FI90054C - MASUGNSSLAGGBETONG MED HOEG HAOLLFASTHET - Google Patents
MASUGNSSLAGGBETONG MED HOEG HAOLLFASTHET Download PDFInfo
- Publication number
- FI90054C FI90054C FI910804A FI910804A FI90054C FI 90054 C FI90054 C FI 90054C FI 910804 A FI910804 A FI 910804A FI 910804 A FI910804 A FI 910804A FI 90054 C FI90054 C FI 90054C
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- blast furnace
- furnace slag
- concrete
- cement
- grain size
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
- C04B28/02—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing hydraulic cements other than calcium sulfates
- C04B28/08—Slag cements
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B7/00—Hydraulic cements
- C04B7/14—Cements containing slag
- C04B7/147—Metallurgical slag
- C04B7/153—Mixtures thereof with other inorganic cementitious materials or other activators
- C04B7/17—Mixtures thereof with other inorganic cementitious materials or other activators with calcium oxide containing activators
- C04B7/19—Portland cements
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
- Y02P40/10—Production of cement, e.g. improving or optimising the production methods; Cement grinding
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)
Description
Korkealujuuksinen masuunikuonabetoni - Masugnsslaggbetong med hög hällfasthet ! 90054 5 Tämä keksintö koskee korkealujuuksista betonimassaa, joka koostuu runkoaineesta ja sen sideaineena sellaisesta seos-sementistä, joka sisältää pääainesosana hienoksi jauhettua hydrataatiokykyistä masuunikuonaa ja aktivaattorina port-landsementtiä, jonka pitoisuus kuiva-aineessa on noin 10 14-50 paino-% masuunikuonasta, nesteytintä sekä vettä. Kek sintö koskee myös menetelmää tällaisen betonimassan valmistamiseksi .High-strength blast furnace slag concrete - Masugnsslaggbetong med hög hällfasthet! 90054 5 The present invention relates to a high-strength concrete mass consisting of a aggregate and a binder cement mixture comprising finely ground hydrated blast furnace slag as the main component and port cement as an activator having a dry matter content of about 10 14-50% by weight of blast furnace slag, of water. The invention also relates to a method for producing such a concrete mass.
Betonilta vaaditaan useissa yhteyksissä erittäin suurta 15 lujuutta, jolloin se antaa käyttäjälle kustannussäästöjä alentuneen tilavuuden ja sen vuoksi pienentyneen painon ansiosta. Tavoitteena on myös yleisesti saada loppukäyttäjälle aiheutuvat elinkaaren kustannukset pieniksi käyttämällä hyötytilaa antavaa ja kestävää suurilujuuksista beto-20 nia. Rakennuksissa sekä mekaanisen kulutuksen alaisena ja esim. korrodoivassa ympäristössä vaaditaan betonilta tiiviyttä sekä kemiallista kestävyyttä. Tämä on erityisen tärkeää kohteissa, joissa betonin pintakerroksen on suojat-: ; tava betonissa olevaa raudoitusta kemiallisesti kuormitet- 25 tuna. Tällainen tilanne vallitsee useissa teollisuusraken-teissa sekä esim. maantiesilloissa tiesuolan vaikutuksesta.Concrete is required to have a very high strength 15 in many contexts, thus providing the user with cost savings due to the reduced volume and therefore the reduced weight. The aim is also to generally reduce the life cycle costs for the end user by using high-strength concrete 20 that provides useful space and is sustainable. In buildings, both under mechanical wear and in a corrosive environment, for example, concrete is required to be tight and chemically resistant. This is especially important in areas where the concrete surface layer is protected-; reinforcement in the concrete under chemical loading. Such a situation prevails in several industrial structures as well as, for example, on road bridges under the influence of road salt.
____ Valmistuksen tai rakennustyön kannalta edellytetään betoni- -·- massan helppoa työstettävyttä, ts. valettavuutta ja tiivis- tettävyyttä sekä riittävän nopeaa lujuudenkehitystä, jotta 30 rakennustöitä tai tuotantoa päästään kohtuullisessa ajassa jatkamaan.____ From the point of view of manufacture or construction work, the concrete · · - mass is required to be easy to process, ie to be castable and compactable, and to develop strength quickly enough to allow 30 construction or production operations to continue within a reasonable time.
On yleisesti tunnettua, että käyttämällä betoniseoksessa suurta sementtipitoisuutta voidaan saada hyvä mekaaninen 35 lujuus sekä tiivis sisäinen rakenne, ts. pieni huokoisuus. Käyttämällä nesteyttimiä juoksevuuden lisäämiseksi valun ·...· aikana voidaan seoksen vesipitoisuutta pienentää tavanomai sen käytännön mukaan, jolloin saadaan betonille kovettunut 2 90054 matriisi, jolla on suuri lujuus ja tasan jakautunut mikro-huokosrakenne.It is generally known that by using a high cement content in a concrete mix, good mechanical strength as well as a dense internal structure, i.e. low porosity, can be obtained. By using liquid solvents to increase the flowability during casting · ... ·, the water content of the mixture can be reduced according to conventional practice, resulting in a hardened 2,90054 matrix with high strength and evenly distributed micro-pore structure.
Valitettavasti sementin, kuten portlandsementin, käyttöä 5 pienten vesi-sideaine-suhteiden ja lisäksi suurten sementti-määrien kanssa betonimassassa sen mekaanisen lujuuden ja tiiviyden lisäämiseksi rajoittaa massaseoksen juoksevuus ja reaktiivisuus. Kun sementin osuus materiaalissa lisääntyy, kasvaa hydratoitumisen aikana kehittyvän lämmön määrä, mikä 10 johtaa osittain kovettuneessa massassa sisäiseen säröilyyn johtuen lämpölaajenemiseroista kappaleen eri kohtien välillä. Tämä vaikutus korostuu kappaleen paksuuden tai koon kasvaessa kun lämmön siirtyminen pois kappaleen sisäosista vaikeutuu. Runsaasti sementtiä sisältävillä betoniseoksilla 15 on myös taipumusta lisääntyneeseen kutistumaan kovettumisen jälkeen, mikä tyypillisesti johtaa säröihin rakenteessa.Unfortunately, the use of a cement, such as Portland cement, with low water-binder ratios and also large amounts of cement in the concrete mass to increase its mechanical strength and tightness is limited by the flowability and reactivity of the mass mixture. As the proportion of cement in the material increases, the amount of heat generated during hydration increases, leading to internal cracking in the partially cured mass due to thermal expansion differences between different points in the body. This effect is accentuated as the thickness or size of the part increases as heat transfer from the interior of the part becomes more difficult. Cement-rich concrete mixes 15 also tend to have increased shrinkage after curing, which typically results in cracks in the structure.
On tunnettua yrittää ratkaista näitä ongelmia, kuten julkaisussa FI-84594, käyttämällä betonimassassa erittäin 20 hienojakoista silikaa, jota syntyy piiraudan ja piin valmistuksen yhteydessä. Tällainen silika on hienoutensa ansiosta varsin aktiivista ja reagoi hydratoitumisen aikana muiden ainesosien kanssa. Erityisesti silika lisää betonin lujuutta ja tiiviyttä sekä nopeuttaa lujuuden saavuttamista, mutta 25 toisaalta sillä em. reaktion vuoksi on taipumusta lisätä kovettumisen lämmöntuottoa ja plastista kutistumaa sekä johtaa säröilyn lisääntymiseen. Suurilla silikapitoisuuksil-la on haittana se, että kohtuullisen juoksevuuden saamiseksi on tarpeen käyttää suuria nesteytinpitoisuuksia tai vaihto toehtoisesti suuria vesipitoisuuksia silikan erittäin suuren ominaispinta-alan vuoksi, mikä taas lisää joko kustannuksia tai vastaavasti huonontaa lujuutta.It is known to try to solve these problems, as in FI-84594, by using very 20 fine silica in the concrete mass, which is produced in the production of iron and silicon. Due to its fineness, such silica is quite active and reacts with other ingredients during hydration. In particular, silica increases the strength and tightness of the concrete and speeds up the attainment of strength, but on the other hand, due to the above reaction, it tends to increase the heat production of curing and plastic shrinkage and leads to an increase in cracking. The disadvantage of high silica contents is that in order to obtain a reasonable fluidity it is necessary to use high concentrations of solvent or alternatively high water contents due to the very high specific surface area of the silica, which in turn increases either the cost or the strength, respectively.
