FI83631C - Foerfarande foer framstaellning av en haerdad stenmaterialprodukt, isynnerhet betong, samt anordning avsedd foer anvaendning vid foerfarandet. - Google Patents

Description

83631

Menetelmä kovetetun kiviainestuotteen, etenkin betonin, valmistamiseksi sekä menetelmässä käytettävä laite

Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdannon mukainen menetelmä kovetetun kiviainestuotteen, etenkin betonin valmistamiseksi.

Tällaisen menetelmän mukaan käytetään siten hydraulisesti kovettuvaa sideainetta, kuten portland-sementtiä tai rauta-tal masuunikuonaa, ja sideaineeseen sekoitetaan vettä ja haluttaessa täyteainetta kovetetun tuotteen muodostamiseksi.

Keksintö koskee myös patenttivaatimuksen 10 johdannon mukaista laitetta kiviainestuotteen, etenkin betonin tai laastin, muodostamiseen käytettävän, nopeasti kovettuvan sideaineen hydratoimiseksi.

Rakentamistekniikka perustuu tunnetusti suuressa määrin betonin käyttöön, ja toisaalta käytetään samoihin sideaineisiin perustuvia erilaisia laasteja ja tasoitteita. Betoni ja mainitut laastit ja tasoitteet ovat materiaaleja, joissa kiviä ja/tai hiekkaa liimataan sideaineella yhteen. Niiden : lujittamiseen on tavallisesti käytetty terästankoja tai -vaijereita.

Mainittu sideaine on tavallisimmin valmistettu polttomenetelmällä korkeassa lämpötilassa, jolloin on muodostunut yhdisteitä, jotka pystyvät uudestaan reagoimaan veden kanssa ja kiteytymään uudeksi, vettä sisältäväksi yhdisteeksi. Betonia tai mainittua laastia voidaan tällöin valmistaa siten, että sideaine ja liimattava täyteaine sekoitetaan veden kanssa yhteen, valetaan ja annetaan kovettua. Hydrataatio-ja kiteytymisprosessi vaatii tietyn ajan. Tänä päivänä tavallisissa rakennussementeissä käytetyt betonit saavuttavat tyypillisesti normilujuutensa noin kahdenkymmenenkahdeksan vuorokauden kuluttua.

On tullut perinteiseksi tavaksi valmistaa rakennuskomponentteja edellä kuvatusta betonista ja teräksistä siitä syystä, 2 83631 että mainitun betonin ominaisuudet, kuten korkea pH, joka johtuu hydrataatiossa vapautuvasta kalkista, suojelevat teräksisiä lujiteosia korroosiolta pitkäaikaisesti. Tyypillisen nykyaikaisen betonin kovettuessa hydrataatioprosessista ja sitä seuraavasta kiteytysprosessista vapautuu suurehko määrä lämpöä. Tällöin suurin osa muodostuvasta lämmöstä vapautuu mainitun hydrataatioprosessin aikana ja pienempi osa myöhemmin kiteytymisprosessin aikana. Tässä myöhemmin seu-raavassa kiteytymisprosessissa vasta muodostuu betonimatrii-sin lujuus, kun eri partikkeleista lähtevät kideneulaset etenevät toisiaan kohden ja yhtyvät.

Nykyaikaiseen betonin valmistusmenetelmään voidaan katsoa liittyvän seuraavia periaatteellisia epäkohtia: hidas kovettuminen, mikä johtuu siitä, että ensin pitää hydrataation tapahtua, sen jälkeen kiteytymisen, suuresta sisäisestä lämmönkehityksestä johtuvat ns. mikrohalkeamat, - korkeasta pH:sta johtuvat ongelmat, jotka johtavat siihen, että käytettävissä oleva lujiteainevalikoima on varsin pieni, ; - voidaan käyttää vain sellaisia lujiteaineita, jotka kestävät korkeata pH:ta tai jotka tarvitsevat korkeata pH:ta, - ns. makrotiiveys on erittäin huono betonilla, jossa sekoitetaan hienoksi jauhettu betoni, kivi- ja hiekka-aines sekä vesi yhteen siitä syystä, että vettä joudutaan käyttämään ylimäärin ja että siellä ei ole ns. joustavia komponentteja läsnä, - mikrohuokoisuutta luovat mikrohalkeamat, jotka aiheutuvat pääasiassa sisäisistä jännityksistä.

Edelleen nykyaikainen sementti vaatii tarkoin rajatut raaka-aineet. Tyypillisenä esimerkkinä niistä rajoituksista, joita esiintyy, mainittakoon magnesiumpitoisten kalkkien käytöstä seuraava ns. periklaasin muodostuminen, betonin turpoaminen ja rikkoutuminen myöhemmässä vaiheessa.

3 83631

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on poistaa tunnettuun tekniikkaan liittyviä epäkohtia ja saada aikaan aivan uudenlainen menetelmä betonin, laastien yms. tuotteiden valmistamiseksi.

Kuten yleisesti tiedetään, sideainehiukkaset hydratoituvat veden vaikutuksesta sideaine-vesi-täyteaineseoksia valmistettaessa. Hydrataatio etenee sideainehiukkasten pinnalla muodostaen geeliä ja tästä eteenpäin kidealkioita, jotka pitenevät ja yhtyvät toisiin sideainehiukkasten geeleihin. Muodostuu kideverkosto, joka sitoo materiaalin yhteen. Näin aine jäykistyy, lujittuu, ja sen lopullinen lujuus kehittyy sitä mukaa kun kiteet kasvavat.

Normaalissa sementti- ja betoniteknologiassa hydrataation seurauksena tapahtunut kalsiumsilikaattigeelin muodostuminen ja tätä seuraava kiteytyminen tapahtuvat lähes yhtä aikaa ja toinen toistaan välittömästi seuraten. Normaalisti nykyään käytetty ns. portland-sementti jauhetaan hienouteen 325...450 m^/kg, jolloin hiukkasten keskikoko on noin 25 mikrometriä. Hienommaksi jauhettaessa ei normaalisti portland-sementista valmistetun betonin lujuus olennaisesti enää kasva eikä lujuuden kehitys alkujäykistymistä lukuun ottamatta olennaisesti parane. Tämä johtuu siitä, että hydrataatio saavuttaa suurimman osan sementtihiukkasten pinnas-: ta ja jopa ytimestä sanotulla hienoudella ja tätä suuremmal- la hienoudella. Toisaalta muodostettaessa sideainetta esimerkiksi jauhetusta kuonasta, potsolaanisista aineista jne. vaaditaan olennaisesti suurempaa hienoutta, jotta nopea lujuuden kehittyminen saavutettaisiin, koska geelin muodostu-missyvyys on pienempi ja muodostumisaika on pitempi.

Nykyaikainen betoniteknologia tuntee suuren joukon lisä- ja .·]·* seosaineita, joita sementissä ja betonissa käytetään tehtä- essä kuhunkin käyttötarkoitukseen kulloisessakin olosuhteis-sa edullisinta betonimassaa.

Sementtiin lisättäviä seosaineita ovat potsolaanisesti reagoivat lentotuhka ja mikrosilika, jotka jo luonnossa ovat 4 83631 riittävän hienossa muodossa eivätkä tarvitse jauhatusta. Näiden lisäksi normaali portland-sementti tarvitsee, kuten yleisesti on tunnettua, 4...8 % kipsiä alkuhidastimekseen.

