omien kokeilujen perusteella 25-41 A, vastaten tilavuutta 14-23 % pallojen tilavuudesta. On huomattava, että ylimäärä dispergointiainetta sen määrän lisäksi, joka täysin täyttää erittäin hienojen partikkelien pinnan, ei ole edullinen ja se pyrkii vain täyttämään enemmän tilaa yhdistelmämateriaalissa.

Mitä tahansa tyyppiä oleva dispergointiaine, erityisesti betonin tehopehmennin, joka riittävässä määrin dispergoi systeemin alhaisella jännityskentällä, on sopiva keksinnön mukaiseen 49 7 2 3 0 7 tarkoitukseen. Erittäin arvokkaiden tulosten aikaansaamiseksi Portland-sementtiin perustuvissa järjestelmissä käytetty, esimerkeissä selostettu betonin tehopehmennin on sitä tyyppiä, joka sisältää pitkälle kondensoituneen naftaleenisulfonihapon/ formaldehydin kondensaatin alkali- tai maa-alkalimetallisuolo-ja, erityisesti natrium- tai kaliumsuolaa, jossa kondensaatis-sa tyypillisesti enemmän kuin 70 paino-% muodostuu 7 tai useampia naftaleeniytimiä sisältävistä molekyyleistä. Eräs tämän tyyppinen kaupan saatava tyyppi on nimeltään "Mighty" ja sitä valmistaa Kao Soap Company, Ltd., Tokio, Japani. Keksinnön mukaisissa Portland-sementtiin perustuvissa silikapölyä sisältävissä yhdistelmämateriaaleissa käytetään tämän tyyppistä betonin superpehmenninainetta niin suuressa määrässä kuin 1-4 paino-%, erityisesti 2-4 paino-%, laskettuna Portland-sementin ja silikapölyn yhteisestä painosta.

Muun tyyppiset betonin tehopehmenninaineet, joita voidaan käyttää esillä olevan keksinnön mukaiseen tarkoitukseen, ovat seu-raavat:

Lomar-D Betonin superplastisoija, jolla on sama koostumus kuin Mighty'llä, ja jota valmistaa Diamond Shamrock Chemical Company, N. Jersey, USA.

Melment Anioninen melamiinihartsiliuos.

Betokem Naftaleeni-ja lignosulfonaattipohjäinen sulfoni- happoformaldehydikondensaatti.

Sikament Naftaleenipohjäinen sulfonihappoformaldehydikonden-saatti.

Edellä selostettua tyyppiä olevat Portland-sementtiin perustuvat yhdistelmämateriaalit sisältävät usein lisäksi sopivaa kokoa ja kokojakautumaa olevia hienoja partikkeleita yhdessä Portland-sementtipartikkelien kanssa, kuten hienoa hiekkaa, lentotuhkaa ja hienoa kalkkia, vielä tiiviimpien binääristen rakenteiden aikaansaamiseksi partikkeleista B edellä selostettujen periaatteiden mukaisesti.

50 72307

Silmällä pitäen sekä sen erinomaisia muotoilu- ja käsittely-ominaisuuksia, joita on edellä selostettu sekä havainnollistettu yksityiskohtaisemmin esimerkeissä, että sen kykyä varovasti kiiiinipitää ja valmiiksi muotoillussa tilassa tehokkaasti mikrolukita tai mikrosulkea sisäänsä kaikki lisätyt lisäkappaleet, yhdistelmämateriaali omaa ainutlaatuiset edulliset ominaisuudet, jollaisia ei ole aikaisemmin saatu aikaan eikä ilmoitettu millekään materiaalille, ja näin ollen nämä uudet ja erinomaiset käyttökelpoiset yhdistelmämateriaa-lit muodostavat esillä olevan keksinnön tärkeimpiä kohteita.

Mielenkiintoisia uusia yhdistelmämateriaaleja ovat keksinnön mukaisesti Portland-sementtiin perustuvat taikka Portland-sementtiin perustumattomat materiaalit, jotka sisältävät lisäkappaleena kappaleita, jotka on valittu ryhmästä, joka muodostuu polystyreenikappaleista, mm. polystyreenikuulista, laajennetusta savesta, ontoista lasikappaleista, mm. ontoista lasikuulista, laajennetusta savikivestä, perliitistä, luonnollisesta kevytkivestä, kaasukuplista, kuiduista, mm. metalli-kuiduista, kuten teräskuiduista, muovikuiduista, lasikuiduista, Kevlar-kuiduista, asbestikuiduista, selluloosakuiduista, mineraalikuiduista, korkealämpötilakuiduista ja lastuista, mm. epäorgaanisista epämetallilastuista, kuten grafiittilas-tuista ja A^O^-lastuista ja metallilastuista, kuten rauta-lastuista, painavista komponenteista, kuten barytista tai lyijystä tai lyijyä sisältävästä mineraalista, ja vetyrikkaista komponenteista, kuten ontoista vedellä täytetyistä partikkeleista. Kun yhdistelmämateriaali on Portland-sementtiin perustuvaa, toisin sanoen sisältää ainakin 20 % painon mukaan Portland-sementtipartikkeleita partikkeleina B, johtavat hiekka ja/tai kivi ainoina lisäkappaleina tärkeisiin uusiin laasti-ja betoniyhdistelmämateriaaleihin.

Esillä olevan keksinnön mukaisia tärkeitä yhdistelmämateri-aaleja ovat materiaalit, joissa partikkelit A ovat silika-pölypartikkeleita, joilla on ominaispinta-ala noin 50 000 -2 000 000 cm^/g, erityisesti noin 250 000 cm^/g, ja partikkelit li 51 72307 B käsittävät vähintään 50 paino-% Portland-sementtiä. Näissä yhdistelmämateriaaleissa dispergointiaine on sopivimmin betonin tehopehmenninaine niin suuressa määrässä, että se johtaa edellä selostettuun dispergointivaikutukseen.

Edellä selostettujen periaatteiden mukaisesti on keksinnön kohteen valmistamiseksi tarkoitetulla yhdistelmämateriaalilla erittäin alhainen suhde veden ja sementin sekä mahdollisesti muiden partikkelien B + silikapölyn välillä, tämän suhteen ollessa 0,12-0,30 painon mukaan, sopivimmin 0,12-0,20 painon mukaan, ja silikapölyä voi olla mukana tilavuuden mukaan noin 0,1-50 tilavuus-%, sopivimmin 5-50 tilavuus-%, erityisesti 10-30 tilavuus-%, laskettuna partikkelien A + B yhteisestä tilavuudesta.

Keksinnön erään erikoisen kohteen mukaisesti pakataan ja toimitetaan yhdistelmämateriaali kuivana jauheena, jolloin nesteen, tyypillisesti veden lisäys suoritetaan käyttöpaikalla. Tässä tapauksessa on dispergointiaine mukana kuivassa tilassa yhdistelmämateriaalissa. Tällä keksinnön mukaisen yhdistelmä-materiaalin tyypillä on se etu, että yhdistelmämateriaali voidaan tarkasti punnita sekä sekoittaa valmistajan toimesta, jolloin lopullisen käyttäjän tarvitsee vain lisätä ilmoitettu nestemäärä ja suorittaa lopullinen sekoittaminen ohjeiden mukaan, esimerkiksi sillä tavalla, jota on selostettu kansainvälisen patenttihakemuksen nro PCT/DK79/00047 esimerkissä 11.

Keksintö kohdistuu myöskin menetelmään muotokappaleen valmistamiseksi, joka menetelmä on määritetty oheisessa patenttivaatimuksessa 37.

52 7 2 3 0 7

On huomattava, että mainittu alhaisen jännityksen kenttä määrittelee käytettävän dispergointiaineen määrää eikä välttämättä tarkoita sitä, että prosessi todellisuudessa suoritetaan alhaisella jännityskentällä. Kuitenkin se tosiasia, että se voidaan suorittaa alhaisella jännityskentällä, muodostaa prosessin erään tärkeän edun, ja sopivia alhaisen 2 jännityksen kenttiä (jotka ovat sopivasti alle 5 kg/cm ja 2 sopivammin alle 100 g/cm ) joita käytetään massan muovaamiseksi ovat: massaan vaikuttavat painovoimat, kuten vale tun pehmeän massan itselevittäytyminen, tai massaan vaikuttavat hitausvoimat, kuten keskipakovalussa, tai kosketusvoi-mat, kuten kokoonpuristaminen, valssaus tai pursotus, tai kaksi tai useampia samanaikaisesti vaikuttavia edellä mainittuja voimia, kuten yhdistetty täryttäminen ja kokoonpuristaminen. Myöskin voidaan käyttää taajuudeltaan alueella 0,1-10^ Hz olevia värähtelyvoimia massan muovaamiseksi, jolloin värähtelyvoimat ovat edellä selostettua tyyppiä, kuten mekaanisen tai hydraulisen täryttimen aikaansaamia voimia, tai tällaiset värähtelyvoimat voidaan yhdistää värähtelemättömiin voimiin, kuten yhdistetty täryttäminen ja kokoonpuristaminen.

Useimpiin käytännön tarkoituksiin on prosessiin käytetty neste vesi, ja dispergointiaine lisätään usein yhdessä veden kanssa, niin että itseasiassa lisätään dispergointiaineen vesi-liuosta, mutta keksinnön puitteissa voidaan myöskin lisätä vettä erikseen dispergointiaineen liuoksesta, jolloin dispergointiaine yhdistyy veteen sekoitusprosessissa. On tunnusomaista, että edellä mainitun määritelmän mukainen sekoitus on luonteeltaan "kuiva" sekoitusvaiheessa, kunnes se muuttuu viskoosiseksi plastiseksi massaksi, tämän "kuivuuden" johtuessa alhaisesta nestesisällöstä.

Keksinnön mukaisten muotokappaleiden valmistamiseksi käytettävä valmistustekniikka on luonnollisesti sovittava kyseessä olevalle yhdistelmämateriaalin tyypille sekä kyseessä olevalle muotokappaleen tyypille. Kuitenkin on olemassa joitakin yleisiä ohjeita:

II

53 7 2 3 0 7 1) Matriisin jauheiden (partikkelit A ja B) olisi sopivimman oltava esillä mahdollisimman hyvin dispergoituna ennen sekoitusta keskenään. Jos dispergointi kuivassa tilassa on epätyydyttävä, ts. jos partikkelit A ovat kasaantuneet, voidaan käyttää jonkinlaista dispergointikäsittelyä, kuten jauhatusta.

2) Sekoituksen täytyy varmistaa kiinteiden partikkelien A

ja B homogeeninen keskinäinen jakautuminen. Tämä voidaan aikaansaada kuivasekoituksella tai kostealla sekoituksella, jolloin valmiiksi sekoitettu neste ja joko partikkelit A tai partikkelit B sekoitetaan kyseessä olevan jäljelle jääneen partikkelityypin kanssa. Sekoitusvaihe voidaan suorittaa yhdessä lisäaineiden kanssa tai ilman niitä.

3) Nesteen lisääminen joko kuivasekoitettuun jauheeseen (partikkeleihin A + B) tai joko partikkeleihin A tai partikkeleihin B silloin kun kyseessä on kostean lietteen esisekoit-taminen kuten on mainittu kohdassa 2), voidaan suorittaa joko lisäämällä jauhe nesteeseen (sopivasti voimakkaasti mekaanisesti sekoittaen) tai lisäämällä neste jauhemassaan (sopivasti voimakkaasti mekaanisesti vaivaamalla). Se, mitä näistä menetelmistä tulisi käyttää, on lähinnä kysymys kokemuksesta. Tällä hetkellä kuitenkin uskotaan, että valmistettaessa suhteellisen helposti juoksevaa massaa hyvin dispergoidusta jauheesta, on helpoin menetelmä suorittaa sekoittaminen lisäämällä hyvin dispergoituvaa jauhetta hämmennettyyn nesteeseen, nestemeniskin välttämiseksi partikkelien välissä, mikä voisi tapahtua päinvastaisessa prosessissa, jos pieniä nestemääriä lisätään jauheeseen. Jos toisaalta huonosti dispergoi-tua erittäin hienoa jauhetta lisätään hämmennettyyn nesteeseen, jauhe ei dispergoidu tyydyttävästi hämmennyksen aikaansaavilla voimilla, vaikkakin lisättäisiin dispergointiainetta. Tässä tapauksessa nesteen lisäämistä jauheeseen samalla voimakkaasti vaivaten on suositeltava, koska vaivaaminen yhdessä dispergointiaineen kanssa saattaa johtaa huomattavaan dis-pergointivaikutukseen. Esimerkeissä (jotka pääasiassa perustuvat Portland-sementtiin + silikapölyyn), on käytetty mene- 54 72307 telmää, jossa lisätään nestettä jauheeseen samalla vaivaten/ sekoittaen (suhteellisen vaatimattoman leikkausvoiman olles- 2 sa noin 100-1000 g/cm ). Useimmille juokseville aineille (laastille ja betonille, jossa vesi/(sementti + silika)-suhde painon mukaan on 0,18-0,20), uskotaan, että päinvastaista tekniikkaa olisi yhtä hyvin voitu käyttää- Jäykemmille massoille (pursotettaviksi tarkoitetuille tahnoille, jotka sisältävät kuituja ja joissa vesi/(sementti + silika)-suhde painon mukaan 0,13-0,15) uskotaan kuitenkin, että päinvastainen tekniikka ei olisi lainkaan toiminut; näissä tapauksissa tapahtui tärkeä osa sekoittumisesta pursottimessa, jossa 2 tapahtui voimakas vaivaaminen (alueella 1 kg/cm ).

4) Dispergointiainetta ei välttämättä lisätä nesteeseen liuoksena (sitä voidaan lisätä jauheena tai sekoittaa kuivassa tilassa yhdessä partikkelien A ja B kanssa). Joissakin järjestelmissä on edullista kostuttaa partikkelien pintaa osalla nestettä ennen dispergointiainetta sisältävän liuoksen lisäämistä, kuten suositellaan tunnetussa tekniikassa tehopehmen-nettyjen Portland-sementtisuspensioiden suhteen. Tätä tehtiin myöskin niissä sementtisilikakokeissa, joita on selostettu kansainvälisen patenttihakemuksen n:o PCT/DK79/00047 esimerkeissä, esimerkkiä 11 lukuunottamatta. Kannattaa huomata, että erittäin tiiviin vesisekoituksen sekoitusaika voi kasvaa ratkaisevasti verrattuna sovinnaiseen sekoittamiseen. Tämä oli erityisesti asianlaita suhteellisen jähmeil-le sekoituksille (pursotettu tahna, jossa vesi/(sementti + silikapöly) suhde oli 0,13-0,15, vertaa kansainvälisen patenttihakemuksen PCT/DK79/00047 esimerkki 2),sekä keskijäh-meille sekoituksille (vesi/(sementti + silikapöly) suhde 0,15-0,16, vertaa kansainvälinen patenttihakemuksen n:o PCT/DK79/00047 esimerkit 3 ja 9, jossa tarvittiin sekoitus-aikaa suunnilleen 15 vastaavasti 5 minuuttia, konsistenssin muuttamiseksi melkein kuivasta luonteesta kosteaan vastaavasti nestemäiseen ja viskoosiseen massaan. Betonille, jossa vesi/(sementti + silikapöly) suhde oli 0,18, saatiin myöskin pidempi sekoitusaika, mutta tämä ei ollut niin selvä il 55 72307 kuin systeemeille, joissa oli hyvin alhainen vesi/jauhesuhde. Uskotaan, että dispergointiaineen molekyylien paikallinen kuljetus tiiviisti pakattujen kiinteiden partikkelien pinnoille ja pintojen välistä on prosessin aikaa kuluttava tekijä (tämän kuljettamisen ollen sitä vaikeampaa, mitä pienempi vesi/jauhesuhde on). Materiaalin konsistenssi on erittäin herkkä nestemäärälle. Näin ollen hyvin pienet lisämäärät nestettä voivat muuttaa konsistenssin jähmeästä tahnamaises-ta helposti juoksevaan muotoon. Tehopehmennetyssä sementti-silikasekoituksessa voidaan tämä muutos saada aikaan muuttamalla vesi/(sementti + silikapöly) suhde arvosta 0,14 arvoon 0,18.

Dispergointiaineen lisääminen kuivana jauheena kuivaan sekoitukseen ennen veden sekoittamista näyttää olevan yhtä arvokas tapa valmistaa keksinnön mukaista valumassaa. Tämä osoitettiin kansainvälisen patenttihakemuksen n:o PCT/DK79/00047 esimerkissä 11, jossa tätä menetelmää käytettiin, johtaen laastiin, jolla oli olennaisesti sama juoksevuus ja luonne kuin melkein samoista komponenteista tehdyllä, mutta edellä selostetun mukaisesti sekoitetulla, jolloin dispergointiainet-ta lisättiin liuoksena esikostutettuun sekoitukseen (vertaa kansainvälisen patenttihakemuksen n:o PCT/DK79/00047 esimerkki 9, sekoitusnumero 1).

Jokaisessa määrätyssä järjestelmässä on olemassa taso, jolla järjestelmä on kyllästetty tehopehmentimellä ja jonka ylittäminen lisäämällä edelleen tehopehmennintä ei tuota mitään lisävaikutusta. Tämä kyllästyspiste nousee laskevan vesi/(sementti + silikapöly) suhteen mukaan. Tämän tason yläpuolella, materiaali ei ole herkkä dispergointiaineen määrälle.' 5. Kappaleiden C ja mahdollisesti D lisääminen voidaan suorittaa missä tahansa toimintavaiheessa, kuten kuiva-sekoituksen aikana tai kostean sekoituksen jälkeen jne.

56 72307

Erityisissä tapauksissa suositeltava käytettävä tekniikka riippuu kappaleiden C ja D luonteesta ja on kokemuskysymys. Betonin ja laastin ollessa kyseessä, on tärkeätä varmistaa suhteellisen tiivis lisätyn hiekan ja kiven pakkaus, jotta varmistetaan suhteellisen pienen välitilan täyttämistä keksinnön mukaisella tiiviillä sideainematriisilla. Kun lisätään hienoja kuituja, voidaan käyttää tavallista tekniikkaa, kuten täryttämistä/sekoittamista, hämmentämistä, ja sekoittamista vaivaamalla. Kun lisätään jatkuvia kuituja tai filamenttejä tai etukäteen järjestettyjä kuituja, kuten kuituverkkoja tai kudoksia, tunnetun tekniikan mukaisesti, voidaan saavuttaa arvokas kuitujen orientaatio tai kuitujen järjestely. Hyvin yleisesti voidaan käyttää samaa tekniikkaa lisäkappaleiden sisällyttämiseksi keksinnön mukaisen matriisin kuin tunnettuihinkin matriiseihin, mutta johtuen partikkelien välisten lukitsevien pintavoimien olennaisesta puuttumisesta on yleensä helpompaa saavuttaa tehokas sisällyttäminen.

6. Valuminen, samoin kuin kokoonpuristuminen voidaan saada aikaan edellä mainituilla alhaisilla jännityskentillä. Uuden-tyyppinen materiaali on sopiva kuljetettavaksi pumppaamalla johtuen vuotoilmiön olennaisesta puuttumisesta sekä massan viskoosiöesta luonteesta. Koska valumassa kuitenkin koostuu partikkelimaisesta aineesta, jossa ei käytännöllisesti katsoen esiinny mitään kiinnitysvoimia yksittäisten partikkelien välissä, voi täryttäminen ja erikoisesti korkeataajuinen täryttäminen voimakkaasti edesauttaa valamista, koska vierekkäisten partikkelien keskinäinen siirtyminen värähtelyn johdosta tuntuvasti helpottaa juoksemista.

7. Keksinnön mukaisen materiaalin kovettuminen poikkeaa vähemmän tiiviisti pakattuihin matriiseihin perustuvien vastaavien artikkelien kovettumisesta kahdessa suhteessa:

Ensinnäkin, koska rakenne on tiiviimmin pakattu, on kovettuminen nopeampaa (aikaisessa vaiheessa luja). Toiseksi voidaan kovettumiseen vaikuttaa suhteellisen suurella dispergoin- 57 72307 tiaineen määrällä, mikä on välttämätöntä tietyn rakenteen aikaansaamiseksi. Portland-sementti-silika-Mighty systeemeissä, saavutettiin nopea lujuus,mutta voitiin havaita kohtuullinen kovettumisen hidastus (4-8 tuntia). Kyseisissä Portland-sementti-silika-Mighty systeemeissä voitiin osoittaa, kuten oli ennustettavissa muodostuvasta kalsiumsilikaat-tihydraattirakenteesta, että erinomaisen hyvä laatu voitiin saavuttaa kovettamalla sekä noin 20°C:ssa, 80°C:ssa että 200°C:ssa (autoklaavi), mikä merkitsee sitä, että uusi matriisi on käyttökelpoinen sovinnaiselle alhaisessa lämpötilassa tapahtuvalle kovettamiselle, lämpökovettamiselle ja auto-klaavikäsittelylle. Lämpökovettaminen (joka normaalissa betonissa johtaa hieman huonompaan lujuuteen kuin kovettaminen alhaisessa lämpötilassa) on todennäköisesti lupaavin kovetta-mistekniikka esillä olevan keksinnön materiaalille.

