FI88498C - Foerfarande foer framstaellning av en formkropp - Google Patents

Description

1 ö 8 4 $ 8

Menetelmä muotokappaleen valmistamiseksi - Förfarande för framställning av en formkropp 5 Esillä oleva keksintö koskee menetelmää muotokappaleen valmistamiseksi ja tällä menetelmällä valmistettua muotokappaletta. Sellaisten materiaalien ominaisuudet, joilla on hienoja kiinteitä partikkeleita käsittävä tai tällaisista partikkeleista muodostunut yhtenäinen rakenne, riippuvat voi-10 makkaasti partikkelikoosta ja siitä, miten tiiviisti ja homogeenisesti partikkelit ovat pakkautuneet. Tiheyden kasvaessa ja partikkelikoon pienetessä mekaaninen ja kemiallinen kestävyys, pakkasen kestävyys ja kovuus lisääntyvät. Mekaaninen kestävyys paranee tiheyden kasvaessa ja partikkelikoon 15 pienetessä. Kuitenkin muotoiltaessa kappaletta jauhemassaa muokkaamalla on sitä vaikeampaa työskennellä korkeilla par-tikkelikonsentraatioilla mitä hienompaa jauhe on, koska pin-tavoimat, jotka estävät partikkeleita liukumasta toistensa suhteen, tulevat sitä tärkeämmiksi mitä hienompaa jauhe on. 20 Tämä pätee varsinkin Portland-sementin vesilietteeseen, jossa liuenneet suolat vaikeuttavat pintajännityksen poistamista. Tämän vuoksi ei tavallisesti ole helppoa pakata Port-land-sementtipartikkeleita tiiviisti silloin kun ne ovat liian hienoja.

.:^5

Esimerkiksi Portland-sementtiperustaisissa sideaineissa jauheen karkeus vastaa tavallisesti ominaispinta-alaa n. 3000-5000 cm2/g (joissakin tapauksissa aina 6000 cm2/g) ja jauhe-konsentraatio vesisuspensiossa vastaa vesi/sementti-paino-. :-30 suhdetta 0,7-0,4 (hyvin vahvoille betoneille jopa 0,3).

Oleellisesti hienompaa sementtiä - jonka teoreettisesti pi-. . täisi aikaansaada parempia ominaisuuksia - on vaikea sekoittaa ja valaa, varsinkin pastoina, joissa on suuri sementti-' pitoisuus, ja hyvin karkeisiin sementteihin perustuvat hyvin ::35 tiiviit pastat (alhainen vesi/sementti-suhde) eivät ole edullisia karkean rakenteensa ja hitaan hydratoitumisensa vuoksi. Eräs tämän keksinnön tärkeimmistä kohteista on parantaa Portland-sementti-pohjaisia sideaineita lisäämällä 2 JB4S8 niihin jauheita, jotka ovat yhden tai useamman kertaluokan verran hienompia kuin sideaineen jauhe (muodostaakseen perustan homogeeniselle ja tiiviille partikkelien pakkautumi-selle ja äärimmäisen hienolle huokoiselle rakenteelle), ja 5 varmistaa erittäin homogeeninen partikkelien järjestäytyminen ja suuri partikkelikonsentraatio (alhainen vesi/sement-ti-suhde) lisäämällä suuria määriä tehonotkistimia, jotka ovat pinta-aktiivisia disperegointlaineita.

LO Tämä mahdollistaa mm. sellaisten sideaineiden valmistuksen, jotka ovat oleellisesti vahvempia, tiiviimpiä, kestävämpiä ja varsinkin sopivampia vahvisteiden, kuten kuitujen ja sauvojen, kiinnitykseen kuin modifioimattomat sideaineet. On myös mahdollista valmistaa tällaisia sideainematriiseja si- 15 sältäviä kappaleita alhaisessa jännityskentässä ja ilman aineen siirtoa ympäristön kanssa kuten ilmenee seuraavasta. Tämän keksinnön pääperiaatteet voidaan lyhyesti sisällyttää seuraavaan neljään kohtaan: 20 1. Keksintö käyttää hyväksi tiettyä partikkeligeometria- strategiaa hienoissa partikkelisysteemeissä, jotka ovat 1-2 kertaluokkaa (kymmenen potenssia) hienompia kuin Portland-sementtiä sisältävät partikkelisysteemit, joissa niinikään on ollut mahdollista käyttää näitä periaatteita. Keksinnön 25 mukaisesti näitä periaatteita käytetään varsinkin Portland-sementin ja ultrahienojen partikkeleiden vesisuspensioihin. Ultrahienot partikkelit ovat 1-2 kertaluokkaa pienempiä kuin sementtipartikkelit.

50 2. Tämä saadaan aikaan annostelemalla tehonotkistinta (1-4 paino-% betonin tehonotkistimen kuiva-ainetta laskettuna sementin + ultrahienojen partikkeleiden painosta), jonka määrä on jopa kertaluokkaa suurempi kuin tunnetussa tekniikassa.

3. Keksinnön mukaisessa materiaalissa lujuus ja kestävyys ovat oleellisesti lisääntyneet. Tämän lisäksi vahvisteiden, esimerkiksi yhdistettyjen kuitujen, mekaaninen kiinnittyvyys 35 3 j 8 4 S 8 on moninkertaistuessaan parantunut vielä enemmän kuin lujuus. Tämä johtuu siitä, että ne vahvisteiden karheuden dimensiot ja aaltomuoto, jotka ovat välttämättömiä vahvisteen "mekaaniseksi lukkiutumiseksi" matriisiin, pienenevät 1-2 5 kertaluokkaa. Tämä mahdollistaa sellaisten kuitujen "mekaanisen lukkiutumisen", jotka ovat 1-2 kertaluokkaa hienompia kuin aikaisemmin käytetyt.

4. Keksinnön mukaisia materiaaleja voidaan muotoilla plas-10 tisena sekä alhaisen viskositeetin omaavana massana ilman, että aineen siirtoa ympäristön kanssa tapahtuu, ts. nestettä ei siirry tai sitä ei tarvitse puristaa massasta tiiviin rakenteen muodostamisen aikana. Tämä mahdollistaa sellaisten korkealuokkaisten tuotteiden valmistuksen, joilla on moni-15 mutkaisempi muoto ja suurempi koko kuin tähänastisilla, ja mahdollistaa komponenttien, varsinkin kaikenlaisten vahvisteiden kiinnityksen, joita ei tyydyttävästi voida käyttää vastaavissa korkealaatuisissa perinteisellä tavalla valmistetuissa matriiseissa. Tämä keksinnön aspekti mahdollistaa 20 myöskin edullisemman tuotantotekniikan tunnetuille artikkeleille.

Tämä keksintö perustuu näin ollen havaintoon mahdollisuudesta saada aikaan tiiviitä ja homogeenisia pakkautumisia näis-• 25 sä äärettömän pienissä partikkelisysteemeissä etenkin "pehmeällä" valmistusmenetelmällä vastakohtana tunnetulle korkeapaineiselle tiivistystekniikalle, joka oli ainoa mahdol-;; linen menetelmä valmistaa tällaisia rakenteita. Tämä tuo mukanaan laajan alueen uusia tuotteita ja prosesseja, eikä .30 pelkästään sementtiteollisuudessa, vaan myöskin monilla muilla sekä läheisillä että kaukaisemmilla alueilla, kuten keramiikkateollisuudessa ja jauhemetallurgiassa.

Keksintö koskee näin ollen menetelmää muotokappaleen valmis-.35 tamiseksi, jossa menetelmässä yhdistetään A) epäorgaanisia kiinteitä piidioksidipölypartikkeleita, joiden koko on n. 50 Ä - n. 0,5 μπι, ja 4 j 8 45 8 B) kiinteitä partikkeleita, joiden koko on 0,5-100 μπ\ ja jotka ovat ainakin yhtä kertaluokkaa suurempia kuin vastaavat kohdassa A) mainitut partikkelit, jolloin partikkeleiden A määrä on 10-30 tilavuus-% laskettuna partikkeleiden A ja B 5 tilavuudesta, vettä, ja betonin tehonotkistinta, ja sekoitetaan mekaanisesti edellä mainittuja aineosia, mahdollisesti yhdessä inerttisten täyte- tai lujitekappaleiden 10 C kanssa, jotka eroavat vastaavista partikkeleista B ja joilla on ainakin yksi dimensio, joka on ainakin yhtä kertaluokkaa suurempi kuin partikkelit A, ja tämän jälkeen haluttaessa yhdistetään saatu massa lisäkappaleiden C kanssa mekaanisin keinoin tällaisten lisäkappaleiden C halutun ja-15 kaantumisen aikaansaamiseksi, ja lopuksi valetaan saatu mas sa halutun muotoiseksi jännitysalueella, lisäten mahdollisesti valun aikana lisäkappaleita C, ja keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista, että partikkelit B käsittävät vähintään 20 paino-% Portland-sementtipartikkeleita, että 20 partikkeleiden B määrä vastaa oleellisesti niiden tiivistä pakkautumista yhdistelmämateriaalissa, jossa partikkelit A ovat homogeenisesti jakautuneina partikkeleiden B välisessä tilassa, että veden määrä oleellisesti vastaa määrää, joka on tarpeen täyttämään partikkeleiden A ja B välisen tilan, 25 vastaten painosuhdetta veden ja partikkeleiden A+B välillä, joka on 0,12-0,30, että betonin tehonotkistimen määrä on riittävä, jotta yhdistelmämateriaali saa juoksevasta plastiseen konsistenssin alhaisen jännityksen alueella, joka on alle 5 kg/cm2, joka määrä vastaa 1-4 paino-% betonin teho-3 0 notkistimen kuiva-ainetta laskettuna partikkeleiden A+B pai nosta, ja että partikkelit A ja B, veden ja betonin tehonotkistimen, mahdollisesti yhdessä lisäkappaleiden C kanssa, käsittävän yhdistelmän mekaanista sekoittamista suoritetaan kunnes on saatu paksujuoksuisesta plastiseen massa, joka 35 käsittää partikkelit A ja B ja mahdollisesti lisäkappaleet C, ja jossa partikkelit A ovat homogeenisesti jakautuneina tiiviisti pakkautuneiden partikkelien B välisessä tilassa, jolloin saadaan muotokappale, jonka puristuslujuus, kun se 5 S 4 5 8 lisäkappaleina C sisältää epäorgaanisia kompaktimuotoisia kappaleita, kuten hiekkaa tai kiviä, on suurempi kuin 130 MPa, mitattuna koekappaleella, jonka halkaisija on 10 cm ja korkeus 20 cm, kun massa on betonia, jossa suurimmat kom-5 paktimuotoisista kappaleista ovat yli 4 mm, 150 MPa, mitattuna koekappaleella, jonka halkaisija on 3 cm ja korkeus 6 cm, kun massa on laastia, jossa suurimmat kom-paktimuotoisista kappaleista ovat välillä 4 mm ja 0,1 mm.

10

Esillä olevassa selityksessä tarkoittaa termi "partikkeli A" epäorgaanisia kiinteitä piidioksidipölypartikkeleita, jotka ovat suuruusluokkaa n. 50 Ä - 0,5 /xm, ja termi "partikkelit B" kiinteitä partikkeleita, jotka ovat suuruusluokkaa 0,5 -15 100 /xm, ja jotka ovat ainakin yhtä kertaluokkaa suurempia kuin vastaavat partikkelit A sekä jotka käsittävät vähintään 20 paino-% Portland-sementtipartikkeleita. Termi "muotokappale" tarkoittaa minkä tahansa muotoista rakennetta, joka sisältää yllä kuvatun matriisin, ja se käsittää myös sellai-20 siä erityisiä tuotteita kuten tienpäällystekerrokset, halkeamien täytteet, putkien pinnoitteet jne., jotka eivät aina liity käsitteeseen "kappale". Piidioksidista käytetään tässä myös nimeä "silikä".

'"25 Partikkeleiden geometrian määräämää tiivistä pakkautumista (ilman pintavoimien vaikutusta) käsitellään maailmanlaajuisesti kirjallisuudessa, joka tarkastelee partikkeliteknolo-giaa useilla alueilla. Esimerkkeinä tästä on Particulate Technology, Clyde Orr Jr., 1966, The MacMillan Company, New ; 30 York, ja Principles of Particulate Mechanics, Brown ja

Richards, 1970, Pergamon Press. On tyypillistä, että sellaisten partikkelisysteemien pakkautuminen, joissa pintavoi-mat ovat merkityksettömiä, on riippumaton absoluuttisesta partikkelikoosta ja riippuu ainoastaan partikkelien muodos-; 35 ta, suhteellisesta partikkelikokojakautumasta ja siitä mekaanisesta tavasta, miten partikkelit ovat asettuneet. Tämä merkitsee sitä, että yhtä suurien pallomaisten partikkelei-den säännöllinen pakkautuminen johtaa samaan kiinteän aineen 6 3 8 4 S 8 tilavuusosaan (esim. 0,52 kuutioisella pakkauksella ja 0,74 heksagonaalisella pakkauksella) riippumatta pallomaisten partikkeleiden absoluuttisesta koosta. Pakkauksen tiiviyteen vaikuttaa voimakkaasti suhteellinen partikkelikokojakautuma, 5 ts. eri partikkelikokojen välien suhde. Brown ja Richards (loc.cit.) raportoivat klassisista kokeista pallomaisten partikkelien binäärisille pakkauksille useilla partikkeliko-kosuhteilla, suhteesta n. 0,63 - kunkin yksittäisen partik-kelikokofraktion ollessa kyseessä - suhteeseen 0,70 - pien-10 ten ja suurten partikkelien seosta ollessa kyseessä näiden suhteen ollessa 3,4:1 - aina suhteeseen 0,80 asti - suurten ja pienten partikkelien seoksille näiden suhteen ollessa 16:1. Pakkauksen tiheyteen vaikuttaa myös voimakkaasti mekaaninen tiivistysmenetelmä. Yksinkertainen painetiivistys 5 ei normaalisti johda hyvin tiiviisiin partikkelisysteemien pakkauksiin, joissa partikkelit säilyvät samanlaisina (ts. partikkelit eivät rikkoudu tai deformoidu voimakkaasti). Tavallisesti tiiviimmät pakkaukset saadaan leikkausmuokkauk-sella, toistetulla leikkausmuokkauksella tai tasapainotetul-20 la tärinällä, kaikki nämä sovellettuna pienessä normaalipaineessa sen varmistamiseksi, että toistettu muokkaus lopulta johtaa tiiviimpään rakenteeseen. Tästä syystä ei ole mahdollista saada aikaan tiiviitä pakkauksia yksikäsitteisellä määrällä. "Tiivis pakkaus", johon on viitattu tässä kuvauk-25 sessa, on ymmärrettävä oleellisesti sellaisena tiiviinä pakkauksena, joka saataisiin systeemeissä ilman lukitsevia pin-tavoimia ylläkuvatunlaisten vaikutusten, kuten jännitysde-formaation ja tasapainotetun värinän alaisena. (Jopa sellaiset tiiviit pakkaukset eivät ole täysin ideaalisia, ideaaliko suus edellyttäisi joka partikkelin yksilöllisen asettelun.)

Keksinnön mukaisten, edellä määriteltyjen kappaleiden oleellisesti yhtenäinen matriisirakenne voi johtua siitä, että homogeenisesti järjestyneet tai tiiviisti pakkautuneet J.5 partikkelit A ovat liittyneet toinen toisiinsa muodostaen yhtenäisen rakenteen, tai siitä, että kiinteät partikkelit B, kuten edellä on mainittu, ovat liittyneet toisiinsa muodostaen oleellisesti yhtenäisen rakenteen tai siitä, että 7 38458 molemmat sekä ultrahienot partikkelit A että partikkelit B saattavat olla muotokappaleessa liittyneet toisiinsa muodostaen yhtenäisen rakenteen, ja/tai siitä, että partikkelit A ovat liittyneet partikkeleihin B muodostaen yhtenäisen ra-5 kenteen. Partikkelien A tai partikkelien B tai partikkelien A ja/tai B yhdistyminen voi olla minkä luonteista tahansa mikä johtaa yhtenäiseen rakenteeseen. Systeemeissä, jotka käsittävät Portland-sementtipartikkeleita B ja silikapöly-partikkeleita A, yhtenäinen rakenne muodostuu kiinteiden 10 partikkelien osittaisesta liukenemisesta vesisuspensioon, josta partikkelit tehdään, kemiallisesta reaktiosta liuoksessa ja reaktiotuotteen saostumisesta, silikapölyn ollessa tässä vähemmän liukenevampi kuin sementti. Tässä yhteydessä voidaan huomauttaa, että partikkelien A ja B luonteesta 15 riippuen myös muut mekanismit, jotka aiheuttavat koherentti-suutta, ovat saattaneet vaikuttaa matriisin koherenttisuu-teen, kuten sulaminen tai sintraantuminen jne. Edellä mainittu kemiallinen reaktio voi olla sellainen, mikä tapahtuu partikkelien A tai niiden liuenneiden aineosien välillä, tai 20 partikkelien B tai niiden liuenneiden aineosien välillä tai partikkelien A ja B tai niiden liuenneiden aineosien välillä.

Muotokappaleita, joiden matriisilla on oleellisesti yhtenäi-'25 nen rakenne, joka käsittää homogeenisesti järjestäytyneitä tai tiiviisti pakkautuneita Portland-sementtipartikkeleita, on tunnetussa tekniikassa saatu aikaan ainoastaan tiivistämällä korkeassa jännityksessä tyypillisesti korkeapainejau-hetiivistyksellä. Siten yksi täysin uusi keksinnön mukainen .-30 muotokappaleluokka käsittää alhaisessa, alle 5 kg/cm2, edullisesti alle 100 g/cm2, jännityskentässä muotoilemalla tuotetut kappaleet, joiden matriisilla on oleellisesti yhtenäinen rakenne, joka käsittää homogeenisesti järjestäytyneitä tai tiiviisti pakkautuneita partikkeleita A, tai yhtenäinen ;..35 rakenne, joka on muodostunut tällaisista homogeenisesti järjestäytyneistä tai tiiviisti pakkautuneista partikkeleista A ja tiiviisti pakkautuneista partikkeleista B, ainakin 20 paino-% tiiviisti pakkautuneista partikkeleista B ollessa 8 ί- 3 49 8

Portland-sementtipartikkeleita, tai yhtenäinen rakenne, joka on muodostunut tällaisista tiiviisti pakatuista partikkeleista B. Toinen tapa määrittää uusi luokka keksinnön mukaisia muotokappaleita, joissa partikkelit A ovat järjestyneet 5 homogeenisesti partikkelien B väliin, joista partikkeleista B ainakin 20 paino-% on Portland-sementtipartikkeleita, on viitata kappaleen dimensioihin. Sellaisia kappaleita, joilla on vastaava tiivis pakkaus partikkelien B välillä ja joilla on ainakin yksi vähintään 1 m pitkä dimensio ja minimipoik-10 kipinta-ala 0,1 m2, ei ole uskottu voitavan valmistaa käytännössä ennen tätä keksintöä korkeapainejauhetiivistystek-niikalla. Toisaalta ainoastaan tämän keksinnön mahdollistamat, tämänlaatuiset uudet artikkelit voidaan määritellä siten, että niillä on sellainen kompleksinen muoto, jota ei L5 voida aikaansaada jauhetiivistyksellä. Näin ollen, kun partikkeleilla A ja B on erilainen molekulaarinen rakenne, kuten useimmiten on käytännössä, sellaiset rakenteet, joissa vähintään 20 paino-% partikkeleista B on Portland-sementtiä ja jotka muutoin täyttävät yllä kuvatun määrittelyn, ovat 20 täysin uusia riippumatta niiden koosta tai muodosta. Sikäli kun jauhetiivistystekniikalla olisi saattanut olla mahdollista aikaansaada kahden partikkelisysteemin kombinaatio, jotka systeemit käsittävät homogeenisesti järjestäytyneitä tai tiiviisti pakkautuneita partikkeleita A ja tiiviisti 25 pakkautuneita partikkeleita B, olisi siihen liittynyt tiivis tysprosessin aikana suurempien partikkelien jauhautumis-ta, minkä tuloksena olisi syntynyt pienempiä partikkeleita ja mikä tämän vuoksi olisi tarkoittanut sitä, että suuremmilla ja pienemmillä partikkeleilla olisi ollut identtinen sO molekulaarinen rakenne.

