FI74943B

FI74943B - Foerfarande foer att paoskynda haerdningen av betong.

Info

Publication number: FI74943B
Application number: FI851105A
Authority: FI
Inventors: Roman Malinowski
Original assignee: Roman Malinowski
Priority date: 1983-07-21
Filing date: 1985-03-20
Publication date: 1987-12-31
Also published as: AU3210584A; SE450955B; EP0151164A1; DE3471297D1; WO1985000587A1; DK127685A; DK127685D0; EP0151164B1; SE8304074L; FI851105A0; FI74943C; SE8304074D0; NO851120L; FI851105L

Description

1 74943

Menetelmä betonin kovettumisen nopeuttamiseksi

Keksinnön kohteena on menetelmä portlandsementtiin tai muihin sideaineisiin perustuvan betonin kovettumisen 5 nopeuttamiseksi karbonoimalla kaasulla, joka koostuu kokonaan tai osittain hiilidioksidista, jolloin betonissa ennen karbonointia poistetaan vettä ja/tai ilmaa vallitsevassa alipaineessa suljetussa muotissa ja karbonointi aloitetaan alipaineen vallitessa betonissa.

10 Keksintö on pääasiallisesti SE-patenteissa 410101 ja 435710 sekä FI-kuulutusjulkaisussa 73208 kuvattujen betonin pikakovettamismenetelmien jatkokehitystulos.

Kahdessa ensinmainitussa patentissa kuvataan menetelmää betonin valamiseksi ja kovettamiseksi tarvitse-15 matta käyttää erillistä kovetuskammiota tai autoklaavia, jolloin betoni sen sisältämien aineosien sekoittamisen jälkeen valetaan tai muovataan, minkä jälkeen massa saatetaan tyhjökäsittelyyn, siten, että massa muottiin valettuna saatetaan alipaineeseen. Sen jälkeen johdetaan hiilidioksidi-20 kaasua massaan ainakin aluksi säilyneen alipaineen alaisena, niin että tämä hiilidioksidi-kaasu alipaineen seurauksena diffundoituu kapillaareihin betonimassan sisällä ja aikansaa nopean kovettumisen.

Olennaisimmat tekijät betonin kovettumiselle karbo-25 noimalla ovat sideaineiden reaktiokyky hiilidioksidi-kaasun kanssa, betonimassan sopiva keskimääräinen vedensito-minen ja sen sopiva huokos- ja kapillaari-rakenne (lisäaineet mukaan lukien) sekä hiilidioksidi-kaasun osapaine. Karbonointi, ts. reaktio sideaineiden, jotka sisältävät 30 kalkkia, magnesiumia ym., ja hiilihapon välillä tapahtuu ainoastaan veden läsnäollessa. Kun vettä on ylimäärin, mikä aina on asianlaita valettavissa ja runsaammin vettä sisältävissä seoksissa, voi karbonointireaktio olla hyvin heikko tai kokonaan estynyt.

35 Tyhjökäsittelymenetelmä kummankin edellä mainitun patentin mukaisesti tekee mahdolliseksi suuren vesimäärän 2 74943 poistamisen seoksesta ja samanaikaisesti alipaineen aikaansaamisen betonimassaan, mikä nostaa hiilidioksidi-kaasun osapainetta. Nämä kaksi tekijää edistävät karbonointi-prosessia, ts. betonin kovettumista.

5 Alussa mainitun FI-kuulutusjulkaisun 72308 mukai sessa menetelmässä on kehitetty edelleen SE-patenttien 410101 ja 435710 mukaista menetelmää betonielementtien ja -rakenteiden karbonomiseksi suljetussa muotissa ja se ratkaisee samalla betonin karbonointikovettamiseen 10 liittyvän ongelman kammioissa tai tunneleissa.

FI-kuulutusjulkaisussa 72308 kuvataan menetelmää kosteuden poistamiseksi karbonoinnin aikana, suljetun muotin ollessa kysymyksessä, ja ennen karbonointia tai sen aikana muotista vapautetun betonin tapauksessa. Tämä tapah-15 tuu käyttämällä ohjattuja olosuhteita yhdistämällä ilmavirta, lämmönkehittäminen ja kosteuden vastaanotto, toimien kiertävässä, yhtäjaksoisessa suljetussa prosessissa.

Edellä kuvatut, tunnetut menetelmät toimivat hyvin niin kauan kun käytetty hiilidioksidi-kaasu on puhdasta.