Kuten on edellä selostettu, prosessiin lisättävä nestetila-vuus on sopivimmin sellainen, että olennaisesti mitään nestettä ei karkaa massasta muotoilemisprosessin aikana, mikä johtaa useampiin etuihin verrattuna tunnettuihin menetelmiin, joissa nestettä, tyypillisesti vettä poistetaan massasta muotoilemisprosessin aikana, tyypillisesti jonkinlaisen suodatin-puristusoperaation kautta.

Joskin keksinnön mukaisen prosessin voidaan sanoa käsittävän kokonaan uuden teknologian, voidaan sitä myöskin pitää jo olemassa olevan teknologian arvokkaana muunnelmana. Kun esimerkiksi valmistetaan kuitusementtituotteita magnaaniproses-sin mukaisesti, suoritetaan muotoileminen (laimennetusta se-mentti/kuitu/vesiliuoksesta) valssauksella, samanaikaisesti poistamalla vettä imemällä. Kun lisätään erittäin hienojakoisia partikkeleita sekä erittäin suuria määriä dispergoin-tiaineita esillä olevan keksinnön periaatteiden mukaisesti käsiteltävään massaan, voidaan näitä tunnettuja teknologioita muunnella niin, että tuotetaan, pursottamalla tai valssaa- 2 maila muotoilemispaineella 100 kg/cm asti, (vielä tiiviimpi) 58 72307 materiaali viskoosisesta/plastisesta massasta, jolla on jo lopullinen alhainen vesisisältö, niin että mitään vettä tai olennaisesti mitään vettä ei poisteta massasta muotoilemis-prosessin aikana, ja tämän johdosta mitään imujärjestelyä ei tarvita.

Kuten edellä on osoitettu, voidaan lisäkappaleet D (kuten kappaleet C ja jossakin määrin kappaleet B) lisätä prosessin eri vaiheissa, ja nämä lisäkappaleet D ovat tyypiltään erilaisia, kuten on selostettu yksityiskohtaisesti edellisessä tekstissä, ainoan rajoituksen ollessa luonnollisesti se, että joitakin lisäkappaletyyppejä, kuten lujitustankoja tai lankoja esijännitetyssä betonissa voidaan sisällyttää ainoastaan valuvai-heessa eikä aikaisemmassa vaiheessa.

Ainutlaatuisia parannettuja mahdollisuuksia upotetussa, erityisesti vedenalaisessa rakentamisessa käsittävät esillä olevan keksinnön tyyppisen sementtitahnan, laastin tai betonin kaataminen koossapysyvänä massana nesteeseen, erityisesti meriveteen satamaan tai järveen, jolloin annetaan massan syrjäyttää osan nesteestä sekä muotoutua koossapysyvänä massana.

Muita mahdollisuuksia käyttää viskoosisen tai plastisen massan erinomaisia muokattavuusominaisuuksia ovat artikkelien muokkaaminen suihkuttamalla, maalaamalla tai harjalla levittämällä kerroksien muodostamiseksi muille artikkeleille, tai artikkelin muodostaminen kerroksittain, massakerroksen injektoiminen tai levittäminen yksinkertaisesti käsin pinnalle sekä massan muotoileminen pinnan muodon mukaan. Keskipakovalu-tekniikka on toinen houkutteleva muotoilemismenetelmä joka on käytännöllinen esillä olevan keksinnön mukaisen prosessin yhteydessä.

Samalla tavalla kuin mitä on selostettu kansainvälisessä patenttihakemuksessa n:o PCT/DK79/00047 voidaan esillä olevan keksinnön mukaisia artikkeleita edelleen alistaa kyllästymiselle niiden lujuuden kasvattamiseksi edelleen sekä niiden it 59 72307 ominaisuuksien parantamiseksi. Suositeltavat materiaalit ja menetelmät kyllästämisen suorittamiseksi ovat samat kuin mitä on selostettu kansainvälisessä patenttihakemuksessa n:o PCT/DK79/00047.

Kun partikkelit A on pakattava tiiviisti esillä olevan keksinnön mukaisiin materiaaleihin, ovat ne sopivimmin kokoluokkaa 200 A - noin 0,5 yUm.

Kun esimerkeissä käytetyt partikkelit A olivat Si02~partikke-leita, jotka oli muodostettu höyryfaasista (piimetallin valmistuksen yhteydessä sähköuunissa), voidaan myöskin käyttää muita erittäin hienoja Si02:ta sisältäviä partikkeleita, erityisesti kansainvälisessä patenttihakemuksessa n:o PCT/DK79/ 00047 mainittuja partikkeleita. Kuitenkin ovat esillä olevan keksinnön yhteydessä kasvattamalla höyryfaasista muodostuneet partikkelit suositeltavia.

Valaminen pintojen viereen tai väliin

Betonin, laastin ja vastaavien materiaalien uusi sovellutus on tullut mahdolliseksi esillä olevan keksinnön sekä kansainvälisen patenttihakemuksen n:o PCT/DK79/00047 mukaisilla erittäin lujilla, huoneen lämpötilassa muovattavilla materiaaleilla, nimittäin artikkelien varustaminen ulkopuolisella kuorella sekä sisäosalla, joka on kokonaan tai osittain täytetty esillä olevan keksinnön ja kansainvälisen patenttihakemuksen n:o PCT/DK79/00047 mukaisilla lujilla materiaaleilla (betoni, laasti, tahna jne., lujitettu tai lujittamaton).

Tämä tekee mahdolliseksi artikkelien toivottujen erityisten pintaominaisuuksien (kemialliset, optiset, termiset, mekaaniset, magneettiset jne.) yhdistäminen hyviin yleisiin ominaisuuksiin (erityisesti korkeaan mekaaniseen lujuuteen ja 60 72307 jäykkyyteen) sekä yksinkertaiseen valmistustekniikkaan (erillinen kuoren valmistaminen ja jälkeenpäin tapahtuva juokseva betonin, laastin tai tahnan lisääminen). Tämä muodostaa esillä olevan keksinnön erityisen kohteen.

On olemassa lukuisia etuja ja potentiaalisia etuja erillisten onttojen kuorien valmistamisen yhteydessä, jotka kuoret kokonaan tai osittain täytetään esillä olevan keksinnön sekä kansainvälisen patenttihakemuksen n:o PCT/DK79/00047 mukaisilla materiaaleilla: 1. Artikkelien pintojen (kuorien) valmistaminen voi tapahtua riippumatta sisäisen, kuormaa vastaanottavan lujitetun sydämen valmistuksesta, ts. ympäristöissä (lämpötilan, paineen, ulkopuolisten tekijöiden jne. suhteen), jotka eivät ole rajoitettuja sisäpuolisen sydämen asettamilla vaatimuksilla (muovin pursottaminen,lasin tai keraamisten kuorien valmistus jne.).

2. Voidaan valmistaa hyvin suuria ohutseinäisiä kappaleita, joissa on monoliittinen lujitettu kuormaa vastaanottava sydän. On esimerkiksi mahdollista valmistaa pitkiä putkenpituuk-sia niin, että putken seinämässä on luja vahvistettu sydän (esimerkiksi merenpohjaa pitkin asennettavissa linjoissa, joissa ontoilla muovia tai muuta ainetta olevilla seinämillä varustettuja putkia asetetaan oikein, täytetään välitilat kivellä ja vahvistuksella, sen jälkeen täytetään putket tahnalla tai laastilla kansainvälisen patenttihakemuksen n:o PCT/DK79/00047 tai esillä olevan keksinnön mukaan injektoimalla) .

Muita kappaleita, joita voidaan valmistaa tällä tavalla, ovat alusten rungot, suuret rakennusosat, tunnelien vuoraukset ja sentapaiset.

3. Muovaustyö on yksinkertaisempaa kuin rakenteissa, joissa kuormaa vastaanottava lujitettu betoni tai laasti ensin valmistetaan erityismuotissa ja sen jälkeen varustetaan pintaa

II

72307 61 materiaalilla. Esillä olevan keksinnön tämän aspektin periaatteiden mukaisesti pintapäällykset toimivat suojina.

Rakenteen muodostuminen

Portland-sementtiperustaisten DSP-matriisien kovettumis- kutistuma__

Kovettuessaan sementtiperustaisen DSP-materiaalin tilavuus pienenee, kuten tavallisen sementtiseoksen. Tilavuuden pieneneminen on huomattavasti suurempi uudella sideaineella, 2 %, kun se tavanomaisella sementtiseoksella on 0,5-1 %.

Tämä kutistuminen saattaa aiheuttaa ei-haluttuja halkeamisia ja muodonmuutoksia.

Tilavuuden pieneneminen johtuu siitä, että vettä kuluu kemiallisen rakenteen syntyessä ja että syntyneillä reaktiotuotteilla on pienempi tilavuus kuin niillä komponenteilla, joista ne syntyvät. Tämä aiheuttaa sisäisiä ontelolta ja täten sisäisiä nestemeniskejä, mikä aiheuttaa vetojännityksiä nestefaasiin, jotka puristavat jauhemassaa kokoon. Mitä hienompaa jauhemateriaali on, sitä suurempia ovat meniskeistä johtuvat vetojännitykset ja täten supistusvoimat. Käytettäessä jauhetta, joka on 50-100 kertaa hienompaa kuin sementti, supistusvoimat ovat tästä syystä huomattavasti suuremmat kuin tavanomaisessa sementtiseoksessa.

Tämä on tunnettua esimerkiksi maan kuivattamisesta, jolloin hienon saven tilavuus pienenee selvästi, kun taas karkean hiekan tilavuus ei mainittavasti muutu. Tilavuuden pieneneminen on myös suuressa määrin riippuvainen kovettumisessa syntyvistä hydrataatiotuotteista, esimerkiksi kalsiumsili-kaattihydraatista, etenkin niiden kyvystä synnyttää sisäistä kutistumisjännitystä, kun vähemmän lujasti sitoutunutta vettä siirtyy käytettäväksi muualla hydrataatioprosessissa.

Voidaan käyttää tai suunnitella erilaisia varokeinoja sideaineen tilavuuskutistuman vähentämiseksi tai poistamiseksi, 62 7 2 3 0 7 yhdistelmämateriaalin tilavuuskutistuman vähentämiseksi ja/tai sideaineen tilavuuskutistumasta johtuvien mahdollisten haittavaikutusten, etenkin halkeilun vähentämiseksi tai poistamiseksi.

1) Nesteen ja kaasun ja/tai nesteen ja kiinteän aineen rajapinnan jännityksen muuttaminen kaasu-nestepintajännityksen vähentämiseksi ja/tai kontaktikulman suurentaminen kutistu-misvoimien pienentämiseksi. Tämä voidaan saada aikaan lisäämällä pinta-aktiivisia aineita tai muuttamalla (korottamalla) lämpötilaa.

2. Lisätään nestettä kompensoimaan kemialliseen reaktioon kulunutta nestettä. Nestettä lisätään ulkopuolelta kappaleen pintaan tai sisäpuolelta kanavien kautta ulkopuolisesta lähteestä tai sisäpuolisista lähteistä, joissa nestettä voi olla läsnä nestemäisenä (esim. huokoisessa hiekassa tai kivirakeissa tai kuiduissa) tai kiinteässä muodossa (esim. jäänä, joka myöhemmin sulaa) tai kemiallisesti sitoutuneena (niin että neste esimerkiksi vapautuu kemiallisesta tai termisestä vaikutuksesta).

3) Huokosnesteen tilavuutta muutetaan (lisätään) ja täten kompensoidaan nesteen kemiallinen kuluminen, esimerkiksi lämmittämällä. (Normaalisti nesteiden termiset tilavuuden muutokset ovat huomattavasti suurempia kuin kiinteiden aineiden) .

4) Yhdistelmämateriaalin tilavuuden kutistumista vähennetään •käyttämällä jäykkien karkeiden partikkelien - tyypillisesti hiekan ja kiven - tiivistä pakkaamista. Täten laastin ja betonin tilavuuden kutistuminen pienenee tyypillisesti 1/10-osaan verrattuna puhtaaseen tahnaan.

5) Sisäisten halkeamien syntymistä vaikeutetaan a) lisäämällä halkeamien avautumiseen tarvittavaa energiaa, 63 7 2 3 0 7 esimerkiksi käyttämällä teräväsärmäistä hiekka- ja kivimateriaalia ja/tai kuituja ja muita lujiteaineita (keksijä on menestyksellisesti käyttänyt hienoja wollastoniitti-kuituja, erilaisia lasikuituja, teräskuituja ja muovikuitu-ja) , b) lisäämällä yhdistelmämateriaalin jäykkyyttä, esimerkiksi käyttämällä hiekan ja kiven tiivistä pakkaamista.

(Näiden molempien toimenpiteiden tausta on löydettävissä halkeamismekaniikasta, koska lineaarisen elastisen halkeamis-mekaniikan mukaan repeämisjännitys on verrannollinen halkea-misenergian neliöjuureen kerrottuna kimmomoduuli11a.) c) lisäämällä kappaleita, jotka kokonsa, muotonsa tai pin-tarakenteensa johdosta voisivat toimia sisäisinä halkeamisen käynnistäjinä ja jo syntyneiden halkeamien ohjaajina, kuten on asianlaita esimerkiksi suurilla kappaleilla, joissa on teräviä ulkonevia kulmia ja sileitä pintoja.

6. Vältetään, että muotokappale kovettumisen aikana joutuu vahingoittaville vetojännityksille alttiiksi. Tämä voidaan esimerkiksi saada aikaan kovettamalla puristusjännityksen alaisena ja/tai varmistamalla kappaleen yhdenmukainen kutistuminen esimerkiksi tarkoituksenmukaisella muotin rakenteella (mukaanluettuna kumia ja sentapaista ainetta olevien taipuis-ten muottien käyttö).

7. Saamalla aikaan tilavuus-stabiilimpi hydrataatiotuotteen kemiallinen rakenne, esimerkiksi lisäämällä enemmän kalsiumia sisältäviä erittäin hienoja partikkeleita, kuten kalsium-karbonaattipartikkeleja, siten kuin on selostettu seuraavas-sa jaksossa "Erittäin hienojen partikkelien käyttö DSP-mate-riaalien kemiallisen rakenteen parantamiseen".

8. Kovettamalla lämmössä (kovettaminen matalapaineisella höyryllä tai autoklaavikäsittely).

64 7 2 3 0 7 9. Käyttämällä komponentteja, jotka kuluttavat vähemmän vettä hydrataatioprosessissa, esimerkiksi käyttämällä sementtejä, joissa on normaalia pienempi C3A-pitoisuus.

10. Käyttämällä paisunta-aineita, kuten alumiinijauhetta, jotka kompensoivat kutistumista paisuntatapahtumalla yhtä aikaa kutistumisen kanssa. Voidaan myös käyttää muita tyypillisiä sementin paisunta-aineita.

Erittäin hienojen partikkelien käyttö DSP-materiaalien kemiallisen rakenteen parantamiseen_ DSP-materiaalien erikoisen edullinen muoto käsittää partikkeleja B ja A, jolloin rakenteen muodostuminen tapahtuu osittaisella liukenemisella nesteeseen ja saostumisella, partikkelien B ollessa enemmän reagoivia. Tyypillisesti partikkelit B ovat Portland-sementtiä (d ~ 5 ^,um) ja partikkelit A pii-dioksidipölyä (d 0,1 ^,um) .

Tiivis DSP-rakenne on esitetty kuvassa 1.

Rakenteen muodostuessa, syntyy uusi rakenne, joka liimaa yhteen alkuperäisten partikkelien jäljelle jäävän osan (todennäköisesti suuremman osan), mikä aiheuttaa koossa pysyvän rakenteen.

On toivottavaa hallita rakenteen muodostumista sekä kolloi-daalitasolla (siis miten liimaava aine jakaantuu partikkelien A tilaan, joko yhdenmukaisesti tai keskitettynä partikkelien B läheisyyteen) että atoimitasolla (siis miten kemiallinen rakenne on rakentunut).

Esimerkkinä saattaa olla mielenkiintoista tarkastella Portland-sementin ja piidioksidipölyn järjestelmää (jossa keskimääräiset partikkelien koot tyypillisesti ovat 5 yum ja 0,1 yum), joka on järjestetty DSP-materiaalien periaatteiden mukaisesti (kts. kuva 1).

li 65 72307

Kiinteä rakenne perustuu yhdistettyyn sementti-vesi-reak-tioon ja sementti-piidioksidi-reaktioon, jossa 1) piidioksidipölystä peräisin oleva aine muodostaa suuremmassa tai pienemmässä määrässä (liukenemisella ja reaktiolla) osan syntynyttä kiinteätä kalsiumsilikaattihydraat-tirakennetta.

2) Kalsiumsilikaattihydraatin jakaantumisen jäljellä olevien kiinteiden partikkelien välisessä tilassa ei uskota olevan yhdenmukaista, tyypillisesti siinä on suurempi kon-sentraatio lähellä sementtipartikkelien pintaa (sementin ollessa tyypillisesti "rakenteellisen materiaalin" päätuottaja) . Täten on todennäköistä, että tietyissä tilavuuksissa sementtipartikkelien välisissä tiloissa on liian vähän kalsiumsilikaattihydraattia ja tästä syystä ne estyvät liimaamasta jäljellä olevat piidioksidipartikkelit hyvin tiiviiksi rakenteeksi.

3) On myös todennäköistä, että elementtien jakaantuminen kemialliseen rakenteeseen on epätasaista, tyypillisesti suuremmalla kalsiumin konsentraatiolla sementtipartikkelien pinnan läheisyydessä ja ylimäärällä piitä piidioksidipölyn täyttämässä tilassa olevassa kalsiumsilikaattihydraatissa.

On toivottavaa säätää rakennetta ja rakenteen muodostumista yksityiskohtaisesti, mikä tarkoittaa piidioksidipartikkelien välitiloissa muodostuvan rakenteen määrän lisäämistä, myös suuremmalla etäisyydellä sementin pinnasta ja korkeata kalsiumin säätöastetta syntyneeseen kalsiumsilikaattihydraattiin nähden. Keksinnön mukaan puuttuvat elementit (tai muut halutut elementit) lisätään hienoihin partikkeleihin, tyypillisesti muina hienoina partikkeleina.

Luonnollinen toimenpide probleeman ratkaisemiseksi olisi näin ollen erittäin hienon Portland-sementin lisääminen hienoon piidioksidiin, ts. 20-80 %:n piidioksidista korvaaminen 66 72307 erittäin hienolla sementillä, joka on tyypillisesti 2-10 kertaa hienompaa kuin Portland-sementti tai jopa enemmän.

Tämä toimenpide vähentää huomattavasti piidioksidipölyn täyttämien mikrotilavuuksien suuruutta, tyypillisesti kertoimella 2-10 tai jopa enemmän.

Tällä menettelyllä on kuitenkin kaksi epäkohtaa 1) erittäin hieno reaktiivinen sementti voi aiheuttaa tuo-tantovaikeuksia liian nopean kemiallisen reaktion johdosta (jähmettymisvaikutus). (Tämä vaikutus ei ole kuitenkaan aina ei-toivottu, koska sitä voidaan käyttää säädettyyn nopeaan sitomiseen, mikä on erittäin toivottavaa).

2) Erittäin hienot reaktiiviset partikkelit saattavat liueta täydellisesti sillä seurauksella, että ne eivät osallistu toivottuun ihanteelliseen, partikkeleihin perustuvaan rakenteeseen .

Keksinnön erään sovellutusmuodon mukaan käytetään erittäin hienoja partikkeleita A kalsiumlähteenä, joka on paljon vähemmän reaktiivinen muoto kuin sementti, esimerkiksi käyttämällä kolloidaalista kalsiumkarbonaattia (partikkelien koko tyypillisesti alle 0,5 ^um) Portland-sementti-piidioksidijärjestelmässä. Kalsiumkarbonaattia pidetään normaalisti hyvin vähän veteen liukenevana ja se on hitaasti liukeneva käytettynä suurempina rakeina, mutta johtuen suuresta ominaispinta-alasta (tyypillisesti 10-1000 m /g) liukoisuus ja liukene-misnopeus suurenevat, minkä johdosta on mahdollista yhdistää toivomus säilyttää partikkelit muutamien ensimmäisten tuntien kuluessa veden kanssa sekoittamisen jälkeen (osittain säädettynä pinta-aktiivisilla aineilla) ja toivomus kohtalaisesta reaktiokyvystä veden ja lähellä olevien S1O2-partikkelien kanssa kovettumisen aikana.

Järjestelmän käyttäytymistä voidaan parantaa/optimoida useilla toimenpiteillä: 67 72307 1) Geometrisellä tasapainolla, siis järjestämällä erittäin pieniä Ca (C03) 2-partikkeleita (d ^ 0,01 ^um) piidioksidi-partikkelien välisiin tiloihin.