Yksi tämän keksinnön hyvin mielenkiintoinen piirre on se, että on mahdollista saada aikaan ylläkuvatunlaisia rakenteita luontaisesti heikoista partikkeleista ja luontaisesti i5 heikoista lisäkappaleista, jotka ennestään tunnetulla käsittelytekniikalla korkeissa jännityskentissä olisivat menettä neet geometrisen identtisyytensä (jotka olisivat rikkoutuneet tai voimakkaasti muuntuneet). Tämä antaa mahdollisuuden 9 88498 valmistaa tiiviitä rakenteita sellaisista materiaaleista, jotka eivät aikaisemmin ole soveltuneet siihen tarkoitukseen.

5 Useimmissa tapauksissa parhaimmat lujuusominaisuudet saadaan kun sekä partikkelit A että partikkelit B ovat tiiviisti pakkautuneet. Tämä tilanne on kuvattu kuviossa 1, joka esittää tiiviin pakkauksen geometrisen jäjestäytymisen periaatteet tuoreessa pastassa, joka sisältää Portland-sementtipar-10 tikkeleita ja näiden välissä ultrahienoja partikkeleita.

Mitä tulee kokeisiin, jotka tehtiin laastilla, kuituvahvis-teisella pastalla ja tähän uuteen matriisiin perustuvalla betonilla, Portland-sementtipartikkelit (keskidimensio 10 /zm) olivat järjestäytyneet tiiviiseen pakkaukseen vastaten 15 sementin tilavuusosaa (Portland-sementin tilavuus jaettuna kokonaistilavuudella) 0,43-0,52. Jos tavallinen sementtipasta, joka ei sisällä ultrahienoja partikkeleita, olisi järjestynyt samanlaiseen tiiviiseen pakkaukseen, se olisi vastannut vesi/sementti-painosuhdetta 0,42-0,30. Tämä suhde 20 olisi normaalisti vaadittu tiiviiltä pakkaukselta. On huomattu, että keksinnön mukaiseen uuteen materiaaliin voidaan lisätä 10-30 tilavuus-% ultrahienoja kiinteitä partikkeleita sementtipartikkelien välisiin aukkoihin. Lisätty kiinteä aine oli virheettömän tiiviisti pakkautuneita, äärettömän 25 hienoja pallomaisia silikapartikkeleita, joiden keskihalkai-sija oli 0,1 μχα ja ominaispinta-ala n. 250 000 cm2/g. Kiinteän aineen kokonaistilavuusosuus sementti + silikapölymat-riisissa oli 0,64-0,70. Veden ja kiinteän aineen painosuhde oli 0,188-0,133.

30

Tiiviin pakkautumisen varmistamiseksi tarvittava silikapölyn määrä riippuu silikapölyn raekokojakautumasta ja suuressa määrin tiiviisti pakkautuneiden partikkelien B välisestä tyhjästä tilasta. Näin ollen hyvälaatuinen Portland-sement-35 ti, joka sisältää lisäksi 30 % hienoja pallomaisia lentotuh-kapartikkeleita, jättää tiiviisti pakkautuessaan paljon vähemmän tilaa silikapölylle kuin vastaavasti tiiviisti pakkautunut sementti, jossa partikkelit B ovat samankokoisia.

10 ,‘~s A ry Λ o 8 4^8

Systeemeissä, joissa partikkelit B ovat pääasiallisesti Portland-sementtiä, silikapölyn tiivis pakkautuminen todennäköisesti vastasi 15-30 tilavuus-% partikkeleista A + B. Samanlaiset tarkastelut sopivat systeemeihin, jotka sisältä-5 vät muuntyyppisiä partikkeleita A ja B.

Seuraavassa selityksessä ja vaatimuksissa termit "ultrahie-not silikapartikkelit" tai "silikapöly" tarkoittavat Si02-pitoisia partikkeleita, joiden ominaispintapala on n. 50 000 LO - 2 000 000 cm2/g, edullisesti 250 000 cm2/g. Sellaista tuotetta saadaan sivutuotteena valmistettaessa pii-metallia sähköuuneissa ja se sisältää partikkeleita, joiden kokoalue on n. 50 i - 0,5 μιη, tyypillisesti 200 Ä - 0,5 /un.

15 Se keksinnön aspekti, että erittäin hienot jauheet pakkautuvat tiiviisti, on toteutettu betonissa (esimerkki 1), laastissa (esimerkit 3 ja 9) ja ohuissa ruiskuvalulla valmistetuissa, muovikuiduilla vahvistetuissa paneeleissa (esimerkki 2). Kaikissa näissä tapauksissa sideainematriisi on valmis-20 tettu Portland-sementistä (ominaispinta-ala n. 2400 - 4400 cm2/g) ja ultrahienosta pallomaisesta silikapölystä (ominaispinta-ala 250 000 cm2/g), jotka ovat järjestyneet erittäin tiiviiseen pakkaukseen (vesi/jauhe-painosuhde vastaavasti 0,18 ja 0,13) käyttämällä dispergoivana aineena hyvin 25 suuria määriä betonin tehonotkistinta (1-4 paino-%, edullisesti 2-3 paino-%, kuivaa tehonotkistinta laskettuna sementin ja silikapölyn yhteismäärästä).

Betoni valmistettiin helposti virtaavasta massasta ja sillä 30 oli suuri lujuus (vedellä kovetetun, märän sylinterimäisen koekappaleen, jonka halkaisija oli 10 cm ja korkeus 20 cm, puristuslujuus oli 124,6 MPa 28 päivän jälkeen ja 147,2 MPa 169 päivän jälkeen). Lujuus on 20 % suurempi kuin suurin vastaava lujuusarvo, joka on raportoitu normaalilla tavalla <5 valmistetulle ja valetulle betonille, jolloin valmistuksessa on käytetty tehonotkistin-lisäaineita (jäljempänä esimerkki 1). Hyvin juoksevasta massasta valmistetun, 4 päivää 60°C:-ssa vedellä kovetetun laastin puristuslujuus oli 179 MPa, il 43458 minkä vahvistavat märällä koekappaleella suoritetut kokeet. Koekappaleen halkaisija oli 10 cm ja korkeus 20 cm (jäljempänä esimerkki 9).

5 Tämän mukaisesti Portland-sementtipohjaiset, tämän keksinnön mukaiset artikkelit voidaan määritellä viittaamalla matriisin ainutlaatuisesti lisääntyvään puristuslujuuteen tunnettuun tekniikkaan verrattuna. Tällä tavalla ilmaistuna - pu-ristuslujuusarvojen avulla, joka ovat järkeviä esimerkeissä 10 raportoitujen kokeiden valossa - keksintöön kuuluu muotokappale, joka käsittää matriisin, joka käsittää Portland-se-menttipohjaisen sideaineen ja valinnaisesti lisättyä epäorgaanista kiinteätä materiaalia, kuten hiekkaa ja kiviä, jolloin matriisin puristuslujuus on suurempi kuin 130 MPa, mi-15 tattuna koekappaleella, jonka halkaisija on 10 cm ja korkeus 20 cm, kun matriisi on betonia, jossa suurimmat lisätyistä kiinteistä kappaleista ovat yli 4 mm, 150 MPa, mitattuna koekappaleella, jonka halkaisija on 3 cm 20 ja korkeus 6 cm, kun matriisi on laastia, jossa suurimmat lisätyistä kiinteistä kappaleista ovat välillä 4 mm ja 0,1 mm, 200 MPa, mitattuna koekappaleella, jonka halkaisija on 1 cm ;.;_25 ja korkeus 2 cm, kun matriisi on pastaa, jossa suurimmat ·.: lisätyistä kiinteistä kappaleista ovat alle 0,1 mm, sillä ehdolla, että muotokappaleella on ainakin yksi dimensio, joka on vähintään yksi metri ja poikkipinta-ala vähin-•30 tään 0,1 m2, ja/tai että sillä on kompleksinen muoto, joka ei salli sen valmistusta jauhetiivistyksellä.

Erityisen mielenkiinnon kohteena on tämän keksinnön mahdollistamien tiiviiden materiaalien valmistaminen, joissa osa Γ:35 partikkeleista B on heikkoja partikkeleita säilyttäen geo-metrisen identiteettinsä muokkausprosessin aikana, esimer-• , kiksi silloin kun osa partikkeleista B muodostuu voimalai toksien murskaamattomasta lentotuhkasta, koska sellaisella 12 · ί 3 49 8 partikkeleilla on edullinen pallomainen muoto; lentotuhka sisältää merkittävän määrän heikkoja, onttoja, pallomaisia partikkeleita, jotka antavat valumassalle edulliset virtausominaisuudet, mutta jotka todennäköisesti murskautuisi-5 vat perinteisessä korkeapainetiivistyksessä. Tämän keksinnön mukaisesti partikkelirakennetta vahingoittamattomasti valmistettua laastia, joka sisältää Portland-sementtiä, pallomaisia voimalaitostuhkapartikkeleita ja silikapölyä, on kuvattu esimerkissä 9. Lentotuhkalaastin puristuslujuus oli 10 160 MPa.

Esimerkki 2 kuvaa muovikuitulujitteisten uusien matriisien avulla tehtyjen paneelien valmistusta. Nämä paneelit käyttäytyivät hämmästyttävästi: ne eivät olleet kovin vahvoja L5 (taivutuslujuus venytyksessä n. 25 MPa), mutta osoittautuivat sitkeiksi, mikä on erittäin toivottava ominaisuus. Sitkeys on varsin hämmästyttävä piirre ottaen huomioon, että kuidut olivat hyvin lyhyitä (6 mm polypropyleenikuituja) ja kuitujen määrä oli kohtuullinen (2 paino-%). Se, että hyvin 2 0 voimakas, sinänsä hauras sideaine saatiin sitkeäksi yllämainituilla lujitteilla, osoittaa sen, että keksinnön materiaali aikaansaa ainakin kertaluokkaa paremman muovikuitujen kiinnittymisen kuin tavalliset sementtimatriisit, ja elekt-ronimikroskooppimääritykset vahvistavat sen, että uusi ma-25 teriaali käyttäytyy tällä tavalla, koska uusi materiaali osoittautuu erittäin tiiviiksi vielä hyvin isoilla suurennuksilla. Tämä ilmenee kuviosta 5, joka on piirretty keksinnön mukaiseen sementti-silika-matriisiin kiinnitetyistä 30 /im paksuisista polypropyleenikuiduista otettujen elekt-30 ronimikroskooppikuvien perusteella (jäljempänä oleva esimerkki 2). On huomattava, että matriisi on erittäin tiivis verrattuna tavalliseen sementtimatriisiin ja se on tiiviisti pakkautunut kuidun pintaa vasten. 1

Hyvin tiivis matriisi, joka saavutetaan Portland-sementin ja ultrahienojen partikkeleiden avulla tiiviissä pakkautumises-sa, osoittaa ainutlaatuista kykyä kiinnittymisessään hienoihin kuituihin (kuituihin, joiden poikkileikkaus on vähemmän 13 8 8 45 8 kuin vaikkapa 50 μπι) , koska se sallii paikallisen kiilautu-misvaikutuksen, jota ei esiinny tavallisessa sementtitahnassa, jonka rakenne on melko avoin mikroskoopilla tarkasteltuna.

5 Tähän asti tuntematon matriisi antaa tuloksena myös karkeamman vahvikkeen, esimerkiksi teräksen teräsvahvistetussa betonissa, huomattavasti paremman kiinnittymisen. Tätä kuvataan esimerkissä 10, jossa hyvin sileän 6 mm:n terästangon, 10 joka oli pantu sementti-silika-laastiin 60 mmm syvyyteen, ulosvetovastus oli 70 % teräksen myötörajasta ja ylösvetoon tarvittava työ oli 8-10 kertaa suurempi kuin vastaava ulos-vetoon tarvittava työ vertailulaastissa, jonka puristusvoima (38 MPa) oli noin 1/4 - 1/5 keksinnön mukaisen laastin pu-15 ristusvoimasta (179 MPa). Täten, esimerkin mukaan, on sileiden terästankojen ulosvetämiseen tarvittava työ lisääntynyt suhteellisesti enemmän kuin puristusvoima.

Tämä tuo uusia näkökohtia teräsbetonin valmistukseen, jota 20 tarkastellaan lähemmin seuraavassa.

Samanlaisia hienojen partikkelisysteemien tiiviitä pakkauksia on tunnettu esimerkiksi kolloidisen silikan yhteydessä, jota on käytetty esimerkiksi pinnoitteissa. On myös tunnet-; 25 tua saada aikaan hyvin tiiviitä materiaaleja käyttäen vastaavia ultrahienoja materiaaleja yhdessä sellaisten materiaalien kanssa, jotka karkeudessa vastaavat Portland-sementtiä, mutta joilla on paljon eeullisempi kolloidi-fysikaalinen käyttäytyminen kuin Portland-sementillä. Täten oli GB-30 patenttijulkaisusta 1 320 733 tunnettua valmistaa hydraulisesti kovetettuja vaikeasti käsiteltäviä materiaaleja, jotka käsittävät hydraulista alumiinipitoista sementtiä sekä hienoja partikkeleita, joiden partikkelikoko on vähintään 1 μιη, ja jotka on muodostettu käyttämällä deflokkulointiaineita 35 hyvänlaatuisien vaikeasti käsiteltävien materiaalien saamiseksi. Nämä materiaalit oli valmistettu käyttämällä suhteellisen korkeata veden ja sementin + hienon jauheen suhdetta (0,7 - 1,0), ja materiaalin lujuus kuumennettaessa 1350 - 14 . ' 4 - fe 1600°C:een ei ollut oleellisesti parantunut saavutetun lu-juustason, 40 MPa, ollessa alhainen verrattuna tämän keksinnön mukaisilla periaatteilla aikaansaatuun lujuuteen. Oli myös tunnettua tuottaa sellaisia vaikeasti käsiteltäviä, 5 mutta paljon vahvempia, materiaaleja, jotka pohjautuivat alumiinipohjaiseen sementtiin ja MgO:hon, yhdistämällä alu-minaattisementtipartikkeleita ja ultrahienoja partikkeleita tiiviiseen pakkaukseen. Täten US-patentti 4 lii 711 kuvaa natriumtripolyfosfaatin käyttöä dispergoivana aineena sello laisten sideaineiden tuottamisessa, jotka sisältävät 25 paino- % alumiinipitoista kuonaa partikkelikooltaan 5-50 μπι, 38 paino-% lasimaista silikaa partikkelikooltaan 100 k - 0,1 μπι ja 37 paino-% Fontainebleau-hiekkaa partikkelikooltaan 5 μπι, vesi/jauhe-suhteen ollessa niin alhainen kuin 0,175. Laas-15 tiliä, joka valmistettiin tästä seoksesta oli puristuslujuus 20 päivän jälkeen 120 MPa (koeolosuhteita ja koekappaleen dimensioita ei ole mainittu). Kuitenkaan ei ole ollut tunnettua saada aikaan vastaavia rakenteita Portland-sementtiin perustuvissa systeemeissä, koska tavalliset dispergointiai-20 neet, esimerkiksi natriumtripolyfosfaatti, eivät ole tehokkaita Portland-sementti-silika-vesi-systeemeissä, kuten on osoitettu jäljempänä olevissa, esimerkissä 7 kuvatuissa koesarjoissa.

25 Käytettäessä tämän keksinnön periaatteiden mukaisesti tavallista suurempia annoksia tehokasta dispergoivaa ainetta, joka on betonin tehonotkistinta, nämä vaikeudet on voitettu Portland-sementti-silika-vesi-systeemeissä, mikä seikka mahdollistaa edellä mainittujen periaatteiden käytön, jotka 30 koskevat erittäin tiiviitä tai homogeenisesti pakkautuneita ultrahienojen partikkelien pakkauksia, kaikkien niiden tuotteiden yhteydessä, jotka tuotetaan nykyisin Portland-sementtiä sisältävistä matriiseista. Näitä tuotteita ovat esim. vahvistettu betoni, kuituvahvisteinen betoni ja laasti, kui-35 tusementtikatteet, kuten asbestisementtikate, pinnoitepanee-lit, muurauslaastit jne., ja niiden artikkelien tuottamisessa, jotka on tehty kalliimmista materiaaleista, kuten teräksestä, keraamisista materiaaleista ja muoveista.

is <: 0 4 9 8

Edelleen on tämän keksinnön yhteydessä huomattu, että uudet teknologiset edut artikkeleiden valmistuksessa ja niiden vahvistamisessa saavutetaan käyttämällä edellä kuvatunlaisia tiiviitä, homogeenisia, ultrahienoja partikkelisysteemeitä.

5 Tässä yhteydessä termi "Portland-sementtipohjaiset" tarkoittaa sideainesysteemejä, joissa partikkelit B käsittävät ainakin 20 paino-% Portland-sementtipartikkeleita. Lisäksi saavutetun muovausteknologian parannukset - jotka säästävät ylimääräveden käytöstä, kuten alla yksityiskohtaisemmin kulo vataan - mahdollistavat tiettyjen muotokappaleiden tehokkaamman ja onnistuneemman tuotannon, jota aikaisemmin ei ole voitu olettaa mahdolliseksi homogeenisesti järjestyneiden ja tiiviisti pakattujen ultrahienojen partikkelisysteemien matriiseilla. Tässä yhteydessä uudet keksinnön mukaiset muoto-15 kappaleet käsittävät myöskin - huolimatta partikkelien A ja B kemiallisesta identiteetistä ja siitä, onko mukana lisä-kappaleita C vai ei - sellaisia muotokappaleita kuin paikan päällä valetut öljylähteiden seinät, kanavatäytteet kuten esijännitetyssä betonissa, halkeamien täytteet kuten kaivos-20 ja rakennusteollisuudessa, levyt, paneelit ja ohutseinäiset tasomaiset tai aaltomaiset tiilet, varsinkin rakennuksissa, teräs- tai betonirakenneosien kanssa käytettävät suojakannet, putket, tuubit, sähköä eristävät rakenneosat, ja säiliöt, joita kaikkia uusia artikkeleita voidaan tuottaa tämän • -25 keksinnön mukaisella teknologialla hyvin edullisesti mitä tulee sekä tuotantomenetelmään että lopullisen tuotteen omi-naisuuksiin.