Eräs tunnettu keino lämmöntuoton pienentämiseksi ja siten 35 halkeilun vähentämiseksi on käyttää sideaineessa masuunikuo-naa, jolloin tavanomaisesti masuunikuona on jauhettu joko erikseen tai yhdessä portlandsementin kanssa samaan hienouteen kuin sementti. Joissain normeissa tätä nimenomaan 3 90054 edellytetään kuten ilmenee esim. julkaisusta WO-90/09968. Kuonan osuus on tällöin 25-65 % portlandsementin ja masuuni -kuonan muodostamasta sideaineesta. Masuunikuona vaatii hydratoitumisprosessin alkamiseksi vapaata kalkkia tai alka-5 lia. Kuonan hydratoituminen siis progressiivisesti muuntaa vapautuvan kalsiumhydroksidin lujuutta edistäväksi kalsium-silikaattihydraatiksi.One known means of reducing heat output and thus reducing cracking is to use blast furnace slag in the binder, with blast furnace slag being conventionally ground either alone or in combination with Portland cement to the same fineness as the cement. In some standards, this is specifically required by 3,90054, as is apparent, for example, from WO-90/09968. The slag then accounts for 25-65% of the binder formed by Portland cement and blast furnace slag. Blast furnace slag requires free lime or alka-5 to start the hydration process. Thus, the hydration of the slag progressively converts the released calcium hydroxide to strength-enhancing calcium silicate hydrate.
Tavanomaisilla portlandsementin ja kuonan seoksiin perustulo villa betoneilla on huomattavasti alhaisempi lämmmöntuotto ja hitaampi lujuudenkehitys kuin pelkkään portlandsementtiin perustuvilla betoneilla. Masuunikuona edistää betonin kemiallista kestävyyttä. Masuunikuonabetonin etuna on vielä edullinen hinta masuunikuonan halpuuden vuoksi.Conventional wool concretes based on mixtures of Portland cement and slag have significantly lower heat output and slower strength development than concretes based on Portland cement alone. Blast furnace slag promotes the chemical resistance of concrete. Another advantage of blast furnace slag concrete is the low cost due to the cheapness of blast furnace slag.
1515
Yhteenvedonomaisesti voidaan todeta, että silikaa sisältävillä pelkkään portlandsementtiin perustuvilla betoneilla saadaan suuria lujuuksia (yli 100 MPa, kun ne tavanomaisilla portlandsementtibetoneilla ovat enintään n. 70-80 MPa ja 20 käytännössä yleensä enintään 40 MPa), mutta lämmöntuoton vuoksi kappalepaksuudet ovat rajoitetut halkeilun välttämiseksi, niiden korroosionkestävyys ei kaikissa olosuhteissa ole erityisen hyvä ja sideaineen hinta on varsin korkea raaka-aineiden korkean hinnan ja nesteyttimen suuren määrän 25 vuoksi. Huomattavasti masuunikuonaa sisältävään sideaineeseen perustuville betoneille taas on ominaista hyvä korroosionkestävyys, soveltuvuus paksuiksikin kappaleiksi pienen lämmöntuoton ansiosta sekä edullinen hinta, mutta haittana on alhainen tai tavanomainen lujuus (normaalisti n. 30 10-70 MPa) ja hidas lujuudenkehitys.In summary, silica-containing concretes based on Portland cement alone have high strengths (above 100 MPa when conventional Portland cement concretes do not exceed about 70-80 MPa and in practice generally do not exceed 40 MPa), but due to heat generation the unit thicknesses are limited to avoid cracking. corrosion resistance is not particularly good in all conditions and the cost of the binder is quite high due to the high price of the raw materials and the large amount of liquefier 25. Concretes based on a binder containing considerably blast furnace slag, on the other hand, are characterized by good corrosion resistance, suitability for thick pieces due to low heat output and low cost, but the disadvantages are low or conventional strength (normally about 30 10-70 MPa) and slow strength development.
Patenttihakemuksessa JP-62036059, Denki Kagaku Kogyo KK, on ehdotettu betonin sideaineeksi seossementtiä, joka koostuu hienojakoisesta masuunikuonasta, erittäin hienosta :35 silikapölystä, sementistä ja muusta mahdollisesta aktivaat-torista sekä korkealuokkaisesta nesteyttimestä, Etuina esitetään pieni kutistuma, hyvä kemiallinen kestävyys sekä suuri lujuus. Julkaisun betonimassan sideaineessa on silikaa 4 9 G O 5 4 pääasiassa 20 % ja kaikissa seoksissa, joiden puristuslujuus tulee lähelle 100 MPa tai ylittää sen, on lisäksi 8-10 % kipsiä tai muuta alkaliaktivaattoria. Vesi-sideaine-suhteek-si mainitaan 0,125-0,30. Silikan ja veden perusteella voi-5 daan todeta, ettei kyse ole varsinaisesti valubetonista, vaan lähinnä laastista. Alkalilla saadaan lujuudenkehitys nopeaksi, mutta karbonatisoitumisriski lisääntyy. Alkaliak-tivoinnilla on ainakin myöhemmin tässä hakemuksessa todetuissa tapauksissa taipumusta johtaa mikrohalkeiluun.Patent application JP-62036059, Denki Kagaku Kogyo KK, proposes a mixture of fine cement blast furnace slag, very fine: 35 silica dust, cement and other possible activators, as well as a high-grade liquefier, as well as high shrinkage. The binder for the concrete mass of the publication contains silica 4 9 G O 5 4 mainly 20% and all mixtures with a compressive strength close to or exceeding 100 MPa additionally contain 8-10% gypsum or other alkali activator. The water-binder ratio is mentioned as 0.125-0.30. On the basis of silica and water, it can be stated that this is not actually cast concrete, but mainly mortar. Alkali provides rapid strength development, but increases the risk of carbonation. Alkali activation, at least later in the cases found in this application, tends to lead to micro-cracking.
1010
Julkaisussa WO-90/09968, Slag Sand Pty. Ltd., on ehdotettu sellaista edellä kuvatun tyyppistä seossementtiä betonin sideaineeksi, joka koostuisi erittäin hienojakoisesta ma-suunikuonasta, jossa raekokojakautuma on pääasiassa välillä 15 12-1 μιη, ja aktivaattorina portlandsementtiä, jota on n.In WO-90/09968, Slag Sand Pty. Ltd., a composite cement of the type described above has been proposed as a concrete binder, consisting of a very fine ma-slag with a grain size distribution mainly between 15 12-1 μιη, and Portland cement of approx.
15-45 paino-% sideaineen masuunikuonasta laskettuna. Lisäksi julkaisussa on kuvattu tällainen seos, jossa on vielä 10 paino-% silikaa sekä nesteytintä. Tällä menettelyllä on päädytty parhaimmillaan puristuslujuuteen 84 MPa, joka ei 20 ole erityisen hyvä arvo parhaisiin betoneihin verrattuna.15-45% by weight of binder based on blast furnace slag. In addition, the publication describes such a mixture with a further 10% by weight of silica and a liquid core. At best, this procedure has resulted in a compressive strength of 84 MPa, which is not a particularly good value compared to the best concretes.
Syynä tähän saattaa olla julkaisusta ilmenevä suhteellisen suuri vesi-sideaine-suhde W/C 0,40-0,55, johon taas lienee syynä käytettyjen komponenttien varsin pieni raekoko kaiken kaikkiaan. Pieni raekokohan, ts. suuri ominaispinta-ala, ;.25 lisää yleisesti hyväksyttyjen oppien ja tiedon mukaan betonimassassa tarvittavan veden määrää, ts. vesi-sideaine-suhdetta. Tämä sideaine on myös suhteellisen kallis juuri " sideainekomponenttien tämän hienouden vuoksi, koska erittäin hienoksi jauhettaessa nousevat sen edellyttämät energia- ja 30 aikakustannukset jyrkästi. Kutistuman pienuuden ja korroosionkestävyyden suhteen tuloksena oleva betoni lienee hyvä ja lujuudenkehityksen kannalta kohtuullinen.This may be due to the relatively high water-binder ratio W / C 0.40-0.55 of the publication, which in turn is probably due to the relatively small overall grain size of the components used. A small grain size, i.e. a large specific surface area,; .25 increases the amount of water required in the concrete mass, i.e. the water-binder ratio, according to generally accepted doctrines and information. This binder is also relatively expensive precisely because of this fineness of the binder components, as very fine grinding increases the energy and time costs required. In terms of low shrinkage and corrosion resistance, the resulting concrete is likely to be good and reasonable in terms of strength development.
Edellä mainituissa julkaisuissa on selvästikin pyritty .35 soveltamaan sitä sekä betoni- että pigmenttitekniikassa tunnettua periaatetta, että massaseoksen juoksevaksi tekemiseksi tarvittavan nestemäärän pienentäminen on mahdollista täyttämällä partikkelien välitilat nesteen sijasta pienem- 5 90054 millä partikkeleilla. Mainituissa julkaisuissa muodostaa silika tämän pienistä partikkeleista koostuvan välitilat täyttävän seososuuden. Asiaa on käsitelty myös teoreettisesti. Jatkuvien partikkelikokojakautumien pakkautumisen opti-5 mointiin on Andreasen (1930) kehittänyt teorian, jossa kumulatiivista raekokojakautumaa kuvataan eksponenttiyhtä-löllä 10 Dn Y = - DLn 15 Teorian mukaan optimaalinen pakkautuminen saavutetaan kun n = 0,33-0,5.The above-mentioned publications have clearly sought to apply the principle known in both concrete and pigment technology that it is possible to reduce the amount of liquid required to make the pulp mixture fluid by filling the particle spaces with smaller particles instead of liquid. In said publications, silica forms this space-filling mixture of small particles. The issue has also been addressed in theory. For the optimization of the compression of continuous particle size distributions, Andreasen (1930) has developed a theory in which the cumulative grain size distribution is described by the exponential equation 10 Dn Y = - DLn 15 According to the theory, optimal compression is achieved when n = 0.33-0.5.
