NO147378B - Lett tilslagsmateriale og fremgangsmaate for fremstilling av materialet. - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår et lett tilslagsmate-

riale fortrinnsvis til bruk ved betongstøping, omfattende ekspanderte plastpartikler som har fått påført en væskeformet heftmiddelblanding.

Oppfinnelsen angår også en fremgangsmåte for fremstilling

av en heftmiddelblanding for et slikt materiale.

Så lenge luftholdige plastmaterialer (polystyren) har vært kjent, er der i en rekke land og institutsjoner blitt gjennom-

ført forskjellige forskningsprosjekter for å finne frem til en praktisk utnyttelse av slike plastmaterialer som lette og varmeisolerende tilslagsmaterialer. Til nå har imidlertid ingen av de fremsatte forslag funnet praktisk anvendelse. Grunnen til dette er den høye pris av de heftpastaer (syntetisk harpikspasta, naturlig pasta, osv.) som er nødvendige for å få de innbyrdes heterogen luftfylte plastpartikler til å hefte seg til sement-mrtelen, og det forhold at fremstillingsvanskeligheter umulig-

gjør en masseproduksjon. Selv ved bruk av de ovennevnte pastaer,

vil fremdeles følgende ulemper være tilstede:

De luftfylte plastpartikler vil på grunn av sin glatte overflate ikke bli dekket med pasta i den grad som er ønsket, og elastisiteten hos pastaen forringes i betydelig grad, idet de uorganiske småpartikler som hefter seg til plasten, bare ut-

gjøre et meget tynt lag. Overflatelaget blir dermed ikke sterkt nok og kan bli ødelagt eller forskyve seg på grunn av friksjon eller støt mot selve tilslagsmaterialet under dettes herding eller transport.

Videre kreves der lang herdetid for tilslagsmaterialet,

fordi de ovennevnte pastaer omhyller sementpartiklene når de ytre overflater av de luftholdige plastpartikler dekkes med sementmørtel, noe som stenger for inntrengningen av vann (^O)

og karbondioksyd (CC^) til sementen under herdefasen.

For det tredje vil laget av sementmørtel, når pastaene

tørkes, trekke seg sammen, noe som fører til betydelige volum-endringer. Disse endringer svekker styrken av betongen. Selvom man har gjort anstrengelser for å blande de ekspanderte luft-

holdige plastpartikler og sementmørtelen uten bruken av de oven-

nevnte pastaer som heftmiddel, har det vært umulig å bruke blandingen unntagen i et spesielt tilfelle, fordi styrken av strukturen ble betydelig svekket ved de ørsmå vibrasjoner i strukturen under herdingen.

Dette er forhold som har vist seg ved produksjonsforsøk.

Ved den foreliggende oppfinnelse er det imidlertid over-raskende funnet av styrken av det lette tilslagsmateriale blir betydelig økt ved bruk av seige eller viskøse fordarter (soils håving viscosity), dvs. leirejordarter, f.eks. "ball clay" i.), kaolin, aluminiumsilikatrik leire, bentonitt, muskovitt, hydro-glimmer etc. som tilhører leiremineralene kaolinitt, montmorillonitt og illitt, som heftmiddel.

For å fjerne de ovennevnte svakheter i strukturen og pro-duks jonsvanskeligheter blir der altså ifølge den foreliggende oppfinnelse istedenfor syntetiske eller naturlige harpikspastaer benyttet viskøse jordarter som suspenderes direkte i 50-9 9% vann for dannelsen av en pasta som direkte påføres overflaten av de luftholdige plastpartikler. Jordarter som er viskøse og egner seg for en heftmiddelblanding, innbefatter forskjellige leir-arter, f.eks. vanlig leire, "ball clay", teglverksleire, kaolin, ildfast leire, bentonitt, lateritt, løss, sandblandet leire, innsjøavleiringsleire, marin leire og blandet leire. For å styrke hardheten av tilslagsmaterialet kan der til jordartene tilsettes små mengder kalsiumhydroksyd, sand, sement eller natriumsilikat.

