NO171842B - Herdbar sammensetning samt fremgangsmaate for fremstillingav bygningsprodukt - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en herdbar sammensetning for fremstilling av byggeblokker, strukturelle enheter og forformede sementlignende materialer egnet for innendørs eller utendørs anvendelse. Videre vedrører den en fremgangsmåte for fremstilling av et bygningsprodukt egnet for anvendelse som en byggesten, strukturell enhet eller tilsvarende materiale for enten innendørs eller utendørs anvendelse, hvor produktet har varig resistens mot regnvann og atmosfæriske gasser.

Mennesker har lenge fremstilt "kunstig" og "rekonstruert" stein, mange bygninger som stammer fra det romerske keiser-dømmet er hovedsakelig konstruert av denne typen betong som er belagt med marmor. I den siste halvdelen av det 20. århundret har imidlertid betong vist seg å være mindre fordelaktig som bygningsmateriale på grunn av den omfattende atmosfæriske forurensningen som opptrer i dagens byer og tettsteder, disse betingelsene kan ødelegge betongen, og også slike naturlige materialer som marmor og sandstein, under tidens løp.

Fra australsk patent nr. AU-B-155386 er det kjent en blanding som typisk omfatter store mengder av fin silisiumdioksyd eller sand, mye mindre volumer av natriumsilikat og etylsilikat, som er delvis hydrolysert ved tilsetninger av litt etanolaminpiperidin eller dicykloheksylamin. I enkelte av disse blandingene tilsettes diorittstøv. Herdetidene for disse blandingene hevdes å være meget rask, f.eks. er det indikert en herdetid på 8 minutter.

Fra britisk patent GB-A-256258 er det kjent en fremgangsmåte for fremstilling av syrebestandige sementblandinger som er spesielt anvendelige for foring av beholdere som inneholder syreforbindelser.

Det er følgelig et formål med foreliggende oppfinnelse å overvinne de ovenfor nevnte og andre ulemper ved konvensjone-

Ile bygningsmaterialer ved tilveiebringelse av "kunstig stein" som er meget resistent overfor sure og andre atmosfæriske forurensninger, og som har fysikalsk styrke og andre mekaniske egenskaper som gjør det mulig å anvende materialet ved bygningskonstruksjoner.

Det er nok et formål ved foreliggende oppfinnelse å anvende, av ovenfor nevnte grunner, et av de elementene som forekommer i ytterst rikelige mengder på jorden, dvs. silisium, til fremstilling av silikat-bundne silisiumdioksydmaterialer.

Foreliggende oppfinnelse vedrører en herdbar sammensetning for fremstilling av byggeblokker, strukturelle enheter og forformede sement-lignende materialer egnet for innendørs eller utendørs anvendelse, og er kjennetegnet ved at sammensetningen innbefatter 80-95 vekt-# silisiumdioksyd og tilsvarende 5-20 vekt-56 natrium- eller kaliumsilikat, og også innbefatter etylsilikat tilstede i en mengde på 5-15 vekt-# av den samlede vekten av silisiumdioksyd og natrium-eller kaliumsilikat. Silisiumdioksydet innbefatter en blanding av silisiumdioksyd hvor 5-20 vekt-# av blandingen utgjøres av findelt silikamel.

Oppfinnelsen er også kjennetegnet ved at den omfatter en fremgangsmåte for fremstilling av et bygningsprodukt egnet for anvendelse som en byggesten, strukturell enhet eller tilsvarende materiale for enten innendørs eller utendørs anvendelse, hvor produktet har varig resistens mot regnvann og atmosfæriske gasser. Fremgangsmåten er kjennetegnet ved at den innbefatter følgende trinn: a) fremstilling av en vann-glass-sammensetning innbefattende 80-95 vekt-# silisiumdioksyd og tilsvarende 5-20 vekt-# av enten natrium- eller kaliumsilikat, og også innbefattende etylsilikat tilstede i en mengde på 5-15 vekt-# av den samlede vekten av silisiumdioksyd og natrium- eller kaliumsilikat, og

b) forming av en gjenstand fra sammensetningen i en form og herding av sammensetningen for fremstilling av nevnte

gjenstand.