Teoriaa on edelleen kehitelty ottamalla mukaan minimipartik-kelikoko (J.F. Funk, D.R. Dinger, J.E. Funk Jr.: Coal Grin-20 ding and Particle Size Distribution Studies for Coal-Water Slurries at High Solids Content. Final Report Empire State Electric Energy Research Corporation, 1980), jolloin on päädytty myöhemminkin tässä hakemuksessa käsiteltävään yhtälöön 25The theory has been further developed to include minimum particle size (JF Funk, DR Dinger, JE Funk Jr .: Coal Grin-20 Ding and Particle Size Distribution Studies for Coal-Water Slurries at High Solids Content. Final Report Empire State Electric Energy Research Corporation, 1980), which later leads to Equation 25, which is the subject of this application
Dn - Dsn Y = - "· DLn - Dsn 30 '··*' Tällöin optimaalinen pakkautuminen saavutetaan, kun n = 0,37 ns. Alfredin jakautumassa (D.R. Dinger et ai.: Rheology of high solids coal-water mixtures: Co-Al 4th Int. Symp.Dn - Dsn Y = - "· DLn - Dsn 30 '·· *' In this case, optimal compression is achieved when n = 0.37 ns in the Alfred distribution (DR Dinger et al .: Rheology of high solids coal-water mixtures: Co- Al 4th Int. Symp.
35 Coal Slurry Combustion, Orlando, 10-12 May 1982, Pittsburg, .: Pittsburg Energy Technology Center, Vol. 4, 13 s.). Näiden teorioiden mukaan olisi seoksen nesteyttämiseksi tarpeellinen nestemäärä siis minimissään, kun n on alueella 0,33-0,5 ja erityisesti noin 0,37 riippumatta itse raekoosta.35 Coal Slurry Combustion, Orlando, 10-12 May 1982, Pittsburg,.: Pittsburg Energy Technology Center, Vol. 4, p. 13). According to these theories, the amount of liquid required to liquefy the mixture would thus be at a minimum when n is in the range of 0.33 to 0.5, and in particular about 0.37, regardless of the grain size itself.
6 900546 90054
Yhdellä jauhatusmenetelmällä luontaisesti jauhetuissa jauheissa, tässä tapauksessa masuunikuonassa, vaihtelee em. eksponentin n arvo likimain välillä 0,3-0,8, kuten kuviosta 1 on todettavissa. Tavanomaisella jauhatuksella siis pääs-5 tään helposti teorian mukaiseen optimaaliseen raekokojakautumaan.In one of the grinding methods in naturally ground powders, in this case blast furnace slag, the value of the above exponent n varies between approximately 0.3 and 0.8, as can be seen from Figure 1. Thus, with conventional grinding, the optimal particle size distribution according to the theory is easily achieved.
Siten keksinnön tavoitteena on ollut kehittää masuunikuonaa sisältävä betonimassa, jonka ominaisuuksia olisivat nopea 10 kovettuminen, tiiviys, korroosionkestävyys ja korkea lujuus sekä edullinen hinta. Siten tavoitteena on ollut saada aikaan runsaasti masuunikuonaa sisältävä betonin sideaineeksi käytettävä seossementti, jolla saadaan betonille parhaita muita sementtejä vastaavat lujuusarvot, mutta jolla masuuni-15 kuonan ansiosta on pieni lämmöntuotto, jolloin betoni soveltuu massiivisiinkin käyttökohteisiin. Lisäksi keksinnön tavoitteena on saada aikaan tällainen seossementti, jonka avulla betonimassalle saadaan hyvä notkeus pienellä vesi-si-deaine-suhteella ja tavanomaisilla nesteytinmäärillä, jol-20 loin betonimassa on helposti työstettävissä ja tulokseksi saadaan tiivis ja erittäin luja rakenne. Lisäksi keksinnön tavoitteena on saada aikaan tämän tyyppinen seossementti, jolla on hyvä korroosionkestävyys ja joka on hinnaltaan edullinen.Thus, the object of the invention has been to develop a concrete mass containing blast furnace slag, which would have the properties of fast curing, tightness, corrosion resistance and high strength, as well as an affordable price. Thus, the aim has been to provide a mixture cement used as a concrete binder rich in blast furnace slag, which gives the concrete strength values similar to the best other cements, but which has low heat output due to blast furnace-15 slag, making the concrete suitable for massive applications. It is a further object of the invention to provide such a mixed cement which provides a good flexibility of the concrete mass with a low water-binder ratio and conventional amounts of liquefier, whereby the concrete mass can be easily processed and a dense and very strong structure is obtained. It is a further object of the invention to provide a mixture cement of this type which has good corrosion resistance and is inexpensive.
.Ϋ- 25.Ϋ- 25
Edellä kuvatut ongelmat saadaan ratkaistua ja määritellyt tavoitteet saavutettua keksinnön mukaisella seossementillä, jolle on tunnusomaista se, mitä on määritelty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa, sekä menetelmällä, jolle on 30 tunnusomaista se, mitä on määritelty patenttivaatimuksen 7 tunnusmerkkiosassa.The problems described above can be solved and the defined objects achieved by the mixed cement according to the invention, which is characterized by what is defined in the characterizing part of claim 1, and by the method, which is characterized by what is defined in the characterizing part of claim 7.
Keksinnön erityisenä etuna on se, että sen mukaisella seos-sementillä, joka sisältää runsaasti masuunikuonaa ja jolla 35 on siitä aiheutuvat edellä kuvatut hyvät ominaisuudet, pieni lämmönkehitys ja siten vähäinen mikrohalkeilutaipumus sekä korroosionkestävyys, tiiviys ja siten hidas karbonatisoitu-minen, saadaan syntymään betonia, jonka lujuus vastaa par- 7 90054 häitten portlandsementtiin perustuvien betonien lujuutta. Samalla kuitenkin sideaine on edullisempaa sekä masuunikuo-nan itsensä että yksinkertaisen ja edullisen valmistusmenetelmän vuoksi. Keksinnön mukainen seossementti on myös hyvin 5 tiivistettävää ja on helposti käytettävää, vaikka vesi-side-aine-suhde on pieni.A particular advantage of the invention is that the mixed cement according to it, which contains a large amount of blast furnace slag and has the good properties described above, low heat generation and thus low tendency to micro-cracking, as well as corrosion resistance, tightness and thus slow carbonation, the strength corresponds to the strength of concrete based on parland cement. At the same time, however, the binder is more advantageous both because of the blast furnace slag itself and because of the simple and inexpensive manufacturing method. The mixed cement according to the invention is also very compactable and is easy to use, although the water-binder ratio is small.
Seuraavassa keksintöä kuvataan yksityiskohtaisemmin oheisiin kuvioihin viittaamalla.In the following, the invention will be described in more detail with reference to the accompanying figures.
1010
Kuvio 1 esittää taulukkona erilaisia masuunikuonan yhdistelmiä sisältäen keksinnön mukaisia sideaineseoksia.Figure 1 shows a table of different blast furnace slag combinations including binder mixtures according to the invention.
Kuvio 2 esittää erilaisia masuunikuonan raekokojakautumia 15 kumulatiivisina käyrinä.Figure 2 shows different blast furnace slag grain size distributions 15 as cumulative curves.
Kuvio 3 kuvaa keksinnön mukaisen seossementin kiinteiden komponenttien yhteiset ja erilliset kumulatiiviset raekokojakautumat.Figure 3 illustrates the common and separate cumulative grain size distributions of the solid components of the mixed cement according to the invention.
2020
Kuvio 4 esittää tekniikan tason ja keksinnön mukaisen ma-suunikuonajauheen eräät raekokojautumat.Figure 4 shows some grain size formations of the prior art and the slag powder according to the invention.
Kuvio 5 esittää kuvion 1 mukaisten massojen vedentarpeen 25 ominaispinta-alan funktiona.Figure 5 shows the water demand 25 of the pulps of Figure 1 as a function of specific surface area.
Kuvio 6 esittää kuvion 1 mukaisten massojen vedentarpeen partikkelikokojakautuman muodon funktiona.Figure 6 shows the water demand of the pulps of Figure 1 as a function of the shape of the particle size distribution.
30 Kuvio 7 esittää mm. kuvion 1 keksinnön mukaisiin seossement-teihin perustuvien betonien lujuudenkehityksen.Figure 7 shows e.g. Figure 1 shows the strength development of concretes based on the mixed cements according to the invention.