Mitä tulee ultrahienoon silikapölypartikkelien yhdistämiseen • ’.30 sementtipohjaisiin sideaineiseen, kuvasi jo artikkeli: Beto-nen N:o 2, April 1952, voi 17 (julkaissut Norsk Cementfor-ening), "Si02-stov som Cementtilsaetninger" silikapölyn, jonka hienous oli 0,3 /im, käytön sementissä aina 30 prosenttiin asti. Huomattava betonin lujuuden lisäys huomattiin '35 tämän jauheen yhteydessä. Kuitenkin käytettiin hyvin korkeita vesi/sementti + silikasuhteita eli suhteita 0,5-1, mikä tarkoittaa sitä, että sekä silika että sementtipartikkelit eivät olleet tiiviisti pakkautuneet lopullisessa rakentees- 16 l '? 4 S 8 sa, ja lujuustaso oli 53 MPa 350 päivän jälkeen, mikä on paljon alhaisempi kuin tämän keksinnön mukaisissa rakenteissa.

5 Saksalainen kuulutusjulkaisu 2 730 943 käsittelee silikapö-lyn käyttöä yhdessä alhaisen aluminaattipitoisuuden (alumi-naattipitoisuus alle 5 paino-%) omaavan Portland-sementin kanssa sementtisidoksisena matriisina ja toteaa sellaisten materiaalien kestävyyden kasvun johtuvan silikan kemialli-L0 sesta reaktiivisuudesta. Patentti esimerkiksi kuvaa betonia, jossa 300 kg;sta sementtiä + lisäaineita on 60 kg silika-pölyä vesi/sementti-painosuhteen ollessa 0,45, mikä vastaa vesi/(sementti + silikä)-suhdetta 0,38, 28 päivän puristus-lujuuden ollessa 85 MPa (vastakohtana tämän keksinnön mukai-15 selle vesi/(sementti + ultrahieno partikkeli)-suhteelle 0,12-0,30 ja vähintään 130 MPa:n puristuslujuudelle betonissa ja 150 MPa:n puristuslujuudelle laastissa). Kuulutusjulkaisu kuvaa betonin tehonotkistimen käyttöä sellaisessa määrässä, jonka yläraja vastaisi tämän keksinnön yhteydessä 20 käytettyä edellä mainittua erittäin korkeata lisäystä, mutta se ei kuvaa edullisena yhdistää sellaisia määriä tehonotkis-tinta alhaisilla vesi/(sementti + ultrahieno partikkeli)-suhteilla, jotka ovat välttämättömiä tämän keksinnön mukaisten kriittisten rakenteiden aikaansaamiseksi.

25

Lisäkappaleet C, joiden dimensioista ainakin yksi on ainakin kertaluokkaa suurempi kuin partikkeleilla A, voivat periaatteessa olla kiinteitä kappaleita (kuten myöhemmin yksityiskohtaisemmin on kuvattu), kaasua (kuten kaasubetonissa) tai 30 nestettä. Kappaleet voivat olla kompakteja muotokappaleita (kuten hiekkaa, kiviä, kaasukuplia tai nestekuplia), levyn muotoisia kappaleita (kuten kiille) tai pitkänomaisia kappaleita (kuten kuidut, vahvikesauvat tai vaijerit). Johtuen mahdollisuudesta muovailla kysymyksessä olevia artikkeleita 45 "pehmeällä" tavalla alhaisessa jännityskentässä, sellaiset kappaleet saattavat, päinvastoin kuin mitä tapahtuu kaikissa tunnetuissa tiivistysprosesseissa, joissa on mahdollista saavuttaa tiivistä pakkautumista ultrahienoilla partikke- 17 3S4S8 lisysteemeillä, säilyttää pääosiltaan geometrisen identtisyytensä muovauksen aikana. Tässä yhteydessä geometrisen identtisyyden säilyminen osoittaa, että kysymyksessä olevat kappaleet eivät joudu murskauksen tai voimakkaan muuntumisen 5 kohteeksi. Tyypillinen esimerkki on ontto kappale tai kuitu, joka jauhetiivistyksessä tai muissa suurjännitteisissä käsittelyissä rikkoutuisi tai muuntuisi voimakkaasti, mutta mikä paljon alhaisemmassa jännityskentässä, jossa myös keksinnön mukaiset artikkelit muovataan, voidaan valmistaa il-10 man sellaista turmeltumista.

Esimerkkejä lisäkappaleista C, jotka on edullisesti yhdistetty keksinnön mukaisiin artikkeleihin, ovat hiekka, kivi, polystyreenikappaleet polystyreenihelmet mukaanlukien, pai-15 sutettu savi, ontot lasikappaleet ontot lasipallot mukaanlukien, paisutettu savikivi, perliitti, luonnollinen kevyt betonin täyteaine, kaasukuplat, metallisauvat terässauvat mukaanlukien, kuidut mukaanlukien metallikuidut kuten teräs-kuidut, muovikuidut, lasikuidut, Kevlar-kuidut, asbestikui-20 dut, selluloosakuidut, mineraalikuidut, korkean lämpötilan kestävät kuidut ja "whiskerit", mukaanlukien epäorgaaniset, epämetalliset whiskerit kuten grafiitti-whiskerit ja Al203-whiskerit ja metalliset whiskerit, kuten rauta-whiskerit, raskaat komponentit kuten baryytti tai tina tai tinapitoiset • -'25 mineraalit, ja vetypitoiset komponentit kuten ontot, vedellä täytetyt partikkelit. Kun keksinnön mukaiset artikkelit sisältävät lisäkappaleita C, saattaa olla mielenkiintoista aikaansaada lisäkappaleiden tiiviitä pakkauksia optimilujuu-den ja jäykkyyden tai muiden seikkojen vuoksi. Tämän keksinkö nön mahdollistama, helposti muuntuva (helposti juokseva) matriisi mahdollistaa huomattavasti tiiviimmän lisämateriaalin järjestyksen kun mitä on aikaansaatu tunnetulla tekniikalla.

*•35 Varsinkin kuitujen liittäminen on erittäin mielenkiintoista johtuen matriisin ainutlaatuisesta kyvystä kiinnittää niitä-Tässä yhteydessä on mainittava, että keksinnön mukaisten artikkelien paljon tiiviimpi rakenne johtaa käytännöllisesti is b 8 4 S 8 katsottuna kuitujen eristämiseen, jotka muussa tapauksessa joutuisivat matriisien aineosien tai ympäristön aiheuttaman kemiallisen hyökkäyksen kohteeksi. Keksinnön mukaisissa artikkeleissa käytetyillä kuiduilla saa olla minkälainen muoto 5 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 1.0 muotokappaleen dimensiot, sitä pidempiä ja karkeampia kuituja suositaan.

Hienojen kuitujen kiinnittymisen paraneminen mahdollistaa huomattavasti parantuneiden kuituyhdistelmämateriaalien val-15 mistuksen, 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 20 suhteessa halkaisijaan, ns. sivusuhde. Normaaleissa matriiseissa on kuitenkin vaikeata sekoittaa ja järjestää kuituja suurilla sivusuhteilla - ts. mitä pienempi sivusuhde on, sitä helpompi on lisätä kuituja ja järjestää ne sopivalla tavalla valumatriisiin, ja sitä suurenqpi tilavuus kuituja ',5 voidaan lisätä. Esimerkiksi pilkotut polypropyleenikuidut, joiden poikkipinnan dimensiot ovat n. 30 /im ovat tavallisesti 12-25 mm pitkiä (sivusuhde yli 500) käytettäessä vahvikkeina tavallisissa sementtimatriiseissä. Samantyyppisten kuitujen paljon parempi käyttö on saatu aikaan keksinnön ?0 mukaisessa matriisissa, kuten esimerkissä 2 on kuvattu. Esimerkissä 2 on saatu hyvin edullinen kiinnittyminen ja sen tuloksena edulliset lujuusominaisuudet vaikka kuidun pituus oli vain 6 mm. Keksinnön mukaisessa matriisissa näyttää mahdolliselta alentaa pilkottujen kuitujen pituutta ja tästä ;5 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 19 h S 4S 8 suurempia määriä kuituja yhdistelmämateriaaliin ja/tai varmistamalla parempi kuitujen järjestys valumateriaalissa.

Edellä mainitut esimerkissä 2 käytetyt polypropyleenikuidut 5 voidaan karakterisoida polypropyleenikuiduiksi, joiden vetolujuus on vähintään 4000 kp/cm2, kimmomoduuli vähintään 7-104 kg/cm2 ja murtovenymä enintään 8 %. Sellaisia kuituja voidaan valmistaa venyttämällä polypropyleenifilmiä vähintään suhteessa 1:15 filmin tullessa tällöin 10-60 μιη paksuksi, ja 10 saattamalla venytetty materiaali 2-35 dtex kuitufilamenteik-si pyörivän neulan tai leikkurin avulla. Tämä tekniikka on esitetty saksalaisessa patenttihakemuksessa P 28 19 794.6.

Tärkeimpien keksinnön mukaisten artikkelien joukossa on sel-15 laiset 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 muoto-kappaleita (joiden lujuus on kuvattu esimerkissä) sisältävät 20 silikapölypartikkeleita 10-30 tilavuus-%, partikkelien A ja B kokonaistilavuudesta ja hiekkaa ja kiviä lisäkappaleina muodostaakseen erittäin korkealaatuista laastia tai betonia mekaanisen lujuuden, pakkasen kestävyyden jne. suhteen, ja/-tai kuituja, etenkin metallikuituja mukaanlukien teräskui-:-25 dut, mineraalikuidut, lasikuidut, asbestikuidut, korkeaa lämpötilaa kestävät kuidut, hiilikuidut ja orgaaniset kuidut mukaanlukien muovikuidut aikaansaaden kuituvahvisteisia tuotteita, joilla on edelläkuvatunlainen ainutlaatuinen kuitu jenkiinnittyvyys. Mitä tulee kuituihin, jotka on altistet-30 tu 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 vaiku-.· 35 tuksia vastaan johtuen silikapölyn osittaisen liukenemisen aiheuttamasta alkalisen ympäristön neutraloitumisesta, ja johtuen mikro-tiiviistä ultrahienojen partikkelien ja kohe-rentin rakenteen muodostamasta verhosta kuitujen ympärille, 20 8 8 4 9 8 mikä hyvin oleellisesti edistää staattisia olosuhteita lasikuidun ympäristössä etenkin välttäen alkalisen materiaalin sekoittumista kuitua vasten lopullisessa kovettuneessa materiaalissa.

5

Kun keksinnön mukaiset muotokappaleet ovat suuria, ne vahvistetaan mielellään teräksellä, kuten teräslangoilla, -sauvoilla, -verkoilla tai -kuiduilla. Esijännitetyissä, keksinnön mukaisissa matriisiin liittyvissä konstruktioissa vah- 1.0 vikkeet 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 edellä kuvatun matriisi -15 rakenteen lisäksi vahviketerästä, joka on säilyttänyt geometrisen identiteettinsä muovausprosessin aikana.

Sitovan matriisin lujuuden ja kuitujen ja sauvojen kiinni-tyvyyden matriisiin lisääntyessä voimakkaasti on mahdollista 20 tuottaa uudenlaisia vahvistettuja ja kuitulujitteisia se-menttipohjaisia artikkelieta ja materiaaleja: 1) Suuren vetolujuuden omaavia hauraita materiaaleja, jotka on saatu aikan yhdistämällä korkealuokkaisia hienoja kuituja 25 ja whiskerejä (suuren vetolujuuden ja kimmomoduulin omaavia kuituja ja whiskerejä, esimerkiksi lasikuituja, hiilikuituja, asbestia, Al203-whiskerejä) väliaineessa suurena tila-vuuskonsentraationa sidosmatriisiksi.

i0 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 <5 sidosmatriisiksi (esimerkiksi lujat polypropyleenikuidut ja Kevlar-kuidut).

21 rj 8 45 8 3) Korkealuokkaiset esijännitetyt vahvistetut artikkelit, joiden laatu on pääasiassa saatu yhdistämällä paljon suurempia tilavuuksia korkealuokkaisia terässauvoja tai vaijereita kuin tavallisesti käytetään (lujiteainetilavuuden, joka voi- 5 daan käyttää hyväksi, ollessa suoraan verrannollinen matriisin puristuslujuuteen) tämän keksinnön mukaisessa uuden tyyppisissä matriiseissa. Tavallisessa esijännitetyssä betonissa esijännitetyn teräksen tilavuus on 1-2 % betonista.

10 Teräksen tilavuutta rajoittaa betonin puristuslujuus. Puris-tuslujuuden lisääminen tekijälllä 4 voitaisiin käyttää täysin hyväksi esijännitetyssä rakenneosassa varmistettaessa nelinkertainen taivutuskestävyys tai vähennettäessä rakenneosan korkeutta puoleen.

15

Sellaiset rakenneosat vaatisivat epärealistisen korkeita esijännitetyn teräksen tilavuuksia (4-8 %). Olisi myöskin mahdollista soveltaa parannettua matriisimateriaalia paljon pienemmän poikkipinnan omaaviin esijännitettyihin artikke- 20 leihin kuin perinteisissä esijännitetyissä betoneissa, samalla kun vastaavasti käytettäisiin hienompia esijännitettyjä vahvisteita (ohuita vaijereita). Huolimatta suuresta omi-naispinta-alasta, uusi tiivis matriisimateriaali suojaa vaijerit tehokkaasti kaikilta ympäristön vaikutuksilta.

'•-•25 4) Esijännittämättömät, vahvistetut betoniartikkelit, joissa parempilaatuinen matriisimateriaali on ensisijaisesti hyödynnetty yhdistämällä paljon suuremman vetolujuuden omaa-via terässauvoja tai vaijereita kuin mitä on tavallisissa '30 teräsvahvisteisissa betoneissa. Käytettäessä suureisiä määriä tavallisia valmisteita paremmanlaatuisen matriisin saamiseksi jouduttaisiin monissa tapauksissa käyttämään epärealistisen suuria määriä vahvisteita. Korkealaatuisten tavallisessa betonissa käytettyjen vahvikesauvojen pinta on '35 muotoiltu niin, että se varmistaa niiden kiinnittymisen betoniin (muovatut sauvat: harjateräs; tentorteräs jne.). Sellaisten sauvojen lujuus, alle 900 MPa, ei ole yhtä suuri kuin parhailla kylmävedetyillä sauvoilla ja vaijereilla, 22 j P-498 joita käytetään esimerkiksi esijännitetyssä betonissa, jonka lujuus on tyypillisesti 1800-2200 MPa. Toisaalta sileät vaijerit ja sauvat eivät varmista riittävää kiinnittymistä tavalliseen betoniin. Tämän keksinnön mukaisella sidosmatrii-5 silla aikaansaatu voimakkaasti parantunut kiinnittyminen mahdollistaa hyvin lujien, sileiden teräsvaijerien ja sauvojen käytön esijännittämättöminä vahvisteina. Käytettäessä täydellissesti korkealaatuista terästä on suuresta rasituksesta ja siitä aiheutuvista säröistä - joita esiintyy be-10 tonissa (kuten tavallisessa vahvistetussa betonissa) - johtuen suositeltavaa käyttää edellä mainittua tekniikkaa rakenneosissa yhdessä hienojen lujiteaineiden kanssa särötyy-pin varmistuessa useiksi hienoiksi jakautuneiksi ohuksi säröiksi.

15

Mainittu vahvistusmahdollisuus voidaan tietenkin kombinoida monilla tavoilla, esimerkiksi tekemällä ohut kuori puoli-hauraasta vahvistetusta materiaalista suureen kantavaan rakenneosaan, tai käyttämällä korkealuokkaisia teräsvaijereita 20 toissijaisina vahvikkeina (asetettuna pääasiassa kohtisuoraan päävahvikkeeseen nähden) suurissa esijännitetyissä rakenne-osissa.

Erittäin suuresta tiheydestä ja mekaanisesta lujuudesta joh-25 tuen tämän keksinnön mahdollistama materiaali on hyödyllinen suurella alueella artikkeleita, joista esimerkkeinä ovat levyt tai ohutseinäiset laattamaiset tai aaltomaisset paneelit, kuten tunnettujen asbestituotteiden muotoiset levyt ja paneelit; putket; tuubit; tulenkestävät putkistot (esimer-40 kiksi sovellettuna täydelliseksi putkistoksi) tai tulenkestävät putkistokomponentit (rakennuskivet tulenkestäviin putkistoihin) ; suojakannet (esim. suojaamaan muita materiaaleja kemiallisia vaikutuksia vastaan) kuten halvat teräksen kanssa soveltuvat suojakannet, esim. terästuubit tai -putket, }5 tai tavallisten betonituotteiden kanssa soveltuvat, kuten betonituotteiden jaloksi pinnaksi, joka on vahva, hankausta kestävä ja toimii tiivisteenä ympäristön vaikutuksia vastaan, suojakannet muuraustyössä, kiveyksissä ja teillä, 23 8? 49 8 käyttäen hyväksi samoja uuden keksinnön hyödyllisiä piirteitä, ja kattopaneelien ja tiilien suojakatteet, tai säiliöiden päälliset; katemateriaali kuten kattopaneeli tai -tiili, sähköä eristävä rakenneosa; suoja radioaktiivista säteilyä 5 vastaan (ydinreaktoreiden konstruktioihin jne.), lattiarakenteissa vedenalaiseen käyttöön; säiliöihin ja paikan päällä valettaviin öljynporausreikiin; tai kantavina rakenneosina rakenteissa, joissa tarvitaan materiaalin ainutlaatuisia lujuusominaisuuksia ja sen vastustuskykyä sääolosuhteita 10 vastaan, sellaisina kuten palkit, vuoraukset tai kolonnit tyypillisesti tehtynä vahvistetusta betonista, edullisesti esijännitetystä betonista. Vedenalaiset rakenteet, so. pallomaiset säiliöt, joiden tulee kestää suurta hydrostaattista painetta, edellyttävät hyvin lujaa ja kestävää sekä alhaisen 15 permeabiliteetin omaavaa betonia.

"Polymers in concrete" ACI Publication SP-40-1973, s. 119-148, raportoi mailikoneista, jotka on tehty pienillä, halkaisijaltaan 40 cm, pallomaisilla kuorilla, jotka on valmis-20 tettu korkealaatuisesta polymeeri-impregnoidusta vedenalai seen käyttöön tarkoitetusta betonista. Täydellinen impreg-noituminen saatiin monimutkaisen tyhjäkuivaus-painekaasun-poisto-proseduurin avulla, joka menetelmä käytännössä rajoittuu pieniin rakenneosiin. Tämän keksinnön mukaisilla -'-25 materiaaleilla ja prosessseilla on nyt mahdollista tuottaa sellaisia suurikokoisia (halkaisijaltaan useita metrejä) rakenteita samanlaisella korkealuokkaisella materiaalilla yksinkertaista valmistustekniikkaa käyttäen.