Betonissa käytetään notkistimina orgaanisia lisäaineita, jotka koostuvat suurimolekyylisistä yhdisteistä, joissa on erittäin hydrofiilinen ryhmä ja erittäin lyofiilinen ryhmä. Lyofiilinen ryhmä kiinnittää mainitun molekyylin sementti-hiukkasen pintaan, ja hydrofiilinen ryhmä sitoo vettä ja estää siten hiukkasten flokkuloitumisen keskenään.

Tällaiset molekyylit toimivat hiukkasia toisistaan erillään pitävinä osina ja näin tavallaan sisäisenä voiteluaineena partikkeleiden välillä. Ne vähentävät betonin sekoitusveden käyttötarvetta ja vähentävät näin ollen sementtikiveen jäävien, ylimääräisen veden aiheuttamien ylimääräisten huokoisten määrää. Esimerkkeinä näistä aineista mainittakoon suur-molekyyliset, yleensä sulfonoimalla hydrofiilisiksi tehdyt aineet, kuten lignosulfonaatit ja melamiini-formaldehydi-tai naftaleeni-formaldehydikondensaatin sulfonaatit.

Edellisen lisäksi tunnetaan lisähuokoistusaineita, joita tyypillisesti käytetään saatettaessa säälle alttiit betonipinnat enemmän pakkasta kestäviksi. Lisähuokoistusaineella yksinkertaisesti alennetaan pintajännitystä ja stabiloidaan betonin sisään pieniä ilmakuplia, joissa muodostuva jää pääsee paisumaan betonin rakennetta rikkomatta.

Edellä mainitun kipsin lisäksi muutkin lisähidastimet ovat tunnettuja ja usein käytössä massiivisissa, monoliittisissa valuissa, joissa pelätään kohtuutonta lämmön kehitystä, tai töissä, joissa valutyö muuten kestää pitkään tai joissa betonia joudutaan kuljettamaan pitkiä aikoja.

Samoin tunnetaan useita kiihdyttimiä, jotka yleensä toimivat siten, että ne ovat anioneja, jotka nostavat kalkin liukoi-suustasoa betonin sekoitusvedessä ja näin nopeuttavat sementin kovettumisen autokatalyyttistä vaikutusta, jonka kalkki aiheuttaa.

5 83631

Edellä mainitut hidastimet, joita tässä keksinnössä osaksi käytetään hyväksi, ovat hyvin mielenkiintoisia aineita. Niiden avulla voidaan saada aikaan efektejä, joita ei ole tähän mennessä betonitekniikassa tietoisesti ja tunnetusti riittävässä määrin käytetty hyväksi. Banfill ja Sauders ovat tutkimuksissaan todenneet [Cement and Concrete Research, 16 (1986) s. 399 - 410], että hidastimet vaikuttavat vain vähän hydrataation lämmönkehitykseen. Niinpä referenssikokeessa mitattu lämmönkehitys oli korkeintaan 3 mW/g, kun se taas täysin sokerihidastetun kokeen yhteydessä oli 2,8 mW/g ja muiden hidastimen kohdalla n. 2,8 mW/g. Tutkijat tulivat siihen tulokseen, että hidastimien vaikutus ei johdu siitä, että ne adsorboitumalla sementtihiukkasten pintaan ehkäisisivät näiden hydrataation.

Patenttikirjallisuudesta löytyy useitakin esimerkkejä ratkaisuista, joissa hidastimia on käytetty. Niinpä WO-hakemus-julkaisussa 82/000138 on selostettu hidastusvaikutuksiltaan hallittujen ja toistettavien hidastimien käyttö muurauslaas-teissa, jolloin laastin joukkoon tuodaan yhtäaikaa hidastimien kanssa jopa 30 % ilmaa. Keksijän tavoitteena on ollut saada aikaan "menetelmä laastin hydrataation hallitsemiseksi sen alkujäykistymistä hidastamalla". Esitetty tavoite näyttää kuitenkin olevan ristiriidassa sen päätelmän kanssa, johon edellä mainitut tutkijat tulivat.

US-patenttijulkaisussa 4,190,454 käytetään niinikään hallitun hidastusvaikutuksen omaavaa hidastinta mm. sitruunahappoa ja soodaa sisältävässä seoksessa, joka on tarkoitettu erikoissementille, joka muutoin jäykistyy heti veden sekoittamisen jälkeen. Sementin hidastukseen ja kiihdytykseen sopivia kemikaaleja esitellään myös US-patenttijulkaisussa 3,619,221, jossa todetaan, että muutoin edulliset notkisti-met, kuten lignosulfonaatit, lähes aina hidastavat betonin kovettumista. Julkaisun mukaan voidaan kyseistä hidastusta kompensoida muurahaishapon ja amiinien vesiliukoisten suolojen avulla.

6 83631 US-patenttijulkaisun 3,821,985 kohteena ovat öljynporausrei-kien sementoimiseen käytettävien sementtiseosten hidastamiseen soveltuvat lisäaineet. Näissä erittäin vaativissa kohteissa, joissa vallitsee n. l50eC:n lämpötila ja yli 1000 ilmakehän paine, tarvitaan mahdollisimman tehokasta hidastinta.

Esillä oleva keksintö perustuu siihen havaintoon, että yhdistämällä kemiallinen hidastus ja mekaaninen käsittely voidaan hydratoituvan sementin kiteytyminen ja kovettumisen alkaminen lähes täydellisesti estää. Kun käytetään riittävästi ja tehokkaita hidastimia sekoitettaessa jatkuvasti tai jaksottain sideainetta ja vettä keskenään, ei näet vaikuteta sideaineen hydrataatioon, vaan hidastetaan kiteiden muodostumista. Kiteytyminen voidaan jopa kokonaan estää, jolloin hydratoituvan sementtigeelin kovettuminen samalla estyy.

Myös alla selostettava tehokas mekaaninen käsittely estää osaltaan kiteiden kasvaminen ja yhtyminen.

Tasarakeinen, riittävän hienoksi jauhettu sementti, jonka on annettu hydratoitua geeliksi ja joka on hidastettu niin, että tämä hydratoitunut geeli ei ole alkanut kiteytyä, on muodoltaan muotoiltavaa, helposti tiivistettävää, valssattavaa, ekstrudoitavaa, valettavaa tai muuten työstettävää. Tällaisella massalla on lähes muovimaiset ominaisuudet. Vaikka massasta kaikki ylimääräinen vesi on poistettu, sillä on silti elastisen geelimäisen fysikaalisen olomuotonsa vuoksi tietty työstettävyys.

Keksinnön mukaisesti aikaansaatu veden ja hydraulisen sementin seos, jonka kiteytyminen on estetty kemiallisesti ja mekaanisesti, alkaa eston loputtua kovettua entistä nopeammin ja täydellisemmin. Aikaisemmassa arkipäivän tekniikassa on ollut jokaiselle ammattimiehelle tuttua se, että jo valettua betonia ei saa enää mitenkään häiritä ennenkuin se on riittävän kovaa. Tässä keksinnössä toimitaan nyt järjestelmällisesti eri tavalla.

7 83631

Keksinnön mukaan käytetään näin Ollien hydraulisesti reagoivaa sideainetta hyväksi siten, että vesireaktion ja geeliy-tymisen annetaan tapahtua ennen betonin valua tai lopullisen muodon antoa, samalla kun estetään kemiallisesti ja mekaanisesti kidealkioiden kasvu tai yhteenliittyminen.