Silisiumdioksydet omfatter en blanding av silisiumdioksyder, hvor 5-20 vekt-# av blandingen utgjøres av findelt silikamel.

Sanden kan være en hvilken som helst velegnet, lett til-gjengelig silisiumdioksydsand eller blandinger av sand. En foretrukket silisiumdioksydsand er en ren, hvit silisiumdioksydsand, som forekommer i store mengder spesielt i Australia. En slik forekomt som er identifisert er av svært høy renhet, den har et Fe203-innhold på mindre enn 0,008$; den i det vesentlige jern-frie naturen av dette råmaterialet er en stor fordel ved at man unngår misfarging, stripedan-nelse osv. på grunn av værpåvirkning; og det kan fremstilles opprinnelig hvite enheter, eller det kan kombinert med additiver, f.eks. pigmenter, oppnås fine sjatteringsvirk-ninger. Imidlertid kan andre sandtyper av forskjellige farger også anvendes, slik at man får forskjellige fargetoner eller forskjellige overflateeffekter på det endelige støpte produktet.

I en utførelse av oppfinnelsen nedmales først en på forhånd bestemt prosentdel silisiumdioksydsand til en mindre partik-kelstørrelse (f.eks. 100-300 mesh), og i noen tilfeller anvendes finmalt silisiumdioksyd-"mel" i sandblandingen. Vanligvis anvendes ikke mer enn 5-20 vekt-# av den fine sanden i sandblandingen. Dette melet forhindrer at even-tuelle hulrom eller okklusjoner finnes i de ferdige blokkene, og kan også redusere mengden bindemiddel som er påkrevet ved fremstillingsprosessen. Det er funnet at når ikke noe fin sand innbefattes i sandblandingen har overflaten av det støpte produktet en ru tekstur. Imidlertid er innbefatning av bare 10% finere silisiumdioksydmaterialer tilstrekkelig til i vesentlig grad å eliminere det meste av denne over-flateruheten. Anvendelse av et alkylsilikat og et alkali-metallsilikat gir også en relativt glatt overflatetekstur.

Alkalimetallsilikatet velges fra natriumsllikat eller kaliumsilikat, fortrinnsvis sistnevnte (foretrukket SiC^I^O forhold i området fra 1,7:1 til 1,4:1). I noen tilfeller kan det være fordelaktig å anvende blandinger av natriumsilikat og kaliumsilikat.

Natriumsilikat har i mange år funnet omfattende anvendelse innenfor feltet metallstøping som et bindemiddel. Det har også vært foreslått påsprøyting av beskyttende belegg bestående av herdbare silikatpreparater som inneholder en fosfatherder belagt med et reaksjonsprodukt av et metall-aluminat og/eller metallborat.

Det antas imidlertid at et natriumsilikatbindemiddel kan mangle de påkrevde styrkeegenskapene, spesielt for fremstilling av forstøpte enheter, og følgelig foretrekkes i stor grad kaliumsilikatbindemidler. Forskjellige forslag har vært fremsatt for fremstillingen av kaliumsilikatbindemidler, og "værbestandige" beskyttende belegg er fremstilt; f.eks. har Weiand et al arbeidet med kaldherdede, ildfaste bindemidler fremstilt fra alkalimetall- (spesielt kalium) silikat med forskjellige oppløsninger. Vannresistente belegg fremstilt ved å anvende kaliumvannglass er foreslått av Strobonov et al, modifiserte kaliumsilikatbindemidler i kaliumaluminium-silikat-bundne materialer av Kornew et al, mens optimale verdier for kalium/silisiumdioksydforholdet i kaliumsilikat-beskyttende belegg har vært undersøkt av Perlin et al, og kaliumsilikatoppløsninger av Murashkevick.

Når det benyttes alene anvendes alkalimetallsilisiumdioksydet normalt i mengder opp til 20-25 vekt-% av den støpbare sammensetning, men krever vanligvis termisk herding ved temperaturer på opp til 200°C i flere timer. Mengden alkalimetallsilikat kan reduseres i betydelig grad til ca.