2) Käyttämällä erittäin pieniä Ca(CC>3)2~partikkeleita ja täten lisäämällä Ca(CC>3)2:n liukoisuutta (hienojen partikkelien termodynamiikan mukaisesti). Tämän vaikutuksen hyöty edellyttää partikkeleja, jotka tyypillisesti ovat alle 100 A (läpimitta), sopivimmin alle 20 A, esimerkiksi pienempiä kuin partikkelit A.

3) Käyttämällä keinoja liukoisuuden muuttamiseksi (korotettua tai alennettua lämpötilaa) tai muuttamalla nesteen kemiallista koostumusta, esimerkiksi C02:n vesiliuos lisää voimakkaasti Ca(C03)2:n liukoisuutta.

Näin ollen keksinnön eräs sovellutusmuoto käsittää kalsium-karbonaattipartikkeleja, joiden koko on noin 50 A - 0,5 ^,um, sisällyttämisen partikkelien A joukkoon. Kalsiumkarbonaat-tipartikkelien ja piidioksidipölyn suhde voi vaihdella laajoissa rajoissa, kuten 1/99 ja 99/1 välillä.

Sovellutuksia

Johtuen erittäin suuresta tiiviydestään ja mekaanisesta lujuudestaan tämän keksinnön mukaan aikaansaatu materiaali on käyttökelpoinen erittäin moneen artikkeliin, joista esimerkkinä voidaan mainita ohutseinäinen tasomainen tai aallo-tettu levy tai paneeli, kuten levyt tai paneelit, jotka ovat samanmuotoiset kuin tunnetut asbestisementtituotteet; putki; johto; tulenkestävä vuoraus (esimerkiksi sovellettuna kokonaisena vuorauksena) tai tulenkestävän vuorauksen komponentti (kuten tulenkestävän vuorauksen rakennuskivenä); suoja-päällyste (esimerkiksi muiden materiaalien suojaamiseksi kemialliselta vaikutukselta, kuten teräkseen, esimerkiksi teräsputkiin tai -johtoihin tai tavanomaisiin betonituotteisiin sovitettu halpa suojapäällyste, betonituotteiden saarni- 68 72307 seksi, joissa on jalo pinta, joka on luja, kulutusta kestävä ja toimii eristyksenä ympäristöstä tulevaa vaikutusta vastaan, muurausten, jalkakäytävien ja teiden suojapäällysteet, käyttäen hyväksi uuden materiaalin samoja hyviä ominaisuuksia, ja kattotiilien tai -laattojen tai säiliöiden suoja-päällysteet, kattomateriaalit, kuten kattotiili- tai laatta; sähköeristysosa; ydinsäteilysuojus suojaamaan ydinsäteilyl-tä (radioaktiivisuuteen perustuvissa reaktorirakenteissa jns.); syvässä vedessä käytettävä merenpohjarakenne; koneosa; veistos; säiliö; in situ-valettu öljylähteen seinä; tai kantava elementti rakennustekniikassa, käyttäen hyväksi materiaalin erittäin hyviä lujuusominaisuuksia ja sen vastustuskykyä ilmastollista vaikutusta vastaan, kuten palkki, kuori tai pylväs, tyypillisesti teräsbetonina, etenkin esijännitettynä betonina.

Syvässä vedessä käytettävissä merenpohjarakenteissa, esimerkiksi suuria hydrostaattisia paineita kestävissä pallomaisissa säiliöissä tarvitaan suuren lujuuden, hyvän kestokyvyn ja pienen läpäisevyyden omaavaa betonia.

Julkaisussa "Polymers in concrete", ACI Publication SP-40-1973, P 118-48, selostetaan mallikokeita pienillä 16 tuuman läpimittaisilla pallomaisilla rungoilla, jotka on tehty korkealaatuisesta polymeeri-kyllästetystä betonista syvässä vedessä käytettäviksi. Täydellinen kyllästäminen saatiin aikaan monimutkaisella kuivaus-tyhjökaasutus-painemenetel-mällä, joka käytännössä on rajoitettu pieniin säiliöihin.

Tämän keksinnön mukaisilla materiaaleilla ja menetelmillä on nyt mahdollista valmistaa tällaisia rakenteita suuressa-mittakaavassa (halkaisija monta metriä) samantapaisella korkealaatuisella materiaalilla käyttäen yksinkertaista valmistustekniikkaa.

Edellä on jo esitetty·muutamia esimerkkejä DSP-materiaalien sovellutuksesta. Muita esimerkkejä ovat seuraavat rakenteet, joita voidaan valmistaa valamalla kahta pintaa vasten tai niiden väliin: 69 72307

Suuria sähköeristimiä tehdään tänään lasista tai keraamisista aineista, etenkin näiden aineiden erinomaisen eristys-kyvyn takia. On erikoisen tärkeätä ehkäistä virtoja pintakerroksia pitkin ja niissä. Lisäksi suuret eristimet tarvitsevat suuren mekaanisen lujuuden ja hyvän kyvyn absorboida mekaanista energiaa. Tämä on vaikeata saada aikaan haurailla aineilla, kuten lasilla ja keraamisilla aineilla, joille on vaikeata antaa "sitkeyttä" lujitteilla (johtuen siitä, että ne muodostetaan juoksevista massoista korkeassa lämpötilassa ja ne jähmettyvät melko suurin tilavuuden muutoksin). Tämän keksinnön mukaisesti tällaisissa suurissa sähköeris-timissä voidaan kuitenkin saada aikaan suuri mekaaninen lujuus ja hyvä kyky absorboida mekaanista energiaa valmistamalla suuria onttoja vaippoja tai kuoria lasista tai keraamisesta aineesta, joita sitten vahvistetaan lujitetulla korkealaatuisella DSP-betonilla, -laastilla tai -tahnalla, joka on valmistettu valamalla pehmeätä massaa (injektointi jne.); lujite voidaan ennakolta sijoittaa vaipan tai kuoren sisään (suuria terästankoja jne.) tai lujite voi olla valu-massan osana (esim. kuitusilppu).

On odotettavissa, että tämä tulee mahdollistamaan suurten eristimien halvemman valmistamisen yhtä suurina kuin niitä valmistetaan tänään ja tähän asti tunnettuja paljon suurempien eristimien valmistamisen.

Huonekaluja, hyllyjä, ovia jne., joissa johtuen ulkonäköä, kädelle tuntoa, puhdistettavuutta, kemiallista kestävyyttä jne. koskevista vaatimuksista tarvitaan erikoisia pintaominaisuuksia yhdistettyinä hyviin mekaanisiin massaominai-suuksiin (lujuus, sitkeys), voidaan valmistaa ontoista muovi-, metalli- ja sentapaisista osista (valmistettu esimerkiksi suulakepuristuksella), jotka täytetään lujitetulla DSP-side-aineella kaatamalla, injektoimalla jne.

Kassakaappeja ja muita lujia säiliöitä voidaan valmistaa täyttämällä ovien ja seinien ontelot DSP-materiaalilla valaen peh- 70 72307 meätä massaa (injektointi jne.); kaikki sisäinen lujite ja kovat komponentit (esim. bauksiittikivi) tai osa siitä voidaan sijoittaa ennakolta paikoilleen.

Radioaktiivista jätettä varten tarkoitetut säiliöt, joissa radioaktiivinen jäte valetaan edellä mainittuihin lujiin materiaaleihin injektoimalla DSP-materiaalia olevaa tahnaa tai laastia säiliötilaan, johon kaikki lujite tai osa siitä, kiinteässä muodossa oleva radioaktiivinen jäte ja erilaiset jäykkyyttä parantavia elimiä (esimerkiksi bauksiittikiveä) on sijoitettu etukäteen.

Hyvin suuret veistokset, joissa on haluttu pintamateriaali, ja jolle voidaan halvalla tavalla antaa tarvittava mekaaninen lujuus täyttämällä ohut kuori edellä esitetyissä esimerkeissä mainituilla periaatteilla valmistetulla lujitetulla laastilla tai betonilla.

Kantavat rakenteet, jotka edellyttävät erikoisia vaatimuksia pintamateriaaliin nähden (pylväät, seinät, lattiat, kattoelementit jne.).

Laivanrungot, joiden ulkopuoli ja sisäpuoli ovat materiaaleja, joilla on erikoiset ominaisuudet (esimerkiksi sileä ulkopuoli ja lämpöä eristävä sisäpuoli), joissa tarvittava osa täytetään lujitetulla DSP-betonilla, -laastilla tai -tahnalla injektoimalla jne.

Kuten edellä on mainittu, onttojen kuorien, jotka täytetään kokonaan tai osittain DSP-materiaaleilla, erilliseen valmistukseen liittyy useita etuja ja potentiaalisia etuja. Tässä yhteydessä on alleviivattava, että esimerkiksi voidaan valmistaa hyvin suuria ohutseinäisiä osia, joissa on monoliittisesti lujitettu kantava sydänosa. On esimerkiksi mahdollista valmistaa pitkiä putkistoja, joiden putkien seinissä on monoliittisesti lujitettu luja sydänosa (esimerkiksi 71 72307 merenpohjassa olevien putkistojen yhteydessä, jolloin putkia, joissa on ontot muovia tai sentapaista olevat seinät, sijoitetaan oikeille paikoilleen, ontelo täytetään kivellä ja lujitteella, minkä jälkeen putket täytetään DSP-tahnalla tai -laastilla inejtoimalla). Muita rakenteita, joita voidaan valmistaa tällä tavalla, ovat laivanrungot, suuret rakennuksen osat, tunnelin vuoraukset ja sentapaiset.

Mahdollisuus valmistaa yksinkertaisella valutekniikalla ja huoneen lämpötilassa lujitettua betonia, laastia ja tahnaa, joilla on hyvin suuri lujuus ja hyväksyttävä sitkeys, mahdollistaa osien tuottamisen, jotka perinteisesti tehdään metallista. Tällaisia osia ovat etenkin suuret kantavat osat, joita perinteisesti valmistetaan metallivaluna (kannet, kuvut, suuret venttiilit, kantavat koneosat jne.) ja rakenneosat (mastot, palkit ja sentapaiset).

DSP-materiaalien suuri kovuus yhdessä sen tosiasian kanssa, että ne voidaan helposti tehdä sitkeiksi kuitulujitteen avulla, mahdollistaa materiaalien käytön jauhatus- tai hioma-kappaleina ja kulutusaggregaatteina, joita tyypillisesti valmistetaan valamalla tavalliseen tapaan pehmeätä massaa, suulakepuristuksella tai puristuksella.

Tähän sovellutusmuotoon kohdistuvien patenttivaatimusten yhteydessä huomautetaan, että sanonta "pääasiassa yhdenmukainen paksuus" ei tarkoita rajoittamista erikoisiin pintakerroksiin, joilla on hyvin tarkasti säädetty paksuus. Päinvastoin, sanonta "pääasiassa yhdenmukainen paksuus" on ymmärrettävä vain erotuksena rakenteista, joita ei enää voida kohtuudella katsoa pinnoiksi tai pintakerroksiksi, kuten kalliorakenne, jossa ontelo on täytetty DSP-massalla. Määritelmä, että pintakerroksella tai -kerroksilla tulee olla rakenne, joka eroaa pintoja vasten tai niiden väliin valetun massan rakenteesta, on tarkoitettu ilmoittamaan, että ulkopuolinen materiaali eroaa kulloinkin käytetystä sisäpuolisesta materiaalista. Ei missään tapauksessa tarkoiteta sitä, 72 7 2 3 0 7 että ulkopuoliseen pintaan käytetyn materiaalin tulisi olla samantyyppistä materiaalia kuin mitä on käytetty sisäpuolisena materiaalina, toisin sanoen sisältää samantyyppisen matriisin .

Myös keksinnön tämän sovellutusmuodon mukaisesti valmistettujen artikkeleiden yhteydessä sisäpuolisen materiaalin (ja myös ulkopuolisen pintamateriaalin, jos se on yleistä tyyppiä) kyllästäminen saattaa olla edullinen käsittely lujuuden ja kestokyvyn lisäämiseksi edelleen, ja kaikki muut kyl-lästyskäsittelyt suoritetaan analogisella tavalla niiden materiaalien kyllästämisen kanssa, moita ei valeta pintojen väliin .

73 72307 DSP;n puristusmuovaus

Varsin edullinen tapa valmistaa DSP-tuotteita on puristus-tusmuovata DSP-materiaaleja, joiden koostumus voi vaihdella plastisesta jäykähköön.

Tämä on nopea prosessi/ mikä vaatii huomattavasti vähemmän valumateriaalia kuin tavanomainen valu ja mikä mahdollistaa huomattavasti korkeampilaatuisten tuotteiden valmistuksen kuin mitä saadaan aikaan tavallisessa valussa. Edellyttäen, että vesi/jauhe-suhde on huomattavasti matalampi puristus-muovauksessa (tyypillisesti 0,08-0,13 kun taas sementti/sili-kapohjaisten artikkelien tavanomaisessa valussa suhde on 0,20) ja mikä tekee mahdolliseksi lisätä enemmän ja hienompia kuituja puristusmuovausmassoihin (siten esimerkiksi plastisen sementti/silikapastan puristusmuovaus suoritetaan käyttäen aina 6 tilavuus-% lasikuituja, joiden halkaisija on 5 ^.um ja pituus 12 mm).

Ennen puristusmuovausta muodostetaan puolivalmis tuote mistä puristuksen jälkeen tulee haluttu tuote. Puolivalmis tuote muodostetaan sekoitusprosesseissa ja erilaisissa esikäsittelyissä (esimerkiksi ruiskuvalulla tai valssauksella) sen varmistamiseksi, että puolivalmiilla tuotteella on haluttu kuitujen suuntautuminen ja että sillä on haluttu lähtömuoto.

Puolivalmis tuote asetetaan puristimeen, valssiin tai vastaavaan laitteeseen siten, että laitteen pinta on kohti tuotteen etusivua sen varmistamiseksi, että puristetulla tuotteella on haluttu muoto. Esimerkkejä on esitetty kuvissa 24-28.

Siirtämällä yhtä tai useampaa puristimen osaa materiaali painetaan onteloon siten muodostaen haluttu tuote jolla on haluttu muoto.

Poistettaessa muotokappale puristimen pinnasta se voidaan vetää puristimesta mahdollisesti tukien mekaanisesti stabii- 72307 74 leiliä muoteilla, jolloin stabiileille muoteille asetetut vaatimukset riippuvat puristetun materiaalin mekaanisesta stabiilisuudesta, tuotteen geometriasta (koko ja muoto), puristuksen jälkeisistä ulkoisista vaikutuksista (painovoima, vibraatiot, jne.) ja tuotteen mittojen ja muodon pysyvyydelle asetetuista vaatimuksista.

Puolivalmis tuote Tässä yhteydessä termi "puolivalmis tuote" määritellään kappaleeksi, joka puristuksella muutetaan puristusmuovatuksi tuotteeksi .

Puolivalmiit tuotteet voidaan muodostaa yllä kuvatuista komponenteista (partikkeleista, kuiduista, muista komponenteista, nesteistä jne.) ja voidaan muovata lopputuotteeksi jollakin ylläkuvatuista prosesseista (ruiskuvalu, valssaus, tärypuris-tus, suihkuttaminen jne.) tai puristusmuovauksella (tällöin valmistus suoritetaan peräkkäisillä puristusmuovaustyövaiheilla) .

Puolivalmiit tuotteet voidaan muodostaa useista osakomponenteista, jotka puristusvaiheessa muovataan yhtenäiseksi tuotteeksi. Siten esimerkiksi levymäiset tuotteet,joilla on tietty kuitujärjestys, voidaan valmistaa asettamalla ohuita ruisku-valettuja levyjä sopivaan ja haluttuun suuntaan toisiinsa nähden kuten kuvassa 25 on esitetty, ja halutut yhdistettävät kappaleet kuten sähköiset vastusyksiköt, putket, kaapelit, pidikkeet, lujitteet jne. tai useat muut osat (teräslevyt, puukappaleet, jne.) voidaan valaa valmistettavaan tuotteeseen puristusmuovauksessa kuten kuvissa 24-27 on esitetty.

Puristus

Kuten yllä on mainittu puristus suoritetaan siirtämällä yhtä tai useampaa puristimen osaa suhteessa muovattavaan materiaaliin ja siten painamalla materiaali halutun muotoiseksi.

II

Usein muottiontelo suljetaan joka puoleltaan ja materiaalin annetaan täyttää koko tämä tila painamalla materiaalia jous tamattoman muotin seiniä vastaan. Tämä on tiivistysprosessi.

75 7 2 3 0 7

Toisissa tapauksissa puristus suoritetaan onteloissa, jotka eivät ole täysin suljettuja kaikilta sivuiltaan. Tärkeä esimerkki tästä on ruiskuvaluun rajoittuva puristusprosessi, jossa prosessissa materiaali puristetaan ulos suuttimesta , jolla on tietty poikkipinta aikaansaaden siten tuote, jolla on vastaava poikkipinta, tai kuvioiden painaminen joka usein on paikallinen puristusmuovaus. Erittäin mielenkiintoinen tekniikka on valssaus käyttäen joustavia teloja. Esillä olevan keksijän keksimää valssausta joustavilla teloilla kuvataan yksityiskohtaisesti tanskalaisessa patenttihakemuksessa,joka on jätetty 1.5.1981 ja jossa hakijana on Aktieselskabet Aalborg Portland-Cement-Fabrik ja jossa keksinnön nimitys on "Valse og fremgangsmide til valsning af et deformerbart materiale" ("Valssi ja menetelmä muovattavan materiaalin valssaamiseksi").

Kuten aikaisemmin on mainittu kappaleista ei normaalisti puristu nestettä ympäristöön, mikä on yksi DSP valumassan huomattava etu.

Kuitenkin käyttäen kuivaavaa puristusta on mahdollista saada aikaan uudentyyppisiä materiaaleja, jotka muodostuvat karkeista komponenteista (suuria verrattuna partikkeleihin B), jotka ovat järjestäytyneet tiiviiseen pakkaukseen vastaten sitä mikä saadaan aikaan kyseessä olevilla komponenteilla puristus-prosessissa (mahdollisesti tärypuristuksessa), jolloin ne ovat tarttuneet yhteen korkealaatuisen DSP-pastan avulla.

Karkeista komponenteista muodostunut näytekappale puristetaan jollakin seuraavista tavoista: 1) Käyttäen nestemäistä pastaa (esimerkiksi sementti-silika DSP-pastaa jolla vesi/jauhe-suhde on 0,20) joka puristetaan ulos näytekappaleista käyttäen puristimessa suodatus- tai kuivauslaitetta (katso kuvia 15, 16 ja 17).

76 72307 2) Käyttäen lopullista määrää vähemmän nestemäistä pastaa -mahdollisesti kokonaan ilman nestemäistä pastaa, lisäämällä puuttuva nestemäinen pasta puristamalla, kapillaari-imulla, vakuumi-imulla tai vastaavilla tavoilla myöhemmässä prosessissa tai puristuksen aikana.

3) Käyttäen sellaista määrää nestemäistä pastaa, joka vastaa suhdetta lopullisessa tuotteessa.

Ensin mainitussa tapauksessa kuten yllä on mainittu puristusta seuraa nesteen poisto. Puristinlaite on sovellettu kuivaamaan poistetun veden häiritsemättä merkitsevästi puristusprosessia.

Käyttäen tällaista prosessia on mahdollista valmistaa tuotteita, joilla on hyvä stabiilisuus välittömästi tiivistyksen jälkeen.

Lopullinen käsittely

Puristusmuovauksen jälkeen on muodostunut näytekappale, jolla on enemmän tai vähemmän stabiili muoto. Stabiilisuudesta riippuen voidaan kappaleessa käyttää eri määriä tukia: 1) Pohjatuki tai tukikappaleen asettamiseksi haluttuun asentoon (tuki voi olla esimerkiksi lattia tai hylly), 2) muotoillun pinnan oleellisia osia myötäilevä tuki säilyttämään valmistetun kappaleen muodot, 3) täydellinen tuki koko kappaleen pinnan ympärillä säilyttämään valmistetun kappaleen muodot.

Kappaleen tukiosat voidaan yhdistää puristimessa, osan muotoilevasta pinnasta ollessa muotti mikä puristuksen jälkeen seuraa kappaletta muototukena (muotit voivat olla esimerkiksi ohuita puristusmuovattuja metallikappaleita), tai mikä saatetaan kosketuksiin kappaleen kanssa erillisessä prosessissa sen jälkeen kun kappale on lähtenyt puristimesta.

it

Monissa tapauksissa puristettu kappale pintakasiteilaan vä littömästi puristuksen jälkeen, ensisijaisesti kuivumisen estämiseksi jatkokäsittelyssä.

77 72307

Pintakäsittely voidaan suorittaa käyttämällä kovettuvia yhdisteitä estämään haihtuminen, mikä voidaan esimerkiksi suorittaa harjaamalla, sivelemällä, sumuttamalla jne., tai käyttämällä haihtumista estävää poistettavaa filmiä sen jälkeen kun kappale on poistettu puristimesta tai puristusprosessin yhteydessä siirtämällä puristimen muotopinnoilta.