Kovetetun kiviainestuotteen valmistuksessa käytettävä sideaine ja mahdolliset lisäaineet sekä sideaineen kiteytymistä hidastava komponentti sekoitetaan veden kanssa, jolloin sideaineen kiteytymistä hidastetaan mainitun komponentin ja/tai jäljempänä esitetyn laitteiston avulla vähintään 10 %:n, edullisesti 15...90 %:n hydratoitumisasteen saavuttamiseksi. Mainittu hydratoitumisaste vastaa noin 60 minuutin...? vuorokauden kiteytymisen hidastusta. Sopivimmin kiteytymistä hidastetaan noin 12 tunnin ajan, mikä käytetyn lämpötilan mukaan vastaa noin 20 - 50 %:n hydratoitumis-astetta. Täyteaine, eli sora ja/tai hiekka ja/tai puukuidut tai sentapainen betonin valmistuksessa tavallisesti käytetty aines, lisätään sopivimmin sideaineseokseen hydrataatiovai-heen jälkeen. Esihydratoituneesta, geeliytyneestä ja täyteainetta sisältävästä materiaalista muodostetaan tämän jälkeen valmistettava kappale, joka kovetetaan.

Kiteytymistä hidastava komponentti voidaan tuoda sideaineeseen ennen veden lisäystä, eli sideaine ja hidastin sekä mahdolliset muut lisäaineet sekoitetaan ensin keskenään, minkä jälkeen vasta vesi lisätään. Hidastimen lisäys voi myös tapahtua siten, että sideaine sekoitetaan veden ja tarvittavien lisäaineiden kanssa, ja sekoituksen aikana seokseen tuodaan sideaineen kiteytymistä hidastavia komponentteja.

Tämän hakemuksen puitteissa käytettynä termillä "kiviaines-tuote" tarkoitetaan kaikkia sellaisia tuotteita, joiden valmistuksessa käytetään kovettuvaa ja kiteytyvää sideainetta, kuten portland-sementtiä tai kuonaa. Tuotteet voivat koostua pelkästään kovettuneesta sideaineesta mahdollisine lisäai-neineen, tai ne voivat edullisesti sisältää erilaisia täyteaineita, kuten yllä mainitut sora, hiekka ja puukuidut.

β 83631 Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle menetelmälle on pääasiallisesti tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.

Keksinnön mukaiselle laitteelle puolestaan on tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 10 tunnusmerkki-osassa.

Keksinnön avulla saavutetaan huomattavia etuja. Niinpä voidaan saada aikaan betoniteknologiassa sellainen muutos, että suuri osa normaalisti kovettumiseen käytettävästä ajasta on käytetty jo ennen kuin haluttu kappale on valettu tai muotoiltu lopulliseen muotoonsa, jolloin säästetään aikaa ja kalliita muotteja ja kallista työvoimaa. Samalla vähennetään loppuvaiheessa vähentyneen lämmönkehityksen johdosta betonin mikrorakenteen virheitä, parannetaan esimerkiksi teräksillä tapahtuvaa korroosiosuojausta ja betonin tiiveyttä. Jos side-ainehiukkasten koko on tasainen, esim. noin 20 mikrometriä, geeliytyminen loppuu jokaisessa hiukkasessa samanaikaisesti, ja työstövaihe voidaan suorittaa tämän jälkeen. Vasta työstön jälkeen alkaa nopea kiteytyminen.

Keksintöä ryhdytään seuraavassa lähemmin tarkastelemaan muutamien suoritusesimerkkien avulla.

Keksinnön mukaan sideaineen kiteytymistä hidastetaan esimerkiksi lisäämällä lignosulfonaatteja, sokereita tai sokeri-happoja, vain muutamia tunnettuja hidastimia mainitaksemme. Hidastimia voidaan käyttää esim. 0,01...5 paino-%:n määrissä. Erityisen edulliseksi on osoittautunut lignosulfonaatti, jota lisätään 0,1...3 paino-%, sopivimmin 0,5...2,5 paino-%. Natriumglukonaatti ja viinihappo soveltuvat myös käytettäviksi, jolloin niiden käyttömäärät ovat molekyylipainojen suhteessa edellistä pienemmät. Hidastimia voidaan myös tuoda sideaineeseen sellaisten betonin täytemateriaalien muodossa, jotka jo sellaisinaan sisältävät mainittuja hidastimia. Tällaisista täytemateriaaleista mainittakoon lähinnä sokereita ja mahdollisesti sokerihappoja sisältävät aineet, kuten puu, 9 83631 ruohot, heinät ja näistä muodostetut tuotteet. Sideaineseok-seen lisätään sopivimmin myös kalkin liukoisuutta parantavia anioneja, joita tavanomaisesti kutsutaan kiihdyttimiksi. Kuten yllä on esitetty, pyritään keksinnössä hidastamaan kiteytymistä, mutta kiihdyttämään hydrataatiota.

Kuviossa 1 on esitetty miten sementin sitoutumisen alkupiste muuttuu lisättävän hidastinmäärän mukaan. Hidastimena on tässä tapauksessa käytetty lievästi alkalisesta selluloosan keitosta saatua kuusipuun lignosulfaattia, jonka sulfonoitu-misaste oli noin 0,14, molekyylipaino keskimäärin 5000 ja puhtaus 95 %. Kationina oli natrium. Lignosulfonaatti lisättiin yhdessä annoksessa. Kuviosta nähdään esim., että sementti alkaa sitoutua noin 7 tunnin jälkeen, kun lignosulfonaat-tia on lisätty 0,55 %:n määränä.

Vastaava käyrä voidaan tietenkin määrittää muillekin hidastimille.

On edelleen tunnettua, että mitä suurempi käytetty hidastin on molekyylipainoltaan sitä tarkempi ja toistettavampi on sen toiminta. Tämä käy ilmi esim. WO-hakemusjulkaisusta 82/000138, jonka mukaan toistettavan hidastusvaikutuksen aikaansaamiseen tarvittiin vähintään 25 glukoosiyksikköä käsittävä hidastinmolekyyli.

Sideaineen kiteytymiseen voidaan vaikuttaa tehokkaan mekaanisen käsittelyn, esim. sekoituksen, avulla. Sementti-vesi-seokseen syntyvät kiteet katkeavat sekoituksen vaikutuksesta ja synnyttävät lisää kidepintoja, jotka puolestaan edesauttavat lisäkiteiden muodostumista. Olemme havainneet, että hienoksi jauhettua sementtiä on voitu hydratoida ja saada kiteytymään lopulliseen muotoonsa, ilman että sanotut kiteet muodostaisivat yhtenäistä sementtikiveä, kun hydra-taatio ja kiteytyminen suoritetaan sellaisissa olosuhteissa, että vesi-sementtisuhde on riittävän suuri ja/tai sekoitus on riittävän voimakasta. Muodostuvat kide- ja sideainehiuk-kaset ovat näet tällöin jatkuvan liikkeen ja sekoituksen ίο 8 3 631 alaisina ja riittävän kaukana toisistaan, jolloin yhtenäistä kidematriisiä ei pääse syntymään. Sensijaan syntyy erillisiä yksittäiskiteitä.

Sideaineen kiteytymistä hidastavan komponentin vaikutusta pienennetään lisäämällä 1...30 % potsolaanisesti reagoivaa, hienojakoisessa muodossa olevaa ainetta.