20 Betonin karbonointi hiilidioksidi-kaasulla, joka sisältää suuremman tai pienemmän määrän ilmaa, tai poistokaasuilla esimerkiksi sementti- tai kalkkiteollisuuksista, on kuitenkin hankalaa tai on jopa mahdotonta, koska betonin sideaineiden kanssa reagoimaton kaasu ja karbonointireaktiossa 25 muodostunut höyry pidentävät kovettumisaikaa tai estävät karbonoinnin kokonaan.

Esillä olevan keksinnön mukainen menetelmä ratkaisee edellä mainitun ongelman. Menetelmälle on tunnusomaista, että betonin sideaineiden kanssa reagoimaton kaasu ja/tai 30 vesihöyry poistetaan betonista karbonointia jatkettaessa betonin hiilidoksidikaasusyötön vastakkaiselta puolelta.

Jos lisäksi keksinnön mukaisen menetelmän erään lisäpiirteen mukaisesti esikarbonoidaan betoni johtamalla hiilidioksidi-kaasua ainesten sekoittamisprosessin aikana 35 tai mahdollisesti betonin valun aikana, kasvaa betonin lyhytaikainen lujuus (heti karbonoinnin jälkeen) vähentämättä lopullista lujuutta.

3 74943

Toistamalla keksinnön erään erikoislisäpiirteen mukaisesti karbonointi ensimmäisen karbonoinnin jälkeen saavutetaan lyhyaikalujuuden ylimääräinen lisäys lopullisen lujuuden säilyttämiseksi (verrattuna normaaliin kovettumi-5 seen).

Edellä kuvatut ja keksinnön ylimääräiset erikoispiirteet käyvät ilmi seuraavasta, jossa on viitattu liitteinä oleviin kuvioihin. Kuvio 1 esittää keksinnön mukaisen menetelmän yleistä virtauskaaviota. Kuvio 2 esittää 10 kaavamaisesti eri tavat poistaa betonin sideaineiden kanssa reagoimaton kaasu ja/tai vesihöyry betonista. Kuvio 3 esittää paine/aika-diagrammia tyhjökarbonoinnista suljetussa muotissa kuvioiden 2:1.1 ja 2:1.2 mukaisesti. Kuvio 4 esittää vastaavaa diagrammia karbonoinnista muotin osa 15 (kansi) poistettuna kuvion 2:1.3 mukaisesti. Kuvio 5 esittää myös vastaavaa diagrammia toistetusta karbonoinnista ensimmäisen karbonoinnin jälkeen suljetussa muotissa kuvioiden 2:1.1 ja 2:1.2 mukaisesti. Kuvio 6 esittää paine/ai-kadiagrammia toistetusta karbonoinnista kuivaamisen jäl-20 keen suurtaajuisilla sähkömagneettisilla aalloilla (HF) tyhjön samanaikaisesti vaikuttaessa ensimmäisen karbonoinnin jälkeen suljetussa muotissa kuvioiden 2:1.1 tai 2:1.2 mukaisesti. Kuvio 7 esittää myös samanlaista diagrammia jatkuvasti toistetusta karbonoinnista osittain muotista 25 vapautetun kuvion 1:2.2 mukaisen betonin tai kokonaan muotista vapautetun kuvion 1:1 4 mukaisen betonin, joka on sopiva karbonointia varten hihnalla* kuivaamisen jälkeen suurtaajuisilla sähkömagneettisilla aalloilla (HF). Kuvio 8 esittää kaavamaisesti esi-karbonoinnin betonin sisältä-30 mien aineosien sekoittamisen aikana, kun taas kuvio 9 esittää kaavamaisesti esikarbonoinnin itse valamisen aikana. Kuvio 10 esittää esimerkkiä kerros-elementtien karbonoinnista kennossa kuvioiden 1:1.1 ja 1:1,2 mukaisesti. Kuvio 11 esittää lopuksi esimerkin toistetusta karbonoinnista 35 liukuhihnalla tapahtuvassa valmistuksessa A kuvioiden 1:1.1 ja 1:1.2 mukaisesti, B kuvion 1:2.4 mukaisesti.