Nærmere bestemt går den foreliggende oppfinnelse ut på et lett tilslagsmateriale, fortrinnsvis til bruk ved betongstøping, omfattende ekspanderte plastpartikler, karakterisert ved at de ekspanderte plastpartikler er påført et lag av en heftmiddelblanding bestående hovedsakelig av 60-99% av en viskøs jordart, 0,5-20% Portlandsement, 0,15-6% sand, 0,25-10% kalsiumhydroksyd og 0,1-4% natriumsilikat sammen med en passende mangde vann, idet alle prosent er angitt i vektprosent.

Mineralene i kaolinitt, montmorillonitt og illitt er sammensatt av bittesmå krystaller som komponenter av de jordarter som oppviser viskositet, har en kohesjon som gjennomspeiler likevektstilstanden for den elektrostatiske tiltrekning eller en slags plastisk leire som blir lys ved brenning.

den elektrostatiske frastøting av atomene i krystallgitrene, dvs. som ionebindinger, kovalente bindinger, metalliske bindinger og Van der Waals-krefter. Det legges ved den foreliggende oppfinnelse vekt på å utnytte plastisiteten og adsorpsjonsegenskapene hos jordarter som er viskøse som følge av denne kohesjon.

Når det gjelder teorier vedrørende de plastiske egenskaper hos stoffer, så er partikkel-tiltrekningsteorien en gammel opp-fatning, men det har vært vanskelig å innse hvordan to partikler med samme nulladning kan tiltrekke eller tiltrekkes av hverandre. Imidlertid har det diffuse dobbelte lag vist at en likevektsav-stand mellom partikler er mulig, idet der oppstår en frastøting dersom partiklene befinner seg nærmere hverandre enn denne av-stand, mens der foreligger en tiltrekning dersom partiklene befinner seg lenger fra hverandre. Mer nylig er det antatt at Van der Waals-kreftene kan medvirke til partikkeltiltrekning.

(F. H. Norton, Fine Ceramics technology and application, side 140-141, McGraw-Hill 1970).

Når det gjelder adsorpsjonsteorien, så går denne ut på at overflaten av et hvilket som helst fast stoff er mer aktivt enn det indre av stoffet og derfor søker å tiltrekke ikke bare ioner, men hele molekyler. Generelt adsorberes et molekyl eller ion sterkere jo større og mer komplekst det er. (W. E. Worral, Raw Materials, side 34-35, Maclaren and Sons Ltd. 1964) .

Man kan tro at det er mulig å belegge de luftholdige plastpartikler direkte med bare sementmørtel, idet mørtelen med tiden koagulerer, men den har liten viskositet. Følgelig er det vanskelig å få sementmørtel til å hefte til overflaten av luftholdige plastpartikler. Selv om sementmørtelen hefter seg til partiklene, blir den ødelagt og skilles fra overflaten av plastpartiklene ved de minste slag under herding eller transport.

I det etterfølgende er der beskrevet vedheftingsforsøk,

hvor jordartpastaer og sementpastaer ble påført overflaten av luftholdige plastkuler.

Forsøk 1

På overflaten av luftholdige plastkuler ble der på noen kuler påført en sementpasta som var fremstilt ved sammenblanding av 30 g sement og 18 g vann, og på andre kuler påført en leirepasta som var fremstilt ved sammenblanding av 30 g vandig Korea-leire og 18 g vann, hvoretter et ytre lag sementmørtel ble påført både de med sementpasta dekkede plastkuler og de med et leire- eller jord-artpastalag dekkede plastkuler.

Forsøket viste at sement kan oppvise viskøse egenskaper etter-som koaguleringsprosessen skrider frem, men dens viskositet under den første hydratisering er ikke tilstrekkelig til at den kan hefte til overflaten av plastpartiklene. Viskøse jordarter har derimot tilstrekkelig viskositet til å hefte til overflaten av plastpartiklene under den første hydratisering, samtidig som deres overflate har gode adhesjonsegenskaper. Det var derfor mulig å påføre det ytre lag av sementmørtel på de av jordartpastaen dekkede plastpartikler.