Yllättäen on näet havaittu, että lisättäessä ennen kivi-ainesmassan valua tällaista ainetta, esim. mikrosilikaa ja/tai lentotuhkaa voimakkaasti hidastettuun sideaineliet-teeseen (esim. lietteeseen, jota on hidastettu ainakin 12, edullisesti n. 24 tuntia tunnetuilla hidastimilla) saadaan hidastusvaikutus katkeamaan muutamassa minuutissa. Oleellista tällöin on lisäyksen ajoitus: Mainitut aineet on lisättävä sideainelietteeseen vasta hydrataatioprosessin jälkeen, sillä lisäämällä ne alussa, vesilietteen muodostuksen yhteydessä, ei päästä esitettyyn tulokseen. Vaikka mikrosilikan ja lentotuhkan vaikutusmekanismia ei vielä täysin tunneta, yksi todennäköinen tekijä on aineiden voimakas reaktio väli-ainevedessä kylläisessä tilassa olevan kalsiumhydroksidin kanssa, jolloin muodostuu kalsiumsilikaattihydraatteja. Tämä pätee etenkin mikrosilikan kohdalla. Aineet adsorboivat -suuren omainaispinnan omaavina - ilmeisesti myös omalle pinnalleen vielä sitoutumattoman hidastimen ja sitovat hydrataation johdosta vettä. Lentotuhkan sisältämä hiili, joka sitoo orgaanisia aineita ja joka normaalissa betoni-tekniikassa katsotaan olevan haitaksi, edesauttaa osaltaan yllä mainittua adsorptioprosessia. Lentotuhkan sijasta voitaisiinkin siksi käyttää tavallista aktiivihiiltä. Edellisen lisäksi on selvää, että hienojakoisen aineen, esim. silikan, pinnalle alkaa muodostua potsolaanireaktion johdosta kidealkioita, jotka edesauttavat muiden kiteiden syntyä ja yhtymistä. Nämä kaikki neljä tekijää yhdessä katkaisevat hidastuksen erittäin nopeasti.

Valmistettu kiviainesmassa voidaan kovettaa 20...85eC:ssa, edullisesti 40...70°C:ssa tapahtuvan lämpökäsittelyn avulla.

li 83 6 31 Lämpökäsittelyn kestoaika on 1...28 tuntia, sopivimmin noin 3...12 tuntia. Lämpökäsittely edistää myös osaltaan sideaineen kiteytymistä, ja se yhdistetään sopivimmin esitettyyn tapaan katkaista sideaineen kiteytymisen hidastus.

Kuviosta 2 on esitetty normaalin sementin ja keksinnön mukaan hydratoidun (geeliytetyn) sementin kovettumiskäyrät (I ja vastaavasti II) Kuviosta käy selvästi ilmi keksinnön mukaisen ratkaisun ja tunnetun tekniikan välinen ero.

Keksinnön mukaan betonin tai sentapaiseen kiviainestuotteen valmistukseen tarvittava sideaine - joko koko määrä tai sen oleellinen osa - sekoitetaan säiliössä tai reaktorissa veden kanssa tarvittavien lisäaineiden läsnäollessa. Sekoitus on joko jatkuvaa tai se suoritetaan yhdessä tai useammassa jaksossa. Jaksottainen sekoitus käsittää esim. 10 - 15 minuutin pituiset sekoitusjaksot 2-4 tunnin välein. Sekoituksen avulla estetään kiintoaineiden erottuminen lietteestä, mutta sen avulla voidaan myös syntyneitä kideneulasia katkoa ja saada aikaan myöhemmin tarvittavat edulliset kidealkiot. Lisäaineet, joihin luetaan hidastimet ja kiihdyttimet, on lisätty sideaine-vesi-seokseen kuvion 2 pisteessä A. Sideaineen hydrataation etenemistä ja hidastuksen lakkaamista valvotaan seuraamalla sekoituksen tehontarpeen muutoksia. Tehontarpeen ylittäessä ennalta asetetun rajan lisätään (pisteet B ja C) hallittu määrä lisähidastinta. Tämä adsorboituu osittain vasta syntyneiden ja sekoituksessa katkenneiden kidepintojen päälle, estäen niiden uudelleenkiteyty-misen määräajaksi. Pisteissä B ja C voidaan myös samalla (tai vaihtoehtoisesti) lisätä sekoituksen tehokkuutta.

Pisteessä P lisätään sementti-vesi-seokseen täyteaineita, (eli sekoitetaan betoni), minkä jälkeen betonimassan annetaan kovettua. Kuten kuviosta nähdään, on keksinnön mukaisen betonin valmistusmenetelmän kokonaisaika (t£ + t3) normaali-betonin valmistusaikaa (tj) pitempi. Taloudellisesti kriittinen prosessiaika, eli betonin kovettumisaika muotissa (t^ ja vastaavasti t3) on sensijaan keksinnön mukaisen menetel- i2 83631 män kohdalla huomattavastikin lyhyempi; kiteiden kasvunopeus (a 1 > a ) on suurempi.

Tässä keksinnössä voidaan ottaa hidastimen toiminnan toistettavuuden suhteen vapauksia, joita ei voida muutoin sallia. Kun keksinnössä käytettävässä laitteistossa todetaan kohonneen sekoitustehon tarpeen tai jonkin muun mittauksen nojalla, että seokseen on alkanut muodostua kiteitä eli mitattavaa jäykkyyden kasvua, niin hidastinta voidaan aina automaattisesti lisätä tai/ja sekoitusta lisätä siten, että syntyneet kiteet saadaan rikotuksi.

Kuviossa 3 on esitetty keksinnön mukaisen menetelmän suorittamiseen käytettävän laitteiston periaatteellinen rakenne halkileikkauskuvantona.

Laitteisto käsittää korkeahkon sekoitussäiliön 1, johon on sovitettu pitkänomainen sekoitusosa, esim. pystysuora ruuvi-sekoitin 2, jonka avulla saadaan aikaan menetelmässä tarvittava tehokas sekoitus. Edullisesti säiliö 1 on lieriömäinen ja sekoitin 2 sovitettu siihen koaksiaalisesti. Säiliön l pohja on muotoiltu alaspäin suippenevaksi, ja sen ulkoseinänpä ympäröi lämmitysvaippa 3, jonka avulla säiliössä olevan lietteen lämpötilaa voidaan nostaa. Ruuvisekoitin 2 koostuu yläpäästään säiliön seinämään kiinnitetystä sylinte-rivaipasta 4 ja tämän sisälle sovitetusta ruuvista 5, jonka akseli 6 on putkimainen. Ruuvia 5 käyttää moottori 7, johon on kytketty tehomittari 8. Menetelmässä käytettävä hidastin säilytetään erillisessä säiliössä 9, josta se annostelupum-pun 10 avulla voidaan syöttää putkijohtoa 11 pitkin ruuvin 5 onton akselin 6 yläpäähän ja siitä edelleen säiliön alaosaan. Ruuvisekoittimen yläpään kohdalle on asennettu jako-levyt 12. Laitteistoon kuuluu edelleen sementtiseoksen kier-rätyspumppu 13, esim. letkupumppu, sekä kolmitieventtiili 14. Kuviossa 3 esitetty keksinnön mukainen laitteisto on yhdistetty tavanomaiseen betoniasemaan 15.

