NO782874L - Fremgangsmaate til fremstilling av sterk betong - Google Patents

Description

Fremgangsmåte til fremstilling av sterk betong

Oppfinner og søker : Sverre Wikne, 5086 Salhus.

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte til fremstilling

av en sement som krystalliser med vann og som sammen med sand, leca-perler, korlinperler eller andre fyllstoffer danner en meget sterk betong av forskjellige romvekter. Karakteristisk for denne sement er at den inneholder større eller mindre mengder av silisiumdioksydstøv som fortiden er et avfall som er lagret opp i store mengder rundt ver-dens silisiumfabrikkér. Det er tildels brukt 10 % tilsetning av stof-fet til innblanding i mørtel av portland sement men dette er bare i spredte tilfeller og mer på forsøksbasis så man kan idag si at anven-delse av avfallet er praktisk talt lik null. At avfallet kan anvendes i større mengder til fremstilling av sement som gir sterk betong har tildags dato ikke vært kjent uaktet at opphopning av det i lange tider har utgjort et miljøproblem som er påtrengende.

SUddeutsche Kalkstickstoff Werke anbefaler i tysk Offenlegungschrift Nr. 231 181 36 en tilsetning av silisiumdioksydstøv fra 0,2 til 10 % av den i blandingen værende kiselsyre. Norsk patentsøknad Nr. 750 824 nevner antagelsen om at silisiumdioksydstøvets virkning i blanding med portland sement med 10 % kanske beror på at silisiumdioksydet binder seg med noe av kalkoverskuddet i sementen, uten at noe visst kan sies om dette.

For å fastslå dette nærmere har vi gjort noen forsøk med reaksjoner mellem silisiumdioksydstøvet og kalk i form av kalsiumhydroksyd, og skål nedenfor nevne noen eksempler :

Eksempel 1 Etter formelen 3 CaO.SiO_

3 Ca(OH)2 + Si02

Molekylvekter 222 + 60 = 282

For å forte på eventuell reaksjon tilsattes basisk magnesiakarbonat

som katalysator.

Utførelse : 222 gr. Ca(0H)2+ 60 gr. Si02-støv fra silisiumovner +

6 gr. basisk magnesiakarbonat ( 3 MgCO^Mg(0H>2. 4H2Q) ble ristet

sammen til en homogen blanding, hvorpå tilsatt og sammenarbeidet til en mørtel med 124 gr. vann som var tilsatt et par dråper sekundert natriumalkylsulfat som overflateaktivt middel. Den ferdig blandede mørtel ble overført til en vanntett plastpose som derpå ble vanntett lukket, hvorpå den ble lagt til herding i et rom som hadde en temperatur av 20°C. Etter å ha lagt i 4 døgn ble kontroll foretatt med det resultat at noen synlig herding kunne ikke konstateres idet mørtelen føltes like myk sorn ved innleggelsen i plastposen, dette tiltross for at den var tilsatt en viss men riktigrjok liten porsjon av en svak katalysator samt overflateaktivt middel.

Deretter ble posen plasert i vann av en temperatur mellem 70 og 80°C med det resultat at den i løpet av mellem 20 og 30 minutter var krys-,

-talisert til en beihard betong.

Eksemplet viser at rent umiddelbart vil ikke kalk og silisiumdioksyd-støv fra silisiumovner reagere og krystallisere jned hverandre ved vanlig temperatur innen en rimelig tid for binding til betong. Hvis temp--eraturen forhøyes til 40°C vil binding til fast betong skje innen 30 minutter. Ved 30°C skjer bindingen mer langsomt.

Om de 288 gr. som utgjør bindemidlet i eksempel 1, tilsetter den tre-doble mengde sand og blander med vann til en mørt el vil det vise seg at det blir synlig herding i løpet av en natt. Forsøkene viser at dette kan gjøres uten akslerator, og at det ved fortsatt herding blir god trykkfasthet.

Reaksjon og krystallisasjon mellem kalsiumhydroksyd og silisiumdioksyd støv fra silisiumovner kan foregå ved vanlig temperatur om det anvendes en mer k raftig virkende katalysator. Alkalier i lav konsen-trasjon virker som sed for krystallisasjon ikke bare for blandinger av silisiumoksydstøvet og basisk reagerende oksyder av metaller, men støvet krystalliserer helt alene. Såvel organiske som uorganiske ba-ser bevirker krystallisasjon selv tilsatt i ringe mengder,so» eksempel på en organisk base som ble gjort forsøk med skal nevnes trieta- -nolamin som bevirket krystallisasjon selv i svake konsentrasjoner. Klorkalsium som reagerer surt bevirket også krystallisasjon som ikke forte på langt nær til brukelig trykkfasthet. Al-sement som også reagerer surt førte også til krystallisasjon og herding men dårlig trykkfasthet.