.30 Samalla kun edellä on käsitelty tietyssä laajuudessa tiivis-pakkautumista ultrahienojen partikkeleiden systeemissä, tämän keksinnön mukaisesti on havaittu että erittäin hyvät lujuusominaisuudet saadaan tiiviisti pakkautuneilla Portland- sementti- ja ultrahienoilla järjestäytyneillä silikapö-35 lypartikkeleilla, jotka ovat homogeenisesti järjestäytyneitä sementtipartikkeleiden välisiin aukkoihin, mutta vähäisemmässä määrin kuin vastaavasti tiivispakkauksessa. Sellaisen systeemin, joka käsittää tiiviisti pakkautuneita Portland- 24 i B4S8 sementtipartikkeleita tai Portland-sementtipartikkeleita ja samankokoisia sekä homogeenisesti tiiviisti pakkautuneiden partikkeleiden välisiin aukkoihin järjestäytyneitä ultra-hienoja partikkeleita, uskotaan olevan sinänsä uusi ja sen 5 on havaittu olevan saavutettavissa tässä kuvatun uuden teknologian avulla, joka muun muassa käsittää tehonotkistimen äärimmäisen määrän käytön, katso esimerkki 5, jossa on saatu loistavat mekaaniset lujuusoiminaisuudet systeemissä, jossa oli ultrahienoja partikkeleita homogeenisesti jakautuneena LO tiiviisti pakkautuneessa sementtimatriisissa, mutta vähäisemmässä määrin kuin vastaavasti ultrahienojen partikkeleiden tiivispakkauksessa. Vaikkakin on tunnettua valmistaa tiettyjä tiiviitä materiaaleja ultrahienoista partikkeleista (silikapöly) ja hienosta, mutta helpmman kolloidisen käyt-15 täytymisen omaavasta sementistä kuin Portland-sementti, ks. edellä mainittua US-patenttia 4 111 711, ei ole tunnettua käyttää näiden materiaalien parannettuja ominaisuuksia useiden hyvin tärkeiden teknologisten etujen saavuttamiseksi. Näitä etuja ovat esim. parantunut kuitujen kiinnittyvyys, 20 parempi tiiviin, erittäin huokoisen materiaalin muovautuminen (kennobetoni), tai edut esijännitetyille rakenteille jne.

Tämän lisäksi muut keksinnön näkökohdat käsittävät menetel-25 miä, jotka sallivat myöskin sellaisten artikkeleiden tuottamisen, joita ei ole voitu valmistaa tunnetulla tekniikalla, ja menetelmiä, jotkam ahdollistavat tunnetun rakenteen omaa-vien artikkelien valmistuksen helpommalla tavalla kuin aikaisemmin tunnetut.

30

Lisäämällä ultrahienoja partikkeleita tiiviisti pakkautuneiden partikkelien väliin, esimerkiksi lisäämällä silika-par-tikkeleita, joiden ominaispinta-ala on 250 000 cm2/g sement-tipartikkeleiden väliin, sementtipartikkelien halkaisijan !5 ollessa n. 5 /im, saadaan aikaan rakenne, joka lisääntyvästi vastustaa sisäistä aineen siirtoa virtaussiirtymässä (kaasu tai neste) partikkeleiden välillä, ja aineen diffuusiota huokosnesteessä.

25 8 8 45 8

Sementti-silika-vesi-suspensioiden muovaamisen yhteydessä sisäinen nesteen siirto tuoreessa materiaalissa on ratkaisevan tärkeää. Viskoosia virtausta vastustava voima geometrisesti samanlaisten partikkelien systeemissä vaihtelee kään-5 täen verrannollisesti partikkelihalkaisijan neliöön.

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

Samanlainen vaikutus saadaan aikaan täyttämällä huokostila-15 vuus suurten partikkelien välissä ultrahienoilla partikkeleilla, koska pääasiallisesti huokosista aiheutuvien kanavien poikkipinnan dimensiot vastustavat virtausta.

Nämä seikat ovat hyvin tunnettuja ja on myöskin tunnetun 20 tekniikan mukaista vähentää nesteensiirtoa sementti/vesi- systeemissä lisäämällä nk. täyteainetta veteen, jona täyteaineena ovat ultrahienot polymeeripartikkelit kuten "Metho-cell".

‘25 Lukitsevien pintavoimien hallitsevan vaikutuksen takia ei normaalisti ole mahdollista yhdistää 1) hyvin tiiviin se-menttipakkauksen ja 2) ultrahienojen partikkelien käyttöä hyvin juoksevassa vesisuspensiossa.

30 Kuitenkin erittäin suurella tehonotkistimen lisäyksellä tämä on mahdollista. Täten voidaan valmistaa (tiiviisti pakkautuneita sementtipartikkeleita sisältävää) helposti juoksevaa sementtipastaa, laastia ja betonia, jotka sisältävät 10-30 tilavuus-% silikapölyä laskettuna sementistä ja silikapölys-35 tä vesi/sementti + silika -suhteen ollessa 0,15-0,20.

Tämä johtaa useisiin etuihin verrattuna tunnettuihin menetelmiin: 26 8 S 4 S' 8 1. Erittäin helposti juoksevien sementtituotteiden valmis taminen ilman bleeding-ilmiötä (nesteen erottumista).

Tunnetussa korkealaatuisen betonin ja laastin tuotantotek-5 nilkassa käytettäessä suhteellisen suuria annoksia tehonot-kistinta voidaan valmistaa helposti juoksevia massoja, joilla on alhainen vesi/sementti-suhde (esimerkiksi 0,25) . Massa kaadetaan muottiin, jossa se tiivistetään vetovoiman ja vaihtoehtoisesti myös mekaanisen tärinän vaikutuksessa. Kui-0 tenkin tämän prosessin aikana raskaampi sementti, hiekka ja kivipartikkelit pyrkivät järjestäytymään vielä tiiviimpään pakkaukseen samalla kun vesi kulkeutuu ylöspäin, syntyy ns. bleeding-ilmiö.

15 Tämän mukaisesti sellaisille tunnetuille systeemeille, joissa on suhteellisen suuria tehonotkistin-annoksia, käyttämällä hyvin tehokasta sementtidispersiota, merkittävä bleeding on normaalisti havaittavissa alhaisesta vesi/sementti-suhteesta huolimatta, varsinkin, jos prosessissa käytetään tä-20 rinää. Tämä ilmiö saattaa olla kriittinen esimerkiksi valettaessa betonitietä tehonotkistinta sisältävästä betonista, koska veden erottuminen johtaa pintalietteen suureen vesipitoisuuteen ja tämän vuoksi aikaansaa tien pinnan, jolla on huonompi laatu kuin aiotulla kulutuskerroksella. Sisäinen as bleeding-ilmiö on myöskin kriittistä valettaessa tehonotkistinta sisältävää vahvistettua betonia. Veden erottuminen saattaa tapahtua vahvikkeiden alapinnoilla, mikä heikentää vahvikkeiden kiinnittymistä ja alentaa kemiallista kestävyyttä.

30 Tämän keksinnön periaatteiden mukaisesti, lisäämällä ultra-hienoja partikkeleita, esimerkiksi 10-15 % silikapölyä, jolla on edellä mainittu partikkelikoko, tiiviisti pakkautuneiden sementtipartikkeleiden väliin ja käyttämällä suurta an-$5 nosta tehonotkistinta, saadaan aikaan bleeding-ilmiön voimakas viipymä, joka teoreettisesti vastaa 100-1000 kertaa hitaampaa veden liikkumista. Käytännössä tämä tarkoittaa sitä, että bleeding on vältetty, ottaen huomioon, että ke- 27 8 4 > 8 miallisen rakenteen muodostumisprosessi normaalisti alkaa ja etenee paljon nopeammin.

Toisin sanoen edellä mainittuja keksinnön periaatteita käy-5 tettäessä, yhdistettäessä suuria annoksia tehonotkistinta silikapölyn kanssa, on mahdollista tuottaa erittäin juoksevaa, korkealaatuista betonia, laastia ja sementtipastaa ilman bleeding-ilmiötä. Tämä on erittäin mielenkiintoista esijännitettyjen konstruktioiden yhteydessä, jossa edellä mai- 10 nittuja periaatteita voidaan käyttää korkealaatuisen, vettä erottamattoman, hyvin juoksevan injektiolaastin (ohuen savi-laastin) tuottamiseen, joka suojaa tehokkaasti esijännitettyjä vahvikkeita ja varmistaa erittäin hyvän mekaanisen kiinnittyvyyden kuten jäljenqpänä on paljon yksityiskohta!- 15 semmin selitetty.

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

20 Tiettyjen sementtituotteiden, esim. asbestisementtipaneelien valmistamisessa tunnettu viimeaikainen tekniikka on joko liukuvalutekniikka (jossa ylijäämäneste puristetaan ulos vesilietteestä suodattimien läpi, Magnani-prosessi, jossa puristus tapahtuu vakuumissa) tai korkeapaineinen märän jau-; 25 heen ruiskuvalu (johon perinteinen täyteaine (Methocell) on lisätty nesteen siirtymisen estämiseksi massan ulostulossa ja sen seurauksena olevan partikkelin sisäisen lukkiutumisen aiheuttaman systeemin blokkiutumisen estämiseksi).

30 Kun suuria määriä tehonotkistinta lisätään massaan yhdessä ultrahienojen partikkelien kanssa, on keksinnön mukaisesti mahdollista valmistaa tällaisia materiaaleja alhaisessa jännityskentässä yksinkertaisella valssausprosessilla tai ruiskuvalulla ilman nesteen siirtoa ympäristön kanssa.

Samalla kun näyttäisi mahdolliselta käyttää samanlaisia valssaus- tai ruiskuvaluprosesseja sementtimateriaaleille, joissa on mukana suuria määriä betonin tehonotkistinta mutta 35 28 38 4S8 ei tämän keksinnön mukaisia ultrahienoja partikkeleita, saattaisi tällaisilla materiaaleilla olla - vaikka ne mahdollisesti olisivat helposti juoksevia alhaisella vesi/jau-he-suhteella (mutta ei aivan niin alhaisella kuin ultra-5 hienojen, hyvin dispergoitujen partikkelien yhteydessä) - sementtipartikkeleiden suuretessa koosta johtuen merkittävä taipumus paikalliseen veden erkanemiseen jännitysvyöhykkees-sä, kuten valssauksessa ja ruiskuvalussa, mikä johtaa partikkelien blokkiutumiseen. Tämä on huomattu käytännössä la-LO boratorioekstruuderilla suoritetuissa kokeissa tehonotkis-tinta sisältävällä, hienorakeisella sementillä ja tehonot-kistinta sisältävällä tavallisella sementillä, jossa on lisänä sementtiä hienompaa, mutta edellä mainittua ultrahienoa silika-pölyä melkoisesti karkeampaa täyteainetta. Molemmissa '5 tapauksissa materiaali käyttäytyi hiekkamaisesti eikä sitä voitu blokkiutumisen takia ruiskuvalaa.

Keksinnön mukaisessa tehonotkistinta sisältävässä sementti-systeemissä, johon on lisätty ultrahienoa silikajauhetta, 20 veden erottumisen viive vastaa tekijää, joka on kertaluokkaa 100-1000 (laskettuna teoreettisista olosuhteista). Suuria määriä tehonotkistinta sisältävän sementtisilikamateriaalin ulkonäkö on valssauksen aikana sitkeän paksujuoksuista ja koossapysyvää, kun taas vastaava tehonotkistinta sisältävä 85 tuote, jossa ei ole ultrahienoa silikajauhetta, näyttää kit-kaiselta materiaalilta, jolla on taipumus paikalliseen veden erottumiseen, mikä johtaa valssauksen ja ruiskuvalun aikana partikkelien blokkiutumiseen.

i0 3. Helposti juoksevan, suuren sisäisen koherenttisuuden omaavien materiaalien valmistus:

Helposti juoksevat tehonotkistinta sisältävät sementtimate-riaalit, jotka sisältävät ultrahienoja silikapartikkeleita, S ovat eräs tämän keksinnön aspekteista ja osoittavat paljon parempaa sisäistä koherenttisuutta kuin vastaavat tehonotkistinta sisältävät helposti juoksevat sementtimateriaalit, joissa ei ole ultrahienoja silikapartikkeleita. Tämän usko- 29 o8 4>8 taan johtuvan siitä tosiasiasta, että paikallinen nesteen siirtyminen, mikä johtaa erottumiseen, on voimakkaasti vähentynyt materiaaleissa, joissa on ultrahienoja partikkeleita.

5

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

10 Tämä menetelmä on sinänsä tunnettu ja sitä on erityisesti kehitetty käyttämällä tehonotkistin-lisäaineita (ilman ult-rahienoa jauhetta). Käyttämällä ultrahienoa, hyvin disper-goitunutta silikäjauhetta tämän keksinnön mukaisesti proses-15 si on paljon mielenkiintoisempi ja tuo mukanaan vastaavasti laajentuneen potentiaalisen käyttöalueen.

Vastus sisäiseen nesteensiirtoon kasvaa karheiden partikkelien välisissä aukoissa olevien ultrahienojen partikkeleiden 20 pakkautumistiheyden myötä. Täten oletetaan, että fluidisoi- tuneet jauhemateriaalit, jotka käsittävät hyvin dispergoi-tunutta Portland-sementtiä (s - 4000 cm2/g) ja silikapölyä, osoittavat merkittävästi parempaa sisäistä koherenttisuutta, suurempaa vastusta sisäiseen nestevirtaukseen ja veden erot-.25 tumiseen, ja parempaa prosessoituvuutta levityksessä ja ruiskuvalussa silikapölypitoisuuksilla 20-30 tilavuus-% kuin 5-10 tilavuus-%:11a.

Muita tämän keksinnön mukaisia tärkeitä alueita ovat kuivu-'30 neen laastin kanava- ja murtumatäytteet.

Täytelaasti sisältää normaalisti sementtiä ja vettä ja tavallisesti lisäaineita sen suorituskyvyn parantamiseksi. Täytettäessä kanavia jälkijännitetyissä betonisissa rakenne-35 osissa, kaksi pääasiallista seikkaa on jänteiden korroosionesto ja esijännitetyn teräksen ja betonin välisen sidoksen ylläpito. Täytteenä käytettävän laastin tärkeimpiä ominai- 30 8 8 458 suuksia ovat sen pumpattavuus kanaviin, juoksevuus ja veden säilyttämiskyky (alhainen bleeding).

Juoksevuus on oleellisesti vesi/sementti-suhteen funktio.

5 Vesipitoisuuden alentuminen johtaa jäykempiin, juoksematto-mampiin seoksiin, minkä vaikutus on merkittävämpi pienillä vesi/sementti-suhteilla. Tavallisesti hyvän laastin vesi/se-mentti-suhde on välillä 0,35-0,50. On olemassa useita lisäaineita, kuten dispergoivia aineita, jotka tietyillä ve-10 si/sementti-suhteilla parantavat laastin juoksevuutta, tai vaihtoehtoisesti alentavat vesi/sementti-suhdetta tietyn juoksevuuden saavuttamiseksi, mutta niiden vaikutus muihin laastin ominaisuuksiin, varsinkin bleeding-ilmiöön, usein rajoittaa niiden käyttöä.

15

Ennen kuin täytelaasti kuivaa, vesi saattaa erottua seoksesta kiinteiden partikkelien ollessa vettä painavampia - mistä usein käytetään termiä "bleeding". Tämä saattaa mm. johtaa erittäin epäedullisiin vesisulkeutumiin esijännitetyn teräk-?.0 sen alapinnoille. Bleeding lisääntyy vesi/sementtisuhteen ja dispergoivan aineen määrän kasvaessa (esim. paljon betonin tehonotkistinta sisältävässä juoksevassa sementtipastassa, jossa vesi/sementti-suhde on 0,25, on merkittävä bleeding alhaisesta vesi/sementti-suhteesta huolimatta). On olemassa 25 anti-bleeding-lisäaineita, jotka aikaansaavat tiksotrooppi-sia seoksia, joissa ei käytännöllisesti katsoen ole bleeding- ilmiötä. Mikään niistä ei kuitenkaan tähän asti ole sopinut yhteen helpon juoksevuuden ja hyvin alhaisen vesi /sementti -suhteen kanssa. Edelleen useimmat näistä ovat 0 selluloosapohjaisia eettereitä, jotka alentavat lujuutta ja pidentävät kuivumisaikoja. Tämän keksinnön mukaisella laastilla (esimerkiksi sementti/silika-Mighty-laastilla, jossa vesi/sementti + silikapöly-suhde on 0,15-0,18) saavutetaan seuraavaa: 1) Paljon tiiviimpi ja vahvempi laasti kuin tähänastiset, joilla on lisäksi parempi kyky kiinnittää esijännitettyä 5 31 Ο δ 4 S' 8 terästä (todennäköisesti vastaten tekijää 4-10, ks. esim.

10) ja suojata terästä korroosiolta, 2) laastin ollessa erittäin pienestä vesi/jauhe-suhteesta 5 huolimatta helposti juoksevaa ja sopivaa pumpattavaksi kanaviin niiden täyttämiseksi käytännöllisesti katsoen ilman bleeding-ilmiötä, lisäaineiden (ultrahienojen epäorgaanisten partikkelien kuten silikapölyn ja betonin tehonotkistimen) olematta vahingollisia laastin kuivumiselle vaan päinvstoin 10 edullista, 3) aikaansaaden erittäin suuren nopeasti saavutettavan lujuuden.

15 Lisäksi sementtipastan hydraatiokutistuminen vesi/jauhe-suh teilla 0,15-0,20 on huomattavasti pienempi kuin sellaisten pastojen, joiden vesi/sementti-suhde on 0,35-0,50. Tämä tarkoittaa sitä, että laajenemista aikaansaavat lisäaineet, joita usein käytetään täytelaasteissa korvaamaan kutistumis-20 ta, eivät ole ollenkaan välttämättömiä.

Kanaviin ruiskutettu laasti jälkijännitetyn betonin yhteydessä ei tavallisesti sisällä karkeampia partikkeleita (hiekkaa), koska se heikentäisi massan virtausta. Keksinnön ‘.25 mukainen laasti voi perinteisten laastien tavoin olla ilman hiekkaa tai muita lisättyjä kappaleita. Kuitenkin keksinnön mukaisen virtaavan massan voimakkaasti parantunut koherenssi, käytännöllisesti katsoen ilman bleeding-ilmiötä, mahdollistaa hiekan lisäämisen laastiin saaden siinä aikaan vielä : 30 jäykemmän kovettumisen rakenteen samalla säilyttäen laastin helposti virtaavana. Tämä on esitetty kokeessa (esimerkki 11) , jossa juokseva, koherentti sementtisilikalaasti, joka sisältää hiekkaa (aina 4 mm partikkeleita), valettiin n. 2,5 metriä pitkään ja hyvin kapeaan kanavaan (18 mm halkaisija) 35 pääasiallisesti painovoiman avulla muodostaen siellä hyvin tiiviin rakenteen.

32 2S4S8

Hyvin samalla tavalla keksintö mahdollistaa huomattavasti paremman esipakatun betonin valmistamisen (jossa etukäteen asetettujen kivien aukot täytettiin juoksevalla laastilla). Tämän keksinnön mukaisen, vettä erottamattoman, hyvin juok-5 sevan laastin aikaansaamat parannukset voidaan hyödyntää sekä kuivavalussa että vedenalaisessa valussa.

On huomattava, että vaikka tehonotkistimen määrä on määritelty toteamalla ehdot, joiden tulee olla täytetty, jotta iO määrä on riittävä dispergoimaan partikkelit alhaisessa jän-nityskentässä (mikä ilmaistaessa toisella tavalla osoittaa tehonotkistimen erittäin suuren määrän käyttöä), tämä ei tarkoita, että yhdistelmämateriaalia on välttämättä käytettävä alhaisessa jännitystilassa, sitä voidaan käyttää myös 15 suuremmassa jännitystilassa. Artikkelit, joissa on tiiviisti pakkautuneita superhienoja partikkeleita, saadaan edellä kuvatun tyyppisistä yhdistelmämateriaaleista, joissa partikkelit A ovat siinä tilavuudessa, joka olennaisesti vastaa tiivispakkausta, ja täyttävät partikkeleiden B välisen au-20 kon, kun partikkelit B ovat tiiviisti pakkautuneet.