4 74943

Kuviossa 1 esitetty keksinnön mukaisen menetelmän yleinen kulkukaavio alkaa veden ja/tai ilman poistamisella betonista vallitsevassa alipaineessa tai tyhjössä suljetussa muotissa. Jos senjälkeen seurataan ehyinä piirettyjä 5 nuolia, tapahtuu ensimmäinen karbonointi vaiheessa 1 säilyttäen tyhjö ainakin hiilidioksidi-kaasun syötön alussa suljetussa muotissa, jolloin betonin sideaineiden kanssa reagoimaton kaasu ja/tai vesihöyry poistetaan betonista joko imulla alipaineen 1.1 avulla tai avaamalla venttiili 10 muotissa 1.2. Vaihtoehtoisesti voi ensimmäinen karbonointi pisteviivan mukaisesti tapahtua betonilla, jolloin yksi muotin osa on poistettu, edullisesti muotin kansi, ks. 1.3.

Kun kaasu ja/tai vesihöyry on poistettu, voi muotin poisto tapahtua 1.4 mukaisesti. Muotin poiston asemesta 15 voidaan betoni kaasun ja/tai vesihöyryn poistamisen jälkeen saattaa uudelleen karbonoitavaksi suljetussa muotissa ja tyhjössä ennen hiilidioksidi-kaasun johtamista. Tietenkin on myös mahdollista suorittaa uusittu karbonointi muo-tinpoiston jälkeen, kuten käy ilmi kuviosta 1.

20 Ensimmäisen karbonoinnin jälkeen ja ennen toisto- karbonointia betoni voidaan kuivata käyttäen säteilyä, alipaineen kanssa yhdistettynä. Tämä säteily koostuu suurtaajuisista sähkömagneettisista aalloista (HF), jotka ovat tehokkaimpia tätä tarkoitusta varten. Kuivaamisen jälkeen 25 betonia karbonoidaan edelleen suljetussa muotissa, jolloin reagoimaton kaasu ja/tai vesihöyry edelleen poistetaan imulla 2.1 mukaisesti tai avoimen venttiilin kautta 2.2 mukaisesti. Vaihtoehtoisesti 2.3 mukaisen osittaisen muotista poistetun betonin tai kokonaan 2.4 mukaisesti muotis-30 ta poistetun betonin, ks. kaksoispisteviivoilla merkityt nuolet, toistokarbonointi voi tapahtua kuivaamisen jälkeen ilman tyhjöä.

Kuvio 2 esittää, kuten mainittiin, kaavamaisesti erilaisia kuvattuja tapoja poistaa betonin sideaineiden 35 kanssa reagoimaton kaasu ja/tai vesihöyry betonista. Betoni 1 viedään muottiin 2, jolloin reagoimaton kaasu 3 ja/ tai vesihöyry poistetaan hiilidioksidi-kaasun syöttöä 4 5 74943 vastapäätä olevalta sivulta imulla (tyhjö), joka on merkitty nuolilla 3 kuviossa 2:1.1. Kuviossa 2:1.2 tapahtuu kaasun 3 poistaminen vapaasti poispuristamalla avoimen venttiilin kautta, mikä myös osoitetaan nuolilla 3. Ku-5 vioissa 2:1.1 ja 2:1.2 tapahtuu kaasun ja höyryn poistaminen suljetusta muotista. Lopuksi poistetaan kaasu 3 kuviossa 2:1.3 ottamalla muotin 2 kansi pois. Tätä muunnosta voidaan käyttää ainoastaan betonilla, jota on puristettu korkeassa paineessa ja tyhjössä, ja kun hiilidioksidi-kaa-10 sun syöttäminen tapahtuu pienellä ylipaineella.

Kuvio 3 esittää paine/aika-diagrammia ensimmäisestä karbonoinnista suljetussa muotissa, jolloin hiilidioksidi-kaasun syöttö tapahtuu aluksi säilyneessä tyhjössä (vaihe 1). Sitten reagoimattoman kaasun ja/tai vesihöyryn poista-15 minen (vaihe 2) tapahtuu imulla 1.1 mukaisesti tai avoimen venttiilin kautta 1.2 mukaisesti samalla tavalla kuin aikaisemmin selostettiin. Aika-akselille merkityt ajat t^, t2 ja t^ voivat olla vastaavasti _< 10 min, < 4 min ja 10 min.

20 Kuvion 4 mukainen diagrammi havainnollistaa karbo- nointia, kun muotin kansi on poistettu kuvion 2:1.3 mukaisesti (ainoastaan puristettu betoni). Tässä t^ voi olla _< 1 min, t2 <_ 0,5 min ja t^ <_ 10 min.