Laitteiston toiminta on seuraava: i3 83631

Betoniasemalla 15 sekoitetaan sideaine, esim. sementti, sekä tuhka ja vesi lietteeksi, jonka vesi/sideainesuhde vastaa notkeudeltaan maakosteaa betonia. Kierrätyspumpun 13 avulla sementti-vesi-liete johdetaan betoniasemalta putkijohtoa 16 pitkin sekoitussäiliöön 1, johon se syötetään alhaaltapäin. Säiliön ruuvisekoitin 2 käynnistetään sekoituksen aloittamiseksi. Kuten kuviosta käy ilmi, joutuu sementtiliete säilön sisällä kiertoliikkeeseen, jossa se virtaa ylöspäin ruuvi-sekoittimen 2 läpi ja valuu alas ruuvisekoittimen 2 vaipan ulkopintaa ja säiliön sisäpintaa pitkin. Johtamalla sementtiliete jakolevyjen 12 avulla säiliön pintoja pitkin pyritään estämään lietteen kovettuminen seinämien pintojen päälle. Ruuvisekoittimen 2 tehontarvetta seurataan tehomittarin 8 avulla, ja todettaessa lietteen jäykkyyden kasvua lisätään hidastinta säiliöstä 9 (vrt. kuvion 2 pisteet B ja C) akselin 6 kautta sekoitussäiliön 1 alaosaan. Säiliö 1 mitoitetaan, esim. siten että koko sementtilieteannos kulkee ruuvisekoittimen 2 läpi kolme kertaa tunnissa.

Keksinnön edullisessa suoritusmuodossa käytetään sekoitus-ruuvia 4, jossa kierteen nousu on pienempi ruuvin yläpäässä kuin sen alapäässä. Esimerkkitapauksessa sekoitusruuvin halkaisija oli 250 mm ja kierteen nousu ruuvin alapäässä noin 200 mm ja sen yläpäässä noin 170 mm. Tämän rakenteen ansiosta ruuvisekoittimen läpi kulkevaan lietteeseen kohdistuu sitä korkeampi paine, mitä ylemmäksi liete kulkeutuu. Samalla sekoittimessa syntyy voimakkaita leikkausvoimia. Paine edistää sementin hydratoitumista, koska vesi saadaan puristetuksi tehokkaasti sideainehiukkasten sienimäiseen rakenteeseen, jolloin veden ja sideaineen keskinäinen kosketus paranee. Leikkausvoimien vaikutuksesta lietteeseen muodostuneet kiteet katkeavat.

Lietteen lämpötilaa voidaan haluttaessa korottaa sekoitus-vaiheen sekoitussäiliön lämmitysvaipan 3 avulla. Kuten esimerkistä 8 käy ilmi, nopeuttaa lämpötilan korotus, esim. 20eC:sta 60eC:een, merkittävästi sideaineen hydratoitumista.

14 83631 Määrätyn hydratoitumisajan jälkeen sementtiliete tai osa siitä pumpataan kierrätyspumpun 11 avulla kolmitieventtiilin kautta betoniasemalle 15, jossa siihen lisätään täyteaineet, kuten hiekka ja kivet, minkä jälkeen sekoitettu betonimassa valetaan muotteihin. Mikäli sekoitussäiliössä 2 on valmistettu useampaan betonierään käytettävä sideainemäärä, saatetaan jäljelle jäänyt sideaineliete kierrätykseen sekoitus-säiliön ja kierrätyspumpun putkijohdossa sulkemalla kolmitieventtiilin betoniaseman puoleinen haara.

Esillä olevan prosessin eri vaiheita ryhdytään seuraavassa lähemmin tarkastelemaan suoritusesimerkkien avulla. Esimerkeissä 1, 2 ja 3 on selostettu geelin muodostamista eri lähtöaineista sekä tarkasteltu geelien ominaisuuksia. Esimerkit 4, 7 ja 8 koskevat puolestaan mekaanis-kemiallisen käsittelyn (sekoituksen), paineen ja vastaavasti lämmön vaikutusta sideaineen hydrataatioon. Esimerkeissä 5 ja 6 on esitetty betonimassan valmistus keksinnön mukaisen menetelmän avulla.

ESIMERKKI 1

Sideainegeelin valmistus ja sen ominaisuudet

Rapid hardening portland-sementistä, klinkkeristä, lignosul-fonaatista ja hiekasta valmistettiin koeprismoja sekä tunnetun tekniikan mukaisesti että geeliyttämällä. Taulukkoon 1 on kerätty koetulokset, joista käyvät ilmi lämpökäsittelyn (20°C -> 70eC) avulla kovetettujen prismojen puristuslujuu-det sideaineen, klinkkerin, lignosulfonaatin kuten myös mahdollisesti muodostuneiden geelien määrien funktiona.

Hydrataatio- eli geelinmuodostumisaika oli kokeissa 12 tuntia, mikä suunnilleen vastaa 8 - 10 %:n hydratoitumisastetta.

Sarakkeessa 6 ja 7 esitetyissä kokeissa, esikiteytettiin hienouteen 550 m2/kg jauhettua klinkkeriä, jonka määrä oli 10 % ja vastaavasti 40 % sementin kokonaismäärästä.

Kokeessa 7 käytettiin suuren klinkkerimäärän vuoksi korkeaa vesi/sementtisuhdetta (10:1). Kun kiteytymien oli lopussa 3 i5 83631 tunnin sekoituksen jälkeen, annettiin kiteiden laskeutua, vesi dekantoitiin pois, ja saatu materiaali, jossa vesi/-sementtisuhde nyt oli 0,6, sekoitettiin sellaisenaan hidastettuun esigeeliytettyyn materiaaliin, jonka määrä oli 60 % sementin kokonaismäärästä.

Kokeessa 8 käsiteltiin materiaalia hiilidioksidilla, jolloin huokoisten pitoisuudeksi saatiin 35 t-%.

Kokeessa 9 käytettiin sideaineena portland-sementin tilalla portlandsementin ja mikrosilikan seosta.

TAULUKKO 1 — 1 i

Kokeen n:o 123456789

Sideainetta [kg/ra^] 548 493 548 ------

Klinkkeriä [kg/m^] -55 -------

Sideainegeeliä [kg/m3] - - - 548 493 493 328 548 493

Klinkkerigeeliä [kg/m^J ----55----

Silikageeliä [kg/nP] - -- -- -- - 55

Klinkkerikiteitä [kg/m3 ----- 55 220

Lignosulfonaattia [%] - - 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,6 0,6

Vesi/kiintoaine 0,40 0,40 0,30 0,30 0,35 0,35 0,35 0,35 0,35

Notkeus m.k. m. k. m. k. m. k. m. k. m.k. m. k. 5-10 m. k.

Lämpötila [°C] 21 20 20 21 21 20 20 30 20

Puristuslujuus [MN/m2]

1 h 40°C OOOOOOOOO

2 h 60eC 0 0 0 0 0 0 0 3 h 70eC 3,3 3,0 0 17,3 7,4 4,9 9,2 6,3 25,0 5 h 70°C 24,7 26,8 0 35,2 23,4 26,2 29,1 10,0 29,3 12 h 70°C 36,4 38,6 0 41,6 36,3 39,^ 39,7 ie 83631

Sarakkeessa 4 esitetystä kokeesta käy selvästi ilmi, kuinka esigeeliytetty betoni kovettuu rajun nopeasti tietyissä lämpötiloissa.

Sarakkeiden 6 ja 7 kokeet osoittavat kideytimien lisäyksen vaikutuksen geeliytettyyn seokseen. Voidaan todeta, että suurempi kidelisäys nopeuttaa seoksen kovettumista.