Monissa tapauksissa yllämainittuja tukia voidaan käyttää hyväksi pintakäsittelyssä, tai tuet voivat estää liiallisen pintakäsittelyn, tai tuki voi muodostaa pintakäsittelyn (esimerkiksi puristimessa aikaansaatu keraaminen pinta).

Lopuksi puristusta voi seurata prosesseja, jotka varmistavat kappaleen jonkinlaisen kiinteytymisen - sen kiinteytymisen lisäksi, joka aiheutuu paineesta itsestään. Esimerkkeinä voidaan mainita samanaikainen lämmitys (lämmönsiirto puristimesta tai sähköisesti tai mikroaaltolämmityksellä) tai poly-meroimalla polymeroituvat komponentit joita on mukana neste-faasissa.

Tämän keksinnön erityisen näkökohdan mukaan sementti/vesi-pohjaisen DSP-yhdistelmämateriaalin muodostumista voidaan hidastaa suhteessa sen kemiallisen rakenteen muodostumiseen ja/tai stabiloida suhteessa sen muotoon jäädyttämällä DSP-yhdistelmä tai puolivalmiste. Tällä tavalla yhdistelmämate-riaali tai puolivalmiste voidaan vastaavasti esisekoittaa tai esimuovata ja sen jälkeen kuljettaa haluttuun käyttökohteeseen, missä rakenteen muodostumisprosessin voidaan antaa jatkua sulattamalla tuote, ja mahdollisesti edelleen muotoilemalla se. Tätä menetelmää voidaan soveltaa yleisemmin minkä tahansa tyyppiseen DSP-materiaaliin, missä rakenteen muodostumista voidaan viivyttää, hidastaa tai pysähdyttää jäädyttämällä tai vastaavilla prosesseilla. Tässä prosessissa käytetty DSP-materiaali voidaan esimuovata millä tahansa tässä selityksessä esitetyillä tavoilla.

78 72 307 tyksessä esitetyillä tavoilla.

PSP:n muovaus suuressa jännityksessä DSP-materiaalien muovaus voidaan myös suorittaa suurissa jännityksissä tyypillisesti välillä 5-100 MPa, erityisissä tapauksissa välillä 100-1000 MPa ja äärimmäisissä tapauksissa 1000-10000 MPa.

Suuressa jännityksessä tapahtuvaan muovaukseen yhdistetään tavallisesti alemmassa jännityksessä tapahtuva DSP-materiaalin esimuovaus, jonka tarkoituksena on tyypillisesti saada aikaan 1) tuotteen keskimääräinen muoto, ja 2) partikkelien,kuitujen jne. haluttu esijärjestäytyminen ennen lopullista suuressa jännityksessä tapahtuvaa muovaamista.

Suuressa jännityksessä tapahtuva muovaus voidaan tyypillisesti suorittaa hajottamalla tai murskaamalla esijärjestetyt partikkelit (esimerkiksi painesintraus, mikä on tyypillistä metalli-partikkeleille, tai partikkelien murskaaminen vielä hienommiksi partikkeleiksi, mikä on tyypillistä hauraille materiaaleille).

Muovaamista suuressa jännityksessä voidaan tyypillisesti soveltaa kiinteytymisen aikana, esimerkiksi kuuma- tai kylmäpaine-sintrauksella, tai - tyypillisesti sementtituotteille - muodostamalla rakenne hydrataation aikana.

Muovaamalla suurissa jännityksissä aikaansaadaan tiiviimpiä rakenteita. On tunnettua muovata tuotteita suuressa jännityksessä jauhetiivistykselle, painesintrauksella jne., mutta näissä tunnetuissa menetelmissä ei ole helppoa ja useissa tapauksissa mahdotonta aikaansaada haluttu ennalta suunniteltu mikrorakenne. Käyttäen hyväksi tämän keksinnön tekniikan mukaista rakenteen muodostamista erittäin plastisessa materiaalissa pienessä jännityksessä haluttu partikkeli/kuitu-järjestys voidaan ennalta määrätä, minkä jälkeen suurjännitteinen käsittely voidaan suorittaa siten esijärjestetylle rakenteelle.

Il 79 72307

Suuressa jännityksessä suoritettu muovaus voidaan yhdistää tekniikkaan, jossa juokseva partikkelien välinen materiaali vaihdetaan monivaiheisessa suotautumisessa, sellaisessa kun on kuvattu kappaleessa "Pestävät ja lujat DSP-materiaalit". Vaihto voidaan suorittaa väliprosessina perusrakenteen muodostumisprosessin jälkeen tai ennen suurjännitteistä käsittelyä tai suurjännitteisen käsittelyn jälkeen.

Tuotteita, joita tyypillisesti valmistetaan suurjännitteisen muovauksen avulla ovat esimerkiksi koneen osia, mitkä joutuvat suurten jännitysten alaisiksi, lentokoneita ja avaruusaluksen osia, mitkä joutuvat erittäin suurten mekaanisten kuormien alaisiksi, ja muut tuotteet,jotka joutuvat ankariin käyttöolosuhteisiin, mukaanlukien tuotteet, jotka sisältävät paljon kuituja ja jotka ovat erittäin kestäviä ja kovia ja joilla on suuri vetolujuus ja venyvyys.

Erittäin mielenkiintoinen tekniikka on yhdistää suuressa jännityksessä tapahtuva muovaus useiden esijärjestelymenetelmien kanssa,joita on kuvattu kappaleessa "DSP:n puristusmuovaus". Useita puoliteollisiä tuotantomenetelmiä, joita on kuvattu tässä kappaleessa,voidaan sopivasti yhdistää puolivalmisteen jälkikäsittelyyn suurjännitteisessä kentässä.

Varsinkin suuressa jännityksessä tapahtuva DSP:n muovaus tekee mahdolliseksi yhdistää suuren kovuuden ja kulutuksen kestävyyden suuren venyvyyden kanssa (mikä aikaansaadaan suurella kuitukuormalla), mitkä ovat normaalisti hyvin vaikeasti yhdistettäviä ominaisuuksia tunnetun tekniikan keinoina.

Tämän keksinnön piirre voidaan ilmaista prosessina, joka käsittää DSP-yhdistelmän ja/tai DSP-puolivalmisteen muovauksen korkeajännitteisessä kentässä, tyypillisesti 5-100 MPa, eri-tyisis'sä tapauksissa 100-1000 MPa, ja äärimmäisissä tapauksissa 1000-10000 MPa. Toinen piirre, joka on yhteydessä ensin mainittuun on, että DSP-materiaali, esimerkiksi sementtipoh- 80 72307 jäinen DSP-materiaali, kiinteytetään suuressa jännityksessä, tyypillisesti 0-5 MPa, esimerkiksi kiinteyttämällä puristimen laattojen välissä. Erityisissä tapauksissa kiinteyttäminen voidaan suorittaa suuremmissa jännityksissä, sellaisissa kuten 5-100 MPa, ja erittäin erityisissä tapauksissa jännityksissä välillä 100-1000 MPa ja jopa välillä 1000-10000 MPa.

Haluttaessa suuressa jännityksessä tapahtuva kiinteyttäminen voidaan yhdistää ennen muovausta tapahtuvaan DSP-yhdistelmä-materiaalin suurjännitteiseen käsittelyyn, esimerkiksi ajamalla, mahdollisesti toistuvasti, useiden valssitilojen muodostaman kapean raon läpi sen tekniikan mukaisesti, joka on kuvattu Eurooppa-patenttihakemuksessa n:o 80301909.0, joka on julkaistu numerolla O 021 682.

Monivaiheinjektio Tämän keksinnön edullisen suoritusmuodon mukaan DSP-materiaa-leja käytetään monivaiheiseen injektioon onteloihin ja kanaviin .

Tässä yhteydessä injektio tarkoittaa prosessia, jossa kiinteissä kappaleissa olevat ontelot täytetään aineella joko kokonaan tai osittain. Tietyissä tapauksissa käsitteellä injektio esillä olevassa merkityksessä voi olla myös muita tarkoituksia (impregnointi, täyttäminen jne.).

Injektion tarkoituksena on osittain tai kokonaan täyttää ontelot aineella, joka muodostaa tietyn rakenteen ja ominaisuudet omaavan kappaleen, "täytteen", usein kiinteytysprosessin seurauksena.

Perinteisen tekniikan mukaisesti injektio usein suoritetaan painamalla neste tai helposti virtaava nestepitoinen suspensio täytettävään onteloon ja sitten annetaan nesteen tai suspension kuivua tai kiinteytyä muodostaen täytteen, jolla on rakenne, joka on tyypillinen kiinteässä muodossa olevalle injektiomassalle. Esimerkiksi injektoitaessa kaapelikanavia 11 81 72307 jälkijännitetyssä betonissa käytetään usein juoksevaa sement-tipastaa. Tällöin täyte on kappale kuivunutta sementtipastaa, jolla on tämän materiaalin ominaisuudet.

Useissa tapauksissa halutaan täyte, jolla on entistä paremmat ominaisuudet, esimerkiksi kaapelitäyte materiaalista, jolla on suurempi tilavuusstabiilisuus kuin sementtipastalla, esimerkiksi laasti tai betoni. Kuitenkin on vaikeata saada aikaan laasti tai betonitäyte, mikäli vaaditaan hienojakoista täytettä. Karkearakeiset materiaalit kuten laasti tai sementti eivät pysty tunkeutumaan vaikeasti päästäviin kapeisiin ontelon osiin kaapelin ja kanavan välisissä vyöhykkeissä, missä kaapeli on sijoitettu lähelle kanavan seinää.

Tämän keksinnön mukaan tämä ongelma ratkaistaan injektoimalla kahdessa tai useassa vaiheessa kahdella tai usealla injektio-materiaaleilla. Näistä ensimmäinen täytemassa peittää pinnat ja täyttää jopa hienot vaikeapääsyiset ontelot, kun taas jälkimmäisillä injektiomassoilla ei ole samaa kykyä tunkeutua kapeisiin onteloihin, mutta jotka voivat syrjäyttää ensimmäisen injektiomassan suuremmista, helppopääsyisistä onteloista.

Tällä tavalla on mahdollista aikaansaada kaapelikanaviin korkealaatuinen täyte, jossa kookkaiden partikkelien (maksimipartik-kelikoon ollessa 6-10 mm) tilavuusosa on suuri, mutta jossa kotelolla ja kaapelia ympäröivällä täytteellä on sama korkea laatu kuin puhtaalla sementtipastatäytteellä. Kanavan pituus voi olla esimerkiksi 20-40 metriä ja halkaisija 5-10 cm ja kanavassa olevan kaapelin halkaisija 2-3 cm.

Prosessia on kaksi- tai kolmivaiheinen injektio, joka aloitetaan sementtipastalla ja lopetetaan betonilla (mahdollisesti tiivistysnauhalla tai laastilla), ja jossa jälkimmäinen in-jektiomassa korvaa osan aikaisemmista massoista, jotka ovat helppopääsyisillä alueilla, missä karkeampi massa pääsee kulkemaan jättäen vaikeapääsyiset alueet täyttyneiksi hienojakoisella materiaalilla (katso kuvia 42 ja 44-46).

82 72307

Koska uusilla DSP-materiaaleilla on korkea laatu ja ne aikaansaavat valumassoissa erinomaiset virtausominaisuudet (jopa silloin kun karkean hiekan ja kivien konsentraatio on suuri) ja suuren sisäisen koherenssin, tällainen prosessi on erittäin edullinen käyttäen näitä materiaaleja, jotka perustuvat tiiviisti pakkautuneisiin partikkeleihin, joiden koko on 0,5-100 yUm, ja joiden väliset tilat on täytetty homogeenisesti järjestäytyneillä ja mahdollisesti tiiviisti pakkautuneilla erittäin hienoilla partikkeleilla, jotka ovat yhden tai useita kertaluokkia pienempiä kuin ensin mainitut partikkelit.

Perusongelmaa voidaan kuvata yksinkertaistetulla rakenteella, joka on esitetty kuvassa 42, jossa kiinteästä materiaalista valmistetun kappaleen ontelo on täytetty injektoimalla kahdella eri materiaalilla.

Syy kahden eri materiaalin käyttöön saattaa olla halu saada onteloon tietyt ominaisuudet (materiaalilla I saattaa olla spesifinen sähköinen, kemiallinen, mekaaninen, terminen, optinen tai muu ominaisuus) tiettyihin kohtiin (esimerkiksi suojapinnoite pääasiallisen täytemassan II ja ulkopuolisen kiinteän kappaleen väliin), tai kahden eri materiaalin käyttö saattaa johtua prosessiteknisistä syistä, esimerkiksi kun ei ole mahdollista (esimerkiksi geometrisista syistä) saada materiaalia II täyttämään aluetta I tai kun materiaali I helpottaa materiaalin II injektointia (esimerkiksi muuttamalla olosuhteita pintojen välisessä virtauksessa (pienentämällä kitkaa tai muuttamalla pintojen välistä jännitystä) tai estämällä injektiomassan II erottuminen estämällä massan kulkeutuminen seinämateriaaliin).

Keksinnön mukainen prosessi käsittää ensiksi koko ontelon täyttämisen (kuvattu kokonaispoikkipinta-alalla I + II) ensimmäisillä materiaalikomponenteilla (materiaali I), ja sen jälkeen toisen materiaalin injektoinnin (materiaali II), joka korvaa osan materiaalista I ja aikaansaa täytteen,joka sisältää molempia materiaaleja (kuvio 42).

83 7 2 3 0 7

Materiaalin I korvaaminen tapahtuu materiaalista II aiheutuvien kontaktivoimien avulla (usein paine- tai hierron muodossa) , mieluummin myös muiden voimien avustamana (esimerkiksi painovoiman), kuten ylöspäin suuntautuvalla injektoinnil-la kanavassa kevyellä massalla (I) ja sen jälkeen injektoimalla massalla (II), jolla on suurempi tiheys.

Tämän keksinnön mukainen injektointi edellyttää,että osa in-jektiomassaa I joka aluksi on alueessa II korvataan. Periaatteessa tämä voidaan suorittaa 1) työntämällä materiaalia eteenpäin injektion suunnassa (mikä on tavallinen tapa) 2) puristamalla materiaalia alueessa I (mikä on esimerkiksi mahdollista jos materiaali I tai oleellinen osa materiaalista I on kaasufaasissa) 3) siirtämällä materiaali siihen kiinteään materiaaliin tai sen läpi, missä ontelo sijaitsee (esimerkiksi injektoimalla huokoisesta materiaalista tehdyn kappaleen onteloihin ja kanaviin) tai siirtämällä materiaalia injektiomassaan II (esimerkiksi liuottamalla injektiomateriaali I ja injektiomateriaali II) tai 4) käyttäen kahden tai useamman yllämainitun menetelmän kombinaatiota.

Kuten yllä on mainittu injektio voidaan suorittaa useissa vaiheissa,joista toiset ensisijaisesti varmistavat täyttymisen, kun taas toiset saattavat ensisijaisesti toimia suorituksen apuna.

Välitön mielenkiinnon kohde on prismanmuotoisten tai lähes prismanmuotoisten onteloiden monivaiheinjektointi, joille onteloille on tyypillistä, että niiden dimensiot prisman sivujen pituussuunnassa ovat suuria verrattuna poikkileikkaus- 84 72307 dimensioihin. Monivaiheinjektoinnissa ensimmäinen vaihe varmistaa kapeiden vaikeapääsyisten alueiden ja onteloiden seinien välittömässä läheisyydessä olevien alueiden täyttymisen, kun taas viimeinen injektiovaihe varmistaa yhdistelmä-rakenteen muodostumisen helppopääsyississä, usein suuremmissa ontelon osissa yhdistelmärakenteen käsittäessä matriisin, jolla on tiivis suurempien partikkelien järjestys vastaten tiivistä geometrisia periaatteita noudattavaa partikkelien pakkautumis ta.

Kaksi tärkeätä geometrista piirrettä pitää ottaa huomioon täytettäessä onteloa partikkelimateriaalilla, jolla on suurin mahdollinen suurten partikkelien konsentraatio: estymisvaikutus ja seinävaikutus.

Estymisvaikutus ilmenee kun an alueita,joihin suuremmat partikkelit eivät pääse geometrisista syistä, kuvat 37 ja 50. Tämän keksinnön periaatteiden mukaisesti nämä alueet täytetään hienommalla materiaalilla, mikä partikkeligeometrisen periaatteen mukaisesti pääsee näille alueille.

Tämän keksinnön mukaista monivaiheisuutta, joka kuten yllä on mainittu, ei rajoitu DSP-materiaaleihin,vaan on aivan yleisesti sovellettavissa injektiomateriaaleihin, voidaan kuvata kiinteissä kappaleissa olevien onteloiden täyttömenetelmänä aineella (U), joka sisältää suuria partikkeleita,ja aineella (V), joka sisältää pieniä partikkeleita sellaisella tavalla, että aine V täyttää ainoastaan tilat, joihin aine U ei pääse, esitäyttämällä kaikki ontelon osat aineella V ja sen jälkeen aineella U aineen U korvatessa suurelta osin aineen V tiloissa,joihin se pääsee tunkeutumaan.

Aine U on edullisesti Portland-sementtipohjäinen materiaali. Edelleen edullisen suoritusmuodon mukaisesti aine V on Portland-sementtipohjäinen materiaali. Vielä edullisemman suoritusmuodon mukaisesti aine U on DSP-materiaali ja aine V on DSP-materiaali.

li es 72307 Täytettävät ontelot voivat olla esimerkiksi tiehyt, kanava tai putki, tai se voi olla pieni pyöreä ontelo, joka täytetään yllämainitun periaatteen mukaisesti "valamalla pintojen viereen tai niiden väliin".

Ontelot, joihin aine injektoidaan,voivat sisältää ennen injek-tointia lisäkappaleita, kuten esisovitettua lujitetta, täyteainetta jne. Tärkeän keksinnön suoritusmuodon mukaisesti ontelo,johon inejtio suoritetaan,sisältää tangon, vaijerin, tai kaapelin tai useita tankoja, vaijereita tai kaapeleita.

Menetelmiä DSP-materiaalien valmistamiseksi käyttäen muovauk- sen apuna myöhemmin korvattavaa nestemäistä apuainetta_ DSP-muovausprosessi sopii erittäin hyvin parannettujen rakenteiden (jotka sisältävät partikkeleita, kuituja, kudosta, jne.) muovaamiseksi halutuilla yksinkertaisilla teknisillä järjestelyillä kuten sekoituksella, valulla, ruiskuvalulla, sumutuksella, harjauksella ja kuitujen kelauksella, jotka tyypillisesti suoritetaan huoneen lämpötilassa, jolloin hankalien työsuojelullisten toimenpiteiden käyttö ei ole välttämätöntä. Tämä on esitetty tässä hakemuksessa ja kansainvälisessä patenttihakemuksessa n:o PCT/DK79/00047 useille sementti/ silika/vesi-systeemeille.

DSP-tekniikan suora soveltaminen korkeissa lämpötiloissa, esimerkiksi metalli- tai lasisidosteisten DSP-materiaalien valmistamisessa tai terveydelle vaarallisissa olosuhteissa, esimerkiksi sellaisten muovipohjäisten DSP-materiaalien valmistuksessa, jotka perustuvat monomeeri/polymeerimuutokseen, aiheuttaa erittäin vaikeita komplikaatioita tai saattaa olla käytännössä mahdoton.

Tämän keksinnön mukaisesti on mahdollista valmistaa sellaisia materiaaleja käyttäen hyväksi kaikkia DSP-muovausprosessin etuja ja eliminoimalla melkein kaikki valmistuksessa oletettavat komplikaatiot, esimerkkeinä metalli- ja lasisidosteiset DSP-materiaalit.

Tämä aikaansaadaan käyttämällä nestemäistä apuainetta muo- vausprosessissa ja korvaamalla apuaine myöhemmissä proses seissa.

86 72307

On mahdollista valita sellainen apuaine, joka on erittäin sopiva tiettyjen partikkelirakenteiden muovaamisessa DSP-materiaa-lien periaatteiden mukaisesti.

Nestemäinen apuaine voi tyypillisesti olla vesipohjainen, mutta voidaan valita myös muita nesteitä, esimerkiksi jos vesi aikaansaa epäedullisen vaikutuksen partikkelisysteemiin, esimerkiksi liuottamalla tai kemiallisella reaktiolla tai jos muulla nesteellä aikaansaadaan parempi reologinen käyttäytyminen kuin vesipohjaisella nesteellä.

Myös tässä suoritusmuodossa muovaus voidaan suorittaa millä tahansa muovausperiaatteella, joita on kuvattu tässä selityksessä.