Kuvio 8 esittää keksinnön mukaisiin seossementteihin perus-tuvien betonien sekä tekniikan tason mukaisten betonien 35 puristuslujuuden kehitystä vesi-sideaine-suhteen funktiona.Figure 8 shows the development of the compressive strength of concretes based on the mixed cements according to the invention as well as the concretes 35 according to the prior art as a function of the water-binder ratio.
Kuvio 9 kuvaa betonien lujuudenkehityksen riippuvuutta seos-sementin masuunikuonakomponentin ominaispinta-alasta.Figure 9 illustrates the dependence of the strength development of concretes on the specific surface area of the blast furnace slag component of the mixed cement.
8 900548 90054
Yllättäen on nyt huomattu ja kokeellisen tutkimuksen tulosten perusteella varmistettu, että hienojauhettu masuunikuona soveltuu hyvin korkealujuusbetonin sideaineeksi. Masuunikuo-5 nan hienojauhatuksella ja raekokojakautuman keksinnön mukaisella optimoinnilla voidaan vaikuttaa masuunikuonan kovettu-misominaisuuksiin ja massan veden tarpeeseen.Surprisingly, it has now been noticed and confirmed by the results of experimental research that finely ground blast furnace slag is well suited as a binder for high-strength concrete. By finely grinding the blast furnace slag and optimizing the grain size distribution according to the invention, the curing properties of the blast furnace slag and the water demand of the pulp can be influenced.
Siten on nyt todettu, että betonimassan vedentarve ei ylei-10 sesti hyväksyttyjen oppien mukaisesti kaikissa tilanteissa noudatakaan yksioikoisesti raekokoa, ts. sideaineen kiinteiden komponenttien ominaispinta-alaa. Kuten edellä ja mm. mainituissa viitejulkaisuissa on selostettu, katsotaan yleisesti, että vedentarve kasvaa, kun raekoko pienenee.Thus, it has now been found that, according to generally accepted doctrines, the water demand of a concrete mass does not in all situations uniformly follow the grain size, i.e. the specific surface area of the solid components of the binder. As above and e.g. as described in said references, it is generally considered that the water demand increases as the grain size decreases.
15 Tämä tekniikan tasoon perustuva riippuvuus on piirretty kuvioon 5 yhtenäiseksi käyräksi. Keksinnön mukaisen massan vedentarve poikkeaa ratkaisevasti tunnettujen massojen vedentarpeesta, kuten kuvion 5 pisteistä E4, B3 ja B4, jotka edustavat eräitä keksinnön mukaisia sideainekokoomuksia, 20 on nähtävissä. Optimoimalla tällä tavoin ja myöhemmin tarkemmin kuvattavalla tavalla masuunikuonajauheen raekokojakautuma voidaan käyttää hienojauhettua masuunikuonaa lisäämättä betonimassan veden tarvetta. Masuunikuonabetonin lisäaineena on tällöin käytettävä notkistavia lisäaineita.This prior art dependence is plotted in Figure 5 as a unitary curve. The water demand of the pulp according to the invention differs decisively from the water demand of known pulps, such as points E4, B3 and B4 in Figure 5, which represent some of the binder compositions according to the invention. By optimizing the grain size distribution of the blast furnace slag powder in this way and in a manner to be described in more detail later, finely ground blast furnace slag can be used without increasing the water demand of the concrete mass. In this case, plasticizing additives must be used as an admixture for blast furnace slag concrete.
2525
Kuvion 1 taulukossa on kuvattu kokeissa tutkittujen erilaisten masuunikuonatyyppien seosten suhteet. Masuunikuonakom-ponentti "hieno" tarkoittaa suihkumyllyllä jauhettua ja Alpinen lajittimella saatua erittäin hienoa masuunikuonaa, 30 jonka ominaispinta-ala on luokkaa 1200 m^/kg laskettuna raekokojakautumasta, joka on määritelty röntgensedimentaa-tiomenetelmällä (Sedigraf). Tämä raekokojakautuma on myös esitetty kuviossa 2 käyränä A4. Muut masuunikuonakomponentit ovat kaupallisesti saatavia jauheita ja niiden lasketut 35 ominaispinta-alat on esitetty taulukossa (kuvio 1). Kaksi suhteellisen hienoa jauhetta on kuvattu myös raekokojakautumiltaan käyrinä Ai ja B1 kuviossa 2.The table in Figure 1 shows the ratios of the mixtures of the different types of blast furnace slag studied in the experiments. Blast furnace slag component "fine" means a very fine blast furnace slag ground in a jet mill and obtained with an Alpine sorter, with a specific surface area of the order of 1200 m 2 / kg, calculated from the grain size distribution determined by the X-ray sedimentation method (Sedigraf). This grain size distribution is also shown in Figure 2 as curve A4. The other blast furnace slag components are commercially available powders and their calculated specific surface areas are shown in the table (Figure 1). Two relatively fine powders are also depicted as grain size distribution curves A1 and B1 in Figure 2.
9 9G0549 9G054
Tehtiin koesarja, jolla tutkittiin portlandsementillä aktivoidun masuunikuonan partikkelikokojakautuman vaikutusta notkistetun betonimassan vedentarpeeseen, lujuudenkehitysno-peuteen ja loppulujuuteen. Veden tarve määriteltiin hakemal-5 la se vesimäärä, joka tekee massasta hyvin työstettävän.A series of experiments was performed to investigate the effect of the particle size distribution of blast furnace slag activated with Portland cement on the water demand, strength development rate and final strength of the flexible concrete mass. The need for water was determined by the amount of water that makes the pulp well workable.
Koesarjassa pyrittiin vakiokäsiteltävyyteen valun ja tiivistyksen kannalta. Massojen notkeus määritettiin Haegermanin pöydällä. Rinnakkaiskokeina selvitettiin myös muiden akti-vaattoreiden kuin portlandsementin, kuten natriumhydroksidin 10 ja kaliumhydroksidin, portlandsementtien määrän ja laadun sekä aluminaattisementtien vaikutusta masuunikuonabetonin mikrohalkeiluun. Tutkittiin myös betonin suhteituksen, lämpökäsittelyn, autoklaavikäsittelyn ja erilaisten sekoi-tustekniikoiden, pinta-aktiivisuutta vähentävien aineiden 15 ja masuunikuonan koostumuksen vaikutusta mikrohalkeiluun. Seuraavassa on saaduista koetuloksista esitetty ne, joilla on keksinnön ymmärtämisen kannalta oleellinen merkitys.The test series aimed at standard handling in terms of casting and sealing. The flexibility of the masses was determined on a Haegerman table. The effect of Akti activators other than Portland cement, such as sodium hydroxide 10 and potassium hydroxide, on the quantity and quality of Portland cements and aluminate cements on the microcracking of blast furnace slag concrete was also investigated in parallel experiments. The effect of concrete ratio, heat treatment, autoclave treatment and various mixing techniques, surfactants 15 and blast furnace slag composition on microcracking was also investigated. The following are those of the experimental results obtained which are essential for an understanding of the invention.
Muut vaikutukset ohitetaan toteamuksilla parhaasta tuloksesta, mikäli sellainen on ollut selvästi todettavissa.Other effects are ignored by statements of the best result, if such has been clearly established.
2020
Edellä mainitun masuunikuonajauheen partikkelikokojakautuman merkitystä vedentarpeen kannalta selvitettiin mm. yhtälön (1) avulla, jolloin koesarjan materiaalien arvot Ds, DL ja n ovat löydettävissä kuvion 1 taulukosta: : 25The significance of the particle size distribution of the above-mentioned blast furnace slag powder in terms of water demand was investigated e.g. by equation (1), where the values of the materials Ds, DL and n of the test series can be found in the table in Figure 1:
Dn - Dsn <d y = - °Ln - °sn 30 jossa Y = Kumulatiivinen tilavuusosuus D Partikkelikoko, pm : Ds = Minimikoko, pm DL = Maksimikoko, pm n Jakautuman muototekijä.Dn - Dsn <d y = - ° Ln - ° sn 30 where Y = Cumulative volume fraction D Particle size, pm: Ds = Minimum size, pm DL = Maximum size, pm n Formation factor of the distribution.