Forsøk 2

For å underbygge det ovennevnte forsøk ble der utført visko-sitetstester av sementpaståene og jordartpastaene (flytetest ifølge H. Wagner) og adhesjonstester i vann, og resultatet var som følger:

Viskositetstest

Flytetest ifølge H. Wagner

utført på en glassplate med 45°'s helning

Adhesjonstest i vann

To typer luftholdige plastkuler overtrukket med henholdsvis sementmørtel og en jordart med samme viskositet som i forsøk 1 fikk flyte i vann, og graden av oppløsning ble observert. Sement-mørtler som heftet til plastkulene, skilte seg fra disse da kulene ble tilført vannet. Jordarter som var påført plastkulene, skilte seg ikke fra disse da kulene ble tilført vannet, men etter ca. 10-20 min skilte de seg langsomt fra kulene.

De ovenfor beskrevne forsøksresultater viser at heftegen-skapene av jordpastaer til luftholdige plastkuler er utmerkede, da disse jordarter har god viskositet og evne til å holde tilbake vann.

I det følgende vil en utførelsesform for oppfinnelsen bli beskrevet nærmere under henvisning til tegningen. Fig. 1 viser et snitt gjennom en tilslags-partikkel bestående av en plastkjerne, et mellomliggende skikt av leire og et dekkskikt av sementmørtel. Fig. 2 viser et utsnitt av et snitt gjennom partikkelen og anskueliggjør sammenblandingen av leire- og sementmørtellagene.

På fig. 1 og 2 betegner 1 en luftholdig plastkule med et jord-artlag 2 dannet ved belegning med en jordartpasta i en kjent på-føringsmaskin eller ved neddykking. For fremstilling av henholdsvis et sterkt tilslagsmateriale og et tilslagsmateriale med varmeisolerende egenskaper, blir der på jordartlaget 2 påført henholdsvis et lag av passende jordarter og et lag sementmørtel for å danne et sementlag 3.

Påføringen av det sistnevnte lag medfører at noe av sement-mørtelen vil trenge inn i jordartlaget, og de to lag vil derfor bli godt blandet i hverandre for å danne et sammensatt betonglag 4.

Når den foreliggende oppfinnelse utføres som beskrevet ovenfor, vil de mangler som forekommer ved bruk av et hvilket som helst annet heftmiddel, f.eks. syntetiske eller naturlige harpiks-heftmidler, i fremstillingsprosessen av tilslagsmaterialet, bli fullstendig fjernet. Dessuten er styrken og adhesjonsevnen av det mellomliggende heftlag utmerket. Oppfinnelsen oppviser også den fordel at det lette tilslagsmateriale kan produseres og leveres til lav pris, idet der som pastaer benyttes jordarter som er lett tilgjengelige og finnes i store mengder de fleste steder på jorden.

I det følgende vil der bli beskrevet en del eksempler på fremgangsmåter til fremstilling av et lett tilslagsmateriale.

Eksempel 1

Til fremstilling av et lett varmeisolerende tilslagsmateriale ble der av 80% av en viskøs jordart, 10% sementpulver, 4% sand,

4% kalsiumhydroksyd og 2% natriumsilikat, idet alle prosenter er vektprosent, fremstilt en blanding som deretter ble blandet med

en passende mengde vann (ca. 60% volumprosent av hele innholdet) for dannelse av en pasta.

I den ovennevnte pasta ble der blandet inn Portlandsement

for å. forhindre reduksjon av jordartlagets styrke når tilslagsmaterialet absorberer vann (H20). Også kalsiumhydroksyd forhindrer svekking av jordartlaget, idet det forhindrer for stor adsorbsjon av vann (^0) . Sand og natriumsilikat reduserer krympningshas-tigheten under herding. Riktig mengde av disse stoffer avhenger av jordartens viskositet.

Pasta fremstilt på denne måte ble først påført overflaten

av luftholdige plastpartikler ved bruk av en kjent påførings-maskin, og sementmørtel ble deretter påført jordartlaget i den samme eller en annen kjent påføringsmaskin. Etter herding frem-kom det endelige produkt, dvs. tilslagsmaterialet.