Nestemäinen apuaine voidaan poistaa haihduttamalla tai korvaamalla toisella nesteellä kuten erittäin yksityiskohtaisesti on selitetty seuraavassa kappaleessa: "Erittäin kestävät ja lujat DSP-materiaalit". Nestemäinen apuaine voidaan säilyttää osittain tai kokonaan lopullisessa tuotteessa, esimerkiksi jos väliaikaiseen rakenteeseen halutaan tietty jäykkyys ennen lopullisen matriisia muovaavan nesteen suotautumista. Tyypillinen esimerkki on tästä kun nestemäisenä apuaineena on vesi, joka reagoi epäorgaanisen sidosaineen, esimerkiksi Portland-sementin kanssa, joka on osa partikkeleista B.

Suotautuva neste voi esimerkiksi olla monomeeri tai monomeeri-nen seos, joka polymeroituu muodostaen halutun muovimatriisin, tai se voi olla vesi (tapauksessa, jossa vettä ei voida käyttää nestemäisenä apuaineena), nestemäinen metalli, rikki, tai lasi. Suotautuvan nesteen pitäisi edullisesti kostuttaa partikkelien pinnat, mikä tyypillisesti aikaansaadaan pinta-aktii-visilla aineilla. Suotautumista voidaan auttaa aiheuttamalla tyhjö ennen suotautumista, paineella tai mekaanisella täryllä, il 87 72307 mukaanlukien ultraäänikäsittely. Tuotteille,joissa sisäinen rakenne ei itsessään ole riittävän jäykkä vastustamaan suo-tautumisesta aiheutuvia voimia on tarpeellista käyttää ulkoisia stabiloivia voimia, esimerkiksi sulkemalla muottien väliin suotautumisprosessin ajaksi.

Suotautuva neste voidaan valita sellaisella tavalla, että se aikaansaa halutut fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet kuten: 1. Mekaanisen lujuuden ja jäykkyyden.

2. Plastisuuden.

3. Tietyt optiset ominaisuudet.

4. Tietyt termiset ominaisuudet.

5. Tietyt sähköiset ominaisuudet.

6. Tietyt kemialliset ominaisuudet.

Erittäin kestävät ja lujat DSP-materiaallt

Tiiviisti pakkautuneiden hienojen kuitujen tai lastujen käyttö yhdessä sellaisten erittäin hienojen partikkelien kanssa, jotka ovat yhden tai useamman kertaluokan pienempiä kuin kuidun halkaisija ja jotka ovat asettuneet kuitujen välisiin aukkoihin, avaa mahdollisuuksia valmistaa uusia erittäin lujia materiaaleja, joilla on voimakkaasti lisääntynyt kestävyys.

Materiaali, jolla on tähän asti tunnetuista materiaaleista lujin rakenne, on valmistettu lisäämällä suuri tilavuuskonsen-traatio erittäin vahvoja ja jäykkiä hienoja kuituja tai lastuja plastiseen matriisiin, tyypillisesti metallia kuten alumiinia, kobolttia, tai hopeaa tai orgaanista materiaalia (eri tyyppisiä muoveja). Erittäin hienot kuidut ovat lastuja, mukaanlukien A^O^-lastu^grafiittilastut, rautalastut, puolikuidut, piikarbidilastut, ja lasikuidut. Kuitutilavuus voi olla jopa 50-60 tilavuus-%.

Suunnittelu perustuu siihen seikkaan, että kuidun vetojännitys lisääntyy kuidun dimension pienetessä, mikä johtuu kuitujen 88 72307 lisääntyvästä virheettömyydestä (sisäisten virheellisyyksien lukumäärä alenee). Hyvän kuormituksensiirron varmistamiseksi kuidut lisätään plastiseen matriisiin. Sellaiset materiaalit ovat tyypillisesti kehitetty hyvin suorituskykyisiksi, joilla on suuri lujuus/tiheys-suhde ja suuri kimmo-moduuli/tiheys-suhde,jota vaaditaan esimerkiksi avaruusalus-sovellutuksissa.

Yllä mainittu pätee näiden yhdistelmien ylivoimaisiin ominaisuuksiin kuitujen suuntaisissa jännityksissä. Kun materiaalit ovat kuitujen suuntaisessa puristuksessa kappale rikkoutuu kuitujen nurjahtaessa ja matriisin leikkautuessa. Mekaanisesta vaikutuksesta, joka on suunnaltaan kuiduille vastakkainen (jännitys, puristus, kulutus), kappale rikkoutuu pääasiallisesti matriisin leikkautuessa. Kemiallisen ja termisen resistanssin, syttymättömyys mukaanlukien, määrää suuresti matriisimateriaalin massan ominaisuudet.

Periaatteessa näitä yllämainitun tyyppisten materiaalien puutteita voidaan vähentää, ts. niiden ominaisuuksia voidaan parantaa lujittamalla ja jäykistämällä matriisia. Jos matriisi-materiaali on massa (ts. ei saada kuituja), tämä voidaan tehdä esimerkiksi liittämällä siihen kovia, lujia partikkeleita edullisesti suurena tilavuuskonsentraationa.

Nämä periaatteet eivät kuitenkaan välittömästi sovellu ylläkuvattuihin erittäin paljon kuituja sisältäviin yhdistelmiin koska partikkelien lisääminen saattaisi vahingoittaa voimakkaasti tiiviisti järjestäytyneille erittäin hienoille kuiduille ja lastuille asetettua perusvaatimusta (ellei partikkelit ole vähintäin kertaluokkaa pienempiä kuin kuituhalkai-sija).

On tunnettua yhdistää erittäin hienoja tiivismuotoisia partikkeleita (koko alue noin 5 yUm - 50 A) sellaisiin massamateriaa-leihin, joita käytetään matriisina kuituyhdistelmissä.

Il 72307 89

Ei ole kuitenkaan tunnettua suorittaa tätä kysymyksessä oleville kuituyhdistelmille, mikä saattaa johtua suurista vaikeuksista sellaisten yhdistelmien valmistamisessa. Tavallinen tekniikka, joka perustuu matriisin kuitujärjestyksen suotauttamiseen nesteenä, ei salli erittäin hienojen partikkelien lisäämistä yksinkertaisena nesteessä olevana partikke-lisuspensiona, koska kuitujen geometrinen järjestys (tyypillisesti yhdensuuntaisesti järjestyneet, tiiviisti pakkautuneet sylinterimäiset kuidut) aiheuttaa valtavan suotautumis-vastuksen hylkien jopa pienet 50 A suuruiset partikkelit.

Tämä keksintö käsittää aikaisemmin kuvattujen yhdistelmäraken-teiden muodostamisen käyttämällä erittäin tiiviisti pakkautuneita hienoja kuituja tai lastuja kiinteässä matriisissa (tyypillisesti metalli tai muovi),jossa - uutena seikkana - mat-riisimateriaali on lujitettu erittäin hienoilla kiinteillä partikkeleilla, joiden partikkelikoko on tyypillisesti 5 ^um -50 Ä, homogeenisesti ja/tai tiiviisti järjestäytyneessä matriisissa vahingoittamatta kuitujen tiiviin järjestyksen perusperiaatetta käyttämällä mekaanisesti yksinkertaista tuotantoprosessia kuitujen vahingoittamisen estämiseksi.

Tämän on tehnyt mahdolliseksi tässä hakemuksessa kuvattu DSP-materiaalien tuotetekniikan käyttö, joka perustuu partikkeli-rakenteen (tässä kuidut ja erittäin hienot partikkelit) muovaukseen yhdellä hellävaraisista muovausprosesseista, joka on tyypillinen DSP-materiaalien valmistukselle, käyttäen nestemäistä apuainetta muovausprosessin apuna ja sen jälkeen muuttaen nestemäinen apuaine toiseen nesteeseen näin aikaansaaden yhdistelmämateriaalin matriisi.

Tyypillinen prosessin kulku on seuraava: 1. Muovaamalla kuitupartikkelirakenne nestemäistä apuainetta käyttäen, esimerkiksi vettä sisältävää dispergoivaa ainetta.

2. Muovaus saattaa sisältää kuitujen, erittäin hienojen partikkelien ja nestemäisen apuaineen sekoituksen, ja massan 90 72307 valamisen mekaanisella leikkausprosessilla kuten valssauksella, puristamalla, tai ruiskuvalulla.

3. Muovaus saattaa sisältää parantuneen kuitujärjestelyn, tyypillisesti yksinkertaisen langan, verkon tai kudoksen kuitu-kelauksella samanaikaisesti lisäämällä apuainetta ja erittäin hienoja partikkeleja sisältävää lietettä, esimerkiksi suorittamalla kelaus lietteessä. Esimerkki tällä tavalla muodostetusta rakenteesta on esitetty kuvassa 5.

4. Muovaus voidaan tehdä sumutustekniikalla, jossa kuidut ja erittäin hienojen partikkelien liete tuodaan samanaikaisesti .

5. Usean tyyppisiä lisäaineita voidaan käyttää ennen muovaus-prosessia ja sen aikana suojelemaan kuituja ja varmistamaan hyvä kastuvuus ja dispersio.

6. Nestemäinen apuaine poistetaan massasta, tyypillisesti poistetaan muotokappaleesta kaasumaisesta tilasta, mikä toteutetaan alentamalla apuaineen suhteellista höyrynpainetta ympäristössä, esimerkiksi lämmittämällä, vakuumilla, tai kemiallisella tai fysikaalisella höyryn absorptiolla.

7. Apuaine voidaan myös korvata toisella nesteellä, esimerkiksi kapillaarisesti, liuottamalla tai paineella.

8. Nestemäisen apuaineen täyttämää partikkelien välistä tilaa voidaan pienentää kemiallisella reaktiolla nestemäisen apuaineen ja partikkelien välillä.

9. Partikkelien väliset tilat täytetään nestemäisellä matrii-simateriaalilla suotauttamalla (impregnoimalla), tyypillisesti siten kuin on kuvattu tässä selityksessä ja kansainvälisen patenttihakemuksen n:o PCT/DK79/00047 selityksessä.

10. Neste muutetaan kiinteään tilaan kiinteyttämällä (tyypillisesti metallit ja lasi) tai polymeroimalla (tyypillisesti 72307 91 polymeroituvat monomeerit), jota kontrolloidaan termisesti, kemiallisesti, tai radioaktiivisesti.

Tämän keksinnön mahdollistamia uudentyyppisiä korkealaatuisia materiaaleja voidaan käyttää esimerkiksi korkeasuoritteisissa roottorin siivissä,ja lentokoneiden ja avaruusalusten osina.

Tämä osa keksintöä voidaan määritellä matriisin sisältävänä muotokappaleena, joka matriisi sisältää kuituja, joiden poi-kittaisdimensiot ovat pienempiä kuin 100 yum, ja kappaleita tai partikkeleita, joiden koko on noin 5 A - 0,5 ^um, homogeenisesti järjestäytyneinä ja edullisesti olennaisesti tiiviisti pakkautuneina kuitujen välisiin aukkoihin, matriisien kuitujen tilavuus-%:n ollessa vähintään 30. Edullisessa sovellu-tusmuodossa kuitujen tilavuus-% on vähintään 40, edullisesti 50-60 ja edullisimmin 70.

Erityisen sovellutusmuodon mukaisesti tällaisissa muotokappaleissa partikkelien välinen aine (I) on metallia tai plastista materiaalia.

Toisaalta keksintö koskee muotokappaleen valmistusmenetelmää, erityisesti sellaisen muotokappaleen, joka käsittää kuituja sisältävän matriisin, jolla on mitkä tahansa yllämainituista ominaisuuksista, mutta myös aivan yleisesti muotokappaletta, joka on muodostunut mistä tahansa DSP-matriisista, mainitun menetelmän sisältäessä nestemäisen apuaineen käytön DSP-muo-vausprosessissa ja apuaineen korvaamisen toisella halutulla partikkelien välisellä aineella yhdessä tai useammassa vaiheessa .

Lentotuhka

Partikkelien A ja B valmistus ja niiden yhdistäminen DSP-materiaaliin ovat seikkoja, joilla on suuri käytännön merkitys lentotuhka/sementtipohjaisille DSP-materiaaleille. DSP-materiaalien laatu riippuu suuresti partikkeligeometriasta ja partikkelien dispersioasteesta tuoreessa materiaalissa.

92 72307

Partikkeleiden A ja partikkeleiden B valmistamiseksi on olemassa useita menetelmiä ja myös juoksevien DSP-materiaalien valmistamiseksi on olemassa useita menetelmiä. DSP-materiaa-leihin, jotka pohjautuvat Portland-sementtiin tai vastaaviin aineisiin?erittäin hienot partikkelit A tuotetaan tyypillisesti saostamalla, kondensoimalla kaasufaasista, tai jauhamalla partikkeleita hienoksi. Yksi tärkeä tapa saada erittäin hienoja partikkeleita A ja hienoja partikkeleita B on lentotuhka voimalaitoksilta. Lentotuhka saadaan kuivana jauheena, joka tyypillisesti kerätään suodattimilta. Tämä materiaali voidaan yhdistää sementtiin ja mihin tahansa DSP-materiaalin osaaineeseen kuivana pulverina tai seoksena, joka sisältää kaikki tai osan DSP nesteistä (tyypillisesti vesi plus dispergoiva aine) tai sekoittaa mahdollisiin lisäaineisiin ja/tai hiekkaan ja/tai kiviin ja/tai kuituihin (märkänä tai kuivana).

Lentotuhkaa voidaan parantaa DSP-materiaaleihin lisäämistä varten säätämällä lentotuhkan partikkelikokoa ja partikkeli-koko jakautumaa jauhamalla ja/tai erottamalla ja/tai poistamalla epätoivotut kemialliset komponentit.

Hienontaminen voidaan suorittaa jauhamalla.

DSP-materiaaleihin lisättäväksi käyttökelpoinen lentotuhka voidaan erottaa sellaisilla menetelmillä kuin seulominen, sähkösuodatus, vaahdotus tekniikat, jotka käyttävät hyväksi painovoimaa ja hitautta nesteissä (märkäerotus kuten sedimentaatio tai sentrifugointi) tai ilmaerotus (sellainen kuten käyttämällä sykloneja). Yllämainitut menetelmät voidaan suorittaa halutussa järjestyksessä.

Kun lehtotuhkaa käytetään DSP-materiaaleissa sen karkeus tyypillisesti vastaa vähintään ominaispinta-alaa (Blaine) 5000 2 2 cm /g, erityisesti vähintään 7000 cm /g ja usein vähintään 2 10000 cm /g. Kun hienoja partikkeleita sisältävä lentotuhkajae saadaan erotustekniikalla tyypillisesti partikkelit ovat

II

93 72307 oleellisesti pallomaisia, ja siitä johtuen eräs tämän keksinnön sovellutus käsittää Ientotuhkajakeen, jolla ominais-pinta-ala on yllämainittu lentotuhkapartikkelien ollessa oleellisesti pallomaisia.

Lentotuhka,jolla on nämä ominaisuudet on hyvin hyödyllinen materiaali valmistettaessa DSP-materiaaleja sementistä tai sementin tyyppisistä materiaaleista. Sellainen lentotuhka voidaan laivata tai kuljettaa muilla sopivilla tavoilla, esimerkiksi putkikuljetuksena, kuivana jauheena, nestemäisenä lietteenä, agglomeroidussa muodossa, puristettuna kakkuna tai muissa muodoissa, jotka on tunnettu jauhetekniikasta.

Yleisesti ottaen DSP-materiaaleihin yhdistettävien erittäin hienojen partikkelien A ja partikkelien B valmistus voidaan suorittaa hajottamalla (jauhamalla hienoksi) suurempia partikkeleita (aggregaatteja) tai kasvattamalla partikkeleita kaasu- tai nestefaasista (tai usein kombinaationa, muodostamalla lopulliset partikkelit esimerkiksi saostamalla ja sen jälkeen esimerkiksi jauhamisprosessilla rikkoen lopullisista partikkeleista muodostuneet agglomeraatit).

Partikkelien hajoaminen voidaan aikaansaada mekaanisin keinoin. Yksi tapa on valmistaa nestemäisissä apuaineissa oleva dispersio, johon liittyy toinen tai molemmat yleisistä periaatteista, joiden mukaisesti a) nestemäisessä apuaineessa olevat partikkelit rikotaan (murskataan, leikataan, tai hierretään) kahden ulkopuolisen pinnan välissä tai b) hajoaminen tapahtuu partikkelien itsensä välisen hiertymisen tuloksena nesteessä. Molemmissa tapauksissa pinta-aktiivinen aine auttaa yksittäisten partikkelien murtumisjännityksen alentamisella ja/tai estämällä uudelleen aggregoituminen.

Toinen tapa saada aikaan partikkelien hajoaminen on samanlainen kuivaprosessi. Tyypillistä tekniikkaa on kuulajauhatus, kolloidijauhatus, plastinen jauhatus, (valssimylly), hiekka-jauhatus ja suurinopeuksinen kivijauhatus.

u 94 72307

Aivan yleisesti mitä tahansa jauhetekniikassa tunnettua menetelmää voidaan käyttää tähän tarkoitukseen.

Kun hajotus ja mekaaninen dispergointi tapahtuu nesteessä on toivottavaa käyttää hyvin viskoosia liuoksia suuren leikkausjännityksen aikaansaamiseksi kohtalaisella leikkausasteel-la. Paksuntavan aineen lisääminen saattaa olla avuksi.

Erittäin hienojen partikkelien aikaansaamiseksi käytetään tietyn tyyppisiä partikkelijauhamismenetelmiä. Yksi menetelmä on partikkelilähteenä, etenkin tyyppiä A olevien partikkelien, olevan materiaalin jauhaminen yhdessä toisen materiaalin kanssa, jota materiaalia ei käytetä partikkelien A lähteenä. Tämä toinen apumateriaali estää hienojen partikkelien A uudelleen-aggregoitumisen jauhamis- ja dispergoimisprosessin aikana. Apumateriaali voidaan joko poistaa tai käyttää toisessa vaiheessa halutun kappaleen muovauksen yhteydessä. Esimerkkinä mainitaan suolajauhatus, jossa suuri määrä suolaa jauhetaan yhdessä partikkeleita A muodostavan materiaalin kanssa. Suola poistetaan sitten tyypillisesti liuottamalla. Toinen uusi menetelmä on jäisen materiaalin jauhaminen, jossa partikkeleita A (edullisesti esijauhettuna) muodostaman materiaalin ja jauhamisessa käytettävä nestemäisen apuaineen esiseos jäädytetään ja sitten edelleen jauhetaan kiinteässä muodossa.

Partikkelien hienontuminen ja dispersio voidaan aikaansaada tai sitä voidaan auttaa sekoitusprosessin, kuljetuksen, ja/ tai muovauksen aikana.

Siten hieno jauhe valmistetaan (dispergoidaan) tyypillisesti myöhemmässä muovausprosessissa käytettävässä nesteessä, ja myös edullisesti myöhemmissä prosesseissa käytettävien dis-pergoivien apuaineiden kanssa.

Partikkelien dispergoiminen voi tapahtua sekoituksen yhteydessä missä tahansa käytettävien aineiden kombinaatiossa, esimerkiksi , li 72307 95 1) erittäin hienot partikkelit + neste 2) erittäin hienot partikkelit + neste + dispergoiva apuaine 3) liete, joka on mainittu kohdassa 1) tai 2) yhdessä partikkelien C kanssa (tyypillisesti kivi ja hiekka) 4) erittäin hienot partikkelit + mitkä tahansa kiinteät partikkelit (B ja/tai C) ilman dispergoivaa apuainetta tai sen kanssa (dispergoiva apuaine on tässä tapauksessa tyypillisesti yhdistettynä kuivaan jauheeseen).

Dispersio voidaan aikaansaada tai sen muodostumista voidaan auttaa kuljetuksen yhteydessä, jolloin jauhe yhdistetään mihin tahansa muuhun komponenttiin putkissa, joissa kuljetus tyypillisesti tapahtuu suurella paineella.

Dispersio voidaan aikaansaada tai sen muodostumista voidaan auttaa muovausprosessin aikana, esimerkiksi ruiskuvalulla, valssauksella, puristuksella, tärytiivistyksellä, ultraäänillä autetulla tiivistyksellä, jne.

Varsinkin suurileikkauksiset prosessit kuten ruiskuvalu ja valssaus ovat hyödyllisiä. Mutta myös tehokas täry ja ultra-äänikäsittely voi auttaa dispergoitumista.

Muita periaatteita on muodostaa partikkelit kasvattamalla kaasu-tai nestetilasta käyttäen mitä tahansa kirjallisuudessa kuvattua tekniikkaa.

Erittäin hienojen partikkelien (partikkelit A) valmistus vaatii useita lisätoimenpiteitä:

Partikkelien erotusta käytetään tyypillisesti halutun partikkelikoon ja muodon aikaansaamiseksi (ja joidenkin partikkelien tapauksessa myös halutun tyyppisten partikkelien aikaansaamiseksi (haluttu kemiallinen, minerologinen, magneettinen jne. rakenne)).