Edellä kuvatun masuunikuonakomponenttiin kohdistuneen koesarjan lisäksi tehtiin parhaaksi todetun masuunikuonaseoksen osalta lisäkoesarja silikan vaikutuksen selvittämiseksi *: 35 10 90054 sekä kokeet mm. tavanomaisella portlandsementillä vastaavissa olosuhteissa vertailuarvojen saamiseksi. Käytetyn vedettömän amorfisen silikan (Si02) likimääräinen raekokojakautuma on kuvattu kuvioon 3 käyränä S ja sen ominaispinta-ala on 5 vähintään 20 000 m2/kg. Siitä on todettava, että näin hienon jauheen raekoon määrittelyssä törmätään jo partikkelien pinnan ja muodon tiettyyn epämääräisyyteen, joten tätä käyrää ei pidä tulkita varsinaiseksi raekokojakautuman määrittelyksi.In addition to the series of tests on the blast furnace slag component described above, an additional series of tests was performed on the blast furnace slag mixture to determine the effect of silica *: 35 10 90054, as well as experiments e.g. with conventional Portland cement under similar conditions to obtain reference values. The approximate grain size distribution of the anhydrous amorphous silica (SiO 2) used is depicted in Figure 3 as a curve S and has a specific surface area of at least 20,000 m 2 / kg. It should be noted that in determining the grain size of such a fine powder, a certain ambiguity is already encountered in the surface and shape of the particles, so this curve should not be interpreted as the actual determination of the grain size distribution.
1010
Kuvioon 3 on kuvattu myös käytetyn portlandsementin raekokojakautuma käyränä P.Figure 3 also shows the grain size distribution of the Portland cement used as a curve P.
Ensimmäinen koesarjan betonien koostumus on seuraava: 15The first composition of the concretes in the test series is as follows:
Sideaineet:Binders:
Kuona 83 %Slag 83%
Portlandsementti 17 % 20 Runkoaine:Portland cement 17% 20 Aggregate:
Filleri 6,25 % 0,1-0,6 mm 12,5 % 0,5-1,2 mm 15 % ...T 1-2 mm 13,75 % . --25 2-3 mm 11,25 % 3-5 mm 13,75 % 5-10 mm 27,5 %Filler 6.25% 0.1-0.6 mm 12.5% 0.5-1.2 mm 15% ... T 1-2 mm 13.75%. --25 2-3 mm 11.25% 3-5 mm 13.75% 5-10 mm 27.5%
Sideaine-runkoaine-suhde 1:4 30Binder-aggregate ratio 1: 4 30
Nesteytin:liquifier:
Scancem SP 62 / Mighty 150 - 2 % (joissain kokeissa myös 3 % : ' tai 4 %) sideaineen määrästä. Pääasiassa vaikuttavana ainee- : na nesteyttimessä on kondensoitu naftaleenisulfonaatti.Scancem SP 62 / Mighty 150 - 2% (also 3% or 4% in some experiments) of the amount of binder. The main active ingredient in the liquefier is condensed naphthalene sulfonate.
-35 Kuiva-ainepitoisuus 42 %. Veden osuus laskettiin kokonais- vesimäärästä.-35 Dry matter content 42%. The proportion of water was calculated from the total amount of water.
Keksinnön mukaisten masuunikuonaseosten tekniikan tasosta eroavat vedentarpeet ilmenevät kuvioista 5 ja 6. Kuviossa 11 90054 seokset E4, B3 ja B4 eroavat huomattavasti tavanomaisista seoksista, joiden vesi-sideaine-suhde kasvaa voimakkaasti ominaispinta-alan kasvaessa, kuten kuvioon on käyrällä "Tekniikan taso" merkitty. Keksinnön mukaisten seosten 5 vesi-sideaine-suhde on siis huomattavasti alhaisempi kuin vastaavan ominaispinta-alan omaavan tekniikan tasoa edustavan jauheen. Vertailun vuoksi voidaan todeta, että julkaisussa WO-90/09968 esitetty masuunikuona vastaa tässä koesarjassa varsin tarkkaan sideaineseosta AI. Kuten huomataan, 10 sijaitsee kyseisen massan vedentarve täysin keksinnöstä poikkeavalla kohdalla, mutta lähellä kyseisestä julkaisusta ilmenevää kohtaa, kuten jo edellä on arveltu. Kuviosta 6 näkyy, että massojen vedentarve noudattaa erittäin hyvin yhtälön (1) muototekijää n. Kun tämä muototekijä n on arvol-15 taan pieni positiivinen luku, ts. < n. 0,2, saavutetaan kohtuullinen vesi-sideaine-suhde 0,3. Kun muototekijä tulee nollaksi ja edelleen negatiiviseksi, tässä tapauksessa lähelle arvoa -0,2, putoaa vesi-sideaine-suhde lukuun n. 0,27.Water requirements different from the prior art blast furnace slag mixtures according to the invention are shown in Figures 5 and 6. In Figure 11 90054, mixtures E4, B3 and B4 differ considerably from conventional mixtures whose water-binder ratio increases strongly with increasing specific surface area, as indicated by the "Prior Art" curve. The water-binder ratio of the mixtures 5 according to the invention is thus considerably lower than that of the corresponding prior art powder. For comparison, the blast furnace slag disclosed in WO-90/09968 corresponds quite closely to the binder mixture A1 in this series of experiments. As will be appreciated, the water demand of the pulp in question is located at a completely different point from the invention, but close to the point appearing in the said publication, as has already been speculated above. It can be seen from Figure 6 that the water demand of the pulps follows very well the form factor n of Equation (1). When this form factor n is a small positive number, i.e. <about 0.2, a reasonable water-binder ratio of 0.3 is achieved. When the form factor becomes zero and still negative, in this case close to -0.2, the water-binder ratio drops to about 0.27.
20 Kuvioon 3 on piirretty koesarjasta vesi-sideaine-suhteen kannalta parhaaksi todetun masuunikuonaseoksen B4 kumulatiivinen raekokojakautuma. Seokset B4 ja AI ilmenevät myös kuviosta 2, jossa on periaatteesa samat riippuvuudet kuin kuviossa 3. Tämä keksinnön mukainen seos B4, joka on tämän 25 hetken tiedon mukaan paras seos ja tekniikan tason mukainen lähimmäksi tuleva jauhe AI on kuvattu myös tilavuusosuus-jakautumana kuviossa 4 niiden välisen eron selventämiseksi. Kuvioon 4 on kuvattu myös toiset keksinnön mukaiset seokset E4 ja B3. Vaikka näiden ero jakautumaan AI nähden ei näy-30 tä kovin suurelta, on se kuvioista 5 ja 6 ilmenevien tulos-ten mukaan ratkaiseva. Jo tässä yhteydessä voidaan todeta, että keksinnön mukaista raekokojakautumaa ei voida saavuttaa millään tunnetulla jauhatustavalla, vaan se on saatavissa ainoastaan erilaisia jauheita sekoittamalla. Tämä jakautuman • 35 kaksihuippuisuus näkyy kuvion 4 jakautumasta. Keksinnön mukaisen masuunikuonan raekokojakautuman raja-arvot ovat edellä olevan perusteella seuraavat: 12 90054Figure 3 shows the cumulative grain size distribution of the blast furnace slag mixture B4 found to be the best in terms of water-binder ratio from the test series. Mixtures B4 and AI are also shown in Figure 2, which has essentially the same dependencies as in Figure 3. This mixture B4 according to the invention, which according to the present knowledge is the best mixture and the closest powder A1 according to the prior art, is also described in Figure 4 by volume. to clarify the difference between. Figure 4 also illustrates other mixtures E4 and B3 according to the invention. Although the difference between these with respect to the distribution A1 does not appear to be very large, it is decisive according to the results shown in Figures 5 and 6. It can already be stated in this connection that the grain size distribution according to the invention cannot be achieved by any known grinding method, but can only be obtained by mixing different powders. This duality of the distribution • 35 is shown in the distribution of Figure 4. Based on the above, the limit values for the grain size distribution of the blast furnace slag according to the invention are as follows: 12,90054
Raekokoalue Osuus kuonassa Raekoko Kumulat. til.% B4: E4: 5 >125 pm < 10 % < 125 pm n.100 n.93 125-50 2-15 % <50 98 83 50-20 9-21 % <20 85 65 20-10 10-24 % <10 70 50 10-5 11-27 % < 5 57 35 10 5-2 19-39 % < 2 20 12 2-1 5-18 % <1 8 4 1-0,5 1-9 % <0,5 21Grain size range Proportion of slag Grain size Cumulations. vol.% B4: E4: 5> 125 pm <10% <125 pm n.100 n.93 125-50 2-15% <50 98 83 50-20 9-21% <20 85 65 20-10 10- 24% <10 70 50 10-5 11-27% <5 57 35 10 5-2 19-39% <2 20 12 2-1 5-18% <1 8 4 1-0.5 1-9% < 0.5 21
Yhteenvedonomaisesti edellisen perusteella voidaan keksinnön 15 pääperiaatteeksi todeta se, että betonimassan vedentarve määräytyy jakautuman muodosta, mutta on riippumaton jauheen hienoudesta. Ts. jos jauheen tai jauheseoksen muototekijä on sama, on massan vedentarve sama, olipa jauhe tai seos hieno tai karkea. Tämä näkyy selvästi siitä, että kuvion 1 20 seoksilla B4 ja E4 on sama muototekijä -0,15 ja sama vedentarve (vrt. kuvio 6), vaikka niiden ominaispinta-alat 843 m^/kg ja 584 m^/kg eroavat oleellisesti toisistaan. Masuu-nikuonajauheen optimijakautuma on siis muototekijän arvoilla <+0,2, mieluiten negatiivinen ja edullisimmin <-0,2, jolloin - 25 jakautuman muoto tulee edellä taulukoidun tyyppiseksi ja .! ilmoitetulle raekokoalueelle. Raekokoalue määräytyy suureis ta Dl ja Dg, joiden suuruudet ovat väleillä 0,7-1,5 pm, edullisesti n. 1 pm ja vastaavasti n. 30-120 pm. Oletetaan, että tulos aiheutuu siitä, että näin menetellen eliminoituu 30 jauheen ja veden seoksen sisäinen kitka, millä vedentarve minimoituu. Masuunikuonan suhteellisen suuri passiivisuus mahdollistaa tämän kun partikkelit betonimassan sekoituksen jälkeen ehtivät valun aikana toteuttaa keskinäisen liukumisen ja pakkautumisen. Sillä taas saadaan hyvä lujuus kuten 35 jäljempänä selostetaan.In summary, the main principle of the invention is that the water demand of the concrete mass is determined by the shape of the distribution, but is independent of the fineness of the powder. Ts. if the shape factor of the powder or powder mixture is the same, the water requirement of the pulp is the same, whether the powder or mixture is fine or coarse. This is clearly shown by the fact that the mixtures B4 and E4 in Fig. 1 have the same form factor -0.15 and the same water demand (cf. Fig. 6), although their specific surface areas of 843 m 2 / kg and 584 m 2 / kg differ substantially from each other. Thus, the optimum distribution of the blast furnace slag powder is at the form factor values <+0.2, preferably negative and most preferably <-0.2, whereby the shape of the -25 distribution becomes of the type tabulated above and. declared grain size range. The grain size range is determined by the sizes D1 and Dg, which range in size from 0.7 to 1.5, preferably about 1 and about 30 to 120, respectively. It is assumed that the result is that in this way the internal friction of the mixture of powder and water is eliminated, thus minimizing the need for water. The relatively high passivity of the blast furnace slag allows this when the particles, after mixing the concrete mass, have time to perform mutual sliding and packaging during casting. On the other hand, it provides good strength as described below.
