NO318389B1

NO318389B1 - Lettbetong

Info

Publication number: NO318389B1
Application number: NO20022388A
Authority: NO
Inventors: Lasse Sunde
Original assignee: Norsk Glassgjenvinning As
Priority date: 2002-05-21
Filing date: 2002-05-21
Publication date: 2005-03-14
Also published as: NO20022388D0; AU2003238729A1; WO2003097553A1; EP1534645A1; NO20022388L

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en skumglassbetong, dvs. en lettbetong hvor hele eller deler av tilslagsmaterialet består av knust, ekspandert glass, fortrinnsvis returglass.

Bakgrunn

Hovedelementene i en betong er sement, vann, sand og stein. Sand- og steinmaterialene blir ved produksjon oppdelt i flere fraksjoner med hensyn på kornstørrelse. I tillegg er det vanlig å tilsette kjemiske og mineralsk tilsetninger for å oppnå ønskede egenskaper i fersk og herdet betong.

"Glassbetong" er som sådan velkjent, og har vært benyttet for bestemte formål. Bruken av betong med glass som tilslag er imidlertid ikke uproblematisk. Et spesielt problem knyttet til glass i betong er tilstedeværelse av alkalier i betongen og de ulemper det fører med seg. Glass er alkalireaktivt og reagerer med vannløselige alkalier i betongen, hvilket i kombinasjon med skumglass (ekspandert

glass) fører til dannelse av en voluminøs gel. Gelen fører lett til at det oppstår ekspansjon og derved oppsprekking av betongen, eller gelen blir avsatt i porer og hulrom, hvilket gir betongen en uønsket vektøkning, slik at den mister noe av sin bæreevne og isolasjonsevne. Problemet er i og for seg kjent, og har vært forsøkt løst ved å benytte lavalkali sement og ulike tilsetninger, uten at man til nå har funnet noen god løsning.

Spesielt når det gjelder lettbetong med forholdsvis store hulrom/ porer, har man ved fravær av ekspansjon antatt at alkalireaktiviteten har vært fraværende eller ubetydelig, og ikke oppfattet at den i stedet har manifestert seg som en vektøkning av betongen gjennom en "indre" ekspansjon.

Fra svensk patent nr. 501 419 er det kjent å benytte en filler av resirkulert glass i betong. Med filler menes i denne forbindelse en (glass-)fraksjon med kornstørrelse 0-0,25 mm. Det karakteristiske ved patentet er at det benyttes en glass-filler hvor minst 95 vekt-% har kornstørrelse mindre enn 300 mikrometer (0,3 mm). Det er et formål for fremgangsmåten ifølge nevnte patent å komme frem til en betong som har god trykkfasthet og gode egenskaper med hensyn til bearbeidbarhet av den ferske betongen. Det oppgis også som et formål å motvirke alkalireaksjoner i betongen. Ved å benytte en filler med svært fine korn, kan man redusere på vanninnholdet, hvilket i utgangspunktet gir bedre trykkfasthet for ferdig herdet betong. Som vi imidlertid skal komme nærmere inn på i det følgende, vil valget av kornstørrelse for glassfraksjonen ifølge dette patentet innebære en potensiell fare for alkal ireak ti vitet i herdet betong i de tilfeller hvor betongen samtidig inneholder alkalireaktivt, grovt tilslag.

Fra søkerens egen norske patentsøknad nr. 2000 0612 er det kjent en betong hvor tilslaget av sand i stor grad er erstattet av glasspartikler med kornstørrelse 0.5 mm, av en ikke-atkalireaktiv bergart med samme kornstørrelse eller av en kombinasjon av to slike fraksjoner, samt hvor det vesentlige av steinfraksjonen er erstattet av glass med kornstørrelse 5-20 mm, hvilken betong også inneholder

pozzolane materialer hvis den fineste fraksjonen av glass er til stede i vesentlige mengder.

i

I tysk off.skrift nr. nr. off.-skrift 44 46 011 er det beskrevet en støpemasse som i hovedsak er basert på leirjordsement ("Tonerdezement") med et innhold av knust skumglass. Den nevnte støpemassen utgjør ikke en konstruksjonsbetong, men er snarere en støpemasse for bygningsmaterialer som isolasjonsplater etc, der styrke ikke spiller noen vesentlig rolle. For øvrig er ikke lerijordsementen ifølge denne tyske publikasjon en lavalkalisement

Ved produksjon av alkalibestandig betong er det viktig at det totale innholdet av alkalier er lavest mulig. Således er det vanlig å benytte lavalkali sement med ekvivalent Na20 < 0,6%. I tillegg må det tas hensyn til eventuelt alkali-innhold i tilsetninger.

Formål

Formålet med foreliggende oppfinnelse er å finne et miljø- og ressursvennlig produkt gjennom utnyttelse av resirkulert glass som tilslag til lettbetong.

Mer konkret er det et formål å komme frem til en skumglassbetong som har best mulig egenskaper hva angår trykkfasthet og bruddspenning over tid.