Yllä esitetyt kokeet suoritettiin myös käyttämällä hidastimina viinihappoa ja Na-glukonaattia. Näiden kokeiden tulokset käyvät ilmi seuraavasta taulukosta.

TAULUKKO 2

Kokeen n:o 1 2

Sideainegeeliä [kg/nP] 548 548

Viinihappoa [X] 0,3

Na-glukonaattia [%] - 0,1

Vesi/kiintoaine 0,35 0,35

Notkeus ra.k. m. k.

Länpötila [°C] 50 50

Puristuslujuus [MN/m2] 1 h 30°C 0 0 2 h 70°C 16,4 14,9 3 h 70°C 24,8 23,2

Kokeessa 2 lisättiin esihydratoituun sideaineeseen myös 1 % vetyperoksidia (30 %:nen liuos) sekä 0,2 % vaahdonesto-ainetta. Hydratoitumisaste oli noin 12 - 15 %.

17 83631 ESIMERKKI 2

Sideainegeelin muodostaminen kuonasta

Kun sideaineena käytetään kuonaa, voidaan hidastus purkaa sideaineen aktivaattorin lisäyksellä. Aktivaattoreita ovat eri alkalit, kuten natriumhydroksidi ja natriumkarbonaatti. Voidaan myös käyttää portland-sementtiklinkkereiden ja jonkin alkalin yhdistelmää.

Näissä kokeissa hydratoitumisaika oli 12 tuntia. Vaikka täsmällistä hydratoitumisastetta ei kuonan kohdalla ole pystytty määrittämään voidaan geelin sekoituskäyttäytymisen perusteella arvella, että hydrataatioaste on suuruusluokkaa 8 - 10 %.

Taulukosta 3 käy ilmi kahden kuonapohjaisen seoksen puristus-lujuuden kehitys lämpökäsittelyn aikana.

ie 83631 TAULUKKO 3

Kokeen n:o 1 2

Kuonaa [kg/m3] 410

KuonageeLiä [kg/m3] - . 410

Klinkkeriä [kg/πβ] 72 72

Natriunkarbonaattia [%] 3,5 3,5

Lignosulfonaattia [%] 1,3 1,3

Vesi/kiintoaine 0,42 0,42

Notkeus (VB) [s] 5-10 5-10 Lämpötila [°C] 20 21

Puristuslujuus [MN/m^] 1 h 40°C 0 2,0 2 h 60°C 2,0 12,5 3 h 70°C 15,8 23,3 5 h 70°C 24,6 30,0 12 h 70°C 31,0 34,2 I_^___1

Taulukosta nähdään, että geeliytetty kuona kiteytyy erittäin nopeasti ja saavuttaa jo viiden tunnin sisällä n. 30 MN:n puristuslujuuden neliömetriä kohti.

ESIMERKKI 3

Sideainegeelin muodostaminen raaka-aineyhdistelmistä

On myös valmistettu sideainegeeliä useista eri raaka-aineyhdistelmistä. Taulukossa 4 on esitetty yhteenveto betoniprismojen puristuslujuusarvoista, kun raaka-aineina i9 83631 on käytetty seuraavia aineita: RHPC, mikrosilika (Elkein), lentotuhka (PFA, Suomenoja) ja kuona (Ovako 450).

TAULUKKO 4

Kokeen n:ol 2 3 4 5 6 7 8

Ainemäärät [kg/m3] RHPC 550 350 500 300 -

Silika --50----- PFA - 200 ------

Kuona - 200 -

Geelit: RHPC 729 RHPC+Silika ------ 729 RHPC+PFA ----728--- RHPC+Kuona ------- 728

Geelin ikä - - - 40 40 40 40 [h] V/S 0,32 0,32 0,32 0,32 0,32 0,32 0,32 0,32

Lujuus [MN/m2] 2.5 h 50eC 0 0 0 0 21,1 39,8 45,4 19,0 5.5 h 50eC 38,3 14,1 39,7 15,2 30,4 47,8 50,2 29,3 28 d 50eC 72,1 47,0 77,8 59,4 79,0 84,2

Tuloksista käy ilmi, että näistäkin lähtöaineista päästään geeliyttämällä sekä parempaan alkujäykistymiseen että suurempaan loppulujuuteen kuin perinteisellä betoninvalmistuk-sella.

ESIMERKKI 4

Mekaanis-kemiallisen käsittelyn vaikutus sideainelietteen hydratoitumiseen

Kun tämän keksinnön mukaisesti erikseen valmistetussa koelaitteessa tutkittiin hidastusta ja sen vaikutusta yhdiste- 20 83 631 tyllä mekaanis-kemiallisella menetelmällä, saatiin parempi tulos kuin puhtaalla kemiallisella hidastuksella.

Tulokset käyvät ilmi taulukosta 5, jossa on esitetty eri sementtimassojen puristuslujuuden kehitys 2...12 tunnin aikana. Ensimmäinen sarake koskee normaalia rapid-sementti-pohjaista massaa, toisessa sarakkeessa on esitetty aikaisempien kokeiden mukainen massa, jossa on käytetty 0,5 % ligno-sulfonaattia hidastimena, ja kolmannessa sarakkeessa esitettyä massaa oli sekoitettu jatkuvasti yhtä kauan kuin sarakkeessa 2 esitettyä massaa oli seisotettu, eli 10 tuntia. Mekaanisesti aktivoidussa geelissä oli sama hidastinmäärä kuin kokeessa kaksi.

TAULUKKO 5

Kokeen n:o 123 RHPC/Lohj a [kg/m3] 550 RHPC-geeliä [kg/m3] - 550 (normaali)

Klinkkeriä [kg/m3] - - 550 (mek.akt.)

Lignosulfonaattia [%] - 0,5 0,5

Vesi/kiintoaine 0,37 0,37 0,37

Notkeus m.k. m.k. m.k.

Lämpötila [°C] 20 20 20

Puristuslujuus [MN/m2] 2 h 70“C 7,0 17,0 22,0 4 h 70“C 21,0 28,0 30,0 12 h 70"C 32,0 37,0 41,0 21 83631 ESIMERKKI 5

Betonimassan valmistus

Juuri ennen valua tehtävän mikrosilikalisäyksen vaikutusta betonimassan kiteytymiseen ja kovettumiseen on myös kokeiltu. Valmistamalla esimerkin 1 mukaisesti betonikoeprismoja päästiin seuraaviin puristuslujuuksiin: TAULUKKO 6

Kokeen n:o 1234 RHPC:tä [kg/m3] 550 500

Silikaa [kg/m3] - 50 50 -

Sementtigeeliä [kg/m3] - - 663

Sementti- ja silika geeliä [kg/m3] - 729

Vesi/kiintoaine 0,32 0,35 0,35 0,35

Notkeus m.k. m.k. m.k. m.k.

Lämpötila [eC] 20 20 20 20

Puristuslujuus [MN/m^] 2.5 h 50eC 0 0 53,1 45,4 5.5 h 50eC 38,3 39,7 57,4 50,2

Kokeet 1 ja 2 ovat nolla-kokeita. Kokeessa 3 lisättiin mik-rosilika betonimassan valmistuksen yhteydessä, kokeessa 4 mikrosilika sekoitettiin sementin ja veden kanssa ennen sementin saattamista hydrataatioreaktioon. Molemmissa tapauksissa sideaineen annettiin hydratoitua lignosulfonaatti-hidastuksen alaisena 13,5 tuntia.