5$ i nærvær av etylsilikat. Ideelt holdes mengden av natrium— eller kaliumsilikat lavest mulig i den støpbare blandingen for å forhindre skjolding forårsaket av alkaliutvasking.

Natrium— eller kaliumsilikatet kan tilsettes til den støpbare sammensetningen eller kan fremstilles in situ ved å blande sanden med en alkaliforbindelse, såsom natrium eller kaliumhydroksyd, hvorved et alkalimetallsilikat utfelles og fungerer tilsynelatende som et bindemiddel for den partikkel-formige silisiumdioksydsanden, og får herde ved romtemperatur. Termisk herding opp til 200°C viser tendens til å styrke produktet og å redusere mengden fritt alkali som er tilstede, sannsynligvis på grunn av reaksjon med silisiumdioksydet som er tilstede.

Etylsilikatet anvendes i mengder på 5-15 vekt-$ av den støpbare sammensetningen (f.eks. 5-10$ kaliumsilikat og 5-15$ etylsilikat). Tilsatsen av etylsilikat synes å gi produktet ekstra styrke sammenlignet med kaliumsilikat alene.

Termisk herding ved temperaturer opp til 200°C i flere timer øker styrken.

Andre forbindelser kan være innbefattet i det støpbare preparatet når dette er påkrevet, f.eks. andre bindemidler, myknere og fyllstoffer. Som fyllstoffer anvendes vanligvis inerte stoffer som kan være inkorporert av spesielle grunner, såsom av hensyn til farge eller fordi stoffene er lett tilgjengelige, lokale materialer, f.eks. bauksitt, kalk, kaolin og andre leirer.

Selv om ikke noe detaljert arbeid er utført på mulige reaksjonsmekanismer synes det sannsynlig å anta at to typer reaksjoner kan finne sted. For det første kan alkali i alkalisilikatet reagere med silisiumdioksyd-overflaten på sandkornene under dannelse av en silikatbinding. Man ville vente at en slik binding er oppløselig i vann (hvilket synes å være tilfelle når ingen ekstra katalysatorer benyttes) og at bindingsstyrken vil øke med herdetemperaturen på grunn av en høyere reaksjonsgrad en slik effekt også er påvist.

Den andre sannsynlige reaksjonsmekanismen er en utfelling av et fint silisiumdioksyd-nettverk fra alkalisilikatet når etylsilikat benyttes. En slik utfelling forsterkes med etylsilikat som selv utfeller silisiumdioksyd på grunn av en hydrolysereaksjon som finner sted. Bindingen utgjøres derfor både av silikatbinding, som beskrevet ovenfor, og også ved en sammenfletning av nettverk av fint silisiumdioksyd som fyller hulrommene mellom sandkorn.

Ifølge foreliggende oppfinnelse blandes komponentene av det støpbare preparatet slik at det dannes en homogen blanding, vann tilsettes i nødvendig grad for å oppnå støpbarhet til den ønskede formen.

Om ønsket kan den støpte formen herdes fullstendig ved romtemperatur, idet herding ved forhøyet temperatur ikke er påkrevet for å tilveiebringe et produkt med utmerkede mekaniske egenskaper. Imidlertid kan termisk herding ved temperaturer på opptil 200°C i flere timer øke styrken av produktet og redusere muligheten for vann "slumping" eller utvasking av alkali fra sluttproduktet.

De støpbare sammensetningene ifølge foreliggende oppfinnelse kan støpes i en rekke former, innbefattende blokker, plater, lag, fliser o.l. Sluttproduktet er tett-kompaktert og ikke-porøst, og resistent overfor syre- og alkalikorrosjon (f.eks. fra "sur nedbør"). Egnede pigmenter kan tilsettes under-fremstillingen for å gi en rekke fargenyanser. Overflatene av produktet kan glasseres eller gis en hvilken som helst sluttbehandling av overflaten.

Selv om konvensjonelle mørtler kan anvendes ved utlegning av blokker fremstilt ifølge foreliggende oppfinnelse kan egnede mørtler o.l. også fremstilles fra de støpbare blandingene ifølge foreliggende oppfinnelse, med eller uten myknere eller andre additiver.