Saman keksinnöllisen periaatteen mukaan on aktivaattorina toimivan portlandsementin raekokojakautuma sovitettu koko- 13 90 054 naisuudessaan masuunikuonajauheen jakautumaa karkeammaksi, kuten näkyy kuviosta 3 käyränä P. Siten keksinnön mukaan noudatetaan sitä periaatetta, että mitä aktiivisempi komponentti on, sitä karkeampaa sen tulee olla ja mitä passii-5 visempi jokin komponentti on, sitä hienompaa sen tulee olla partikkelien liukumisen ja pakkautumisen aikaansaamiseksi ja tasaisen ja sopivan reaktionopeuden aikaansaamiseksi.According to the same inventive principle, the grain size distribution of Portland cement, which acts as an activator, is adjusted to be coarser in its size than the blast furnace slag powder distribution, as shown in Figure 3 as curve P. Thus, the invention follows the principle that the more active the component, the coarser the finer a component is, the finer it must be to achieve slip and compression of the particles and to provide a uniform and suitable reaction rate.
Kuviosta 7 näkyy edellä kuvatun tyyppisen betonimassan 10 lujuudenkehitys kun masuunikuonajauheen seokset ovat tyyppiä Bl - B4 ja El - E4. On todettavissa, että mitä pienempi jauheseoksen muototekijä n on, ts. mitä pienempi on betoni-massan vesi-sideaine-suhde, sitä ylempänä lujuudenkehittyrni-sen käyrä kulkee. Betonin puristuslujuus siis suhtautuu 15 eri seoksilla seuraavasti: B4 > B3 > B2 > Bl ja E4 > E3 > E2 > El. Lujuuden kannalta parhaan seoksen B4, joka oli paras myös vedentarpeen suhteen, puristuslujuus 90 vuorokauden iässä (loppulujuus) oli noin 95 MPa, joka on suhteellisen hyvä arvo runsaasti masuunikuonaa sisältävälle be-20 tonille. Kaikkien muiden seosten perusteella tehtyjen betonien puristuslujuus 90 vuorokauden iässä oli alle 90 MPa ja seoksella AI noin 86 MPa. Alhaisin loppulujuus n. 60 MPa on seoksella El. Loppulujuuksissa on siis paikoitellen selviä eroja, jotka eivät korreloi vedentarpeen kanssa, 25 mutta paikoitellen erot ovat suhteellisen pieniä vaikkakin selvästi ja kiistatta todettavia. Seokset, joilla on pienin vesi-sideaine-suhde, ovat loppulujuuksiltaan parhaita. Lujuudenkehitys taas korreloi pääasiassa ominaispinta-alan kanssa, jolloin nopein lujuudenkehitys kokeiden perusteella 30 esiintyy ominaispinta-alavälillä n. 750-950 m^/kg ja parhaimmillaan ominaispinta-alalla n. 850 m^/kg (kuvio 9).Figure 7 shows the strength development of a concrete mass 10 of the type described above when the blast furnace slag powder mixtures are of types B1-B4 and E1-E4. It can be seen that the lower the shape factor n of the powder mixture, i.e. the lower the water-binder ratio of the concrete mass, the higher the strength curve passes. Thus, the compressive strength of concrete is treated with 15 different mixtures as follows: B4> B3> B2> B1 and E4> E3> E2> El. In terms of strength, the best alloy B4, which was also the best in terms of water demand, had a compressive strength at 90 days of age (final strength) of about 95 MPa, which is a relatively good value for be-20 ton rich in blast furnace slag. The compressive strength of all other concretes made at the age of 90 days was less than 90 MPa and that of Al was about 86 MPa. The lowest final strength of about 60 MPa is with the mixture El. Thus, there are clear differences in final strengths in some places that do not correlate with water demand, 25 but in some places the differences are relatively small, although clearly and undeniably observable. Mixtures with the lowest water-binder ratio have the best final strengths. The strength development, on the other hand, correlates mainly with the specific surface area, with the fastest strength development based on experiments occurring in the specific surface area of about 750-950 m 2 / kg and at best in the specific surface area of about 850 m 2 / kg (Figure 9).
Betonikokeissa etsittiin hyvää betonimassan koostumusta pyrkien nopeaan kovettumiseen, suureen loppulujuuteen ja 35 tiiviyteen. Perussideaineena käytettiin ensimmäisen koesarjan perusteella saatua masuunikuonaa, jonka raekokojakautuma oli B4. Lisäksi tehtiin kokeet, joissa masuunikuonan osuudet olivat 70 % ja 87 % ja portlandsementin osuudet vastaavasti 14 9 0 0 5 4 30 % ja 13 % sideaineesta. Edellisen lujuusarvot vastasivat läheisesti ensimmäisen koesarjan mukaisen betonin lujuusar-voja, mutta jälkimmäisen olivat hieman alempia, kuten kuviosta 7 ja kuvion 8 käyristä 3 ja 5 on todettavissa.In concrete tests, a good composition of concrete mass was sought, aiming at fast curing, high final strength and 35 tightness. Blast furnace slag obtained from the first series of experiments with a grain size distribution of B4 was used as the basic binder. In addition, experiments were performed in which the proportions of blast furnace slag were 70% and 87% and the proportions of Portland cement were 14 9 0 0 5 4 30% and 13% of the binder, respectively. The strength values of the former closely corresponded to the strength values of the concrete according to the first set of tests, but the latter were slightly lower, as can be seen from Fig. 7 and curves 3 and 5 in Fig. 8.
5 Portlandsementillä aktivoidussa masuunikuonabetonissa oli mikrohalkeamia vähän tai ei ollenkaan. Seosaineena käytetyn portlandsementin määrä vaikutti mikrohalkeamien määrään. Syyksi arvioitiin, että sitoessaan kalkkia portlandsementillä aktivoitu masuunikuona muodostaa kovettuessaan rakenteel-10 taan saman tyyppisiä kovettumistuotteita kuin portlandse- mentti. Seosaineena käytetyn portlandsementin kovettumisno-peuden taas ei todettu vaikuttavan halkeamien määrään. Betonin vähäisen mikrohalkeilun ja tiiviyden sekä nopean lujuudenkehityksen kannalta katsottiin, että portlandsemen-15 tin osuus hienojauhetun kuonan määrästä saa olla vähintään suuruusluokkaa kolmannes, ts. koko sideainemäärästä n. 20 %. Suuremmilla pitoisuuksilla vedentarve alkaa myös lisääntyä. Puristuslujuustulokset ensimmäisten viikkojen aikana olivat merkittävästi suurempia, kun seosaineena käytettiin 20 hyvin nopeasti kovettuvaa sementtiä (P 40/3) kuin käytettäessä seosaineena nopeasti (P 40/7) tai normaalisti (koesarja P 40/28) kovettuvaa portlandsementtiä. Alkaliaktivoidulla sekä alkali-portlandsementti-yhteisaktivoidussa masuunikuonabetonissa esiintyi taas runsaasti mikrohalkeilua.5 Portland cement-activated blast furnace slag concrete had few or no microcracks. The amount of Portland cement used as an admixture affected the amount of microcracks. It was estimated that the reason for bonding lime with Portland cement-activated blast furnace slag, when cured, forms curing products of the same type as Portland cement. The rate of curing of Portland cement used as an admixture, on the other hand, was not found to affect the number of cracks. In view of the low microcracking and tightness of the concrete and the rapid development of strength, it was considered that Portland seed-15 should account for at least one-third of the amount of finely ground slag, ie about 20% of the total amount of binder. At higher concentrations, the need for water also begins to increase. The compressive strength results during the first weeks were significantly higher when 20 very fast-curing cements (P 40/3) were used as the admixture than when the fast-curing (P 40/7) or normally (test series P 40/28) Portland cement was used as the admixture. Alkali-activated as well as alkali-Portland cement co-activated blast furnace slag concrete again showed abundant micro-cracking.