Tehonotkistinta on sellainen määrä, joka sallii partikkeleiden A tiivispakkauksen alhaisessa, alle 5 kg/cm2, mieluummin alle 100 g/cm2, jännitystilassa ja tehonotkistimen ideaali-25 nen määrä vastaa oleellisesti sitä määrää joka täysin peittää partikkelien A pinnan. Kuviossa 2 on esitetty ultra-hienoja silikapartikkeleita, joita peittää kerros tehonotkistinta "Mighty", jonka koostumus on kuvattu alla. Oletettaessa, että tehonotkistin on absorboitunut tasaiseksi ker-10 rokseksi silikapallojen pinnalle laskettu paksuus verrattuna myös nyt tehtyihin kokeisiin, oli 25-41 Ä, mikä vastaa 14-23 prosentin tilavuutta palloista laskettuna. On myös huomattava, että tehonotkistimen ylimäärä (joka jää yli peitettyään ultrahienojen partikkelien pinnan) ei ole edullinen ja käyt-15 tää liian paljon tilaa yhdistelmäraateriaalissa.

33 Sε4> 8

Mitä tahansa betonin tehonotkistinta, joka riittävästi dis-pergoi systeemiä alhaisessa jännitystilassa, voidaan käyttää keksinnön mukaisessa menetelmässä.

5 Kokeissa käytetty ja esimerkeissä kuvattu betonin tehonot- kistin, jota käytetään arvokkaiden tulosten saamiseksi Port-land-sementtipojaisissa systeemeissä, käsittää korkeasti kondensoidun naftaleenisulfonihappo/formaldehydikondensaatin alkali- ja maa-alkalimetallisuoloja, varsinkin natrium- ja 10 kalsiumsuoloja. Kondensaatti käsittää tyypillisesti yli 70-painoprosenttisesti molekyylejä, joissa on 7 tai useampia naftaleeniytimiä. Tämän tyyppistä kaupallista tuotetta "Mighty" valmistaa Kao Soap Company, Ltd., Tokio, Japani. Keksinnön mukaisissa Portland-sementtipohjaista silikapölyä 15 sisältävissä yhdistelmämateriaaleissa tämän tyyppistä betonin tehonotkistinta käytetään 1-4 paino-%, etenkin 2-4 pai-no-%, laskettuna Portland-sementin ja silikapölyn kokonaismäärästä. Tämän tyyppiset yhdistelmämateriaalit sisältävät usein hienoja lisäpartikkeleita, joilla on sopiva koko ja 20 kokojakautuma yhdessä Portland-sementtipartikkelien kanssa, kuten esimerkiksi hienoa hiekkaa, lentotuhkaa, liitujauhoa, aikaansaamaan vieläpä tiiviimmän, binäärisen partikkeleista B muodostuneen rakenteen edellä mainittujen periaatteiden mukaisesti.

/ . 25

Kun yhdistelmämateriaali sisältää lisäkappaleita C, jotka eivät ole hiekkaa tai kiviä, sillä on ainutlaatuiset muovau-tumis- ja työstettävyysominaisuudet, kuten edellä ja myöhemmissä esimerkeissä kuvataan, sekä hyvät ominaisuudet liitty-; 30 en helppoon kiinnittyvyyteensä ja sen jälkeiseen lopullises sa muodossaan erittäin tehokkaaseen kaikenlaisen lisätyn materiaalin mikrolukitsemiseen ja mikroverhoamiseen, sillä näyttää olevan ainutlaatuisen edullisia ominaisuuksia, joita ei aikaisemmin ole raportoitu tai osoitettu millekään mate-'35 riaalille.

Erittäin mielenkiintoisia uusia keksinnön mukaisia yhdistel-mämateriaaleja ovat Portland-sementtiin pohjautuvat materi- 34 88 498 aalit, jotka sisältävät lisäkappaleina seuraavia: polysty-reeni polystyreenihelmet mukaanlukien, paisutettu savi, ontot lasikappaleet lasipallot mukaanlukien, paisutettu savi-kivi, perliitti, luonnollinen kevyt betonin täyteaine, kaa-5 sukuplat, kuidut mukaanlukien metallikuidut kuten teräs-kuidut, muovikuidut, lasikuidut, Kevlar-kuidut, asbesti -kuidut, selluloosakuidut, mineraalikuidut, korkeaa lämpötilaa kestävät kuidut ja whiskerit. Sisältäen epäorgaanisia ei-metallisia v/hiskerejä, kuten grafiitti, A1203- ja metalli-10 siä whiskerejä, kuten rauta-whiskerejä, raskaita komponentteja kuten baryytti- tai lyijy- tai lyijypitoisia mineraaleja ja vetypitoisia komponentteja kuten onttoja vedellä täyttyneitä partikkeleita. Yhdistelmämateriaali on Portland-se-mentti-perustainen, so. sisältää vähintään 20 paino-% Port-15 land-sementtipartikkeleita partikkeleina B ja siihen voidaan sisällyttää hiekkaa ja/tai kiveä yksittäisinä lisäkappaleina, jolloin tuloksena on tärkeä uusi laasti- ja betoniyhdis-telmämateriaali.

>0 Tämän keksinnön tärkeimpiä yhdistelmämateriaaleja ovat ne materiaalit, joissa partikkelit A ovat silikapölypartikke-leita ominaispinta-alaltaan noin 50 000-2 000 000 cm2/g, erityisesti noin 250 000 cm2/g ja partikkelit B sisältävät vähintään 50 paino-% Portland-sementtiä. Näissä yhdistelmä-25 materiaaleissa betonin tehonotkistin aiheuttaa suuressa määrin edellä määritellyn dispergoivan vaikutuksen.

Edellä käsiteltyjen periaatteiden mukaisesti yhdistelmältä -teriaalilla, jota käytetään tämän keksinnön mukaisiin tuotto teisiin, on hyvin alhainen suhde veden ja sementin sekä mahdollisten muiden partikkeleiden B + silikapöly välillä tämän painosuhteen ollessa 0,12-0,30, edullisesti 0,12-0,20, ja silikapölyä on mukana 10-30 tilavuus-% partikkeleiden A ja B yhteistilavuudesta.

J5 Tämän keksinnön erityisaspektin mukaisesti yhdistelmämateri-aalia pakataan ja kuljetetaan kuivana jauheena ja veden lisäys tehdään työmaalla. Täten tehonotkistin on kuivassa ti- 35 88498 lassa yhdistelmämateriaalissa. Tällainen yhdistelmämateriaa-li tarjoaa sen edun, että se voidaan tarkasti punnita ja sekoittaa valmistajan toimesta - lopullinen käyttäjä vain lisää vettä määrätyn määrän ja sekoittaa ohjeen mukaisesti, 5 so. esimerkissä 2 kuvatulla tavalla. Tätä keksinnön aspektia voidaan luonnehtia yhdistelmämateriaaliksi, josta valmistetaan muotokappaleita (käsittäen sellaiset muotokappaleet kuten kanavatäytteet jne., edellä olevan mukaisesti).

10 Myöskin keksinnön mukaisen menetelmän yhteydessä edellä määritelty alhainen jännitystila määrää käytettävän tehonotkis-timen määrän eikä välttämättä tarkoita sitä, että prosessi itse asiassa on suoritettu alhaisessa jännitystilassa. Kuitenkin se, että prosessi voidaan suorittaa alhaisessa jänni-15 tystilassa on yksi sen eduista. Massan muotoilusssa käytetään jännitystilana: massaan vaikuttavaa painovoimaa kuten pehmeän massan itselevittymistä, ulkopuolisia massaan vaikuttavia voimia kuten keskipakoisvalussa, tai kontaktivoimia kuten painetiivistyksessä, valssauksessa tai ruiskuvalussa, 20 tai kahden tai useamman edellä mainitun voiman samanaikaista vaikutusta kuten yhdistetyssä tärinässä ja painetiivistyksessä.

Myöskin tärinää taajuudella 0,1-106 Hz voidaan käyttää mas-25 san muovaamisessa, värähtelevien voimien ollessa edellä mainitun tyyppisiä, kuten mekaanisen tai hydraulisen vibraatto-rin aiheuttamat voimat. Tällaisia värähteleviä voimia voidaan myöskin yhdistää värähtelemättömiin voimiin kuten yhdistetyssä tärinä- ja painetiivistyksessä.

30

Tehonotkistin lisätään usein yhdessä veden kanssa ts. te-honotkistin lisätään vesiliuoksenaan. Mutta on myöskin keksinnön mukaista lisätä vesi yksinään ja tehonotkistin veden kanssa sekoitusprosessissa. On tyypillistä, että edellä ku-35 vatunlaisella seoksella on hyvin "kuiva" ulkomuoto sekoitus-vaiheen aikana kunnes se muuttuu paksujuoksuiseksi plastiseksi massaksi. Tämä "kuivuus" johtuu alhaisesta nestepitoi-suudesta.

36 3 8 4x8

Keksinnön mukaisten muotokappaleiden valmistustekniikan täytyy soveltua luonnollisesti tietyn tyyppisille kysymyksessä oleville yhdistelmämateriaaleille ja tietyn tyyppisille muotokappaleille. On kuitenkin olemassa joitakin yleisiä tren-5 dejä: 1) Matriisin jauheiden (partikkelit A ja B) pitäisi mielellään olla niin disperssejä kuin mahdollista ennen kuin ne sekoitetaan massaksi. Jos partikkelit eivät kuivassa tilassa 10 ole riittävän disperssejä, esim. partikkelit A ovat aggregaatteina, on sovellettava jonkinlaista hajotusta kuten jauhamista.

2) Sekoituksen täytyy varmistaa homogeeninen kiinteiden 15 partikkelien A ja B keskinäinen jakautuminen. Tämä voidaan saada aikaan kuivalla sekoituksella tai märällä sekoituksella, jossa nesteen ja partikkelien A tai B esisekoite on suoritettu vastaavasti jäljellä olevan partikkelityypin kanssa. Tämä sekoitusvaihe voidaan suorittaa lisäkappaleiden C kans-20 sa tai ilman niitä. Esimerkeissä, jotka pääasiallisesti käsittelevät Portland-sementti-silikapölysysteemejä, käytetään kuivasekoitustekniikkaa. Betonia ja laastia koskevissa esimerkeissä lisätään hiekkaa ja kiviä kuivaan seokseen.

25 3) Nesteen lisääminen, joko kuivasekoitettuun jauheeseen (partikkelit A + B) tai partikkeleihin A tai B esisekoitet-taessa kohdassa 2) kuvattua märkää lietettä, voidaan tehdä joko lisäämällä jauhe nesteeseen (mieluummin voimakkaasti sekoittaen) tai neste jauheeseen (mieluummin voimakkaasti 30 sekoittaen). Se, mitä menetelmää käytetään, riippuu kokemuksista. Kuitenkin nykyisin uskotaan, että valmistettaessa suhteellisen helposti juoksevaa massaa hyvin disperssistä jauheesta helpoin tapa on suorittaa sekoitus lisäämällä dis-perssi jauhe sekoitettuun nesteeseen, tällöin vältetään nes-35 te-meniscuksen syntyminen partikkelien väliin, joka tapahtuisi vastakkaisissa prosesseissa, joissa jauheeseen lisätään pieniä määriä nestettä. Toisaalta, kun sekoitettuun nesteeseen lisätään huonosti disperssi ultrahieno jauhe, se 37 d 3 4 S 8 ei mahdollisesti hajoa riittävästi sekoituksen vaikutuksesta, vaikkakin tehonotkistinta käytettäisiin lisänä. Tässä tapauksessa nesteen lisääminen jauheeseen voimakkaasti muokaten on edullisempaa, koska muokkaaminen tehonotkistimen 5 mukana ollessa aiheuttaisi erittäin merkittävän dispergoivan vaikutuksen. Esimerkeissä (jotka pääasiallisesti perustuvat Portland-sementti + silikapölyyn) sovellettiin nesteen lisäämistä jauheeseen muokkauksen/sekoituksen aikana (melko kohtuullisella leikkausjännityksellä, joka on n. 100 - 1000 10 g/cm2. Useimmille juokseville materiaaleille (laasti ja sementti vesi/(sementti + silikä)-painosuhteen ollessa 0,18-0,20) uskotaan vastakkaisen tekniikan soveltuvan yhtä hyvin. Jäykemmille seoksille (kuituja sisältäville ruiskuvalupas-töille, joiden vesi/(sementti + silika)-painosuhde on 0,13-15 0,15, vastakkaisen tekniikan ei uskota soveltuvan ollenkaan; näissä tapauksissa sekoituksen tärkeä osa tapahtuu ekstruu-derissa, jossa suhteellisen suuri muokkautuminen tapahtuu (alueella 1 kg/cm2) .

20 4) Tehonotkistinta ei välttämättä tarvitse lisätä liuokse na nesteeseen (se saatetaan lisätä sekoitettuna kuivana partikkelien A ja B kanssa). Joissakin systeemeissä on edullista kostuttaa partikkelien pinta osalla nestettä ennen tehonotkistinta sisältävän liuoksen lisäämistä, niin kuin tun-'25 netussa tekniikassa on suositeltu tehonotkistinta sisältäville Portland-sementti-suspensioille. Näin tehtiin myöskin esimerkeissä kuvatuissa sementti-silikakokeissa, lukuunottamatta esimerkkiä 11. On kuitenkin huomattava, että hyvin tiiviin märän seoksen sekoitusaika saattaa olla merkittäväs-30 ti pidentynyt verrattuna perinteiseen sekoitukseen. Näin on varsinkin suhteellisen jäykille seoksille (ruiskuvalettu pasta vesi/(sementti + silikkapöly)-suhteella 0,13-0,15, ks. esimerkki 2) ja keskijäykille seoksille vesi/(sementti + silikapöly)-suhteella 0,15-0,16, esim. 3 ja 9), jolloin se-35 koitusajat ovat vastaavasti 5 ja 15 minuuttia, ja oli välttämätöntä muuttaa koostumusta melkein kuivasta massasta vas-tavasti tahmeaksi, ja juoksevaksi ja virtaavaksi massaksi. Betonille, jonka vesi/(sementti + silika)-suhde on 0,18, 38 t'' 8 4 > δ sekoitusaika myöskin pitenee, mutta ei yhtä mainittavasti kuin hyvin alhaisilla vesi/jauhesuhde-systeemeillä. On uskottavaa, että tehonotkistimen molekyylien paikallinen siirtyminen tiiviisti pakkautuneiden kiinteiden partikkelien 5 pintaan ja pintojen välillä on prosessissa aikaa kuluttava tekijä (tämän siirtymisen ollessa sitä vaikeampi mitä pienempi on vesi/jauhe-suhde). Materiaalin koostumus on hyvin herkkä nesteen määrälle. Siten hyvin pieni nesteen lisäys saattaa muuttaa koostumuksen jäykästä tahnamaisesta helposti LO juoksevaan. Tehonotkistinta sisältävässä sementti-silika-kaseoksessa tämä muutos saavutetaan muuttamalla vesi/(sementti + silikapöly)-suhdetta 0,14:stä 0,18:aan.

Tehonotkistimen lisääminen kuivana jauheena kuivaan seokseen 15 ennen veden lisäystä näyttää olevan yhtä arvokas menetelmä keksinnön mukaisen valumassan valmistamisessa. Tämä on demonstroitu esimerkissä 11, jossa tätä proseduuria käytettiin, jolloin tuloksena oli oleellisesti samalla tavalla virtaava ja samannäköinen laasti kuin tehtäessä lähes sa-20 moista komponenteista, mutta sekoitettuna edellä kuvatulla tavalla lisäämällä tehonotkistinta liuoksena esisekoitettuun seokseen (ks. esimerkki 9, seos n:o 1).

Mille tahansa erityiselle systeemille on olemassa kyllästys-25 taso tehonotkistimen suhteen, jonka yläpuolella tehonotkistimen lisäämisestä ei ole mitään hyötyä. Tämä kyllästyspiste kasvaa vesi/sementti + silikapöly-suhteen laskiessa. Tämän tason yläpuolella materiaali ei ole herkkä tehonotkistimen määrälle.

LO

5) Kappaleiden C lisäys voidaan tehdä missä suoritusvaiheessa tahansa, kuten kuivasekoituksessa tai märkäsekoitukeen jälkeen jne. Tekniikka, jota suositellaan käytettäväksi erityisissä tapauksissa, on riippuvainen lisäkappaleiden C L'j luonteesta ja on käytännön sanelema. Betonin ja laastin ollessa kyseessä on tärkeää taata lisätyn hiekan ja kiven suhteellisen tiivis pakkautuminen, jotta taattaisiin suhteellisen pienen aukon muodostuminen, joka on täytettävä tämän 39 o 8 4 S 8 keksinnön mukaisella tiivillä sidematriisilla. Mikäli lisätään hienoja kuituja, tavanomaista tekniikkaa, kuten täris-tyssekoitusta, lapiosekoitusta ja vaivaussekoitusta voidaan soveltaa. Lisättäessä jatkuvia kuituja tai lankoja tai "esi-5 jännitettyjä" kuituja kuten kuituverkkoja tai kudoksia tunnetun tekniikan mukaisesti, arvokas kuitujen suuntaus ja järjestyminen on saatavissa. Aivan yleisesti, samaa tekniikkaa voidaan käyttää lisäkappaleiden liittämisessä keksinnön mukaisissa matriiseissa kuin tunnetuissa matriiseis-10 sa, mutta partikkelien välisten huomattavien lukkiutuvien pintavoimien takia on yleisesti ottaen helpompaa saada tehokas liittyminen.

6) Valaminen, mukaan lukien tiivistäminen, voidaan toteut-15 taa alhaisessa jännitystilassa, kuten edellä on mainittu.

Tämä uudentyyppinen materiaali sopii siirrettäväksi pumppaamalla johtuen siitä, ettei vesi erotu, ja massan paksujuok-suisuusominaisuuksista. Koska valumassa sisältää kuitenkin erityisiä aineita, joissa ei ole tosiasiassa yksittäisten 20 partikkeleiden välillä lukkiuttavia pintavoimia, täristyk-sellä - erityisesti korkeataajuisella täristyksellä - voidaan myötävaikuttaa valamiseen, koska vierekkäisten partikkelien sijainnin molemminpuolinen värähtely helpottaa merkittävästi virtausta.

'.25 7) Keksinnön mukaisten materiaalien kovettaminen eroaa vastaavien vähemmän tiiviisti pakkautuneista matriiseista valmistettujen artikkelien kovettamisesta kahdessa suhteessa: 30

Ensinnäkin, koska rakenne on tiiviimmin pakkautunut, kovettuminen on nopeampaa (nopeammin saavutettu lujuus). Toiseksi, kovettumiseen voidaan vaikuttaa melko suurella määrällä tehonotkistinta, mikä on välttämätön spesifisen rakenteen 35 saavuttamiseksi. Portland-sementti-silika-Mighty-systeemissä saavutettiin nopea lujuus, mutta samalla havaittiin melkoinen kovettumisen viivästyminen (4-8 tuntia). Varsinaiselle Portland-sementti-silika-Mighty-systeemille on osoitettu, 40 8 8 4 9 8 kuten olisi voitu olettaa odotetusti muodostuneen kalsiumsi-likaattihydraattirakenteen perusteella, että erittäin hyvä laatu voidaan saada suorittamalla kovettaminen 20°C, 80°C tai 200°C:ssa (autoklaavissa), mikä tarkoittaa sitä, että 5 uutta matriisia voidaan käyttää perinteisessä matalalämpöti-laisessa kovetuksessa, lämpökovetuksessa ja autoklaavikäsit-telyssä. Lämpökovetus (joka normaali betonissa johtaa hieman pienempään lujuuteen kuin matalalämpötilaisessa kovetuksessa) todennäköisesti näyttää olevan lupaavin kovetustekniikka 10 keksinnön mukaiselle materiaalille.