Kuviossa 5 esitetään miten toistettu karbonointi 25 voidaan suorittaa ensimmäisen karbonoinnin jälkeen suljetussa muotissa kuvioiden 2:1.1 ja 2:1.2 mukaisesti imulla tai avoimen venttiilin kautta, t^ on tällöin esimerkiksi _< 5 min, t2 <. 2 min ja t^ < 10 min.

Kuviossa 6 esitetty toistettu karbonointi tapahtuu 30 HF-kuivaamisen jälkeen (seuraa ensimmäistä karbonointia) suljetussa muotissa samoin imulla tai avoimella venttiilillä, jolloin t^ on esimerkiksi £ 2 min, t2 <_ 2 min ja t^+t4 < 10 min.

Kuviossa 7 esitetään lopuksi jatkettu toistettu kar-35 bonointi kuvion 1:1.3 mukaisesti osittain muotista poistetun betonin tai kuvion 1:2,.4 mukaisesti kokonaan muotista poistetun betonin HF-kuivaamisen jälkeen.

6 74943

Kuvioissa 8 ja 9 esitetty betonin 1 esi-karbonointi voi kuvion 8 mukaisesti tapahtu sekoittamisen aikana pakko-sekoittimessa 7, jolloin hiilidioksidi-kaasua 4 syötetään säiliöstä 8 letkun 9 ja paineenvähennysventtiilin 10 kaut-5 ta. Kuviossa 9 esi-karbonointi tapahtuu betonin 1 valamisen aikana muottiin 2, jolloin esi-karbonoitu betoni on merkitty numerolla 11. Betoni 1 on betonisäiliössä 12 kui-vakäyttöä varten, jolloin säiliössä 12 on sekoitin 13 ja säiliön ulkopuolella tärytin 14. Samoin kuin kuviossa 8 10 on hiilidioksidi-kaasua sisältävä säiliö 8 yhdistetty säiliöön 12 letkun 9 ja venttiilin 10 kautta hiilidioksidi-kaasun syöttöä varten.

Kuviossa 10 esitetään kaavamaisesti esimerkki päällekkäin pinottujen kerros-elementtien karbonoinnista ken-15 nossa, jolloin karbonointi ja reagoimattoman kaasun poistaminen suoritetaan kuvioissa 1:1.1 ja 1:1.2 esitetyllä tavalla .

Lopuksi esittää kuvio 11 esimerkin siitä, miten toistettu karbonointi voidaan suorittaa kuvion 1 mukaisen beto-20 nielementin liukuhihnavalmistuksessa. l:ssä tapahtuu valu mahdollisen ei-karbonoinnin jälkeen. 2:ssa muottiin asetetaan tyhjö (mahdollisesti puristus) ja 3:ssa tapahtuu pää-karbonointi ja sitä seuraava betonin sideaineiden kanssa reagoimattoman kaasun ja/tai vesihöyryn poistaminen, päät-25 tyäkseen 4:ssä muotinpoistoon. 5:ssä tapahtuu HF-kuivaami-nen, edullisesti tunnelissa, minkä jälkeen toistettu karbonointi tapahtuu 6:ssa, myös tämä edullisesti tunnelissa.

Seuraaviin taulukoihin on koottu osa koetuloksista, jolloin testattiin eri karbonointisuhteiden vaikutusta lu-30 juuteen lyhyen ajan jälkeen ja 28 vuorokauden kuluttua (normaalikovettaminen karbonoinnin jälkeen).

Seuraava taulukko I esittää puristuslujuutta MPa'eissa kaasun eri CC^-pitoisuuksilla ja erilaisissa olosuhteissa reagoimattoman kaasun ja vesihöyryn poistamisek-35 si, lyhyen ajan kuluttua (heti karbonoinnin jälkeen) ja 28 vuorokauden kuluttua. Testeissä käytettiin kevytlisäbe- 7 74943 3 töniä, jonka tiheys oli 1400 kg/m . 50 % CC^ sisältävä kaasu reagoi hyvin heikosti ja karbonoinnin jälkeen saavutettiin pieni välitön lujuus. 25 % CC^ sisältävä kaasu ei reagoinut ollenkaan karbonoinnissa. Tämä koski kovetta-5 mistä suljetussa muotissa ilman reagoimattoman kaasun poistamista. Kun karbonointi suoritettiin avoimella venttiilillä muotin yläosassa (vaiheessa 2) syöttäen jatkuvasti kaasua on sekä 50 % että 25 % CC>2 sisältävällä kaasulla saatu tyydyttävä välitön ja lopullinen lujuus. Käy-10 tettäessä tyhjöimua olivat tulokset samankaltaiset. Huomautettakoon, että kaasun hiilidioksidipitoisuuden vähentyessä karbonointiaika piteni ja absorboituneen hiilidok-sidin määrä reagoimatonta kaasua poistettaessa oli vaikeampi valvoa, erityisesti tyhjöä käytettäessä.