Mer spesielt er oppfinnelsens formål å eliminere den vesentligste ulempen som finnes ved skumglassbetong, nemlig tendensen til forringelse av egenskaper som konstruksjonsbetong som følge av alkalireaksjoner.

Oppfinnelsen

Disse formål er oppnådd gjennom en betong omfattende vann og sement hvor tilslaget av sand og stein helt eller delvis er erstattet av knust, ekspandert glass, som angitt i patentkrav 1.

Foretrukne utførelsesformer av oppfinnelsen fremgår av de uselvstendige krav.

Noe som tidligere i liten grad har vært påaktet, og som det tas hensyn til ved foreliggende oppfinnelse, er at glasset i seg selv er en alkalikilde. Dette er illustrert gjennom laboratoireforsøk som referert i det følgende.

Laboratorieforsøk ble gjennomført på følgende måte: Glass ble knust til forskjellige kornstørrelser, ekstrahert i en mettet løsning av kalsiumhydroksid v/ 50 °C i opp til 20 uker. Etter bestemte eksponeringstider ble prøver fra hver kornstørrelse analysert med hensyn på natrium og kalium. Totalt utlutet alkalier som funksjon av kornstørrelse er vist nedenfor som g Na20 ekv../100 g glass. Resultatene vist i tabellen indikerer at utlutbare alkalier fra glass kan bidra vesentlig tii alkali-innholdet i betongen. Det vises videre at mengde utlutbare alkalier pr. vektenhet glass, øker med avtagende kornstørrelse. Denne erkjennelsen danner noe av grunnlaget for foreliggende oppfinnelse.

Det ble gjennomført forsøk med hensyn på alkalireaksjoner iht. Canadisk standard CS A A 23.2-14A. I henhold til denne metoden eksponeres betongprismer (10x10x45 cm) ved 38 °C og 100% RF i ett år. I de foreliggende undersøkelser er eksponeringstiden forlenget til 2 år.

I det foreliggende arbeidet med produksjon av alkalibestandig glassbetong inngikk 10 stk. betongblandinger med resirkulert knust, ekspandert glass som tilslag. Blandeskjemaet, samt resultatene for trykkfasthet i MPa etter 28 døgn er vist i tabell 2. I prøveprogrammet inngikk 3 typer sement: Standard Portland sement fra Norcem, hvitsement fra Ålborg Portland, Danmark samt Anleggsement fra Norcem. De to sistnevnte sement-typene er lavalkali-sementer.

Silikastøvets virkning på alkalireaksjonen (målt som vektøkning) ble undersøkt med blandingene nr. 5, 6, 9 og 10. Disse blandingene er på basis av lavalkali-sementer. I blanding nr. 2,4, 6, 8 og 10 ble glass med kornstørrelse 0-0,5 mm skiftet ut med en ikke-alkalireaktiv bergart, granitt. Det skal bemerkes at skillet i tabell 2a og 2b mellom "ubehandlet" og "behandlet" glass utelukkende refererer til at det behandlede glasset mangler den fineste fraksjon av partikler, det vil si partikler mindre enn ca. 0,5 mm.

Tabell 2 viser lengdeendring (ekspansjon) og vektendring som prosent av opprinnelig lengde henholdsvis vekt for tidsrom fra en uke opp til to år. Ved forsøkene ble det benyttet skumglass av typen Hasopor fra Meråker, Norge. I tabellen ovenfor er feltene som viser vektendring større enn 5%, gitt en grå bakgrunnsfarge. Det fremgår av tabellene at kun prøvene 5, 6, 9 og 10 hadde mindre vektøkning enn 5% etter to år.

Ingen av blandingene viser en ekspansjon over 0,04 %. Dette er kravet til ikke-alkalireaktiv betong i henhold til CSA-A23.2-14A. Likevel er alkalireaktivitet er problem for alle prøvene som ikke inneholder silikastøv, som følge av den vektøkning som finner sted. Grunnen til at det ikke finner sted noen synlig, ytre ekspansjon, er åpenbart at det er rikelig med plass i porene i lettbetongen til å ta opp reaksjonsproduktene. Ulempene knyttet til en betydelig vektøkning er åpenbar når det gjelder konstruksjonsbetong. For eksempel vil en bro som er konstruert for å ta en viss last, helt eller delvis miste sin evne til å bære annet enn sin egen vekt etter hvert som vekten øker. Slik det fremgår av tabell 2, stanser ikke vektøkningen etter 1 år for de betonger som oppviser alkalireaksjon, men er tvert imot betydelig større etter 2 år enn etter 1 år. Økningen det andre året varierte fra ca. 38% til 144% av økningen det første året. Vektøkning over mer enn 2 år er ennå ikke dokumentert.

Silikastøvets egenskaper er knyttet til dets pozzolane egenskaper, og det kan benyttes andre pozzolaner enn silikastøv, for eksempel flygeaske. Silikastøvet har den spesielle fordel at det er svært finpartikulært, hvilket fører til at det er effektivt i mindre mengder enn for eksempel flygeaske og andre pozzolaner.