72307 96

Esimerkki 1

Esimerkissä käytettävät materiaalit olivat seuraavat:

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

Silikajauhe: Hieno pallomainen SiO~-pitoinen jauhe. Ominais- ^ 2 pinta-ala (määritetty BET-tekniikalla) noin 250 000 cm /g, vastaten keskimääräistä partikkelihalkaisijaa 0,1 ,u. Tiheys 3 2,22 g/cm .

Bauksiitti: Tulenkestävä kalsinoitu bauksiitti, 85 % Al-O.., 3 3 z ·* tiheys 3,32 g/cm hiekalle 0-4 mm, 3,13 g/cm kivelle 4-10 mm.

Il 72307 97

Mighty: Niinkutsuttu betonin superplastisoija, korkeasti kondensoituneen naftaleenisulfonihappo/formaldehydikondensaa-tin natriumsuola, josta tyypillisesti yli 70 % muodostuu molekyyleistä jotka sisältävät 7 tai useamman naftaleenirenkaan.

3

Tiheys noin 1,6 g/cm kohti. Saatavana joko kiinteänä jauheena tai vesiliuoksena (42 paino-% Mighty1ä, 58 paino-% vettä) .

Vesi: Vesijohtovesi.

Sylinterimäisten betonikoekappaleiden valmistus märästä betonista, johon on sekoitettu silikajauhe/sementtisidosainetta ja kalsinoitua bauksiittihiekkaa ja kiviä:

Betonikoekappaleet valmistettiin yhdestä 23 litran panoksesta, jolla panoksella oli seuraava koostumus:

Silikajauhe: 3200 g

Valkoinen Portland-sementti: 16000 g

Bauksiitti 4-10 mm: 32750 g

Bauksiitti 0-4 mm: 10900 g

Mighty (jauhe): 250 g

Vesi: 2980 g

Sekoitus

Karkeat aggregaatit, sementti ja Mighty-jauhe sekoitettiin kuivana 50 litran siipisekoittajassa 5 minuutin ajan. Sen jälkeen silikajauhe lisättiin ja sekoitusta jatkettiin 10 minuuttia. Vesi lisättiin ja sekoitusta jatkettiin noin 10 minuuttia.

Märkäbetöni

Betoni oli pehmeä ja helposti työstettävä.

Valu 20°C:n lämpötilassa valettiin 6 betonisylinteriä, joiden halkaisija oli 10 cm, korkeus 20 cm ja joissa oli 2 kantta, (40 x 30 x 5 cm). Koekappaleisiin kohdistettiin täry 10-30 98 7 2 3 0 7 sekunnin ajan standarditärypöydässä (50 Hz).

Kuivatus Välittömästi valun jälkeen sylinterien suljetut muotit upotettiin 60°C:seen veteen ja kuivattiin 5 päivää. Kannet peitettiin muovikalvolla ja kuivattiin yksi päivä 60°C: ssa ilmassa, jonka jälkeen ne upotettiin 60°C:seen veteen ja kuivattiin 4 päivää. Kuivauksen jälkeen koekappaleet avattiin muoteistaan ja niitä varastoitiin 20°C:ssa ilmassa ja noin 70 %:n suhteellisessa kosteudessa testaukseen asti (testaus suoritettiin 30 päivän aikana lämpökäsittelyn jälkeen).

Testaus

Kuudelle betonisylinterille määritettiin tiheys, äänen-nopeus, dynaaminen kimmomoduuli, puristuslujuus ja kuormi-tus/venymäkuvaaja (kuormitus/venymäkuvaaja määritettiin ainoastaan kahdelle koekappaleelle).

Alla olevassa taulukossa on esitetty koetulokset.

Taulukko I

Kovetetun betonin ominaisuudet.

Tiheys Äänen Dynaaminen Puristus- Staattinen nopeus kimmomoduu- lujuus kimmomoduu- _li_ li 3 2878 kg/m 6150 m/s 109 000 MPa 217,5 MPa 78 000 MPa (keskihajonta 6,2 MPa) it 99 7 2 307

Kuvassa 1, kuvaajassa a nähdään kuormitus/venymäsuhde yhdelle sylintereistä. Kuvassa esitetään vertauksena kuormitus/ venymäkuvaaja (kuvaaja c) vastaavasti normaalilaatuisesta betonista valmistetulle koekappaleelle (puristuslujuus 50,6 MPa) ja korkealaatuisesta kansainvälisen patenttihakemuksen n:o PCT/DK79/00047 mukaisesta betonista valmistetulle kappaleelle, joka on valmistettu samantyyppisestä korkealaatuisesta sidosaineesta kuin mitä on käytetty tässä esimerkissä, mutta normaali kvartsihiekan ja graniittikiven kanssa (kuvaaja b, puristuslujuus 130 MPa).

Esimerkki 2

Hiekan ja kiven jauhetiivistys.

Tarkoituksena arvioida useiden hiekka-ja kivimateriaalien vastustuskyky hajota jauhetiivistyksessä, ja varsinkin verrata luonnollisia betonin aggregaatteja erityisen lujiin ja koviin materiaaleihin.

Materiaalit

Kvartsihiekka 0,25-1 mm, kvartsihiekka 1-4 mm, murskattu graniitti 4-8 mm, tulenkestävä bauksiitti 0-4 mm, tulenkestävä bauksiitti 4-10 mm, piikarbidi 0,5-2 mm (Qual. 10/F PS-K Arendal Smeltevaerk A/S, Ejdenhavn, Norja) .

100

Kommentit

Yksittäiset partikkelifraktiot ovat jakautuneet suhteellisen tasaisesti suurimman ja pienimmän raekoon (partikkelikoko) suhteen ollessa 4 tai sen alle.

Jauhetiivistys

Yksittäiset hiekka ja kivi fraktionäytteet puristettiin yksi-akselisella muottipuristimella. Tiivistyslaite muodostui sylinterimäisestä muottisylinteristä, joka oli avoin molemmista päistä, ja kahdesta sylinterimäisestä männästä (muotti-sylinterin halkaisijan ollessa 30 mm, jauheen täyttökorkeuden ollessa noin 32 mm ja puristuksen jälkeen 16-23 mm riippuen jauhetyypistä) .

Kuivat materiaalit kaadettiin löyhästi sylinteriin. Puristus suoritettiin Instron-koelaitteella, jolla oli vakio tiivis-tysnopeus (5 mm/min) ja tiivistyspaine aina 350 MPa, minkä jälkeen painetta alennettiin liikuttamalla mäntää vastakkaiseen suuntaan. Piirrettiin tiivistyksen ja paineenalennusta vastaava voima/siirtymäkuvaaja.

Tulokset

Voima/siirtymäkuvaajasta tehtiin yksittäisille materiaaleille tiivistyspaine vertailuja identtisen "tiheyden" aikaansaamiseksi. Tulokset on esitetty alla olevassa taulukossa II.

,01 72307

Taulukko II

Tiivistyspaine, MPa, tiivistysasteen funktiona. Tiivistys-aste on partikkelien tilavuuden ja kokonaisjauhemassatila-vuuden välinen suhde (toisin ilmaistuna: 1 - huokoisuus)

Puristus- Graniitti Kvartsi Kvartsi Bauksiitti Bauksiitti Piikar-aste bidi 4-8 rtm 1-4 mm 0,25-1 imi 4-10 nm 0-2 nm 0,5-2 nm 0,70 16 10 24 36 61 48 0,75 29 23 42 61 110 82 0,80 59 43 76 95 194 145

Cn huomattava, että tiivistyspaine saman tiiviyden aikaansaamiseksi on huomattavasti korkeampi koville materiaaleille (bauksiitti ja piikarbidi) kuin materiaaleille, joita tavallisesti käytetään betonin lisäaineina (graniitti ja kvartsi).

Kommentteja:

Jauhetiivistystekniikan sopiva partikkelien lujuuden vertaamiseen, edellyttäen, että useilla partikkelimateriaaleilla tai partikkeliyhdisteillä on suunnilleen sama partikkeligeometria ja edellyttäen, että partikkelikoko on suhteellisen suuri verrattuna muottisylinteridimensioihin. Nämä olosuhteet on kohtalaisesti täytetty kvartsihiekalla ja hienolla bauksiitil-la suoritetuissa kokeissa (näissä tapauksissa partikkelit ovat tiiviitä, pyöreitä ja pieniä). Graniittikivellä ja karkealla bauksiitilla suoritetuissa kokeissa partikkeli/muottisuhde oli jonkin verran liian suuri (noin 0,2-0,3) mahdollistamaan kvartsihiekalla ja hienolla bauksiitilla suoritettujen kokeiden tulosten suoran vertailun. Toisaalta näiden kahden keskinäinen vertailu on perusteltua. On vaikeata verrata piikarbi-dilla suoritettujen kokeiden tuloksia muiden tulosten kanssa, koska tällä jauhemateriaalilla, päinvastoin kuin kaikilla muilla materiaaleilla, on hyvin terävät kulmat.

Esimerkki 3

Korkealaatuinen laasti

Valmistettiin kahden tyyppisiä laastiseoksia, joista kummatkin 102 72307 perustuivat huonosti alkalisulfaattia kestävään Portland-sementtiin, silikajauheeseen ja Mighty'yn, mutta joissa käytettiin eri tyyppistä hiekkaa, nimittäin tulenkestävää bauksiittia ja piikarbidia (Qual. 10/F PS-K, Arendal Smeltevaerk A/S, Ejdenhavn, Norja). Tarkoituksena oli tutkia erittäin lujasta hiekasta tehdyn laastin mekaanisia ominaisuuksia, vertaa esimerkkiä esimerkkiin 2, ja erittäin lujaa silika/sementtisidosainetta, jota on kuvattu kansainvälisessä patenttihakemuksessa n:o PCT/DK79/00047. Kaikissa seoksissa käytettiin seuraavia yleisiä komponentteja (yhtä panosta kohti):

Silikajauhe 645 g

Huonosti alkaalisulfaattia kestävä Portland-sementti 2706 g 42 %:nen Mighty-liuos 195 g

Bauksiittilaastissa käytettiin seuraavia komponentteja:

Bauksiitti 0-4 mm 6104 g

Vesi (mukaanlukien Mighty-liuoksessa oleva vesi) 387 g

Laastissa, jossa oli piikarbidia käytettiin seuraavia komponentteja:

Piikarbidi 5755 g

Vesi (mukaanlukien Mighty-liuoksessa oleva vesi) 487 g Käytetyt hiekan, sementin ja Mighty'n tilavuusosat ovat samat kuin osuudet, joita on käytetty esimerkissä 9 kansainvälisessä patenttihakemuksessa n:o PCT/DK79/00047. Laastissa, jossa oli bauksiittia, veden määrä oli myös sama kuin esimerkissä 9 kansainvälisessä patenttihakemuksessa n:o PCT/DK79/ 00047, kun taas veden määrä laastissa, jossa oli piikarbidia, oli huomattavasti suurempi. Tämä johtuu siitä seikasta, että

II

103 72307 piikarbidihiekka on hyvin teräväkulmaista ja siksi se vaatii helpommin juoksevan silika/sementtipastan ja/tai suuremman määrän (tilavuutta) pastaa.

Kummankin tyyppistä laastia valmistettiin kaksi panosta, joista toisella oli ylläkuvattu koostumus ja toinen panos oli kooltaan kaksinkertainen.

Sekoitus ja valu

Sekoitus suoritettiin sekoituskoneessa, jossa oli kiertoliike käyttäen sekoituslapaa. Sekoituksessa noudatettiin seuraavaa menettelyä: 1) Kuivasekoitetaan hiekka, sementti + täyteaine 5 minuuttia.

2) Lisätään suurin osa siitä vesimäärästä, joka ei muodosta osaa betonin plastisoijaliuoksesta. Noin 50 ml vettä jätetään myöhempään käyttöön huuhteluvedeksi. Jatketaan sekoitusta 5 minuuttia.

3) Lisätään betonin plastisoijaliuos ja sen jälkeen huuhdotaan astia yllämainitulla 50 ml :11a vettä sen varmistamiseksi,että kaikki betonin plastisoija on lisätty seokseen. Sekoitetaan noin 10 minuuttia.

Laastiseokset käyttäytyivät kuten erittäin viskoosit nesteet ja ne valettiin sylinterimäisiin muotteihin (korkeus 20 cm, halkaisija 10 cm) standardi tärypöydässä (50 Hz). Valuaika oli noin 1 minuutti. Koekappaleet (suljetuissa muoteissa) kuivattiin vedessä 80°C:een lämpötilassa 4 päivää.

Testaus Määritettiin tiheys, äänennopeus, dynaaminen kimmomoduuli, puristuslujuus ja kuormitus/venymäkuvaaja. Puristuslujuus ja kuormitus/venymäkuvaaja määritettiin 500 tonnin hydrauli-puristimessa käyttäen kuormituksen muutosnopeutta 0,5 MPa 72307 104 per sekunti. Saadut tulokset on esitetty taulukossa III:

Taulukko III

Kuivan laastin ominaisuudet arvioituna sylinterimäisen koekappaleen mittausten perusteella (korkeus 20 cm, halkaisija 10 cm)

Bauksiitti- Piikarbidilaasti laasti

Tiheys (kg/cm3) 2853 (6)x) 2640 (6)x) Äänennopeus m/s 6449 (6)X^ 6443 (6)X^

Dynaaminen kimmo- . .

moduuli MPa 118600 (6)X' 109600 (6)*'

Puristuslujuus ja sen keskihajonta (MPa) 248.0 SD 7,7 184,3 SD 5,9 (6)x (4)x Ä ) = kokeiden lukumäärä

Kuormitus/venymämittaukset suoritettiin kahdella koekappaleella kustakin sarjasta. Näytteitä kuormitettiin kuormalla, joka vastasi noin 60 % murtumiskuormituksesta ja sen jälkeen kuormitus lopetettiin, jonka jälkeen niitä kuormitettiin uudelleen murtumiseen asti määrittämättä kuormituksen ja venymän välistä suhdetta. Joitakin näytteistä kuormitettiin ja sen jälkeen vapautettiin kuormitus useita kertoja.

Kuormitus/venymäkuvaaja bauksiittilaastille oli käytännöllisesti katsoen suora viiva kautta koko mittausalueen (0-150 tai 160 MPa), jonka kaltevuus (sekantti) vastasi kimmomoduulia 84300 MPa. Toistuvasti kuormittamalla ja vapauttamalla kuorma huomattiin ainoastaan vähäistä hystereesiä.

Kuormitus/venymäkuvaajat laastille, jossa oli piikarbidia, (mittausalue 0-100 MPa) taipuivat jonkin verran alkuperäisen kaltevuuden vastatessa kimmomoduulia 86000 MPa ja kimmomoduu-lia 100 MPa:n paineessa 72000 MPa. Toistuvalla 100/120/140/ 160 MPa:n kuormituksella piikarbidista valmistetussa koekappaleessa ilmeni merkittävää hystereesiä, mikä osoitti sisäisen rakenteen heikkenemisen.

1 05 72307

Sellaisten laastien puristuslujuuteen, joissa oli bauksiit-tia, ei 150-160 MPa esikuormitus vaikuttanut merkittävästi, kun taas sellaisen laastin lujuus, jossa oli piikarbidia, oli huomattavasti alhaisempi näytteillä, joita oli aiemmin kuormitettu.

Puristuslujuuden arvot piikarbidilaastista valmistetuille esikuormitetuille koekappaleille eivät siksi ole mukana taulukon IV tuloksissa.

Tulosten tarkastelu

On huomattava, että laasti,jossa on bauksiittihiekkaa on erittäin lujaa ja jäykkää ja sen puristuslujuus on 248 MPa (maksimiarvo kahdelle koekappaleista oli 254,2 MPa vastaten yli 200 tonnin kuormaa). Murtuminen eteni suuressa määrin bauksiittihiekan läpi, osoittaen mahdollisuuden valmistaa vielä lujempaa laastia käyttämällä vielä lujempia hiekkamate-riaaleja.

Sellaisen laastin puristuslujuus, jossa laastissa on piikarbidia, oli huomattavasti alhaisempi (184,3 MPa) eikä ole paljoa korkeampi kuin vastaavalle kvartsihiekkaa sisältävälle laastille (160-179 MPa, katso kansainvälinen patenttihakemus n:o PCT/DK79/00047, esimerkki 9), mikä saattaa näyttää oudolta siihen nähden, että piikarbidi itsessään on hyvin kovaa ja lujaa. Syy on epäilemättä se, että laastiin, jossa on pii-karbidia,käytetään huomattavasti enemmän vettä kuin laastiin, jossa on bauksiittia ja laastiin jossa on kvartsihiekkaa, johon on viitattu kansainvälisessä patenttihakemuksessa n:o PCT/DK79/00047. Tämän seurauksena on huomattavasti heikompi sidosaine. Vesi/jauhesuhde (kokonaisvesi suhteessa sementti + silikapaino-osaan) oli 0,149 bauksiitti-tai kvartsilaasteille ja 0,179 piikarbidilaastille. Murtuma eteni suuressa määrin piikarbidipartikkelien ulkopuolella. Tämä verrattuna taipuneeseen kuormitus/venymäkuvaajaan ja suureen hystereesiin, fnikä on tyypillistä hauraille materiaaleille, missä partikkelit ovat huomattavasti lujempia kuin matriisi) osoittaa mahdolli- 106 7 2 307 suuden aikaansaada huomattavasti suurempi lujuus parantamalla matriisia. Tämä voidaan aikaansaada alentamalla vesi/jauhe-suhdetta esimerkiksi arvoon 0,13-0,15, mikä on mahdollista käyttämällä jonkin verran korkeampaa piikarbidihiekkaa ja/tai suurempaa määrää sementtiä ja silikaa.

Lisäksi valmistettiin 16 sylinteriä bauksiittilaastista, joilla sylintereillä on sama koostumus ja käyttäen samaa tekniikkaa kuin yllä sillä erolla, että bauksiitti oli aikaisemmasta panoksesta.

Tarkoituksena oli tutkia useita mekaanisia ominaisuuksia.

Aluksi määritettiin kaikille 16 kappaleelle tiheys, äänenno-peus ja dynaaminen kimmomoduuli. Vetolujuus määritettiin ohjeellisena kahdelle koekappaleelle.

Tulokset on esitetty alla.

Tiheys 2857 kg/m^ Äänennopeus 6153 m/s

Dynaaminen kimmomoduuli 108 200 MPa

Puristuslujuus 261,1 MPa 268,1 MPa

Koetulosten tarkastelu

Tiheyden havaittiin olevan sama kuin yllä, kun taas äänenno-peus ja dynaaminen kimmomoduuli olivat jonkin verran alhaisempia. Syytä tähän ei tunneta,mutta sen uskotaan johtuvan virheistä määritettäessä äänipulssin kulkemaa aikaa (joko kokeessa sivulla 65 tai yllä olevassa kokeessa).

Lujuudet olivat hieman korkeampia kuin yllä. Korkein 268,1 2 MPa arvo vastaa 214,6 tonnin kuormaa ja 2732 kg/cm painetta. Esimerkki 4

Korkealaatuinen bauksiittilaasti

Bauksiittilaasti valmistettiin samalla koostumuksella ja käyttäen samaa tekniikkaa kuin mitä on mainittu esimerkissä 3 poiketen kuitenkin seuraavasti: 72307 107 1) bauksiitti oli suuremmasta erästä, 2) panoksen koko oli kaksi kertaa niin suuri kuin esimerkissä 3, ja 3) koekappaleiden annettiin seistä muutamasta päivästä puoleen vuoteen lämpökäsittelyn jälkeen (neljä päivää 80°C:een lämpötilassa) 20°C:ssa 70 %:n suhteellisessa kosteudessa.

Jokaisesta neljästä panoksesta valettiin neljä sylinteriä (korkeus 20 cm, halkaisija 10 cm).

Testaus Määritettiin tiheys, äänennopeus, dynaaminen kimmomoduuli ja kuormitus/venymäkuvaaja käyttämällä esimerkissä 3 kuvattua tekniikkaa.

Tulokset ilmenevät alla olevasta taulukosta IV.

Taulukko IV

Kuivatun bauksiittilaastin ominaisuudet sylinterimäisillä koekappaleilla suoritettujen mittausten perusteella (korkeus 20 cm, halkaisija 10 cm).

Tiheys kg/m3 2857 SD 8 (16) Äänennopeus m/s 6153 SD 36 (16)

Dynaaminen kimmomoduuli MPa 108156 SD 1426 (16)

Puristuslujuus MPa 268,3 SD 7,5 (14)

Kuormitus/venymäkuvaaja on esitetty kuvassa 14 yhdessä samanlaisen tavallista betonia kuvaavan kuvaajan kanssa, jota betonia on pidetty erittäin korkealaatuisena (puristuslujuus 72 MPa).

Nähdään, että bauksiitti-sementti-silikalaastin puristuslujuus (270 MPa) on noin neljä kertaa suurempi kuin perinteisen korkealaatuisen betonin ja kimmomoduuli (käyrän kaltevuus) noin kaksi kertaa niin suuri.