Tulosten perusteella näyttää ilmeiseltä, että mikrosilika-lisäys betonimassa valun yhteydessä nopeuttaa huomattavastikin kiteytymisprosessin edistymistä. Merkillepantavaa on myös keksinnön mukaisen menetelmän avulla valmistettujen massojen suuri alkulujuus.

22 83631 ESIMERKKI 6

Betonimassan valmistus teollisuusmittakaavassa

Mikrosilikalisäyksen vaikutusta betonimassan kovettumiseen on myös kokeiltu teollisuusmittakaavassa. Nollakokeena valmistettiin tavallista RHPC-pohjaista betonia, jossa lisäaineena oli lentotuhka. Keksinnön mukaista menetelmää noudattaen valmistettiin 24 h:n RHPC-PFA-geeli, jossa oli 0,6 paino-% lignosulfonaattia. Betonimassan valmistuksen yhteydessä lisättiin vielä betonin kuutiometriä kohti 30 kg lentotuhkaa ja 10 kg mikrosilikaa. Tulokset on esitetty taulukossa 7 TAULUKKO 7

Kokeen n:o 12 RHPC:tä [kg/m3] 300 RHPC+PFA-geeliä [kg/m3] - 360 PFA:ta [kg/m3l 12^ 30

Mikrosilikaa [kg/m3] - 10

Lignosulfonaattia [%] - 0,6

Puristuslujuus [MN/m2] 3 h/20eC + 5 h/50eC - 16,5 5 h/20'C + 5 h/50eC 12,8 24 h/50 °C 16,5 25,5 ESIMERKKI 7

Paineen vaikutus hydrataatioon

Paineen vaikutusta hydrataatioon tutkittiin seuraavasti:

Rapid hardening portland-sementistä valmistettin viisi vesiliete-erää, joiden lämpötila pidettiin noin 20*C:ssa. Semen- 23 83631 tin annettiin kussakin erässä hydratoitua lignosulfonaatin läsnäollessa 24 tunnin ajan.

Ensimmäisessä kokeessa vesilietettä sekoitettiin 15 min:n jaksoissa 2 tunnin välein. Kokeissa 2-5 suoritettiin ensin 5 tunnin mekaaninen sekoitusaktivointi (vrt. esimerkki 4) ja senjälkeen 0, 5, 10 ja vastaavasti 17 tunnin paineaktivointi 3 barin ilmanpaineella suljetussa säiliössä.

Lietteestä hiekkalisäyksen jälkeen valmistettujen koeprismo-jen puristuslujuudet on ilmoitettu taulukossa 8.

TAULUKKO 8

Kokeen n:o 12345 RHPC-geeliä [kg/m3] 550 550 550 550 550

Paineaktivointi [h] - - 5 10 17

Mek. aktiviointi [h] 5 5 5 5

Vesi/kiintoaine 0,37 0,37 0,37 0,37 0,37

Notkeus m.k. m.k. m.k. m.k. m.k.

Lämpötila [eC] 20 22 21 23 22

Puristuslujuus [MN/m2] 1 h 70 eC >1 2 h 70°C 15,5 19,6 20,9 12,9 19,2 3 h 70eC - - 26,2 4 h 70°C 29,1 - - 32,2 29,7 5 h 70*C - 36,8 12 h 70eC 37,3 39,1 40,5 42,5 47,5 ___|____

Kokeiden perusteella näyttää siltä, että painekäsittely lisää kovettujen massojen puristuslujuutta, mikä puolestaan viittaa siihen, että paine tehostaisi sideaineen hydrataatio-prosessia.

24 83631 ESIMERKKI θ Lämpötilan vaikutus hydrataatioon Lämpötilan vaikutusta hydrataation etenemisnopeuteen tutkittiin seuraavasti:

Rapid hardening portland-sementistä, lignosulfonaatista ja vedestä valmistettiin liete, jota sekoitettiin 15 min:n jaksoissa 2-3 tunnin välein ja jonka lämpötila pidettiin 60°C:ssa. Mitattiin geelin elinikä, eli aika, joka kului ennenkuin liete alkoi jäykistyä sideaineen sitoutumisen takia. Tällöin voitiin todeta, että geelin elinikä oli 6 h 15 min LSA:n määrän ollessa 0,3 paino-%, ja vastaavasti 14 h 30 min LSA:n määrän ollessa 0,5 paino-% ja 21 h LSA:n määrän ollessa 0,7 paino-%.

Sideaineen vesilietteeseen, jota oli pidetty 20°C:ssa ja vastaavasti 60°C:ssa, lisättiin hiekkaa, minkä jälkeen valmistettiin koeprismat (4x4x16 cm3), joiden puristuslujuuden kehitys määritettiin ajan funktiona. Prismaan käytetyt massat olivat kaikki notkeudeltaan maankosteita. Vesilietteessä käytetyn LSA:n määrä oli 0,5 paino-%. Tulokset on esitetty taulukossa 9.

Kokeessa 4 oli sideaineen hydratoitumisaika 4 tuntia, kokeissa 2 ja 6 vastaavasti 6 tuntia, kokeessa 5 10 tuntia ja kokeessa 7 12 tuntia.

25 83 631 TAULUKKO 9

Kokeen n:o 1 2 3 4 5 6 7

Sideainemäärä [kg/m3] RHPC 550 550 RHPC-geeliä - 550 (20 ®C) RHPC-geeliä - 550 - 550 - 550 550 (60eC) V/S 0,42 0,42 0,38 0,39 0,38 0,38 0,38

Alkulämpötila 20 29 20 30 20 33 32 C«C]

Puristuslujuus [MN/m2] 2 h 60 eC 0 15,5 3,8 17,2 11,8 22,6 29,4 3 h 70 eC 21,6 25,8 20,1 24,8 21,3 28,8 32,9 4 h 70°C 27,0 31,7 36,3 5 h 70 °C 32,5 32,8 35,1 31,9 6 h 70°C 30,0 32,3 37,5 24 h 70°C 40,1 40,9 41,7 40,5 39,1 40,9 45,7

Tuloksista nähdään, että hydratoitumisprosessia voidaan nopeuttaa korottamalla sideainelietteen lämpötilaa. Jotta päästäisiin alkulujuuteen, joka on noin 32 MN/m3, tarvitaan n. 10...12 tunnin hydratoitumisaika 60eC:ssa ja n. 35...

40 tunnin hydratoitumisaika 20°C:ssa.

Edellä esitetty, sideaineesta koostuva geelimäinen liima on ennen kiteytymisen alkamista luonteeltaan joustavaa, kumi-maista, helposti työstettävää, sekä helposti ekstrudoitavaa ja antaa erittäin tiiviin materiaalin. Lisäksi sen työstet-tävyys paineen alaisena hyvinkin alhaisella vesi/sementti-suhteella on kohtuullisen hyvä.

26 83631

Sideainegeeliin sellaisenaan liittyy muitakin kiinnostavia piirteitä. Koska käytettävissämme on sellaista geeliä, jossa kalkki on jo vapautunut geeliä muodostavista partikkeleista, voidaan kerralla kaikki tämä kalkki neutraloida esimerkiksi hiilidioksidin avulla. Kalkin ja hiilidioksidin reaktiosta muodostuva kalsiumkarbonaatti vastaa tällöin seoksen nopeasta alkujäykistymisestä, kun taas sideaineen kiteytyminen saa aikaan kiviainestuotteen loppukovettumisen.