25 Lämpökäsittelyn todettiin kiihdyttävän hienoimpien massojen lujuudenkehitystä kohtalaisesti, mutta karkeimpien massojen vain vähän. Notkistamattomien massojen vesi-sideaine-suhde oli yli 0,4 ja saatu loppulujuus oli vaatimaton verrattuna 30 notkistettujen massojen edellä käsiteltyihin arvoihin.25 Heat treatment was found to moderately accelerate the strength development of the finest masses, but only slightly of the coarsest masses. The water-binder ratio of the non-plasticized pulps was greater than 0.4 and the final strength obtained was modest compared to the values of the 30 plasticized pulps discussed above.
Koska tunnetusti silika lisää portlandsementin lujuutta, testattiin seuraavaksi sen lisäyksen vaikutusta. Monissa sovellutuksissa (kuten em. JP-julkaisussa) silikaa käytetään 35 lähinnä täyteaineena tiiviisti pakkautuneen raerakenteen muodostamiseksi, jolloin silikaa voi olla esim. 20 % sideaineesta. Tunnetaan myös silikapitoisuudet 4-15 % kuonan perusteella laskettuna (FI-881714). Koska portlandsementistä 15 90054 sen kovettuessa syntyy noin viidesosa sementin määrästä kalsiumhydroksidia ja silika kuluttaa sitä omaan kovettumis-reaktioonsa likimain oman painonsa verran, niin ottaen lisäksi huomioon se, että kumpikaan mainituista ainesosista 5 ei reagoi täydellisesti, päädyttiin siihen, että silikaa käytetään n. 1/4 portlandsementin määrästä. Tällöin seosse-mentin parhaaksi katsottu koostumus on masuunikuonaa 70 %, portlandsementtiä 24 % ja silikaa 6 %, jonka seoksen kumulatiivinen tilavuusosuusjakautuma raekoon funktiona on esitet-10 ty käyränä I kuviossa 3. Tässä raekoko-aktiivisuus-suhteitus on edellä kuvatun keksinnöllisen ajatuksen mukainen, ts. vähiten aktiivinen seossementin komponentti on myös hienointa. Silikan ominaispinta-ala on tyypillisesti yli 20 000 m2/kg, jolloin päädytään tasaisesti etenevään ja keskenään 15 vuorovaikutuksessa olevien kovettuvien komponenttien yhdistelmään. Silikan määrä sinänsä on tavanomaisella alueella, kuten esim ilmenee patenttihakemuksesta FI-881714. Silikan todettiin toimivan massan tietynlaisena notkistime-na ja voiteluaineena, joten normaalin tavallisesta runkoai-20 neesta valmistetun keksinnön mukaista masuunikuonaa sisältävän betonin vesi-sideaine-suhde voitiin laskea jopa arvoon 0,20.Since silica is known to increase the strength of Portland cement, the effect of its addition was next tested. In many applications (such as the above-mentioned JP publication), silica is used mainly as a filler to form a tightly packed granular structure, whereby silica can be e.g. 20% of the binder. Silica contents of 4-15% based on slag are also known (FI-881714). Since Portland cement 15 90054, when cured, produces about one-fifth of the amount of calcium hydroxide in the cement and the silica consumes it in its own curing reaction to approximately its own weight, further considering that neither of these components 5 reacts completely, it was concluded that silica is used for about 1 / 4 of the amount of Portland cement. In this case, the preferred composition of the mixture cement is blast furnace slag 70%, Portland cement 24% and silica 6%, the cumulative volume fraction distribution of the mixture as a function of grain size is shown as curve I in Figure 3. Here the grain size-activity ratio is in accordance with the inventive idea described above. the least active component of the mixed cement is also the finest. The specific surface area of the silica is typically more than 20,000 m 2 / kg, resulting in a steadily advancing combination of interacting curable components. The amount of silica per se is in the conventional range, as is apparent, for example, from patent application FI-881714. Silica was found to act as a kind of plasticizer and lubricant for the pulp, so that the water-binder ratio of a normal blast furnace slag concrete made according to the invention made of ordinary aggregate could be reduced to as much as 0.20.
Tulokset on esitetty kuvioissa 7 ja 8 sekä lujuudenkehityk-25 sen että vesi-sideaine-suhteen funktiona. Silika siis odotetusti lisää betonin lujuutta ja lisäksi pienentää veden-tarvetta. Paras loppulujuus 90 vuorokauden iässä, lähes 120 MPa, saavutetaan edellä määritellyllä 6 % silikaa sisältävällä seoksella kun vesi-sideaine-suhde on 0,24 (käyrä 1).The results are shown in Figures 7 and 8 as a function of both the strength development and the water-binder ratio. Silica therefore, as expected, increases the strength of the concrete and also reduces the need for water. The best final strength at 90 days of age, almost 120 MPa, is achieved with the 6% silica-containing mixture as defined above when the water-binder ratio is 0.24 (Curve 1).
30 Saman seoksen lujuudet 28 vuorokauden iässä on kuvattu käyrällä 2. Käyrästöihin on myös lisätty 9 % silikaa, 30 % portlandsementtiä ja siten 61 % masuunikuonaa B4 sisältävän seoksen puristuslujuus, kun vesi-sideaine-suhde on 0,27, kuvattuna pisteellä 6. Tämän betonin ko. arvo ei kuitenkaan 35 näytekappaleen erilaisen koon vuoksi ole täysin vertailukelpoinen muiden tulosten kanssa. Vertailun vuoksi on kuvioon 8 myös merkitty kahden muun pelkkään masuunikuonaseokseen B4 ja portlandsementtiin perustuvan betonin lujuuskäyrät 3 ie 90054 ja 5. Samoin kuvioon 8 on merkitty perinteisen tekniikan tason mukaisen pelkkään portlandsementtiin perustuvan betonin lujuuskäyrät 4 ja 7. Keksinnön mukaisten silikaa 6 % sisältävien betonien lujuudenkehitys on piirretty käyrinä 5 8 ja 9 myös kuvioon 7. On todettavissa, että keksinnön mukaiseen seossementtiin perustuvan betonin lujuus ja tiiviys on huomattavan hyvä verrattuna tekniikan tason mukaisiin betoneihin.30 The strengths of the same mixture at 28 days of age are depicted in curve 2. The compressive strength of a mixture containing 9% silica, 30% Portland cement and thus 61% blast furnace slag B4 at a water-binder ratio of 0.27 is also added to the graphs, described in point 6. co. however, due to the different size of the 35 samples, the value is not fully comparable with the other results. For comparison, the strength curves 3 ie 90054 and 5 of the other two blast furnace slag mixtures B4 and Portland cement-based concrete are also shown in Fig. 8. Similarly, the strength curves 4 and 7 of the prior art Portland cement-only concrete according to the prior art are plotted in Fig. 8. The strength of the 6% silica-containing concretes plotted as curves 58 and 9 also in Fig. 7. It can be seen that the strength and tightness of the concrete based on the cement cement according to the invention is remarkably good compared to the concretes according to the prior art.
10 Massan työstettävyyden suhteen havaittiin, että valmistettaessa hienojauhetusta masuunikuonasta korkealujuusbetonia hyvin pienellä vesi-sideaine-suhteella (<0,25) massan koheesio on pieni, mutta massan viskositeetti kasvaa nopeasti muodonmuutosnopeuden kasvaessa. Masuunikuonasta valmistet-15 tu betonimassa soveltuu sekoitettavaksi pakkosekoittimen ja erityisesti tappimyllyn tyyppisellä sekoittimella. Massan tehokas sekoitus tämän tyyppisellä sekoittimella nostaa merkittävästi masuunikuonabetonin varhais- ja myöhäislujuutta. Massa soveltuu tärytys- ja leikkaustiivistykseen.10 With respect to the workability of the pulp, it was found that when high-strength concrete with very low water-binder ratio (<0.25) is produced from finely ground blast furnace slag, the cohesion of the pulp is low, but the viscosity of the pulp increases rapidly with the rate of deformation. Concrete mass made from blast furnace slag is suitable for mixing with a forced mixer and in particular with a pin mill type mixer. Efficient mixing of the pulp with this type of mixer significantly increases the early and late strength of blast furnace slag concrete. The compound is suitable for vibration and shear compaction.