108 7 2 3 0 7

Yhden koekappaleen puristuslujuus oli 282,7 MPa ja tiheys 3 2 2861 kg/m , mikä vastaa kuormitus/tiheyssuhdetta 98812 m/s .

Sylinterin kuorma vastaa materiaalista valmistetun 10076 metriä korkean prisman peruskuormaa.

(Vertauksen vuoksi voidaan mainita, että korkealaatuisen rakenneteräksen myötökuorma (400 MPa) vastaa 5200 metriä korkean prisman peruskuormaa).

Kuvat:

Kuvat 1, 2, 3, 4 ja 5 ovat suurennettuja läpileikkauskuvia, jotka esittävät useita DSP-systeemejä, jotka sisältävät tiiviisti pakkautuneita kappaleita, kuva 3 on suurennettu osaläpileikkauskuva, joka esittää DSP-systeemiä, joka sisältää tiiviisti pakkautuneita kokoonpu-ristettuja kappaleita, kuvat 6 ja 7 ovat suurennettuja läpileikkauskuvia, jotka esittävät sementtipartikkelien käyttäytymistä normaalissa betonissa, kuva 8 on edelleen suurennettu läpileikkauskuva, joka esittää sementtipartikkeleita DSPrssä, kuva 9 on suurennettu läpileikkauskuva, joka esittää lujite-kuitujen kiinnittymistä DSP-matriisiin, kuva 10 on läpileikkauskuva, joka esittää DSP-pastan sisäistä koossapysyvyyttä ja sen vastustuskykyä olla lähtemättä virtaavan veden mukaan, kuva 11 on läpileikkauskuva, joka esittää DSP:n käyttöä käytännössä muulla tavoin vaikeasti korjattavan virtaavan veden alla olevan betonirakenteen korjaukseen, kuva 12 on läpileikkauskuva, joka esittää DSP:n käyttöä käytännössä betoniseinän korjaukseen, jossa seinässä oli ainoastaan toisella puolella aukko korjausmateriaalin si-säänviemiseksi, kuva 13 on läpileikkauskuva, joka esittää DSP:n hyvien virtausominaisuuksien hyväksikäyttöä valmistettaessa mutkaisiin putkiin sisäpuolista DSP-pinnoitetta, 109 7 2 3 0 7 kuvassa 14 on esitetty kuormitus-venymädiagrammi tavalliselle betonille, jolla on suuri lujuus ja vastaavasti DSPrtä sisältävälle tulenkestävälle bauksiitille, kuvat 15-17 ovat läpileikkauskuvia, jotka esittävät kuivaavaa puristusta, kuva 18 on perspektiivikuva, joka esittää paneelin muotoisen kappaleen valmistusta, mikä kappale mahdollisesti edelleen tullaan muovaamaan, kuvat 19 ja 20 ovat perspektiivikuvia, jotka esittävät levymäisistä kappaleista olevan putkiprofiilin muovausta, kuva 21 on perspektiivikuva, joka esittää ruiskuvalun käyttöä DSP:llä kapseloitujen sähkökomponenttien valmistuksessa, kuvat 22 ja 23 ovat läpileikkauskuvia, jotka esittävät DSP:n käyttöä plastisen materiaalin tavoin puristusvalussa, kuva 24 on perspektiivikuva, joka esittää paneelin muotoisten lujitettujen tuotteiden valmistusta, esimerkiksi seinä- tai kattoelementtien, asettamalla päällekkäin valssattuja DSP-paneeleita, kuva 25 on perspektiivikuva, joka esittää voileipäelementin valmistusta kahdesta kuitulujitteisesta materiaalista valssatusta levystä, missä eri kerroksissa olevat kuidut ovat vas-takkaisuuntaisesti, kuva 26 on perspektiivikuva, joka esittää paneelin muotoisen kappaleen valmistuksen periaatetta kahdesta paneelista, joiden väliin on asetettu saniteettiasennuksia tai vastaavia, kuva 27 on perspektiivikuva, joka esittää alempaa elementtiä samanlaisesta elementistä kuin kuvassa 26, mutta johon on liitetty putkisto lattialämmitystä tai sähköasennusta varten, kuva 28 on perspektiivikuva, joka esittää DSP-levystä valmistettujen laattojen, tiilien tai vastaavien massatuotantoa.

Viitteet on merkitty piirustuksiin, missä samat numerot yleisesti merkitsevät samoja osia.

Kuvassa 1, mikä esittää tyypillistä DSP-matriisirakennetta 10, 12 merkitsevät oleellisesti tiiviisti pakkautuneita partikke-^- leita B, esimerkiksi Portland-sementtipartikkeleita, ja 14 110 72307 merkitsee kokeellisesti järjestäytyneitä ja edullisesti tiiviisti pakkautuneita partikkeleita A, esimerkiksi silikajau-hepartikkeleita, jotka ovat homogeenisesti dispergoituneet veteen betonin superplastisoijän avulla, tai koossapysyvää tasalaatuista rakennetta, joka on muodostunut sellaisista partikkeleista ja kiinteästä partikkelien välisestä aineesta, joka on muodostunut kemiallisella reaktiolla sementtipartik-keleista lähtöisin olevien liuenneiden aineiden välillä.

Kuvassa 1 esitetty systeemi on tyypillisesti aikaansaatu hellävaraisin mekaanisin keinoin, esimerkiksi leikkauksella tai vibraatiolla, tai yksinkertaisesti painovoiman vaikutuksen alaisena.

Kuvassa 2 partikkelit B (12) käsittävät suurempia partikkeleita ja pienempiä partikkeleita, joiden välissä on aukkoja.

Kuvan 2 systeemi on tyypillisesti aikaansaatu käyttäen samoja keinoja kuin mitä on kuvattu kuvan 1 yhteydessä.

Kuitenkin kuvassa 1 ja 2 14 saattaa tarkoittaa myös erittäin hienoja partikkeleita, mitkä ovat homogeenisesti järjestäytyneet pinta-aktiivisen aineen avulla keksinnön mukaisen nestemäisen DSP-systeemin valmistusprosessin yhteydessä, mutta joita nyt ympäröi partikkelien välinen aine, mikä ei ole sama kuin se neste, jonka avulla partikkelit on järjestetty ja joka on tuotu vaihtamalla alkuperäinen neste suotauttamalla.

Kuvassa 3 kokoonpuristuvat kappaleet 12, esimerkiksi polysty-reenihelmet muodostavat osaksi tiiviisti pakkautuneet partikkelit B, ja homogeenisesti järjestäytyneet tai tiiviisti pakkautuneet partikkelit A, tyypillisesti jäykät pienet partikkeli t, joita ympäröi partikkelien välinen aine, täyttävät tiiviisti pakkautuneen kaasumaisen aineen B väliset aukot. Kuva 3 esittää kuitenkin tapausta, jossa kappaleet 12 ovat kokoonpuristuvia kappaleita ja kooltaan suurempia kuin partikkelit B, ja 14 on kiinteytynyt DSP-pastaan, joka itsessään käsittää oleellisesti tiiviisti pakkautuneita partikkeleita B ja homo- il 1 1 1 72307 geenisesti järjestäytyneitä ja edullisesti tiiviisti pakkautuneita partikkeleita A ja partikkelien välistä ainetta partikkelien B välisissä aukoissa, DSP-pastan rakenteen ollessa tästä johtuen sellainen kuin on esitetty kuvissa 1 tai 2.

Kuvassa 4 kuidut tai pitkänomaiset partikkelit 12 muodostavat tiiviisti pakkautuneet kappaleet B, ja homogeenisesti järjestäytyneet ja edullisesti tiiviisti pakkautuneet partikkelit A partikkelien välisessä aineessa täyttävät tiiviisti pakkautuneiden kappaleiden B väliset aukot. Tässä tapauksessa tiivis kappaleiden B pakkautuminen viittaa tiiviiseen pakkaukseen, joka aikaansaadaan yksinkertaisella sekoituksella ja valamalla maksimikuitukuormalla, jota rajoittaa ainoastaan sekoitus- ja muovausprosessi. Myös tässä tapauksessa partikkelien välinen aine voi olla aine, joka ei ole sama kuin se neste, jonka avulla partikkelit on järjestetty, nyt läsnäolevan partikkelien välisen nesteen ollessa aine, joka on tuotu vaihtamalla alkuperäinen neste suotautumalla.

Kuvassa 5 tiiviisti pakkautuneet kuidut tai pitkänomaiset kappaleet 12 esittävät partikkelien B tiivistä pakkautumista, mikä viittaa mitä tehokkaimpaan tapaan aikaansaada kokoonpuristuma ttornien kuitujen tiivis pakkaus: pitkänomaisten par tikkelien tai kuitujen samansuuntainen sijoittuminen homogeenisesti järjestäytyneiden ja edullisesti tiiviisti pakkautuneiden partikkelien A kanssa tiiviisti pakkautuneiden partikkelien B välisiin tiloihin. Tämä rakenne on aikaansaatu esimeriksi kiertämällä kuitujen 12 filamentteja homogeenisesti dispergoituneiden ja edullisesti tiiviisti pakkautuneiden partikkelien A lietteeseen. Kuvassa 5 esitetty rakenne on tyypillinen haluttu rakenne erittäin korkealaatuisessa ja erittäin kuitupitoisessa kuormitusta ja kulutusta kestävässä materiaalissa, jossa partikkelien A välinen neste, jotka partikkelit ovat esimerkiksi erittäin hienoja metallipartikkeleita, on korvattu suotauttamalla vahvalla partikkelien välisellä aineella, esimerkiksi metallilla tai polymeerillä.

72307 112

Kuvassa 6 Portland-sementtipartikkelit 16 muodostavat avoimen höyteisen rakenteen nestefaasissa pinta-aktiivisen aineen läsnäollessa.

Kuva 7 esittää miten sellaisessa systeemissä sementtipartik-kelit pyrkivät sedimentoitumaan kun flokkuloitumispyrkimys poistetaan plastisoijan avulla.

Kuva 8 esittää, edelleen suurennettuna, DSP-pastasysteemiä, esimerkiksi sementti/erittäin hieno silika-systeemiä, jossa on plastisoijaa, jossa sementtipartikkelien 12 väliset aukot on täytetty erittäin hienoilla silikapartikkeleilla 18, jotka ovat oleellisesti tiiviisti pakkautuneet suspensiossa. 20 tarkoittaa partikkelien välistä ainetta, tässä tapauksessa esimerkiksi superplastisoijaliuosta. Sellaisessa systeemissä pyrkimys partikkelien sedimentoitumiseen minimoituu johtuen erittäin hienoja partikkeleita ympäröivästä erittäin hitaasta vesivirrasta klassisen hydrodynamiikan mukaisesti.

Kuvassa 9 on esitetty hieno lujitekuitu 22 kiinnittyneenä DSP-matriisiin 10, esimerkiksi sementtipohjäiseen DSP-matrii-siin. Käyttämällä tällaista sementtipohjaista DSP-matriisia tavallisen sementtipastan sijasta lujitteen mekaaninen kiinnittyminen lisääntyy vielä enemmän kuin lujuus, lisäyksen ollessa yksi tai usempi kertaluokka. Tämän takia kuidun "karkeutta" tai "aallonmuotoa", jotka ovat välttämättömiä kuidun "mekaanisen kiinnittymisen" aikaansaamiseksi matriisiin, on pienennetty yhden tai kahden kertaluokan verran, mikä tarkoittaa myös sitä, että DSP-matriisissa on mahdollista aikaansaada sellaisten kuitujen mekaaninen kiinnittyminen, jotka ovat yksi tai kaksi kertaluokkaa pienempiä kuin pienimmät kuidut, joita voidaan mekaanisesti kiinnittää tavalliseen sementtipastaan.

Kuva 10 esittää tuoreen nestemäisen pastan yllättävää sisäistä koherenssia plastiseksi sementtipohjäiseksi DSP-laastiksi 24, joka on pantu kantavalle lasilevylle 26 täryn vaikutuksen alaiseksi (50 Hz - 10 s) ja sitten pidetty virtaavan 72307 113 vesijohtoveden alla (virtausnopeus noin 4 litraa minuutissa). Tässä demonstraatiossa laastia pidetään tyypillisesti vir-taavan veden alla 2-30 minuuttia,ilman että näkyvää komponenttien uloshuuhtomista tapahtuisi. Laasti valmistettiin kansainvälisen patenttihakemuksen n:o PCT/DK79/00047 esimerkissä 9 esitetyllä tavalla.

Kuva 11 esittää siltakonstruktion 28 korjausta virtaavassa vedessä 30 joessa vedenalaisella injektoinnilla. Tavallisesta betonista 36 valmistetun perusrakenteen 34 ja perustuksen 38 välissä eroosio-ontelot 40 ovat paljastaneet puiset paalut 32 aiheuttaen vaaran paalujen vakavaksi vahingoittumiseksi. Helposti virtaava sementtipohjäinen DSP-pasta 24 pumpattiin yhden poratun reiän 42 läpi onteloon 40. Johtuen DSP:n suuresta tiheydestä se korvasi veden ontelossa 40 ja nousi jäljellä oleviin reikiin 42 täyttäen täydellisesti ontelon ja reiät ja muodostaen uuden katteen myös perustuksen yläosaan. Koko valu suoritettiin veden alla joen virratessa tuoreen DSP-betonin yli, jolla betonilla kuitenkin oli sellainen suuri sisäinen koherenssi, että huuhtoutiimistä ei oleellisesti tapahtunut.

Kuvassa 12 esitetään seinäe leirien tin 44 korjaus vedenalaisessa tunnelissa merenlahdessa. Helposti virtaavalla DSP-materiaalilla 24 täytettiin korjattava ontelo. Ontelolla oli monimutkainen muoto ja se oli vahvasti lujitettu teräsvah-vistein 46. DSP-materiaali tuotiin sisään toiselta puolelta letkun 50 läpi ja se nousi toiselle puolelle betoniseinään 36 ja täytti betoniseinän ja raamin 48 välissä olevan ontelon.

Kuvassa 13 esitetään hyvin kulutusta kestävän sisämuurauksen valamista teräsputken 52 sisäpuolelle, jota putkea käytetään jauheen (hiilen) kuljetukseen. Muoviputki 54 täytettiin hiekalla 56 ja asetettiin putken sisään ja pidettiin paikallaan tukien 58 avulla. Teräskuitulujitteinen DSP-materiaali 24, joka perustui Portland-sementtiin ja tulenkestävään bauksiit-tiin, kaadettiin putkeen 52 heikon ulkopuolisen täryn alaisena^ 114 72307 ja materiaalilla täytettiin teräsputken 52 ja sen sisällä olevan muoviputken 54 välinen tila. DSP-materiaalin kuivumisen jälkeen hiekka poistettiin ja muoviputki vedettiin ulos.

Kuva 14 on kuormitus-venymäkäyrästö, joka rekisteröitiin pu-ristuskokeen avulla. Koe tehtiin 10 cm:n halkaisijan omaavil-le ja 20 cm korkeille sylintereille, jotka oli valmistettu korkealuokkaisesta betonista ja vastaavasti DSP-laastista, joka sisälsi aina 4 mm:n tulenkestävää bauksiittia. DSP-materiaali oli DENSIT-S ja peräisin Aalborg Portland'lta, Aalborgista, Tanskasta.

Mitatut puristuslujuudet olivat vastaavasti 72 ja 270 MPa.

Kuvat 15, 16 ja 17 esittävät DSP-betonin tai laastin tiivistystä astiasta 62, josta mäntää laskettaessa ylimäärä juoksevaa pastaa 68 puristuu ulos massasta ja virtaa täyteainek-sen 64 ohi männän 66 ja astian seinän 62 välisen aukon kautta. Tällöin (kuva 16) täyteainerunko puristuu. Puristuksen jälkeen pastaylimäärä poistetaan (edelleen kuormittamalla männällä) . Tämän jälkeen mäntä poistetaan ja täyteainesrunko laajenee hieman (elastinen puristuskimmoisuus) vetäen pastaa 68 kevyesti aukkoihin (imu) jolloin sisäänpäin kääntyneet pasta/kaasu rajapinnat muodostuvat, mikä pintavoimista johtuen stabiloi tiivistyneen kuivuneen materiaalin.

Kuva 18 esittää plastisen DSP-materiaalin 68 valssausta elastisesta materiaalista tehdyllä valssiparilla 70, jossa on välielin 72 liitettynä telojen väliin muodostamaan DSP-mate-riaalista puolivalmiin levyn tai arkin, mitä voidaan edelleen muovata.

Kuvat 19 ja 20 esittävät sellaisen puolivalmiin levyn tai arkin 74 muovaamista puristusmuotin puoliskojen 76 välissä (jotka itse voidaan tehdä DSP-materiaalista) putkiprofiilik-si 80.

115 72307

Kuva 21 esittää DSP-materiaalin ruiskuvalua. Suulakepuristimen suulakkeesta 82 ruiskuvalettu nauha 84, joka on DSP-materiaalia, kulkee tukien 86 ohi, joissa tuissa yhdistetään sähkökomponentit 88, esimerkiksi vastuskomponentit V-muotoi-seen ruiskuvalettuun nauhaan. Nauha leikataan leikkurin avulla 90, ja saadut osat 92 puristetaan sen jälkeen puris-tusmuovissa 76 kapseloiduiksi komponenteiksi 94.

Kuva 22 esittää DSP-materiaalin 68 puristusmuovausta ylemmän ja alemman muottiosan 96 ja 98 välissä, ja kuvio 23 esittää suuren keittiön päytö/pesuallaselementin muovausta DSP-mate-riaalista 68 suuressa muotissa 100, 102.

Kuva 24 esittää lujitetun DSP-paneelielimen valmistusta tiivistämällä tuoreita sementtipohjaisista DSPrstä valmistettuja levyjä 110 ja 112 teräslujitteisen ristikon 108 kummallakin puolella puristimessa 104, 106.

Kuva 25 esittää kuitulujitteisesta DSP-materiaalista valmistetun voileipäelementin valmistusta, jossa kuidut suuntautuvat ylemmässä komponentissa 110 vastakkaisesti alemman komponentin 112 kuituihin nähden.

Kuvat 26 ja 27 esittävät saniteettiputkien 114 tai lämpöput-kien 116 liittämistä DSP-rakenne-elementtiin.

Kuvassa 28 tuore sementtipohjaisesta DSP-materiaalista valmistettu levy leikataan tiiliksi tai laatoiksi 120 verkkomaisen leikkurin avulla.

Keksinnön kohteet on määritelty oheisissa patenttivaatimuksissa .

Claims (51)

116 72307

1. Muotokappale, joka käsittää koossa pysyvän matriisin, joka käsittää A) epäorgaanisia kiinteitä hiukkasia, kuten piidioksidi-pölyä, joiden koko on noin 50 Ä - 0,5 ^um, tai koossa pysyvän rakenteen, joka muodostuu tällaisista hiukkasista, ja B) kiinteitä hiukkasia, joiden koko on 0,5-100 ^um ja jotka ovat ainakin yhtä kertaluokkaa suurempia kuin vastavat kohdassa A) mainitut hiukkaset, tai koossa pysyvän rakenteen, joka muodostuu tällaisista hiukkasista, jolloin hiukkasia A on läsnä 5-50 tilavuusprosentin määrässä laskettuna hiukkasista A + B, pinta-aktiivista dispergointlainetta, ja mahdollisesti D) inerttisiä täyte- tai lujiteaineita, jotka eroavat partikkeleista B ja joiden ainakin yksi dimensio on ainakin yhtä kertaluokkaa suurempi kuin partikkelit A, tunnettu siitä, että partikkelit B ovat tiiviisti pakkautuneita, tiiviin pakkaantumisen ollessa olennaisesti pakkaantuminen, joka vastaa sitä, joka voidaan saavuttaa hellävaraisella mekaanisella vaikutuksella systeemiin, jossa on geometriseltä muodostaan samanlaisia suuria partikkeleita ja jossa sitovilla pintavoimilla ei ole olennaista vaikutusta, että partikkelit A tai niistä muodostunut koossa pysyvä rakenne on homogeenisesti jakautunut partikkeleiden B väliseen tilaan, että pintaaktiivista dispergointiainetta on käytetty sellaisin määrin, joka on riittävä varmistamaan partikkeleiden A homogeenisen jakautumisen, ja että muotokappale lisäksi käsittää matriisiin sisällytettynä C) muodoltaan kompakteja kiinteitä partikkeleita, jotka ovat sellaista tulenkestävää ainetta, kuten bauksiittia tai piikarbidia, jonka lujuus ylittää tavanomaisessa betonissa käytetyn tavanomaisen hiekan ja kiven lujuuden ja tyypillisesti vastaa vähintään yhtä seuraavista kriteereistä: 1. männänpaine, joka on yli 30 MPa pakkaantumisasteen ollessa 0,70, yli 50 MPa pakkaantumisasteen ollessa 0,75 ja yli 90 MPa pakkaantumisasteen ollessa 0,80, määritettynä esi- n 117 72307 merkissä 2 esitetyllä.· tavalla (materiaalipartikk<ai . ^'ei1la, joiden suurimpien ja pienimpien partikkeleiden suun, 'Ussuhde ei ylitä 4), 2. vmristuslu juus yhdistelmämateriaalina , JOhon partikkelit ovat upotettuina spesifiseen matriisiin, vi i 170 ppa (olennaisen osan partikkeleista ollessa suurempi s , 1kuin 4 mm) ja 200 fPa (olennaisesti kaikkien partikkeleiden ollessa pienempiä kuin 4 mm) , määritettynä esimerkeissä 1, .