Det fremgår at en spesiell fordel ved oppfinnelsen ligger i det faktum at materialene kan herdes ved romtemperatur på samme måte som langt underlegne betongtyper. Følgelig kan murverksblokker, paneler, fliser, osv. forstøpes billig og enkelt og deretter transporteres til en byggeplass; på den annen side kan store flater, strukturelle enheter o.l. like billig og raskt produseres in situ (med eller uten armering).

Støpte produkter ble fremstilt fra et støpbart preparat fremstilt ved å veie ut de nødvendige mengdene av materialer, blande dem, og støpe den resulterende sammensetningen til ønsket form og herde den støpte formen enten ved romtemperatur eller forhøyet temperatur. Sluttproduktene viste god finish og hadde et tiltalende utseende og god styrke (kompre-sjonssyrke 15-40 MPa), og var stabile overfor regn, sollys og generelt vaerbestandige. Resistens overfor vann "slumping" ble undersøkt ved å plassere det støpte produktet i kokende vann i minst fire (4) timer. Resistens overfor syrekorrosjon ble undersøkt ved å plassere det støpte produktet i en konsentrert (4M) saltsyre i minst flere timer.

De følgende eksemplene illustrerer oppfinnelsen nærmere.

Eksempel 1

90$ silisiumdioksyd (80$ sand, 10$-100 mesh silisiumdioksyd, 10$-300 mesh silisiumdioksyd), 10$ K60 kaliumsilikat, 7,5$ etylsilikat (basert på samlet vekt) ble blandet grundig, tilsatt litt vann og deretter presset i metallformer.

Blandingen ble herdet ved romtemperatur i tjuefire (24) timer. De herdede prøvene viste god styrke og ble ikke påvirket av varmt vann eller 4M saltsyre.

Eksempel 2

Eksempel 1 ble gjentatt, bortsett fra at prøvene ble herdet ved 100"C og 200"C. Produktene viste en forbedring både i hårdhet og i styrke.

Eksempel 3

95$ silisiumdioksyd (80$ sand, 10$-100 mesh silisiumdioksyd, 10$-300 mesh silisiumdioksyd), 5$ K60 kaliumsilikat, 7,5$ etylsilikat (basert på samlet vekt) ble blandet og behandlet som angitt i eksempel 1.

Blandingen ble herdet ved romtemperatur i tjuefire (24) timer. De herdede prøvene viste god styrke og ble ikke påvirket av varmt vann eller 4M saltsyre.

Claims (4)

1. Herdbar sammensetning for fremstilling av byggeblokker, strukturelle enheter og forformede sement-lignende materialer egnet for innendørs eller utendørs anvendelse, karakterisert ved at den innbefatter 80-95 vekt-$ silisiumdioksyd og tilsvarende 5-20 vekt-$ natrium- eller kaliumsilikat, og også innbefatter etylsilikat tilstede i en mengde på 5-15 vekt-$ av den samlede vekten av silisiumdioksyd og natrium- eller kaliumsilikat.

2. Sammensetning ifølge krav 1, karakterisert ved at silisiumdioksydet innbefatter en blanding av silisiumdioksyder, hvor 5-20 vekt-$ av blandingen utgjøres av findelt silikamel.

3. Fremgangsmåte for fremstilling av et bygningsprodukt egnet for anvendelse som en byggesten, strukturell enhet eller tilsvarende materiale for enten innendørs eller utendørs anvendelse, hvor produktet har varig resistens mot regnvann og atmosfæriske gasser, karakterisert ved at den innbefatter følgende trinn: a) fremstilling av en vann-glass-sammensetning innbefattende 80-95 vekt-$ silisiumdioksyd og tilsvarende 5-20 vekt-$ av enten natrium- eller kaliumsilikat, og også innbefattende etylsilikat tilstede i en mengde på 5-15 vekt-$ av den samlede vekten av silisiumdioksyd og natrium- eller kaliumsilikat, og b) forming av en gjenstand fra sammensetningen i en form og herding av sammensetningen for fremstilling av nevnte gjenstand.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at silisiumdioksydet omfatter en blanding av silisiumdioksyder, hvor 5-20 vekt-$ av blandingen utgjøres av findelt silikamel.