2020
Kuten jo edellä tässä selityksessä on todettu, on keksinnön mukainen masuunikuonakomponentti valmistettavissa sekoittamalla kahta eri karkeutta edustavaa masuunikuonajauhetta. Toinen kuonaosuus on tavanomaista jauhetta, jonka ominais-25 pinta-ala on alle n. 600 m2/kg, edullisesti suuruusluokkaa n. 400 m2/kg, sekä erikoishienoa jauhetta, jonka ominaispin-ta-ala on vähintään suuruusluokkaa n. 900 m2/kg ja tyypillisesti suuruusluokkaa n. 1200 m2/kg. Erikoishienoa jauhetta on seoksessa n. 30-50 tilavuus-%, edullisesti n. 40 tila-30 vuus-%, masuunikuonajauheesta. Tällöin päästään kuvioista 2-4 ilmeneviin keksinnön mukaisiin masuunikuonaseoksiin, erityisesti seokseen B4, joita yhtälö (1) approksimoi.As already stated above in this description, the blast furnace slag component of the invention can be prepared by mixing two blast furnace slag powders of different roughness. The second slag portion is a conventional powder having a specific surface area of less than about 600 m 2 / kg, preferably of the order of about 400 m 2 / kg, and a particularly fine powder having a specific surface area of at least about 900 m 2 / kg. and typically on the order of about 1200 m2 / kg. The ultra-fine powder is present in the mixture in an amount of about 30-50% by volume, preferably about 40% by volume, of blast furnace slag powder. In this case, the blast furnace slag mixtures according to the invention, in particular mixture B4, shown in Figures 2 to 4, which are approximated by Equation (1), are obtained.
Kapillaarinen vedenläpäisevyys ja kaasunläpäisevyys oli 35 erittäin pieni sekä portlandsementistä valmistetuissa ver-tailubetoneissa että niissä masuunikuonabetoneissa, joissa kuonan osuus sideaineesta oli 70 % ja vesi-sideainesuhde 0,20-0,28. Nämä koebetonit karbonatisoituvat hieman nopeam- 17 9 O O S 4 min kuin portlandsementistä valmistettu vertailubetoni. Niiden kestävyys happamessa liuoksessa oli ratkaisevasti parempi kuin portlandsementistä valmistetun vertailubetonin kestävyys.Capillary water permeability and gas permeability were very low in both Portland cement reference concretes and blast furnace slag concretes where the slag accounted for 70% of the binder and the water-binder ratio was 0.20-0.28. These test concretes carbonate slightly faster than the reference concrete made of Portland cement. Their durability in acid solution was decisively better than that of reference concrete made of Portland cement.
55
Voimakas lämpökäsittely (lämpötila 60-75°C) on edullista varhaislujuuden kannalta ja se ei juuri aiheuta loppulujuuden katoa. Lämpökäsiteltynä hienojauhetusta masuunikuonasta valmistetun betonin lujuudenkehitys varhaisiässä on samaa 10 luokkaa kuin nopeasti kovettuvasta portlandsementistä valmistetun korkealujuusbetonin lujuudenkehitys.Vigorous heat treatment (temperature 60-75 ° C) is advantageous for early strength and hardly causes loss of final strength. The heat development in early age of heat-treated concrete made from finely ground blast furnace slag is of the same order of magnitude as the strength development of high-strength concrete made of fast-curing Portland cement.
Soveltuvia käyttökohteita keksinnön mukaisille betoneille ovat talonrakennuksen kantavat rakenteet ja erityisesti 15 teollisuusrakenteet kemiallisesti rasittavissa olosuhteissa ja tienpinnoitebetoni. Hienojauhetusta masuunikuonasta valmistettujen jäykkien massojen soveltuvia käyttökohteita ovat lisäksi sään ja kemiallisten rasitusten kohteiksi joutuvat betonikivet, kattotiilet ja kunnallistekniset 20 betonituotteet.Suitable applications for the concretes according to the invention are load-bearing structures for building construction and in particular industrial structures under chemically stressful conditions and road paving concrete. In addition, rigid masses made from finely blast furnace slag include concrete stones, roof tiles and municipal 20 Concrete products that are subject to weather and chemical stress.
Claims (9)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI910804A FI90054C (en) | 1991-02-19 | 1991-02-19 | MASUGNSSLAGGBETONG MED HOEG HAOLLFASTHET |
| DE4204727A DE4204727A1 (en) | 1991-02-19 | 1992-02-17 | High strength concrete - using mixed blast furnace slag of specific size distribution and portland cement as binder |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI910804 | 1991-02-19 | ||
| FI910804A FI90054C (en) | 1991-02-19 | 1991-02-19 | MASUGNSSLAGGBETONG MED HOEG HAOLLFASTHET |
Publications (4)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FI910804A0 FI910804A0 (en) | 1991-02-19 |
| FI910804A FI910804A (en) | 1992-08-20 |
| FI90054B FI90054B (en) | 1993-09-15 |
| FI90054C true FI90054C (en) | 1993-12-27 |
Family
ID=8531944
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FI910804A FI90054C (en) | 1991-02-19 | 1991-02-19 | MASUGNSSLAGGBETONG MED HOEG HAOLLFASTHET |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE4204727A1 (en) |
| FI (1) | FI90054C (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4428692C2 (en) * | 1994-08-12 | 1996-09-05 | Dyckerhoff Ag | Dry mixture for the production of a cement suspension and process for its preparation and apparatus for carrying out the process |
| AT516111B1 (en) * | 2014-07-17 | 2018-02-15 | Holcim Technology Ltd | Dry cement mixture |
| DE102021116928A1 (en) | 2021-06-30 | 2023-01-05 | Metten Technologies Gmbh & Co. Kg | Concrete element and method for its manufacture |
-
1991
- 1991-02-19 FI FI910804A patent/FI90054C/en active
-
1992
- 1992-02-17 DE DE4204727A patent/DE4204727A1/en not_active Withdrawn
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE4204727A1 (en) | 1992-08-20 |
| FI910804A (en) | 1992-08-20 |
| FI90054B (en) | 1993-09-15 |
| FI910804A0 (en) | 1991-02-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| AU2002302913B2 (en) | Low density calcium silicate hydrate strength accelerant additive for cementitious products | |
| CA2619370C (en) | Kit and method for preparing a hardenable cementitious composition | |
| Nazari et al. | RETRACTED: the effects of TiO2 nanoparticles on properties of binary blended concrete | |
| JP6657126B2 (en) | Low density, high strength concrete and related methods | |
| AU708014B2 (en) | A method for preparation of a hardening composition | |
| US20110083585A1 (en) | Aqueous formulations | |
| US20100269735A1 (en) | Composition Based on Phosphatic Raw Materials and Process for the Preparation Thereof | |
| GB2131409A (en) | Concrete additive admixture containing microsilica and concrete produced therewith | |
| CN1121907A (en) | Non-slumping, pumpable castable and method of applying the same | |
| US20200102248A1 (en) | High performance concretes and methods of making thereof | |
| JPH06500525A (en) | Reinforced cement mixed with selected aggregates | |
| FI115046B (en) | Hydraulic solidifying binder mixture and process for its preparation | |
| EP1413563A1 (en) | Hydraulic composition | |
| CN111393100B (en) | Ultrahigh-performance concrete and preparation method thereof | |
| CN102976672A (en) | Low-carbon high-performance concrete auxiliary cementing material | |
| CN108424073A (en) | A kind of high abrasion high-strength concrete and preparation method thereof | |
| KR102424551B1 (en) | Concrete composition for revealing early strength | |
| FI90054C (en) | MASUGNSSLAGGBETONG MED HOEG HAOLLFASTHET | |
| CA2201992C (en) | Set modifying admixtures for refractory shotcreting | |
| JP2021187730A (en) | Binding material suitable for extrusion molding 3d printing and having fresh properties and mechanical properties | |
| Öksüzer et al. | Mechanical Characteristics of Self-Healing, Deflection-Hardening, High-Performance Fiber-Reinforced Cementitious Composites Using Coarse Aggregates | |
| KR100629120B1 (en) | The composition of grouting mortar with the chemical-resistance, high-viscosity, high-strength and high-consistency | |
| US20230212073A1 (en) | Grout for the injection of prestressing cables and method for installing a cable comprising such a grout | |
| US20230202922A1 (en) | Feng 200 year concrete | |
| Zhang et al. | Experimental Study on the Performance of C30 Machine-Made Sand Concrete Mixed with Stone Powder |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| BB | Publication of examined application |