Edellä esitetyn mukaisesti prosessissa mukana olevan nesteen tilavuus on edullisesti sellainen, että sitä ei oleellisesti poistu massasta muovauksen aikana, mikä johtaa useisiin 15 etuihin verrattuna tunnettuun prosessiin, jossa nestettä (tyypillisesti vettä) poistuu lietteestä muovausprosessin aikana, tyypillisesti jonkinlaisen suodatuspuristusoperaati-on aikana.

20 Samalla kun keksinnön mukaisen prosessin voidaan sanoa olevan täysin uutta teknologiaa, sitä voidaan pitää myöskin olemassa olevan teknologian arvokkaana modifiointina. Esimerkiksi valmistettaessa kuitusementtituotteitä Magnani-pro-sessin mukaisesti, muovaus (laimeasta sementti/kuitu/vesi-25 lietteestä) suoritetaan valssauksella samanaikaisesti imien poistuvaa vettä. Lisättäessä ultrahienoja partikkeleita ja erittäin suuria määriä tehonotkistinta prosessoituvaan massaan tämän keksinnön periaatteiden mukaisesti, näitä tunnettuja teknologioita voidaan modifioida aikaansaamaan ruisku-30 valulla tai valssauksella muovauspaineessa aina 100 kg/cm2, (vieläpä tiiviimpi) materiaali paksujuoksuisesta/plastisesta massasta, jolla jo on lopullinen alhainen vesipitoisuus niin, että käytännöllisesti katsoen vettä ei poistu massasta muovausprosessin aikana, ja tämän vuoksi imujärjestelyjä ei 35 tarvita.

Kuten edellä on osoitettu, lisäkappaleet C voidaan yhdistää useissa prosessin vaiheissa, ja nämä lisäkappaleet C ovat 41 ^ B 4 s e erityyppisiä kuten edellä olevassa tekstissä on laajasti kerrottu, ainoan rajoituksen ollessa tietenkin se, että jonkin tyyppiset lisäkappaleet kuten vahvikesauvat ja jänteet esijännitetyssä betonissa voidaan yhdistää ainoastaan valu-5 vaiheen aikana eikä aikaisemmassa vaiheessa.

Ainutlaatuisesti parantuneet mahdollisuudet vedenalaisiin konstruktioihin käsittävät keksinnön mukaisen sementtipas-tan, laastin tai betonin valamisen koherentin massan muodos-10 sa nesteeseen, tyypillisesti merivedessä, satamissa ja järvissä, antaen massan korvata osan nesteestä ja asettua kohe-rentiksi massaksi.

Muut mahdollisuudet käyttää hyväksi massan, aina paksujuok-15 suisesta plastiseen, erinomaista muovautuvuutta, on muovata artikkelit ruiskuttamalla, maalaamalla tai harjaamalla kerros toisten artikkelien pinnoille tai muovata artikkeli kerros kerrokselta, injektoimalla tai yksinkertaisesti käsin levittämällä massakerros pinnalle ja tekemällä kerros pinnan 20 muotoiseksi. Keskipakoisvalutekniikka on toinen mielenkiintoinen muovausmenetelmä keksinnön mukaisen prosessin yhteydessä.

Täten voidaan käsittää, että tämä keksintö kattaa laajan i .25 potentiaalisen sovellutusalueen lähtien tapauksista, joissa suhteellisen pienet määrät superhienoja partikkeleita ja riitävä määrä tehonotkistinta yhdessä tuottavat olemassa olevan teknologian merkittävän parantumisen saavuttaen edellä todetut edut, jotka ovat sidoksissa selitykseen ultra-:30 hienojen partikkelien homogeenisesta jakautumisesta, tapauksiin, joissa saadaan tiivispakkautuminen sekä ultrahienojen että B-partikkelien välillä, tuloksena täysin uudentyyppisiä materiaaleja, joilla on ainutlaatuliset ominaisuudet.

35 Mikäli ultrahienojen partikkeleiden tulee pakkautua tiiviis ti tämän keksinnön mukaisissa rakenteissa, ne ovat edulli sesti kooltaan 200 Ä - 0,5 μπι.

42 3 8 4 98

Ultrahienot partikkelit esimerkissä 5 olivat Si02-partikkeleita, jotka ovat muodostuneet höyryfaasista (metallisen piin valmistuksen yhteydessä sänköuunissa). Myös muita uit* rahienoja Si02-pitoisia partikkeleita voidaan käyttää, kuten 5 partikkeleita, jotka on valmistettu muussa höyryfaasiproses-sissa, kuten pii-tetrakloridin ja maakaasun poltossa, jota käytetään suolahapon ja piioksidihöyryn muodostamiseen, tai partikkeleilla, jotka on valmistettu suoloina neutraloitaessa natriumsilikaattia dialyysillä, elektrolyysillä tai Ιοί. 0 ninvaihdolla, R.K. Her (Surface and Colloid Science, editor Egon Matijeviec, 1973, John Wiley & Sons) antaa kaupallisista silikasooleista luettelon: "Ludox", "Syton", "Nalcoag", "Cab-O-Sil", "Syloid", "Santocell", "Aerosil", "Quso".

15 Tämän hakemuksen selityksessä ja vaatimuksissa tarkoittaa termi Portland-sementti mainittua sementtiä sellaisena kuin se on määritelty ASTM C 150 mukaisesti, jolloin se sisältää tavallisen Portland-sementin, nopeasti kovettuvan Portland-sementin, sulfaatteja kestävän Portland-sementin, alhaisen 20 lämpötilan Portland-sementin jne.

Keksintöä valaistaan lisäksi seuraavin esimerkein:

Esimerkeissä käytetyt materiaalit olivat seuraavat: 25

Portland-sementti: Ominaispinta-ala (Blaine) n. 3300 cm2/g (Portland-pohjainen 5,78). Tiheys 3,12 g/cm3 30 Valkoinen Portland- Ominaispinta-ala (Blaine) 4380 sementti: cm2/g. Tiheys (oletettu) 3,15 g/cm3

Valkoinen Portland- Ominaispinta-ala (Blaine) 8745 sementti (uitrahieno): cm2/g. Tiheys (oletettu) 3,15 g/cm3 E-sementti: Erittäin karkea Portland-sementti

Ominaispinta-ala (Blaine) n. 2400 cm2/g 35 43 6 8 4 9 8

Alumiinipitoinen Ominaispinta-ala (Blaine) 3630 sementti SECAR 71: cm2/g. Tiheys 2,97 g/cm3

Silikapöly: Hieno pallomainen Si02-pitoinen 5 poly. Ominaispinta-ala (määritetty BET-tekniikalla) n. 250 000 cm2/g, vastaten partikkelin keskihalkaisi-jaa 0,1 μπι. Tiheys 2,22 g/cm3 10 Voimalaitoksen lento- Hienot pallomaiset partikkelit, tuhka (0007): joista osa on onttoja. Ominaispin ta-ala (Blaine) 5255 cm2/g. Tiheys n. 2,4 g/cm3 15 MICRODAN 5: Hieno liitujauhe (keskihalkaisija n. 2 μιη, tiheys 2,72 g/cm3

Kvartsihiekka: Tiheys 2,63 g/cm3 20 Kvartsihiekka, hienoksi Ominaispinta-ala (Blaine) 5016 jauhettu: cm2/g. Tiheys 2,65 g/cm3

Mighty: Nk. betonin tehonotkistin, nafta- leenisulfonihappo/formaldehydi-kon-.".25 densaatin korkeasti kondensoitunut natriumsuola, josta tyypillisesti yli 70 tr muodostuu molekyyleistä, jotka sisältävät 7 tai useamman naftaleeniytimen. Tiheys n. 1,6 30 g/cm3. Saatavana joko kiinteänä jauheena tai vesiliuoksena (42 pai-no-% Mightyä, 58 paino-% vettä)

Teräskuidut: Wirex-Stahlfaser, halkaisija 0,4 35 mm, pituus 25 mm. Tiheys 7,8 g/cm3

Vesi: Tavallinen vesijohtovesi m 88498

Polypropyleenikuidut: Kuidut valmistettu esimerkissä l kuvatulla tavalla.

Esimerkki 1 5 Svlinterimäisten betonisten näytekappaleiden valmistus närästä betonista, johon on sekoitettu silikap61vä/sementtiä Betonikappaleet valmistettiin kolmena 35 litran panoksena, joilla kullakin oli seuraava koostumus: LO per annos per m3 (gramma)_(ka)_(litra)

Silikapöly 4655 133 60,5

Portland-sementti 14000 400 128,2

Kvartsihiekka (1/4-1 mm) 4935 141 53,4 15 Kvartsihiekka (1-4 mm) 19810 566 214,4

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

Vesi 3500 100 100 2 0

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

Kommentteja edellä kuvatusta kokoonpanosta: 25

Sideaineen tiiviin pakkautumisen aikaansaamiseksi käytettiin n. 32 tilavuus-% hienoa jauhetta (silikapölyä) ja n. 68 ti-lavuus-% karkeaa jauhetta (Portland-sementtiä). Sideaineen liukenemisen välttämiseksi käytettiin suhteellisen karkeata, 30 yli 1/4 mm:n hiekkaa. Karkean materiaalin yhteydessä käytettiin hyväksi tietyn partikkelivälin puuttumista (koostumus ei sisältänyt materiaalia väliltä 4 ja 8 mm), ja suhde hiekan ja karkean materiaalin välillä sovitettiin siten, että minimisideainetilavuudella saatiin tiivis rakenne. Otettaes-35 sa huomioon tiivis pakkautuminen, sideaineen (Portland-sementti + silikapöly) määrä oli melko alhainen (533 kg/m3) , "Mightyn" lisäys aikaansai helposti erittäin pehmeän, helposti valettavan betonin, jolla on alhainen vesipitoisuus 45 8 8 45 8 (vesi/jauhe-suhde 0,19 paino-%). (Myöhemmät kokeet ovat osoittaneet, että veden määrä voidaan pitää melko pienenä valettavassa betonissa käytettäessä perinteistä vibraatio-tekniikkaa, esim. 80 1/m3 tässä esimerkissä käytetyn 100 1/m3 5 sijasta.)

Proseduuri oli seuraava:

Sekoitus: Karkeaa materiaalia, hiekkaa, sementtiä ja sili- 10 kapölyä sekoitettiin kuivana 50 litran sekoittajassa 5 min.

Sen jälkeen lisättiin osa vedestä (n. 2000 g koko 3500 grammasta) ja sekoitusta jatkettiin 5 min. Samanaikaisesti valmistettiin liuos 472,5 grammasta "Mighty"-jauhetta ja 1000 grammasta vettä täristämällä 5 min täristyssekoittajassa.

15 "Mighty"-liuos ja jäljellä oleva n. 500 g vettä lisättiin seokseen (loppu vesi käytettiin "Mighty"-liuosta sisältäneen astian pesuun sen varmistamiseksi, että koko "Mighty"-määrä tuli käytetyksi).

20 Tuore betoni: Betoni oli pehmeätä ja helpoisti työstettä vää. Betonin koostumus määrättiin mittaamalla levittymiskar-tio DIN 1048 Ausbreit-Mass, 20 cm kartio, halkaisija 13-20 cm). Levittymismitta oli 27-30 cm. Ensimmäisestä panoksesta mitattiin ilmapitoisuus (1,5 %).

'::\25

Valaminen: Jokaisesta panoksesta valettiin 16 betonisylin- teriä, joiden dimensiot mainittiin edellä. Koekappaleita tä-risteltiin 10-20 s tärinätasossa (50 Hz).

•30 Kovettaminen: Suljetut muotit upotettiin välittömästi ve teen. Jotkin koekappaleista kovetettiin 80°C:ssa vedessä, samalla kun osa koekappaleista kovetettiin osittain vedellä täytetyssä autoklaavissa 2l4°C:ssa ja 20 atmosfäärin paineessa, ja osa normaalilla tavalla vedessä 20°C:ssa.

Useita kovetusaikoja käytettiin. Ne koekappaleet, jotka kovetettiin vedessä 20°C:ssa, poistettiin muotista n. 24 tunnin jälkeen ja niiden tiheys määrättiin punnitsemalla ilmas- 35 46 3 8 498 sa ja veden alla, minkä jälkeen koekappaleet laitettiin takaisin veteen kovettumaan edelleen.

Lämpökuivatut koekappaleet poistettin vesikylvystä 20 tunnin 5 kuluttua ja jäähdytettiin n. tunnin ajan 20°C:ssa, minkä jälkeen ne poistettiin muoteista ja niiden tiheys määrättiin punnitsemalla vastaavasti ilmassa ja vedessä. Osalle koekappaleista tehtiin tämän jälkeen lujuustesti jne.

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

15

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

20

Seuraavassa taulukossa on esitetty lujuusarvot eri kovettu-misajoille.

Taulukko I

25

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

30 Kovettumis- Puristus- Koekappalei- Standardi- aika lujuus den lukumäärä poikkeama, päiviä_(MPa)_(MPa)_ 1 26,9 10 1,72 14 115,9 6 3,71 35 28 124,6 10 4,16 84 140,4 4 2,23 169 146,2 2 6,19 47 t> B 4 9 8 10 koekappaleesta, joita oli kovetettu 80°C:ssa vedessä 20 tuntia, määritettiin puristuslujuus. Määritetty keskimääräinen puristuslujuus oli 128 MPa.

5 Koekappaleella, jota käsiteltiin autoklaavissa n. 96 tuntia 2l4°C/20 atmosfäärissä, huomattiin olevan 140 MPa:n puristuslujuus.

Kaikkien näytteiden tiheys oli n 2500 kg/m3. Laskimet 10 osoittivat, että tämä arvo vastaa tiivispakkausta, jossa on alhainen ilmapitoisuus (todennäköisesti alle 1-2 %).

Vedellä 20°C:ssa kovetetuilla koekappaleilla äänen nopeus 011 n. 5,2 km/s, ja dynaaminen kimmomoduuli oli n. 68 000 15 MPa.

Koetulosten tarkastelu

Kokeet ja testitulokset osoittivat, että betonin veden tarve uudella sideainekombinaatiolla on hyvin alhainen (vesi/jau-20 hesuhde 0,19 paino-%), vaikkakin betoni oli helposti juoksevaa (sillä oli suuri putoavuus).

Kovetetun materiaalin mekaaniset ominaisuudet, varsinkin lujuus olivat paljon paremmat kuin tavanomaisella "superbe-25 tonilla", joka on valettu 600 kg:sta sementtiä ja tehonot-kistinlisäaineista.

Tietämän mukaan perinteisellä valu- ja kovetustekniikalla valmistetun betonin tähän asti suurin puristuslujuus on 30 120,6 MPa ja se on mitattu testisylintereillä, joilla on samat dimensiot kuin edellä ja jotka on valmistettu betonista, jolla vesi/sementti-suhde on 0,25, sementtipitoisuus on 512 kg/m3, "Mighty 150"-pitoisuus on 2,75 % laskettuna sementin painosta 0,42-prosenttisessa liuoksessa. Näytteitä ‘35 oli varastoitu vuosi ennen puristuslujuuden testausta.

(Kenichi Hattori, "Superplasticizers in Concrete, Voi I, Proceedings of an International Symphosium, pidetty Ottawas-sa, Kanadassa, 29-31 toukokuuta 1978, toimittanut V.M.

48 ό84$8

Malhhotra, E.E. Perry ja T.A. Wheat, Technology, Department of Energy, Minesand Resources, Ottawa, Kanada ja American Concrete Institute, Detroit, USA).

5 Esimerkki 2

Kuituvahvisteisten silikap61v/sementti-koekappaleiden valmistus .

Kuituvahvisteiset koekappaleet valmistettiin seuraavalla kokoonpano1la: 10

Koe n:o 1 2 3 _(paino-», kuivista lähtöaineista) 6 mm polypropyleeni- kuidut 2,2 3,0 3,0 (140 g) 15 Silikapöly 23,8 23,6 24,5 (1715 g) E-sementti 71,6 70,9 75,5 (5145 g)

Miohtv_2j_4_2-lA_ZjJ._(186 a)

Vesi/kuiva-aine- 0,157 0,157 0,13 (vesi 910 ml) suhde 20

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

Planetaarisen liikkeen omaavassa muokkauskoneessa sementtiä 25 ja silikapölyä sekoitettiin kuivana viisi minuuttia sekoi-tussiivellä.

Sen jälkeen suurin osa vedestä, joka ei muodosta osaa Mighty- liuoksesta, lisättiin, ja sekoitusta jatkettiin sekoitus-30 koukulla 5 min.

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

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

*5 49 ό 8 4 S 8

Saatu massa ruiskuvalettiin laboratorioekstruuderilla alle 2 kg/cm2 paineessa langoiksi, joiden poikkipinta-ala oli n. 4 x 1 cm.

5 Välittömästi ruiskuvalun jälkeen materiaali päällystettiin muovikalvolla. Noin tuntia myöhemmin ruiskuvaletut langat, jotka olivat 1-2 metriä pitkiä, leikattiin n. 20 cm pituuteen ja säilytettiin kosteassa laatikossa 20°C:ssa 24 tuntia. Sen jälkeen niitä varastoitiin usealla eri tavalla: 10 1) Varastointi vedessä 20°C:ssa / tai 100 % suhteellisessa kosteudessa 20°C:ssa.

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

15 3) Höyrykovetus 80°C:ssa 100 % suhteellisessa kosteudessa n. 24 tuntia.

4) Autoklaavikäsittely 130°C:ssa n. 48 tuntia kokeille l ja 20 2 ja 125°C:ssa 60 tuntia kokeelle 3.

Koestus

Useimmille näytteille tehtiin taivutuskoe, jossa koekappaleen käyryys määritettiin kuorman funktiona. Kokeessa käy-.25 tettiin 4-kohtaista kuormitusta, jossa käytettiin 19 cm:n tukietäisyyttä ja 10 cnun kuormitusetäisyyttä. Testauslaite oli deformaatiota kontrolloiva kone, ZWICK 1474.

Yksi koekappale kokeesta 1 ja toinen kokeesta 2 testattiin 30 puhtaassa jännityksessä mainitulla koneella. Voima/muodon-muutos-diagrammit rekisteröitiin.

Murtumapinnat tutkittiin elektronimikroskoopilla.

Koetulokset

Taulukossa σΜ tarkoittaa mahdollista maksimivetojännitystä taivutuksessa, jossa matriisi murtuu (epäjatkuvuuskohta jän- 35 50 a 3 45 8 nitys/rasitus-käyrässä). σΕ tarkoittaa muodollista maksimi-veto jännitystä maksimikuormalla. EM on matriisin kimmomoduuli ennen murtumista. στ tarkoittaa vetolujuutta.