Näin menetellen voidaan valmistaa esimerkiksi hiilidioksidia ja/tai samanaikaisesti hienojakoista potsolaanista seosainetta, kuten mikrosilikaa, käyttämällä sellaisia betoni-kappaleita, joiden pH hyvin varhaisessakin vaiheessa alittaa kriittisen rajan 10. Tämä merkitsee sitä, että E-lasia, tavallista lasia tai tunnettuja magnesiumsilikaatti- tai muita silikaattikuituja voidaan käyttää sementtimatriisin lujittamiseen, ilman että korkea alkaalisuus heikentäisi niiden lujuutta, kuten tapahtuu lasikuidulle normaalibetonissa.

Karbonoitumisnopeutta voidaan kasvattaa esimerkiksi siten, että seokseen tuodaan valmiita kalsiumkarbonaattikideytimiä samanaikaisesti kuin geeliytettyä massaa käsitellään esimerkiksi hiilidioksidilla.

On erittäin edullista käyttää sanottua esihydratoitua side-aineliimaa valuissa, joissa suuri lämmönkehitys on haittana. Näin on esimerkiksi monoliittisia kappaleita valettaessa tai toimittaessa maissa, joissa ympäristön lämpötila on korkea, tai haluttaessa saada hyvin tiivis mikrohalkeamavapaa se-menttimatriisi aikaan.

Eräistä saksalaisista kirjallisuusviitteistä on tunnettua, että hydratoitunut sideainepohjäinen geeli pitää vettä 600°C:een saakka täydellisesti sisällään. Tästä syystä voidaan keksinnön mukaisesti aikaansaatu geeliytetty, ei-kiteytynyt betoni, laasti tai sideaine kuivata esim. spray-tai sekoituskuivaimella, tai jonkin muun kuivausmenetelmän avulla, siten että 600eC:n lämpötilaa ei olennaisesti ylite- 27 83 631 tä. Tällöin saadaan massoja, jotka myöhemmin voidaan kiteyttää pelkästään puristelemalla ne yhteen ilman mitään ylimääräistä vettä, mikä luonnollisesti merkitsee sitä, että saadaan aikaan supertiiviitä, täysin kivimäisiä rakenteita.

Claims (14)

28 83631

1. Menetelmä kovetetun kiviainestuotteen, etenkin betonin tai laastin, valmistamiseksi, jonka menetelmän mukaan - käytetään hydraulisesti kovettuvaa sideainetta, josta ainakin osa saatetaan hydrataatioreaktioon veden kanssa vähintään noin 1 tunnin, edullisesti 4...40 tunnin ajaksi muodostamalla sideaineen vesiliete, joka sisältää yhtä tai useampaa sideaineen kiteytymistä hidastavaa komponenttia sekä mahdollisia lisäaineita, ja - sideaineen saavutettua sopivan, edullisesti 10...90 %:n hydrataatioasteen lietteeseen lisätään mahdolliset täyteaineet kiviainesmassan muodostamiseksi, minkä jälkeen massa kovetetaan, tunnettu siitä, että - vesi/sideainelietettä sekoitetaan jaksoittain tai jat-kuvatoimisesti, ja - sideaineen saavutettua sopivan hydrataatioasteen siihen lisätään 1...30 paino-% sideaineen määrästä hienojakoisessa muodossa olevaa, potsolaanisesti reagoivaa ainetta sideaineen kiteytymistä hidastavan komponentin vaikutuksen pienentämiseksi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että sekoitettavan vesilietteen jäykkyyttä valvotaan ja tämän kasvaessa oleellisesti vesilietteeseen lisätään enemmän sideaineen kiteytymistä hidastavaa ainetta.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että sekoituksen avulla lietteeseen kohdistetaan tiivistävä painevaikutus hydrataation tehostamiseksi.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että sideaineen kiteytymistä hidastetaan lisäämällä lignosulfonaatteja, sokereita tai sokerihappoja, jolloin hidastavaa komponenttia lisätään 0,01...5,0 paino-%, edullisesti 0,1...3,0 paino-% sideaineen määrästä. 29 83631

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että sideaineen vesilietteeseen lisätään myös kalkin liukoisuutta parantavia anioneja, kuten formiaatti-, nitraatti- tai nitriitti-ioneja.

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vesilietteen sekoitus suoritetaan korotetussa lämpötilassa ja/tai korotetussa paineessa hydrataation kiihdyttämiseksi.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että hydratoituneen sideaineen vesilietettä lisätään 5...90 % tavalliseen hydratoitumattomaan sideaineeseen normaalin betonin tai laastin valmistuksen yhteydessä.

8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että esihydratoitu, täytemateriaalia sisältävä aines saatetaan kiteytymään lämpökäsittelyn avulla kovettumisen aikaansaamiseksi.

9. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että potsolaanisesti reagoivana aineena lisätään jauhettua lentotuhkaa, fraktioitua lentotuh-kaa tai mikrosilikaa.

10. Laite kiviainestuotteen, etenkin betonin tai laastin muodostamiseen käytettävän, nopeasti kovettuvan sideaineen hydratoimiseksi, joka laite käsittää - pitkänomaisen, ainakin oleellisesti pystysuoran sekoi-tussäiliön (1), - säiliöön (1) sovitetun, ainakin likimain sen pituusakselin suuntaisen sekoitusosan (2), joka koostuu alaosastaan avoimesta sylinterivaipasta (4), jonka sisälle on sovitettu sekoitusruuvi (5), joka on pyöritettävissä sekoitussäiliöön (1) tuodun sideaine-vesilietteen sekoittamiseksi ja nostamiseksi säiliön alaosasta sen yläosaan, - sekoitusosaan kytketyn voimanlähteen (7), ja - elimet (13, 16) sideaine-vesilietteen syöttämiseksi so 83631 säiliöön ja sen poistamiseksi säiliöstä, tunnettu siitä, että - sekoitusruuvin (5) akseli (6) on ontto ja päistään avoin, ja - laitteessa on elimet (10, 11) sideaineen kiteytymistä hidastavan aineen syöttämiseksi säiliöön, jotka elimet on yhdistetty akselin (6) yläpäähän, jolloin hidastin voidaan syöttää ruuvin akselin läpi sekoi-tussäiliön (1) alaosaan.

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen laite, tunnettu siitä, että sekoitusruuvissa (5) kierteen nousu on pienempi ruuvin yläpäässä kuin sen alapäässä, jolloin ruuvisekoitti-men läpi kulkevaan lietteeseen kohdistuu sitä korkeampi paine, mitä ylemmäksi liete kulkeutuu.

12. Patenttivaatimuksen 10 tai 11 mukainen laite, tunnettu siitä, että sekoitusruuviin (5) on kytketty teho-mittari (8), joka on sovitettu ilmaisemaan ruuvin pyörittämisen edellyttämä teho.

13. Patenttivaatimuksen 10 tai 11 mukainen laite, tunnettu sekoitussäiliön (1) ympärille sovitetusta lämmi-tysvaipasta (4), jonka avulla säiliössä sekoitettavan vesi-lietteen lämpötila on asetettavissa.

14. Patenttivaatimuksen 10 tai 11 mukainen laite, tunnettu ruuvisekoittimen yläpään kohdalle sovitetuista jakolevyistä (12) vesilietteen valuttamiseksi säiliön (1) ja vastaavasti sekoitusosan (2) seinämiä pitkin. 3i 83 631