15

Taulukko I

Olosuhteet Puristuslujuus MPA'eissa karbonointia varten_välitön vrk. välitön vrk. välitön vrk.

100 % C0o 50 % C0o 25 % C0o 20 -2-2-2—

Kuvio 1 5,1 18,9 <0,5 21,0 ei karbonointia (vaihe 1)_(8J_=_(12) _(20)

Kuvio 1 5,7 14,9 5,6 18,5 3,5 15,2 (vaihe 1+2) (10) (14) (16) 2:1.2 (avoin 25 venttiili)_

Kuvio 1 6,5 14,9 4,3 16 3,9 15,8 (vaihe 1+2) (8) (14) (14) muotti poistettu yläosasta_ 30

Seuraavassa taulukossa II esitetään koetulokset sementillä sidottujen, lujitettujen puukuitulevyjen (cement-board) karbonoinnista. On käytetty eri menetelmiä keksinnön mukaiselle karbonoinnille kuvion 1 mukaisin merkinnöin 35 ja seuraavia: karbonointi ja toistettu karbonointi. Betoni oli joko puristettu tyhjössä tai puristuksen kanssa yhdis- 8 74943 tetyllä tyhjöllä (n. 1 MPa) ennen karbonointia. Karbonoin-ti suoritettiin kaasulla, joka sisälsi 50 % CC>2. Taivutus-vetolujuus testattiin heti hiilidioksidi-käsittelyn jälkeen (8-18 min) ja kolmen vuorokauden kuluttua (normaali 5 ilmakovetus). Havaittiin seuraavaa. Verrattuna ainoastaan tyhjöpuristettuun ja karbonoituun (ainoastaan) kasvavat välitön ja 3 vuorokauden lujuus puristamisen jälkeen edelleen käytettäessä toistettua karbonointia ja HF-kuivausta.

Taulukko II

Olosuhteet puristamista Vetolujuus MPa'eissa ja karbonointia varten_välitön_3 vrk tyhjöpuristus karbonointi , kuvio 1 (vaihe 1 + 2) 2:1.2_0,67_2,6 tyhjö + puristus karbonointi kuvio 1 (vaihe 1+2) 2:1.2_lj_5_3,5 tyhjö + puristus 20 toistettu karbonointi kuvio 5 (2:2) _2,1 _3,4_ esi-karbonointi kuvio 1 (vaihe 1+2) 2:1.2_2_£_1_3,6

Claims

74943

1. Menetelmä portlandsementtiin tai muihin sideaineisiin perustuvan betonin kovettumisen nopeuttamiseksi 5 karbonoimalla kaasulla, joka koostuu kokonaan tai osittain hiilidioksidista, jolloin betonista ennen karbonointia poistetaan vettä ja/tai ilmaa vallitsevassa alipaineessa suljetussa muotissa ja karbonointi aloitetaan alipaineen vallitessa betonissa, tunnettu siitä, että beto- 10 nin sideaineiden kanssa reagoimaton kaasu ja/tai vesihöyry poistetaan betonista karbonointia jatkettaessa betonin hii-lidioksidisyötön vastakkaiselta puolelta.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kaasu ja/tai vesihöyry poistetaan 15 joko imulla alipaineen avulla tai avaamalla muotissa oleva venttiili tai poistamalla yksi tai useampi muotin osa, edullisesti kansi.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että karbonointi toistetaan ensim- 20 mäisen karbonoinnin jälkeen.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ensimmäisen karbonoinnin jälkeen ja ennen toistokarbonointia betoni kuivataan käyttäen säteilyä yhdistettynä alipaineen kanssa.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tun nettu siitä, että säteilytys ja sitä seuraava toisto-karbonointi toteutetaan aikaisemmin karbonoidulla ja kokonaan tai osittain muotista poistetulla betonilla.

6. Patenttivaatimusten 4 tai 5 mukainen menetelmä, 30 tunnettu siitä, että säteily koostuu suurtaajuisista sähkömagneettisista osista.

7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että betoni esikarbo-noidaan syöttämällä hiilidioksidikaasua ainesten sekoitta- 35 misprosesssin ja/tai betonin valamisen aikana. 74943