Eksempel 2

For fremstilling av et lett tilslagsmateriale ble 96 vektprosent av viskøs jordart, 2 vektprosent sand og 2 vektprosent natriumsilikat blandet sammen, hvoretter en passende mengde vann (ca. 60 volumprosent av hele innholdet) ble tilsatt og det hele blandet for å danne en pasta. Pasta fremstilt på denne måte ble påført overflaten av luftholdige plastpartikler som et første lag ved bruk av en kjent påføringsmaskin, hvoretter en brennbar jordart ble påført jordartlaget som et annet lag ved bruk av den samme eller en annen kjent påføringsmaskin. Etter tørkning ble tilslagsmaterialet brent for å gi det endelige produkt.

Eksempel 3

For oppnåelse av en viskøs pasta fra jordarter som har util-strekkelig viskositet, ble en slik jordart og fint uorganisk materiale, f.eks. kaolin, hvit jord ("white earth"), kiselgur, kalsiumhydroksyd, stenmel, brent kull etc, blandet med ca. 50 vektprosent av jordarter med god viskositet. Deretter ble en passende mengde vann (ca. 70 volumprosent av hele innholdet) tilsatt den ovennevnte blanding og rørt inn i denne, eller 20 vektprosent sement og 4 vektprosent natriumsilikat sammen med en passende mengde vann (ca. 70 volumprosent av hele innholdet) ble tilsatt og innblandet for å gi en pasta.

Den ovennevnte pasta ble påført overflaten av plastpartikler ved bruk av en kjent påføringsmaskin.

147378

Eksempel 4

94 vektprosent av en passende jordart, 4 vektprosent kalsiumhydroksyd og 2 vektprosent natriumsilikat ble blandet, og til denne blanding ble der tilsatt en passende mengde vann (ca. 70 volumprosent av den totale blanding) for å skaffe en pasta.

Etter at pastaen var blitt påført overflaten av plastpartiklene, ble disse tørket og brent til det ferdige tilslagsmateriale.

Tilslagsmaterialer som er fremstilt ifølge den foreliggende oppfinnelse, inneholder luft i det indre av materialpartiklene og har derfor en ettergivende elastisitet i likhet med bildekk.

I sluttproduktet spiller partikler følgelig en rolle som hule jernstenger og gir en stor styrke til det fremstilte sluttprodukt.

Spesielt blir vekten av de produkter som fremstilles ved bruk av tilslagsmaterialet ifølge den foreliggende oppfinnelse, redusert med ca. 20-30%.

Fremstillingskostnadene og transportkostnadene for produk-tene senkes på grunn av den lave vekt. Da produkter fremstilt ved bruk av tilslagsmaterialer ifølge den foreliggende oppfinnelse har lavere adsorpsjonshastighet for fuktighet, forhindrer de i stor utstrekning endring i vekten av bygningen eller konstruk-sjonen, selv når det regner meget. Da det foreliggende tilslagsmateriale blander seg jevnt med sementmørtelen, får man et sluttprodukt med jevn styrke, samtidig som feilfordeling av vekt unn-gås. Man unngår sprekker vinterstid fordi kondensasjon ved plutselige temperaturendringer forhindres.

På grunn av tilslagsmaterialets elastiske egenskaper unngår man ødeleggelser på grunn av kontraksjon og ekspansjon. De effek-tive varmeisolerende egenskaper fører til redusert brenselforbruk om vinteren i kalde områder og redusert elektrisitetsforbruk til luftkondisjoneringsapparater om sommeren eller i tropiske områder. I overensstemmelse med mengden av tilslagsmateriale som benyttes, spares vanninnpregningsmiddel, sement, sand, grus og armeringsjern i konstruksjoner. Da tilslagsmaterialet ifølge den foreliggende oppfinnelse har en vibrasjonshindrende virkning,

er lydabsorbsjonsplater overflødige. Bygninger eller konstruksjoner bygget av betong med de foreliggende tilslagsmaterialer avbryter varmestrømmen mellom innsiden og utsiden og har en høy damptetthet, noe som gir et behagelig bomiljø.