5 Taulukko II

Koe 1 2 3 Lämpö- 20 80 130 20 80 130 20 125

LO tila, °C

Suhteel- 100 100 aut* 100 100 aut* vesi aut* linen kosteus, 15 % Päiviä 7 1 48h 7 1 48h 7 60h a^Pa 9,8 12,0 22,7 10,2 14,0 18,7 13,6 26,4 20 tfEMPa 18,1 19,0 27,6 16,2 19,0 24,1 21,4 26,4

EjjGPa 10,5 23,9 10,6 19,2 19,6 34,0 * = autoklaavikäsittely 25

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

35 Kuvio 4 on jännitys/rasitus-diagrammi koneen 1 mukaan valmistetulle koekappaleelle, jota kovetettiin 80°C:ssa päivä, ja esimerkin 2 mukaan tehdylle koekappaleelle, jota kovetettiin vastaavasti päivä 80°C:ssa. Materiaali oli hyvin jäyk- si 8 S 4 5 8 kää ennen matriisin murtumista. Sen jälkeen kuidut kannattavat kuormaa.

Kuvio 5 on elektronimikroskooppikuva yhden koekappaleen 5 30 μχα. paksun polypropyleenikuidun murtumapinnasta.

Yhtä kokeen 3 koekappaleista, joka oli kovetettu 7 päivää 20°C:ssa, kovetettiin edelleen oleellisesti samoissa olosuhteissa n. 3 viikkoa, minkä jälkeen siitä määritettiin jääty-10 vän veden määrä.

Määritys suoritettiin differentiaalikalorimetrillä, jossa koekappale jäähdytettiin -50°C:seen. Jäähtyvää vettä havaittiin vain vähän, nimittäin 5 mg/g koekappaletta, joka jäätyi 15 välillä -40 ja -45°C. Materiaalin, jolla oli sellaisia ominaisuuksia, täytyy osoittaa täydellistä vastustuskykyä pakkasta vastaan.

Esimerkki 3 20 Kokeet tehtiin useantyyppisillä täyteaineilla sen veden tarpeen määräämiseksi, joka on välttämätön saamaan nesteen plastiseksi koostumukseksi kovetettaessa massaa. Seuraavat neljä sarjaa suoritettiin: 25 1) Sementtilaastin valaminen silikapölyn kanssa.

2) Sementtilaastin valaminen saman tilavuuden kanssa (kuin silikapöly esimerkissä 1) suhteellisen hienoa liitujauhoa "Microdan 5", joka on jonkin verran hienompaa kuin sementti, 30 mutta ei yhtä hienoa kuin silikapöly.

3) Sementtilaasti ja samaa karkeutta olevan (koska täyteaine on itse asiassa Portland-sementtiä (referenssiseos)) täyteaineen (sama tilavuuskonsentraatio kuin täyteaineilla 1) 35 ja 2)) valaminen.

52 3 8 49 8 4) Samanlaisen seoksen valaminen kuin esimerkissä 1, paitsi että sillä on jonkin verran pehmeämpi koostumus ja se sisältää katkottuja teräskuituja 1-5 % tilavuuskonsentraatiosta.

5 Kaikissa sarjoissa käytettiin seuraavia tavallisia komponen- teja (annettu yhdelle panokselle; sarjassa 4) käytettiin suuruudeltaan kaksinkertaisia panoksia):

Kvartsihiekka: 1 - 4 mm 2763g 10 0,25 - 1 mm 1380 g 0 - 0,25 mm 693 g

Portland-sementti: 2706 g

Mighty (kuiva jauhe): 107 g 15 Seuraavat komponentit olivat erilaisia:

Saria 1 Täyteaine: silikapöly 645 g vesi*) (kokonais) 444 g

Saria 2 Täyteaine: Microdan 5 790 g vesi*) (kokonais) 620 g 20 Saria 3 Täyteaine: Portland-sementti 906 g vesi*) (kokonais) 720 g

Saria 4 Täyteaine: Silikapöly 645 g (pehmeämpi vesi*) (kokonais) 570 g laasti kuitu- Teräskuidut 250-500-1000-1242 g 25 lujitteisille tiilille) *) Veden määrä määrättiin suhteessa saman koostumuksen saa-30 miseen sekoituksessa ja valussa.

Mightyn määrä laskettuna sementin ja täyteaineen painosta oli seuraava: Sarja 1, 3,2 paino-%

Sarja 2, 3,1 paino-% 35 Sarja 3, 3,0 paino-%

Sarja 4, 3,2 paino-% 53 ö84S8

Sekoitus ia valu

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

2) Lisätään suurin osa vedestä, joka ei kuitenkaan muodosta osaa Mighty-liuoksesta. Noin 50 ml vettä säästetään myöhem- 10 pää käyttöä varten huuhteluvedeksi. Sekoitusta jatkettiin 5 min.

3) Mighty-liuoksen lisääminen (107 g Mightyä + 215 g vettä - tai sen monikerta, sekoitettiin ravistussekoittajalla) 15 ja sen jälkeen astian huuhtelu edellä mainitulla 50 ml :11a vettä sen varmistamiseksi, että kaikki Mighty tuli lisätyksi seokseen. Sekoitus n. 10 min.

Sarjojen 1, 2 ja 3 laastiseokset käyttäytyivät kuten erit-20 täin paksujuoksuinen neste ja ne valettiin sylinterimäisiin muotteihin standardi tärinätasossa (50 Hz). Valuaika oli n.

1 min. Koekappaleet (suljetuissa muoteissa) kovetettiin vedessä 20°C:ssa. Sarjan 4 laastiseokset (kaksinkertainen koko) olivat huomattavasti pehmeämpiä.

25

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

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

Seuraava taulukko antaa käsityksen pakkautumistiiviydestä useissa laasteissa: 35 54 8 8 45 8

Taulukko III

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

Koostumus plasti- plasti- plasti- pehmeä sesta sesta sesta paksu- paksu- paksu- juoksui- juoksui- juoksui- 10 seen seen seen (tilavuus-suhteet)

Neste*) 0,44 0,74 0,84 0,55

Kiinteä**) 15 aine

Neste*) 0,31 0,42 0,46 0,35

Kiinteä aine + neste 20

Kiinteä aine 0,69 0,58 0,54 0,65

Kiinteä aine + neste 25 Vesi x pw 0,12 0,17 0,20 0,16

Kiinteä aine x pc *) Mighty on liuenneena nesteeseen.

30 **) Kiinteä aine on sementtiä + täyteainetta.

pw = veden tiheys pc = sementin tiheys

Neste/kiinteäaine-tilavuussuhde vaihtelee 0,44:stä erittäin 35 hienolle silikapölylle 0,74:ään materiaalille, jossa on vain vähän sementtiä hienompaa täyteainetta ja aina 0,84:ään ver-tailulaastille, jossa täyteaine on sementtiä. Tämä sopii täydellisesti yhteen suurten partikkelisysteemien pakkautu-misesta saadun kokemuksen kanssa. Sama on ilmaistu toisessa 0 muodossa kahdella viimeisellä rivillä. On mielenkiintoista 55 8 8 4 S 8 huomata, että jos silikalla olisi sama tiheys kuin sementillä, olisi nk. vesi/sementti-suhde (veden ja sementin välinen painosuhde) silika-sementti-systeemissä niin alhainen kuin 0,12 vastaten suhdetta 0,20 puhtaalle sementille huolimatta 5 siitä seikasta, että tämä tilavuus (0,20) on erittäin pieni ja mahdollinen vain suurten tehonotkistin-annosten avulla. Tiheysmittaukset osoittavat, että laastit edellä kuvatuissa kokeissa olivat tiiviisti pakkautuneita ilman, että mukana on merkittävästi ilmaa (~ 1,2 %). Seuraavat tiheydet havait-10 tiin:

Sarja 1 Silikapöly 2446 kg/m3

Sarja 2 Microdan 5 2424 kg/m3

Sarja 3 Sementti 2428 kg/m3 15 Sarja 4 Silikapöly + 1 % teräskuitua 2449 kg/m3 2 % " 2484 kg/m3 4 % " 2619 kg/m3 n. 5 % " 2665 kg/m3 20 Mightyn määrä edellä mainituissa materiaaleissa on korkea kuten ilmenee seuraavista suhteista:

Miohtv 0,23 Täyteaine 25

Mighty 0,06

Kokonais-kiinteäaine

Mightv 0,15 30 Vesi Tämä osoittaa, että tehonotkistin (orgaaniset molekyylit) vie paljon tilaa, ts. 15 % suhteessa veteen, ja yli 20 % suhteessa hienoon täyteaineeseen.

Sementti/silikapölylaastin laadun osoittamiseksi yhtä sarjan 1 sylintereistä testattiin puristuksessa kovetuksen jälkeen 20°C:ssa vedessä kahden päivän ajan ja autoklaavissa 214°C

35 56 o 8 4 9 8 lämpötilassa ja 20 atm paineessa 24 tuntia (vedessä). Puris-tuslujuus oli 161,2 MPa.

Esimerkki 4 5 Esimerkissä 2 käytettyjen polvpropvleenikuituien valmistus Käytetty polypropyleeni oli ICI:n valmistama GWE 23, jonka sulaindeksi oli 3 g/10 min mitattuna DIN MFI 230/2,16 mukaisesti.

10 Standardi suulakepuristus/venytyslaitteistossa polypropylee ni suulakepuristettiin aukipuhalletuksi putkimaiseksi kalvoksi lämpötilassa 180-220°C, ja putkimainen kalvo jäähdytettiin ilmalla l8-20°C:ssa ja leikattiin kahdeksi kalvo-nauhaksi .

15

Venytysaseman jälkeen, joka seuraa suulakepuristusta, filmi kuljetettiin kuumailmauunin läpi, jossa lämpötila oli 180°C ja ilman nopeus 25 m/s. Käyttämällä suurempaa valssausno-peutta venytysasemassa, joka seuraa kuumailmauunia, kalvo 20 venytettiin suhteessa 1:17. Sen jälkeen kalvo lämpöstabiloi-tiin johtamalla se kuumailmauunin läpi lämpötilassa 180°C, ilman nopeuden ollessa 25 m/s ja kalvon nopeuden ollessa 90 m/s. Kalvon paksuus oli silloin 20 μια.

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

35 Esimerkki 5

Kokeet tehtiin vaihtelevalla silika/silika + sementti -suhteella käyttäen betonia, jolla on sama koostumus kuin esi- 57 B 8 4 9 8 merkissä 1 suhteessa kiveen, hiekkaan, jauheen kokonaistilavuuteen (Portland-sementti + silika) ja Mighty'iin.

Kokeissa silika/Portland-sementti + silika -suhde vaihteli 5 välillä 0, 10, 20, 30, 40 ja 50 tilavuus-%. Yksittäisissä tapauksissa asetettiin veden määrä sellaiseksi, että tuoreella betonilla oli oleellisesti sama koostumus (mitattuna leviämiskartiona) kuin esimerkissä 1. Sekoitus- ja valu-menetelmät olivat samat kuin esimerkissä 1.

10

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

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

Koetulosten poikkeama oli samaa suuruusluokkaa kuin esimer-20 kissä 1.

Tärkeimmät arvot ilmenevät seuraavasta taulukosta:

TaviJ-vkKg iv 25

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

'·. 30

Tilavuussuhde silikan ja silikan + sementin välillä, % 0 10 20 30 40 50 35 Puristuslujuus, MPa 84,5 109,6 118,5 119,0 117,2 112,9 58 8 8 49 8

Esimerkki 6

Monimutkaisen muodon omaavat pienet koekappaleet (tetrapodi l:40-malli, jota käytetään hydraulisissa mallikokeissa satamarakenteiden yheydessä) valettiin tavallisesta tehonotkis-5 tinta sisältävästä sementtilaastista, jolla on pieni vesi/-sementti-suhde. Käytettiin erittäin suurta määrää tehonot-kistinta. Kun valu lopetettiin, huomattiin, että sisäinen nesteen siirto oli tapahtunut johtaen bleeding-ilmiöön ja sisäiseen erottumiseen malleissa, joilla on huononlaatuinen 10 pinta.

Sama menetelmä toistettiin, mutta tällä kertaa korvaamalla 10 % sementistä silikapölyllä käyttäen edelleen erittäin suuria määriä tehonotkistinta. Tällä kertaa ei syntynyt 15 bleeding-ilmiötä, ja aikaansaatiin täysin tyydyttävä pinta.

Esimerkki 7

Portland-sementistä ia alumiinipitoisesta sementistä tehtyjen laastien vertailu 20 Kokeet tehtiin kahdella erilaisella dispergointiaineella - tehonotkistimella Mighty'llä ja notkistimella natriumpoly-fosfaatilla - joita käytettiin vastaavasti silika-sementti-laasteissa Portland-sementin ja alumiinipitoisen sementin kanssa sen veden määrän toteamiseksi, mikä tarvitaan valet-25 tavan massan koostumuksen muuttamiseksi juoksevasta plastiseen.

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

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

59 8 8 4 9 8 3. Sellaisen sideainematriisin sisältävän sementtilaastin valaminen, jossa matriisi oli samanlainen kuin sarjassa 2, paitsi että Portland-sementti korvattiin 1725 g:11a alu-miinipitoista sementtiä, ja panos, joka sisälsi 20,5 g Migh- 5 ty-jauhetta, jätettin pois.

4. Kahden sideainematriisin sisältävän sementtilaastipanok-sen valaminen matriisin sisältäessä 1290 g silikapölyä molempien panosten sisältäessä melkein saman määrän natriumpo- 10 lyfosfaattia (14,4 ja 12,8 g laskettuna kuivasta jauheesta), mutta eri tyyppisiä sementtejä, ts. 1725 g alumiinipitoista sementtiä ensimmäisessä panoksessa ja 1813 g Portland-se-menttiä toisessa panoksessa.

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

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

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

Hienon jauheen (sementti + silikapöly) tilavuus oli sama kaikissa seoksissa, nimittäin n. 1160 cm3.

30 Vedentarve, so. se veden määrä, joka tarvitaan useissa seoksissa aikaansaamaan spesifisen koostumuksen, todettiin koe-sekoituksella. Vedentarpeet ilmenevät taulukosta. Oikean puoleinen sarake osoittaa veden tilavuuden suhteessa sementti + silikapölytilavuuteen.

: 35 60 884S8

Sekoitus

Sekoitus suoritettiin planetaarisesti liikkuvassa muokkaus-koneessa käyttäen sekoitussiipeä. Mightyä sisältävissä panoksissa käytettiin seuraavaa menetelmää: 5 1) Hiekkaa, sementtiä + silikapölyä sekoitettiin kuivana 5 minuuttia.

2) Suurin osa vedestä lisättiin ja sekoitusta jatkettiin 5 10 minuuttia (kuten esimerkissä 3).

3) Tehonotkistimen liuos (Mighty-jauheen vesiliuos painosuhteessa 1:2) lisättiin ja sekoitettiin 10-20 minuuttia.

15 Panoksille, jotka eivät sisältäneet mitään dispergointiai-netta, suoritettiin 5-10 minuutin sekoittaminen märkänä. Panoksiin, joissa oli natriumtripolyfosfaattia lisättiin 400-500 g 3,2-prosenttista natriumtripolysulfaattiliuosta suoraan kuivaan seokseen. Seoksiin, jotka tarvitsivat enem-20 män vettä, tämä lisättiin jälkeenpäin märkäsekoituksen aikana.

Koostumus arvioitiin mittaamalla materiaalikartion leviäminen, joka tehtiin kaatamalla materiaali 5 cm korkeaan mes-25 sinkikartiomuottiin, jonka pohjahalkaisija oli 10 cm ja ylempi halkaisija 7,1 cm hydraulisen sementin testaukseen (ASTM C 230-368) tarkoitetulla messinkipintaisella virtaus-pöydällä, ja poistamalla muotti. Materiaalin halkaisija mitattiin a) välittömästi muotin poiston jälkeen, b) 10 iskun *0 jälkeen ja c) 20 iskun jälkeen.

Koostumusta pidettiin toivottuna kun halkaisijat olivat n.

14 cm 19 iskun jälkeen ja 16 cm 20 iskun jälkeen. Joissakin tapauksissa veden tarve määritettiin interpoloimalla sel-s5 laisten kokeiden tuloksista, joissa oli mukana liikaa vettä (liian suuri halkaisija) ja liian vähän vettä (liian pieni halkaisija).

ei ->8498

Taulukko V

Veden tarve ilmaistiin vesigrammoina panosta kohti ja suhteessa hienon jauheen (sementti + silikapöly) kokonaistila-5 vuuteen, hienon jauheen tilavuuden ollessa sama kaikissa seoksissa (1160 cm3)

Sarja n:o 1 2706 g Portland-sementtiä 645 g silikapölyä 10 _

Mighty (jauhe) Vedentarve grammaa tilavuussuhde 164 500 0,43 82 500 0,43 15 41 530 0,46 20.5 710 0,61 0 1200 1,03

Sarja n:o 2 1813 g Portland-sementtiä 20 1290 g silikapölyä

Mighty (jauhe) Vedentarve grammaa grammaa tilavuussuhde 164 550 0,47 25 82 550 0,47 41 580 0,50 20.5 860 0,74 0 1500 1,29 30 Sarja n:o 3 1725 g alumiinipitoista sementtiä 1290 g silikapölyä

Mighty (jauhe) Vedentarve grammaa grammaa tilavuussuhde . :35 164 490 0,42 82 490 0,42 41 >530 >0,46 0 1090 0,94 62 .....

'6 ¢5 4 S 8

Sarja n:o 4 1290 g silikapölyä n. 14 g natriumtripolyfosfaattia (STP) 5 Sementti + STP (jauhe) Vedentarve grammaa grammaa tilavuussuhde AIumiinipitoinen sementti >436*) >0,37 1725 + STP 14,4

Portland-sementti >1287**) <1,11 LO 12813 + STP 12,8 *) Visuaalisesti tarkasteltuna näyttää laasti riittävän juoksevalta, mutta kartion halkaisija oli ainoastaan 10 cm. **) Seoksen koostumus oli kuin jäykkä vaahto. Kun edelleen 15 lisättiin 40 g Mighty-liuosta 1:2, tuli seoksesta helposti juoksevaa.

Sarja n:o 5 3626 g Portland-sementtiä ilman silikapölyä 20 _

Mighty (jauhe) Vedentarve grammaa grammaa tilavuussuhde 82 760 0,66 41 760 0,66 25 20,5 840 0,72 0 -1140 0,98

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

<5 2. Verrattuna seoksiin, joissa ei ole tehonotkistinta, ve dentarve on vähentynyt puolen ja kolmasosan välille.

63 b 8 4 5 8 3. Verrattuna seoksiin, joissa ei ole silikapölyä (vain Portland-sementtiä) vedentarve seoksille, joissa on 30 tai 50 tilavuus-% silikapölyä ilman Mightya on vastaavasti 5 ja 32 % suurempi, samalla kun vedentarpeet vastaaville seoksil- 5 le, joissa on paljon Mightya ovat 34 ja 28 % pienempiä kuin vastaaville seoksille, joissa ei ole sekoittamatonta sementtiä ja suuria annoksia Mightya.

4. Alumiinipitoisen sementin ja silikapölyn systeemissä 10 saavutetaan sama pieni vedentarve suurilla Mighty-määrillä kuin Portland-sementin ja silikapölyn systeemissä.

5. Natriumtripolyfosfaatilla on hyödyllinen vaikutus alumiinipitoisen sementin ja silikapölyn seoksiin, mutta sillä 15 ei ole minkäänlaista vaikutusta (suuri vedentarve) vastaaviin Portland-sementtiseoksiin.