Av tabell 2 fremgår det at de fire blandinger (5, 6, 9 og 10) som er tilsatt silikastøv, har en signifikant mindre vektøkning enn tilsvarende betongblandinger uten silikastøv. Alle blandingene bortsett fra nr. 1 og 2 er støpt med lavalkalisement.

Lettbetonger med ekspandert skumglass viser seg å være enda mer alkalireaktive enn betongblandinger med vanlig knust glass, og lavalkalisement alene er ikke tilstrekkelig til å hindre uønsket vektøkning i lettbetonger med knust, ekspandert glass som tilslag. Dette gjelder selv om fineste fraksjon av glass er fjernet, som vist for eksempel ved prøve 4 og 8. Alle prøvene som inkluderer tilsetning av silikastøv, har en vektøkning på mindre enn 5% etter 2 år. Generelt viser de av disse prøvene som ikke omfatter glasspartikler mindre enn 0,5 mm, noe lavere vektøkning (i området fra 2,6% til 3,8%) enn de prøvene med silikastøv som også inneholdt det mest finpartikulære glass {i området 3,8% til 4,7%).

Mens silikastøvet er effektivt allerede ved konsentrasjoner rundt 10% av sementvekten, må andre pozzolaner tilsettes for eksempel i konsentrasjoner av 13% av sementvekten for å være effektive.

Foretrukne andeler av ulike typer og blandinger av pozzolane materialer i en lettbetong ifølge oppfinnelsen, fremgår av patentkravene 3-9.

Claims

!. Lettbetong omfattende vann og lavalkalisement, hvor tilslaget helt eller delvis omfatter knust ekspandert skumglass, og oppvisende en vektøkning på maksimalt 5% etter 2 år testet i henhold til Canadisk standard CSA A 23.2-14A,

karakterisert ved at knust ekspandert skumglass er til stede i en mengde av minst 20% av vekten av den ferske betongen, at det er til stede et pozzolant materiale i en relativ mengde på minst 8% av sementvekten i betongen.
2. Lettbetong som angitt i patentkrav 1,

karakterisert ved at det pozzolane materiale er valgt blant silikastøv, flygeaske og finknust slagg, samt blant kombinasjoner av disse.
3. Lettbetong som angitt i patentkrav 1,

karakterisert ved at knust ekspandert skumglass er til stede i en mengde av minst 30 % av vekten av den ferske betongen, og at det er til stede et pozzolant materiale i form av silikastøv i en relativ mengde mellom 10% og 20% av sementvekten i betongen, og fortrinnsvis mellom 10% og 12% av sementvekten i betongen.
4. Lettbetong som angitt i patentkrav 1,

karakterisert ved at knust ekspandert skumglass er til stede i en mengde av minst 40 % av vekten av den ferske betongen, og at det er til stede et pozzolant materiale i form av silikastøv i en relativ mengde mellom 10% og 20% av sementvekten i betongen, og fortrinnsvis mellom 10% og 12% av sementvekten i betongen.
5. Lettbetong som angitt i patentkrav 1,

karakterisert ved at knust ekspandert skumglass er til stede i en mengde av minst 30 % av vekten av den ferske betongen, og at det er til stede et pozzolant materiale i form av flygeaske i en relativ mengde mellom 13% og 30% av sementvekten i betongen og fortrinnsvis mellom 13% og 18% av sementvekten i betongen.
6. Lettbetong som angitt i patentkrav 1,

karakterisert ved at knust ekspandert skumglass er til stede i en mengde av minst 40 % av vekten av den ferske betongen, og at det er til stede et pozzolant materiale i form av flygeaske i en relativ mengde mellom 13% og 30% av sementvekten i betongen og fortrinnsvis mellom 13% og 18% av sementvekten i betongen.
7. Lettbetong som angitt i patentkrav 1 eller 2,

karakterisert ved at det som pozzolant materiale benyttes en kombinasjon av silikastøv og flygeaske i forholdet 1:9 til 9:1, og at det totale innhold av pozzolane materialer utgjør fra 12% til 30%, fortrinnsvis fra 12% til 20%, regnet av vekten av sementen i betongen.
8. Lettbetong som angitt i patentkrav 1 eller 2,

karakterisert ved at det som pozzolant materiale benyttes en kombinasjon av silikastøv og finknust slagg i forholdet 1:9 til 9:1, og at det totale innhold av pozzolane materialer utgjør fra 12% til 30%, fortrinnsvis fra 12% til 20%, regnet av vekten av sementen i betongen.
9. Lettbetong som angitt i patentkrav 1 eller 2,

karakterisert ved at det som pozzolant materiale benyttes en kombinasjon av silikastøv, flygeaske og finknust slagg, og at det totale innhold av pozzolane materialer utgjør fra 12% til 30% regnet av vekten av sementen i betongen og fortrinnsvis mellom 12% og 20% av sementvekten i betongen.