Resultatene av trykkforsøk utført på murstener fremstilt

ved bruk av det foreliggende tilslagsmateriale, er som følger:

Klasse A

Sementmørtel fremstilt ved blanding av sement og sand i for-holdet 1:4 samt vann ble tilsatt 40 vektprosent tilslagsmateriale ifølge den foreliggende oppfinnelse. Blandingen ble støpt til mursten av en bestemt størrelse og herdet for å gi ferdige Stener. Den gjennomsnittlige vekt av murstenene var ca. 1,8 kg, mens den vanlige vekt er 2,4 kg, dvs. der ble oppnådd ca. 25%'s reduksjon av den totale vekt.

Klasse B

Sementmørtel fremstilt ved blanding av sement og sand i for-holdet 1:7 samt vann, ble blandet med 50 vektprosent ikke-herdet tilslagsmateriale ifølge den foreliggende oppfinnelse. Blandingen ble støpt til mursten og herdet til ferdige Stener. Den gjennomsnittlige vekt var ca. 1,6 kg, og der ble således oppnådd en vektreduksjon på ca. 35%.

Forsøksresultater

Forsøksleder: National Construction Laboratory of Korea Gjenstand: Murstener produsert med tilslagsmaterialer ifølge den foreliggende oppfinnelse.

Claims (11)

1. Lett tilslagsmateriale, fortrinnsvis til bruk ved betongstøping, omfattende ekspanderte plastpartikler, karakterisert ved at de ekspanderte plastpartikler er påført et lag av en heftmiddelblanding bestående hovedsakelig av 60-99 % av en viskøs jordart, 0,5-20 % Portlandsement, 0,15-6 % sand, 0,25-10 % kalsiumhydroksyd og 0,1-4 % natriumsilikat sammen med en passende mengde vann, idet alle prosent er angitt i vektprosent.

2. Tilslagsmateriale som angitt i krav 1, karakterisert ved at plastpartiklene er hovedsakelig kuleformet.

3. Tilslagsmateriale som angitt i krav 1, karakterisert ved at de ekspanderte plastpartikler er ekspanderte polystyrenkuler.

4. Tilslagsmateriale som angitt i krav 1, karakterisert ved at den viskøse jordart er valgt fra den gruppe som består av vanlig leire, "ball clay", teglverksleire, ildfast leire, bentonitt, lateritt, løss, sandblandet leire, innsiøavleirings-leire, marin leire og blandet leire.

5. Tilslagsmateriale som angitt i krav 4, karakterisert ved at den viskøse jordart omfatter en viskøs pasta som innbefatter en jordart med lav viskositet og et uorganisk materiale.

6. Tilslagsmateriale som angitt i krav 5, karakterisert ved at de uorganiske materialer er valgt fra den gruppe som består av kaolin, valkejord, kiselgur, kalsiumhydroksyd, stenpulver og kullaske.

7. Tilslagsmateriale som angitt i krav 1, karakterisert ved at de heftmiddelbetrukne plastpartikler har et ytre lag med sementmørtel med et sement/sand volumblandingsforhold på 1:1-1:6.

8. Fremgangsmåte til fremstilling av et lett tilslagsmateriale som angitt i krav 1, karakterisert ved at overflaten av ekspanderte plastpartikler påføres et lag av en klebemiddelblanding bestående hovedsakelig av 60-99 % av en viskøs jordart, .0,5-20 % Portlandsement, 0,15-6 % sand, 0,25-10 % kalsiumhydroksyd og 0,1-4 % natriumsilikat sammen med en passende mengde vann, idet alle prosent er angitt i vektprosent.

9. Fremgangsmåte som angitt i krav 8, karakterisert ved at tilslagsmaterialet forsynes med et skikt av sementmørtel med et volumforhold mellom sement og sand på mellom 1:3 og 1:6, hvoretter tilslagsmaterialet herdes.

10. Fremgangsmåte som angitt i krav 8, karakterisert ved at tilslagsmaterialet blandes med sement-mørtel og herdes på vanlig måte.

11. Fremgangsmåte som angitt i krav 8, karakterisert ved at pulverformet uorganisk materiale anvendes som en bestanddel i heftmiddelblandingen.