Esimerkki 8

Betonisvlinterien iäädytvskoe 20 Betonisylinteri, jonka halkaisija oli 10 cm ja korkeus 20 cm, tehtiin Portland-sementistä, silikapölystä ja Mighty'sta (koekappale on valmistettu samasta panoksesta kuin mitä on kuvattu esimerkissä 1). Ennen koetta sylinteriä säilytettiin vedessä 20°C:ssa melkein.5 kuukautta. Yhdessä neljän vertai-25 lukappaleen kanssa sylinteri saatettiin erittäin ankaraan jäädytyskokeeseen, joka normaalisti tuhoaa kaikki betonit alle 2-3 viikossa. Vertailukappaleet olivat: yksi betonisylinteri, jonka halkaisija oli 15 cm ja korkeus 30 cm betonin vesi/sementti-suhteen olleessa 0,7, yksi betonisylinteri, •30 jonka halkaisija oli 15 cm ja korkeus 30 cm, betonin vesi/-sementti-suhteen ollessa 9,4 ja kaksi sylinteriä, joiden halkaisijat olivat 10 cm ja korkeudet 20 cm ja jotka oli tehty korkealaatuisesta betonista, jossa on 600 kg sement-tiä/m3 vesi/sementti-suhteen ollessa n. 0,25. Mukana on suu-‘35 ria annoksia Mighty'a mutta ei silikaa. Kaikki nämä koekappaleet on valettu ennen sementistä, silikapölystä ja Mighty'sta valettuja kappaleita.

„ o 8 4 S 8 64

Koe sisälsi seuraavat toimenpiteet:

Joka tiistai, keskiviikko ja torstai suoritettiin seuraa- 5 vat vaiheet: sulatus 7,5 % NaCl-liuoksessa 20°C:ssa klo 8-10, kuivaus uunissa 105°C:ssa klo 10-14, 10 säilytys 7,5 % NaCl-liuoksessa 20eC:ssa klo 14-16, säilytys poakastekaapissa -20°C:ssa 15 klo 16 seuraavaan päivään klo 8:aan.

Joka perjantai suoritettiin seuraavat vaiheet: kuivaus 7,5 % NaCl-liuoksessa 20 20°C:ssa klo 8-10, kuivaus uunissa 105°C:ssa klo 10-14, 25 säilytys 7,5 % NaCl-liuoksessa 20°C:ssa maanantaihin klo l0:een.

Koekappaleen hajoaminen arvioitiin visuaalisesti ja mittaamalla ultraäänen nopeutta (ultraäänen nopeuden pieneneminen *0 osoittaa rakenteen rikkoutumisen).

Tulokset

Kolmen viikon kuluttua kaikki vertailukappaleet olivat hajonneet, hajoamistila määritettiin tilana, jossa ultraäänen }5 nopeus silikapölyä sisältävässä koekappaleessa oli oleellisesti muuttumaton.

65 8 8 498

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

Kuuden kuukauden kuluttua ultraäänen nopeus oli pienentynyt 5 n. 65 prosenttiin ja ainoastaan 9 kuukauden kuluttua ultraäänen nopeus oli pienentynyt puoleen alkuperäisestä arvosta.

Koetulosten tarkastelu

Kokeet osoittivat, että betonilla ja samanlaisilla tuotteille) la, jotka on valmistettu tiiviistä sementti-silika-matrii- sista, on voimakkaasti parantunut vastustuskyky toistuvaa jäätymistä ja sulamista vastaan verrattuna perinteisestä sementtisideaineesta valmistettuihin tuotteisiin.

15 Esimerkki 9

Korkealaatuinen lasti

Valmistettiin neljä erilaista laastiseosta, joilla kaikilla oli perustana valkoinen Portland-sementti, silikapöly ja Mighty, mutta joissa oli eri tyyppisiä jauheita korvaamassa 20 osaa valkoisesta Portland-sementistä.

Kaikissa seoksissa käytettiin seuraavia yleisiä komponentteja (annettu yhdelle panokselle): .1 25 66 o 8 4 S 8

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

Silikapöly 645 g 5 42 % Mighty-liuos 195 g

Vesi 387 g

Seuraavat komponentit olivat erilaisia:

Seos n:o 1 2 3 4 10 Valkoinen Portland- sementti 2706 1804 1804 1804

Hieno lentotuhka (5255 cm2/g) 694

Hieno hiekka 15 (5016 cm2/g) 765

Hienon valkoinen sementti (8745 cm2/g) 902

Hienon jauheen tilavuus pidettiin vakiona n. 1160 m3:ssa.

20

Sekoitus

Sekoitus suoritettiin esimerkissä 7 kuvatulla tavalla. Koostumus oli pehmeä.

25 Valaminen ia kovetus

Kustakin panoksesta valettiin vaimeassa tärinässä kaksi sy linteriä, joiden halkaisija oli 10 cm ja korkeus 20 cm. Seoksesta n:o 1 tehdyt sylinterit säilytettiin suljetussa muotissa n. neljä päivää 60°C:ssa ja kaksi päivää vedessä 30 20°C:ssa, samalla kun muut sylinterit säilytettiin 22 tuntia 80°C:ssa suljetussa muotissa.

67 8 8 4 9 8

Koestus Määritettiin puristuslujuus. Tulokset ilmenevät taulukosta: N:o Seos - 1/3 semen- Kovetus Puristuslujuus 5 tistä korvattiin (MPa) 1 - 4 päivää 60°C 179 2 lentotuhkalla 22 h 80°C 160 3 hienolla hiekalla 22 h 80°C 150 10 4 hienolla sementillä 22 h 80°C 164

Koetulosten tarkastelu

Kokeet osoittavat sideainematriisin olevan hyvin lujaa. Kaikissa tapauksissa murtuma kulkee läpi kvartsipartikkelien, 15 mikä tarkoittaa sitä, että lujuustaso voisi epäilemättä olla huomattavasti noussut käyttämällä vahvempaa hiekkamateriaa-lia. Lisäksi kokeet osoittavat mahdollisuuden korvata osa Portland-sementistä erilaisilla jauheilla, joiden karkeus on sementin suurusluokkaa tai jonkin verran pienempi (lentotuh-20 ka tai hienoksi jauhettu hiekka). Lopuksi tulokset osoittivat mahdollisuuden käyttää vaihtelevaa sementin raekokojakautumaa, joka tässä tapauksessa osoitettiin korvaamalla 1/3 tavallisesta valkoisesta Portland-sementistä hienoksi jauhetulla valkoisella Portland-sementillä.

‘ 25

Esimerkki 10

Sileiden 6 mm terässauvoien kiinnittäminen Erittäin sileitä 6 mm halkaisijaltaan olevia terässauvoja valettiin silika-sementtilaastiin (puristuslujuus 179 MPa), 30 joaka oli valmistettu esimerkissä 9, sarjassa l kuvatulla tavalla, ja vertailulaastiin (puristuslujuus 30 MPa), joka oli valmistettu tavallisesta laastista, jossa käytettiin saman tyyppistä valkoista Portland-sementtiä, mutta ilman silikapölyä ja Mightya ja jonka vesi/sementti-suhde oli 0,5. 35 Sauvat valettiin 60 mm syvyyteen laastiin 100 mm sauvoista jäädessä kappaleen ulkopuolelle koestuslaitteeseen kiinnittämistä varten. Ennen koestusta silika-sementtilaasti ja 68 3 8 45 8 vertailulaastinäytteet säilytettiin esimerkissä 9. sarjassa 1 kuvatulla tavalla.

Voima, joka tarvitaan terässauvojen ulosvetämiseen laastista 5 sekä voima/siirtymä-kuvaajat rekisteröitiin Instron-laitteella. Näistä tuloksista laskettiin ulosvetotyö, keskimääräinen leikkausjännitys terässauvan pintaa pitkin ja veto-jännitys.

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

Laasti- Make.voima Työ Maksimi Maksimi tyyppi KN NM keskimää- keskimää- 15 räinen räinen leikkaus- vetojännitys jännitys sauvoissa MPa MPa

Sementti- 20 silika 9,25 61,5 8,19 327

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

Sementti-

Silika 5,00 42,0 4,42 1761) 25 Vertailu 1,66 5,8 1,47 52

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

30

Tulosten tarkastelu

Kokeet suoritettiin terässauvoilla, jotka ovat melkoisesti sileämpiä kuin tavallisessa vahvistetussa betonissa käytetyt vahvikkeet (jossa pinta muistuttaa korrodoitumatonta kiillo-}5 tettua terästä). Tästä huolimatta saavutetaan sauvojen erittäin hyvä kiinnittyminen silika-sementtilaastiin. Siitä huolimatta, että terässauvat valettiin hyvin matalalle koekappaleeseen (6 mm), niiden ulosvetämiseen tarvittiin voima, joka vastasi 70 % teräksen myötöjännityksestä. On huomatta- 69 88498 va, että ulosvetämistä vastustava voima on 4-6 kertaa suurempi kuin vertailumateriaalissa, mikä on suunnilleen materiaalien puristuslujuuksien suhde. Ulosvetämiseen tarvittava työ oli myös lisääntynyt, koska tämä työ oli 8-10 kertaa 5 suurempi silika-sementtilaasteissa kuin normaaleissa sement-tilaasteissa.

Esimerkki 11 Muurauslaasti (grouting) 10 Laasti, jossa on jopa 4 mm kokoisia partikkeleita, valmistettiin helposti juoksevan koherentin, paljon karkeaa hiekkaa sisältävän muurauslaastin valmistusmahdollisuuden arvioimiseksi ja sellaisen sekoitusjärjestyksen osoittamiseksi, joka sopii hyvin muurauslaastimateriaalien esivalmistukseen, 15 jolloin materiaaleihin lisätään ainoastaan vesi työmaalla. Laastissa käytetyt komponenentit olivat hyvin samanlaisia esimerkissä 9, seoksessa n:o 1 käytettyjen kanssa Mighty'n määrän ja vesipitoisuuden ollessa hieman korkeampi. Sekoi-tuslaite oli sama kuin esimerkissä 9. Seoksessa käytettiin 20 seuraavia komponentteja:

Kvartsihiekka 1 - 4 mm 2763 g . .·. 0,25 - 1 mm 1380 g .·. : 0 - 0,25 mm 693 g -.25 Silikapöly 645 g

Vesi 600 g ·;; Mighty (kuiva jauhe) 120 g

Sekoitus 30 Sementtiä + silikaa + hiekkaa + kuivaa Mighty-jauhetta se- ·] koitettiin kuivana 15 minuuttia. Sen jälkeen lisättiin 100 g vettä ja sekoitettiin 5 minuuttia. Seoksen koostumus sen jälkeen kun 500 g vettä oli lisätty ja sekoitusta jatkettu 3 minuuttia, oli visuaalisesti arvioituna samanlainen kuin ;· 35 esimerkissä 9 seoksella n:o 1, joka sisälsi saman määrän : ‘·· vettä (huolimatta muuttuneesta sekoitusjärjestyksestä) .

Koostumus sen jälkeen kun 100 g vettä oli lisätty oli hyvin pehmeä. Pehmeä laasti kaadettiin 2,5 metriä pitkään kapeaan ™ 3 8 4 S 8 U-muotoiseen muoviletkuun (sisähalkaisija 18 mm) n. 90 cm pitkien U:n päiden ollessa ylöspäin. Laasti kaadettiin U-muotoiseen muoviletkuun suppilon läpi, jonka varsi oli 17 cm pitkä ja joka oli sisähalkaisijaltaan 12 mm. Blokkiutumisen 5 estämiseksi suppilon (halkaisijan ollessa vain 3 kertaa suurimpien partikkeleiden halkaisija) kapella suuaukolla 6 mm halkaisijaltaan olevaa terässauvaa liikuteltiin ylös ja alas suppilon suuaukolla. Laasti virtaa helposti kuten keski-vis-kositeetin omaava neste täyttäen letkun täysin. Massa itse-10 asiassa nousi hieman ylemmäksi letkun vapaassa päässä kuin täyttöpäässä, mahdollisesti sauvan pumppausvaikutuksesta j ohtuen.

Tulosten tarkastelu 15 Kokeet osoittivat mahdollisuuden pumpata muurauslaastia, joka sisältää suuria määriä karkeampaa hiekkaa virtaavana koherenttina massana. Edelleen osoitettiin mahdollisuus esi-sekoittaa kuiva aine, tehonotkistin mukaanlukien.

Claims (16)

71 88458

1. Menetelmä muotokappaleen valmistamiseksi, jossa menetelmässä yhdistetään A) epäorgaanisia kiinteitä piidioksidipölypartikkeleita, 5 joiden koko on n. 50 Ä - n. 0,5 /xm, ja B) kiinteitä partikkeleita, joiden koko on 0,5-100 μαι ja jotka ovat ainakin yhtä kertaluokkaa suurempia kuin vastaavat kohdassa A) mainitut partikkelit, jolloin partikkeleiden A määrä on 10-30 tilavuus-% laskettuna partikkeleiden A ja B 10 tilavuudesta, vettä, ja betonin tehonotkistinta, ja sekoitetaan mekaanisesti edellä mainittuja aineosia, mahdollisesti yhdessä inerttisten täyte- tai lujitekappaleiden 15 C kanssa, jotka eroavat vastaavista partikkeleista B ja joilla on ainakin yksi dimensio, joka on ainakin yhtä kertaluokkaa suurempi kuin partikkelit A, ja tämän jälkeen haluttaessa yhdistetään saatu massa lisäkappaleiden C kanssa mekaanisin keinoin tällaisten lisäkappaleiden C halutun ja-20 kaantumisen aikaansaamiseksi, ja lopuksi valetaan saatu mas sa halutun muotoiseksi jännitysalueella, lisäten mahdollisesti valun aikana lisäkappaleita C, tunnettu siitä, että partikkelit B käsittävät vähintään 20 paino-% Portland-sementtipartikkeleita, että partikkeleiden B määrä vastaa • '25 oleellisesti niiden tiivistä pakkautumista yhdistelmämateri-aalissa, jossa partikkelit A ovat homogeenisesti jakautuneina partikkeleiden B välisessä tilassa, että veden määrä oleellisesti vastaa määrää, joka on tarpeen täyttämään partikkeleiden A ja B välisen tilan, vastaten painosuhdetta 30 veden ja partikkeleiden A+B välillä, joka on 0,12-0,30, että betonin tehonotkistimen määrä on riittävä, jotta yhdistelmä-materiaali saa juoksevasta plastiseen konsistenssin alhaisen jännityksen alueella, joka on alle 5 kg/cm2, joka määrä vas-taa 1-4 paino-% betonin tehonotkistimen kuiva-ainetta las-• 35 kettuna partikkeleiden A+B painosta, ja että partikkelit A ja B, veden ja betonin tehonotkistimen, mahdollisesti yhdessä lisäkappaleiden C kanssa, käsittävän yhdistelmän mekaanista sekoittamista suoritetaan kunnes on saatu paksujuok- 72 5 8 4 S 8 suisesta plastiseen massa, joka käsittää partikkelit A ja B ja mahdollisesti lisäkappaleet C, ja jossa partikkelit A ovat homogeenisesti jakautuneina tiiviisti pakkautuneiden partikkelien B välisessä tilassa, jolloin saadaan muotokap-5 pale, jonka puristuslujuus, kun se lisäkappaleina C sisältää epäorgaanisia kompaktimuotoisia kappaleita, kuten hiekkaa tai kiviä, on suurempi kuin

130 MPa, mitattuna koekappaleella, jonka halkaisija on 10 cm 10 ja korkeus 20 cm, kun massa on betonia, jossa suurimmat kom-paktimuotöisistä kappaleista ovat yli 4 mm,

150 MPa, mitattuna koekappaleella, jonka halkaisija on 3 cm ja korkeus 6 cm, kun massa on laastia, jossa suurimmat kom-15 paktimuotoisista kappaleista ovat välillä 4 mm ja 0,1 mm.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet -t u siitä, että partikkeleihin B sisältyy partikkeleita, jotka on valittu hienosta hiekasta, lentotuhkasta ja hienos- 20 ta kalkista.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että betonin tehonotkistin on voimakkaasti kondensoidun naftaleenisulfonihappo/formaldehydikondensaatin 25 alkali- tai maa-aikaiimetallisuola, josta kondensaatista on tyypillisesti enemmän kuin 70 % molekyylejä, joissa on 7 tai useampia naftaleenirenkaita.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnet -30 t u siitä, että alkali- tai maa-alkalimetallisuola on natrium- tai kalsiumsuola.

5. Jonkin patenttivaatimuksista 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että veden ja Portland-sementin ja 35 mahdollisten muiden partikkeleiden B plus piidioksidipölyn välinen painosuhde on enintään 0,20. 73 88498

6. Jonkin patenttivaatimuksista 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lisäkappaleet C ovat hiekkaa, kiveä, polystyreenikappaleita sisältäen myös polystyreeni-kuulat, paisutettua savea, onttoja lasikappaleita sisältäen 5 ontot lasikuulat, paisutettua liuskesavea, luonnollisia kevyitä lisäaineita, kaasukuplia, metallitankoja sisältäen terästangot, kuituja sisältäen metallikuidut kuten teräskui-dut, muovikuidut, Kevlar-kuidut, lasikuidut, asbestikuidut, selluloosakuidut, mineraalikuidut, korkean lämpötilan kui-10 dut, lastuja sisältäen epäorgaaniset ei-metallilastut kuten grafiitti- ja Al203-lastut ja metalliset lastut kuten rauta-lastut .

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet -15 t u siitä, että massan muotoutumisen aikaansaava jännite aiheutuu pääasiassa massaan vaikuttavista painovoimista tai massaan vaikuttavista inertiavoimista tai kosketusvoimista tai 20 kahden tai useamman edellä mainitun voiman samanaikaisesta vaikutuksesta.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnet -t u siitä, että massan muotoutumisen pääasiassa aikaansaava . ?5 jännitysalue aiheutuu värähtelyvoimista, joiden frekvenssi on 0,1-106 Hz, jolloin värähtelyvoimat ovat patenttivaatimuksessa 7 mainittua tyyppiä tai aiheutuvat sellaisten vä-rähtelyvoimien yhdistelmästä patenttivaatimuksessa 7 mainittujen ei-värähtelevien voimien kanssa. 30

9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet -t u siitä, että kappale muotoillaan suulakepuristamalla tai valssaamalla muotoilupaineella, joka on jopa 100 kg/cm2. .'35

10. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet - t u siitä, että kappale muotoillaan ruiskuttamalla, maalaamalla tai sivelemällä, injektoimalla tai viemällä kerros massaa pinnalle ja mukauttamalla massa pinnan muotoon. 74 '.'8 498

11. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet -t u siitä, että kappale muotoillaan keskipakovalulla.

12. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet-5 t u siitä, että massa, yhtenäisenä massana, kaadetaan nes- teseen, jossa se syrjäyttää osan nesteestä ja muotoutuu yhtenäiseksi massaksi.

13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen menetelmä, t u n - 10. e t t u siitä, että nesteenä käytetään vettä ja massana tahnaa, laastia tai betonia vedenalaisen rakenteen rakentamiseksi .

14. Jonkin patenttivaatimuksista 1-13 mukainen menetelmä, 15 tunnettu siitä, että partikkelit A ovat piidioksidi - pölypartikkeleita, joiden ominaispinta-ala on noin 50 000 -2 000 000 cm2/g, ja että partikkelit B käsittävät vähintään 50 paino-% Portland-sementtiä. i0

15. Jonkin patenttivaatimuksista 1-14 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tehonotkistimen kuiva-aineen määrä on 2-4 paino-% laskettuna partikkeleiden A+B painosta.

16. Muotokappale, tunnettu siitä, että se on val-25 mistettu jollakin patenttivaatimuksista 1-15 mukaisella menetelmällä.