5 Da 4 esitetyllä menetelmällä,

3. Mohs-kovuus (tarkoittaen partikkel it muoria ^ 1 '^ostavaa mi neraalia) yli 7, ja

4. Knoop-tunkeumakovuus (tarkoittaen partikkelit muodostavaa mineraalia) yli 800, jolloin näiden partikkeleiden suuruus on 100 um o i j w , j Π1 t minkä lisäksi seuraavat edellytykset pätevät: 1. ainakin 20 % hiukkasista Π on Portland-sementtiä ja edelleen, 2) kun hiukkasten P molekyylirakenne ei eroa hiukkasten Λ molekyylirakenteesta, muotokappale on valittu ryhmästä, jonka muodostavat a) kappaleet, jotka on valmistettu m.uotoi- 2 lemalla alhaisella painoalueella, joka on alle ä kci/cm sopivimmin alle 100 π/cm , b) kappaleet, joiden ainakin yksi dimensio on vähintään yksi metri ja joiden vähimmäispoik-kileikkaus on vähintään 0,1 m/, ja c) kappaleet, joilla on monimutkainen muoto, joka ei salli niiden muodostamista jau-hepuristuksella.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen muotokappale, tun nettu siitä, että hiukkaset C ovat tiiviisti pakkaantuneita, tiiviin pakkaantumisen ollessa olennaisesti sellainen, joka on saatavissa aikaan hellävaraisella mekaanisella vaikutuksella systeemiin, jossa on geometrisesti samanmuotoisia suuria hiukkasia, joissa pintojen välisillä' vetovoimilla ei ole merkittävää vaikutusta. 118 72307

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen muotokappale, tunnettu siitä, että hiukkaset A ovat tiiviisti pakkaantuneita, tai koossa pysyvä yhdenmukainen rakenne A muodostuu tällaisista tiiviisti pakkaantuneista hiukkasista.

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen muoto-kappale, tunnettu siitä, että lisäaineet D on valittu ryhmästä, jonka muodostavat muodoltaan kompaktit kappaleet, levymäiset kappaleet ja pitkänomaiset kappaleet.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen muotokappale, tunnettu siitä, että lisäaineet D ovat hiekkaa, kiveä, po-lystyreenikappaleita mukaanluettuna polystyreenipallot, paisunutta savea, onttoja lasikappaleita mukaanluettuna ontot lasipallot, paisunutta liusketta, luonnon kevytangreoaatteja, kaasukuplia, metallitankoja mukaanluettuna terästangot, kuituja mukaanluettuna metallikuidut, kuten teräskuidut, muovi-kuidut, Kevlar-kuidut, lasikuidut, asbestikuidut, mineraalikuidut, korkealämprkuidut, lastuja mukaanluettuna epäorgaaniset ei-metalliset, kuten grafiittia tai AI o olevat las- 2 3 tut ja metalliset lastut, kuten rautalastut.

6. Patenttivaatimuksen 4 tai 5 mukainen muotokappale, tunnettu siitä, että lisäaineet D ovat tiiviisti pakkaantuneita .

7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen muoto-kappale, tunnettu siitä, että hiukkaset A ovat hiukkasia, jotka kovettuvat nesteeseen osittaisen liukenemisen, nestefaasissa tapahtuvan kemiallisen reaktion ja reaktiotuotteen saostumisen seurauksena.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen muotokappale, tunnettu siitä, että hiukkaset A ovat huomattavasti vähemmän reagoivia kuin hiukkaset B tai ne ovat pääasiassa reagoimattomia . 72307 119

9. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen muoto-kappale, tunnettu siitä, että hiukkaset B käsittävät ainakin 50 paino-% Portland-sementtihiukkasia.

10. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen muoto-kappale, tunnettu siitä, että pinta-aktiivista dis-pergointiainetta on käytetty 1-4 paino-% määrässä laskettuna partikkeleiden A + B painosta.

11. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen muoto-kappale, tunnettu siitä, että pinta-aktiivinen dis-pergointiaine on betonisupernlastisointiainetta.

12. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen muotokappale, tunnettu siitä, että partikkelit P käsittävät partikkeleita, jotka on valittu hienosta hiekasta, lento-tuhkasta tai hienosta kalkista.

13. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen muoto- kappale, tunnettu siitä, että hiukkaset A ovat pii- : dioksidipölyhiukkasia, joiden ominaispinta-ala on noin 2 . 50 000 - 2 000 000 cm /g.

14. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen muoto-kappale, tunnettu siitä, että hiukkaset A ovat pii-dioksidipclyhiukkasia, joiden ominaispinta-ala on noin 250 000 cm /g.

15. Patenttivaatimuksen 14 mukainen muotokappale, tunnettu siitä, että piidioksidipölyhiukkasia on läsnä tilavuutena, joka on noin 10-30 tilavuus-% hiukkasten A + B kokonaistilavuudesta .

10. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen muoto- kappale, tunnettu siitä, että hiukkaset C ovat lujia luonnonmineraaleja, lujia tekomineraaleja ja lujia metalleja 120 72307 ja lejeerinkejä sisältäviä aineita.

17. Patenttivaatimuksen 16 mukainen muotokappale, tunnettu siitä, että hiukkaset C muodostuvat yhdestä tai useammista seuraavista komponenteista: topaasi, lawsoniitti, timantti, korundi, fenasiitti, spinelli, berylli, krvsoberyl-li, turmaliini, graniitti, andalusiitti, stauroliitti, zirko-ni, boorikarbidi, volframikarbidi.

18. Patenttivaatimuksen 17 mukainen muotokappale, tunnettu siitä, että hiukkaset C ovat tulenkestävää bauk- s iittia.

19. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen muotokappale, tunnettu siitä, että hiukkasia C on läsnä tilavuutena, joka on noin 10-90 tilavuus-? hiukkasten A, P. ja C kokonaistilavuudesta.

20. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen muoto-kappale, tunnettu siitä, että se lisäaineina Γ sisältää armeerausterästä tankoina tai sauvoina.

21. Patenttivaatimuksen 20 mukainen muotokappale, tunnettu siitä, että tangot, sauvat tai kuidut ovat esijännitettyjä .

22. Patenttivaatimuksen 20 mukainen muotokappale, tunnettu siitä, että mainitut lisäaineet D (kuidut, tangot tai sauvat) ovat säilyttäneet geometrisen identiteettinsä muovauskäsittelyn kuluessa.

23. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen muoto-kappale, tunnettu siitä, että se on ohutseinäinen tasomainen tai aallotettu arkki tai laatta? putki? johto? tulenkestävä vuoraus tai sen komponentti? suojapäällyste, kuten teräkseen, tavalliseen betoniin, muuraukseen, jalkakäytäviin 121 72307 ja teihin sovitettu suojapäällyste; kattomateriaali, kuten kattolaatta tai -tiili; ydinsätei]ysuojus; merenpohjarakenne syviä vesiä varten; jarrunauha; hioma-aggregaatti; in situ-valettu öljylähteen seinä; rakennustekniikassa käytettävä kuormitusta kantava osa, kuten palkki, runko, pilari, tyypillisesti arneerattuna betonina, etenkin esijännitettynä betonina; koneosa tai kuvanveistos.

24. Yhdistelmänateriaali jonkin patenttivaatimuksen 1-23 mukaisen muotokappaleen valmistamiseksi, joka materiaali käsittää A) epäorgaanisia hiukkasia, kuten piidioksidipölyä, joiden koko on noin 50 f - 0,5 un, B) kiinteitä hiukkasia, joiden koko on suuruusluokkaa 0,5-100 ^um ja jotka ovat ainakin yhtä kertaluokkaa suurempia kuin vastaavat kohdasa A) esitetyt hiukkaset, jolloin hiukkasia A on läsnä 5-50 tilavuusprosentin määrässä laskettuna hiukkasista A + B, nestettä, ja pinta-aktiivista dispergointiainetta, ja mahdollisesti D) inerttisiä täyte- tai lujiteaineita, jotka eroavat partikkeleista P ja joilla on ainakin yksi dimensio, joka on ainakin yhtä kertaluokkaa suurempi kuin hiukkaset A, tunnettu siitä, että partikkelit R ovat tiiviisti pakkaantuneita yhdistelmämateriaaliin, että hiukkaset A ovat homogeenisesti jakautuneita partikkelien R väliseen tilaan, että nesteen määrä olennaisesti vastaa sitä määrää, joka tarvitaan partikkelien A ja B välisen tilan täyttämiseen, ja että dispergointlaineen määrä on riittävä antamaan yhdistelmä- materiaalille juoksevasta plastiseen konsistenssin alhaisen 2 paineen alueella alle 5 kq/cm , ja että materiaali lisäksi sisältää C) muodoltaan kompakteja hiukkasia, jotka ovat materiaalia, jonka lujuus on suurempi kuin tavanomaiseen betoniin käytetyn hiekan tai kiven lujuus, tyypillisesti lujuus, joka 122 72307 vastaa ainakin yhtä seuraavista kriteerioista: 1. männänpaine, joka on yli 30 MPa pakkaantumisasteen ollessa 0,70, yli 50 MPa pakkaantumisasteen ollessa 0,75 ja yli 90 MPa pakkaantumisasteen ollessa 0,80, määritettynä (ma-teriaalihiukkasilla, joiden suurimpien ja pienimpien hiukkasten suuruussuhde ei ylitä 4) esimerkissä 2 esitetyllä menetelmällä, 2. puristuslujuus yhdistelmämateriaalina, jossa hiukkaset on upotettu eriteltyyn matriisiin, yli 170 MPa (huomattavan määrän hiukkasista ollessa suurempia kuin 4 mm) ja yli 200 MPa (pääasiassa kaikkien hiukkasten ollessa pienempiä kuin 4 mm), määritettynä esimerkeissä 1, 3 ja 4 esitetyllä menetelmällä,

3. Mohs-kovuus (tarkoittaen hiukkaset muodostavaa mineraalia) yli 7, ja

4. Knoop-tunkeumakovuus (tarkoittaen hiukkaset muodostavaa mineraalia) yli 800, joiden hiukkasten koko on 100 ^um - 0,1 m, sillä edellytyksellä, että vähintään 20 paino-% partikkeleista B on Portland-sementtipartikkeleita, tai vastaava materiaali, joka koostuu samoista komponenteista A, B, C, pinta-aktiivisesta dispergointiaineesta ja mahdollisesti D, sopeutettuna edellä määritellyn yhdistelmämateriaalin valmistukseen .

25. Patenttivaatimuksen 24 mukainen yhdistelmämateriaali, tunnettu siitä, että hiukkasia A on läsnä tilavuutena, joka pääasiassa vastaa tiivistä pakkaantumista tiiviisti pakkautuneiden hiukkasten B välisen tilan täyttämiseksi.

26. Patenttivaatimuksen 24 tai 25 mukainen yhdistelmä- materiaali, tunnettu siitä, että hiukkaset A ovat piidioksidipölyhiukkasia, joiden ominaispinta-ala on noin 2 50 000 - 2 000 000 cm /g, hiukkaset B käsittävät ainakin 50 paino-% Portland-sementtiä, neste on vesi painosuhteessa enintään 0,30 laskettuna partikkeleista A ja B, ja disper- li 72307 123 nointiaine on betonisuperplastisointiaine.

27. Patenttivaatimuksen 26 mukainen yhdistelmämateriaal i , tunnettu siitä, että partikkelit A ovat piidioksidi-prlypartikkeleita, joiden ominaispinta-a]a on noin 250 000 cr. /g. 2Γ. Jonkin patenttivaatimuksista 24-27 mukainen yhdistel- mnmateriaali, tunnettu siitä, että hiukkasia C on läsnä tilavuutena, joka pääasiasa vastaa hiukkasten C tiivistä pakkaantumista.

29. Patenttivaatimuksen 26 tai 77 mukainen yhdistelmäma-teriaali, tunnettu siitä, että partikkeleita A on läsnä tilavuutena, joka on 10-30 tilavuus-% partikkeleiden A + p kokonaistilavuudesta.

30. Jonkin patenttivaatimuksista 76-29 mukainen yhdistel-Mämateriaali, tunnettu siitä, että betonisuperplastisointiaine on korkeasti kondensoituneen naftaleenisulfonihap-Po/formaldehydikondensaat.in alkali- tai maa-alkalinetal 1 isuo-lä, joka kondensaatti tyypillisesti muodostuu enemmän kuin ^Ο-prosenttisesti molekyyleistä, jotka sisältävät 7 tai Useampia naftaleenirenkaita.

31. Patenttivaatimuksen 30 mukainen yhdistelmämateriaali, 1 vi n n e t t u siitä, että alkali- tai maa-alkalimetalli-suola on natrium- tai kalsiumsuola. ^2. Patenttivaatimuksen 30 tai 31 mukainen yhdistelmä- Materiaali, tunnettu siitä, että plastisointiaineen Määrä on alueella 1-4 % .laskettuna Portland-sementin ja pii.-^ioksidipölyn kokonaispainosta. 124 72307

33. Jonkin patenttivaatinuksista 30-32 mukainen yhdistelmämateriaali , tunnettu siitä, että neste on vesi, veden ja Portland-sementin ja mahdollisten muiden partikkelien E sekä piidioksidipclyn painosuhde on enintään 0,20.

34. Jonkin patenttivaatimuksista 24-33 mukainen yhdistel-mämateriaali, tunnettu siitä, että partikkelit C muodostuvat materiaaleista, jotka sisältävät lujia luonnonmine-raaleja, lujia tekomineraaleja tai lujia metalleja ja lejee-rinke jä .

35. Patenttivaatimuksen 34 mukainen yhdistelmämateriaali, tunnettu siitä, että hiukkaset C muodostuvat yhdestä tai useammasta seuraavista komponenteista: topaasi, lavso-niitti, timantti, korundi, fenasiitti, spinelli, berylli, krysoberylli, turmaliini, graniitti, andalusiitti, stauro-liitti, zirkoni, boorikarbidi, voi framikarbidi.

36. Patenttivaatimuksen 35 mukainen yhdistelmämateriaali, tunnettu siitä, että hiukkaset C muodostuvat tulenkestävästä hauksi itista.

37. Menetelmä jonkin patenttivaatimuksista 1-23 mukaisen muotokappaleen tai sen osan valmistamiseksi, tunnettu siitä, että yhdistetään A) epäorgaanisia kiinteitä hiukkasia, kuten piidioksidi-pc.lyä, joiden koko on noin 50 ?\ - 0,5 un, ja B) kiinteitä hiukkasia, joiden ko^o on suuruusluokkaa 0,5-100 ^um ja jotka ovat ainakin yhtä kertaluokkaa suurempia kuin kohdassa A) esitetyt hiukkaset, jolloin hiukkasten A määrä on vähintään 5-50 tilavuus-% laskettuna hiukkasten A + P tilavuudesta, nestettä, ja pinta-aktiivista dispergointiainetta, ja sekoitetaan mekaanisesti partikkelit A, neste ja pinta-aktiivinen dispergointiaine, yhdessä partikkelin E kanssa ja il 72307 mahdollisesti partikkelien C kanssa, jotka ovat muodoltaan kompakteja partikkeleita, joiden koko on 100 um - 0,1 m, ja/tai inerttisten täyte- tai lujiteaineiden L kanssa, ja tämän jälkeen haluttaessa tai tarvittaessa yhdistetään syntyvä massa edellä mainittua tyyppiä (B, C, D) olevien partikkelien ja/tai lisäaineiden kanssa mekaanisin keinoin komponenttien halutun jakautumisen aikaansaamiseksi, ja lopuksi valetaan syntyvä massa halutun muotoiseksi painealueella, lisäämällä mahdollisesti valun aikana partikkeleita C ja/tai aineita D, tunnettu siitä, että hiukkasten B määrä pääasiassa vastaa niiden tiivistä pakkaantumista yhdistelmämateriaalissa, jossa on homogeenisesti jakautuneita hiukkasia A hiukkasten B välisessä tilassa, että nesteen määrä vastaa pääasiassa sitä määrää, joka tarvitaan täyttämään hiukkasten A ja B välisen tilan, että dispergointiaineen määrä on riittävä antamaan yhdistelmämateriaalille juoksevasta plastiseen konsistenssin , 2 pienen paineen alueella alle 5 kg/cm , että partikkelit A ja B ja mahdollisesti lisäksi partikkelit C ja/tai D käsittävän yhdistelmän mekaanista sekoittamista jatketaan, kunnes saadaan aikaan viskoottisesta plastiseen massa käsittäen partikkelit A ja B ja mahdollisesti lisäksi partikkelit C ja/tai D, jossa partikkelit A ovat homogeenisesti jakautuneita tiiviisti pakkaantuneiden partikkelien B väliin, ja että partikkelit C ovat materiaalipartikkeleita, jonka materiaalin lujuus ylittää tavanomaisessa betonissa käytetyn tavanomaisen hiekan ja kiven lujuuden, tyypillisesti lujuus, joka vastaa ainakin yhtä seuraavista kriteerioista: 1. männänpaine, joka on yli 30 MPa pakkaantumisasteen ollessa 0,70, yli 50 MPa pakkaantumisasteen ollessa 0,75 ja yli 90 MPa pakkaantumisasteen ollessa 0,80, määritettynä selityksessä esitetyllä menetelmällä (materiaalipartikkeleilla, joiden suurimpien ja pienimpien hiukkasten suuruussuhde pääasiassa ei ylitä 4), 2. puristuslujuus yhdistelmämateriaalina, jossa hiukkaset on upotettu spesifiseen matriisiin, yli 170 MPa (huomattavan osan partikkeleista ollessa suurempia kuin 4 mm) ja yli 1 26 72307 200 f'Pa (pääasiassa kaikkien partikkelien ollessa pienempiä kuin 4 nm), määritettynä selityksessä esitetyllä menetelmällä,

3. Mohs-kovuus (tarkoittaen hiukkaset muodostavaa mineraalia) yli 7, ja

4. Knoop-tunkeumakovuus (tarkoittaen hiukkaset muodostavaa mineraalia) yli P00, sillä edellytyksellä, että partikkelit B käsittävät vähintään 20 paino-% Portland-sementtipartikkeleita. 3Π. Patenttivaatimuksen 37 mukainen menetelmä, tun nettu siitä, että massan muodon aikaansaava painealue johtuu pääasiassa massaan vaikuttavista painovoimista, tai massaan vaikuttavista hitausvoimista, tai kosketusvoinista, tai kahden tai useamman edellä mainituista voimista samanai-kasesta vaikutuksesta.

39. Patenttivaatimuksen 38 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että massan muodon pääasiassa aikaansaava painealue johtuu värähtelyvoimista, joiden taajuus on 0,1-6

10 Hz, värähtelyvoimien ollessa vaatimuksessa 38 mainittua tyyppiä, tai tällaisten värähtelyvoimien yhteisvaikutuksesta vaatimuksessa 38 mainittujen ei-värähtelevien voimien kanssa.

40. Patenttivaatimuksen 37 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että muotokappale tai sen osa muodostetaan suulakepuristuksella tai valssauksella enintään 100 kq/cm olevalla muovauspaineella.

41. Patenttivaatimuksen 37 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että muotokappale tai sen osa muodostetaan suihkuttamalla, sivelemällä tai harjaamalla, ruiskuttamalla tai päällystämällä massakerros pinnalle ja saattamalla massa mukautumaan pinnan muotoon. il 72307 127

42. Patenttivaatimuksen 37 mukainen menetellä;, tunnettu siitc, ett· muotokappale tai sen osa muodostetaan keskipakoisvalulla.

43. Patenttivaatimuksen 37 mukainen rnenetelmK, tunnettu siitä, että massaa kaadetaan koossa pysvvänä massana nesteeseen, jossa se syrjäyttää osan nestettä ja asettuu koossa pysyväksi massaksi.

44. Patenttivaatimuksen 43 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että neste on vesi ja massa on tahna, laasti tai betoni vedenalaisen rakenteen rakentamiseksi.

45. Jonkin patenttivaatimuksista 37-44 mukainen menetelmä, tunnettu siitä·, että partikkelit A ovat piidioksidi- pälypartikkeleita, joiden ominaispinta-ala on noin 50 000 -2 2 000 000 cm /q ja niitä on läsnä tilavuutena, joka on 10-30 tilavuus-?; partikkelien A + P kokonaistilavuudesta, partikkelit B käsittävät vähintään 50 paino-% Portland-sementtiä, neste on vettä painosuhteessa enintään 0,30 laskettuna partikkeleista A ja B, ja dispergointiaine on betoni-superplastisointiainetta. 128 72307