Eksempel 2. 500 gr. silisiumdioksydstøv og 1500 gr. støpesand ble blandet og rystet godt sammen og tilsatt 250 gr. av en 0,1 % ig vann-dig oppløsning av natriumhydroksyd, og med denne sammenarbeidet til mørtel. Denne ble til fast betong over natten, men ved videre her-

ding i løpet av 1 måned viste den ingen brukelig trykkfasthet.

Gjentagelse av eksempel 2 i andre konsentrasjoner av natriumhydroksyd ble foretatt. Disse var 0,2, 0,25, 0,3, 0,4, og 0,5 % ige, men frem-brakte ikke brukbare trykkfastheter selv etter lengre tids herding.

Av stor praktisk betydning har vi funnet å, være Portland sement og kalk og i tilfelle kalk da gjerne i forbindelse med en ellers kjent katalysator for herding av betong , nemlig magnesiumsilisiumfluorid (MgSiFg.ei^O). Men også uten katalysator vil man innen rimelig tid

få gode trykkfastheter ved blanding av kalk og silisiumdioksydstøv.

Vi har i eksempel 1 vist at kalsiumhydroksyd og silisiumdioksydstøv reagerer i vandig miljø og har der anvendt komponentene i mengder som svarer til dannelsen av trikalsiumsilikat. Vi nevnte da ikke noe om trykkfasthet, men skal nu nedenfor sitere noen eksempler som og-så viser trykkfastheter. Fra vanlig portland sement er det kjent at av kalsiumsilikatene er det trikalsiumsilikat andelen.i sementen - som gir den sterke betongen, mens dikalsiumsilikatet har liten betydning. Vi har derfor valgt å utføre våre eksempler som ved bruk av vektsmengder som gir uttrykk for denne formel, og har brukt katalysator. Herdetemperaturen er fra 20 til 25°C.

222 gr. kalsiumhydroksyd

60 gr. silisiumdioksydstøv (21,?7 % av sementvekten )

2,88 gr. magnesiumsilisiumf1uorid ( 1 % av sementvekten ) 140 gr. vann

850 gr. sand

0,3 ml. løsning av 30 2% ig løsning avsekunder natriumalkyl sul fat. Trykkfasthet 93 kg/ cm etter 10 dages herding.

222 gr. kalsiumhydroksyd

60 gr. silisiumdioksydstøv ( 35 % av sementvekten )

3,4 gr. magnesiumsilisiumfluorid ( 1 % av sementvekten )

170 gr. vann , 845 gr. sand

0,3 ml. overflateaktivt middel (sekundert natrium alkylsulfat) Trykkfasthet 178 kg/ cm etter 10 dagers herding.

222 gr. kalsiumhydroksyd

60 gr. silisiumdioksydstøv ( 21,3 %)

2,82gr. magnesiumsilisiumfluorid (MgSiFg. 6 H^O)

186 gr. vann , 845 gr. sand-

0,7 ml. acryl acetat lateks ca. 45 %ig

0,3 ml. 30 % ig. løsning av sekundert natrium alkylsulfat. (overflateak Trykkfasthet 73 kg/ cm etter 12 dages herding.

222 gr. kalsiumhydroksyd

60 gr. silisiumoksydstøv (21,3 % av sementvekten)

2,82 gr. magnesiumsilisiumfluorid ( MgSiFl^. 6 H20 )

186 gr. vann , 845 gr. sand

0,5 ml sekundert natriumalkylsulfat

Trykkfasthet 73 kg/ cm etter 12 dagers herding.

I eksempel 3, 5, og 6 har vi i våre vektforhold holdt oss til formelen 3 Ca(0H)2. Si02som i vanlig portland sement regnes som den utslagsgivende når det gjelder sterk betong ,

I eksempel gikk vi utenfor denne formel og brukte formelen 3 CaO . 2 Si02Hvorved det ble 17,5 % høyere innhold av silisiumdioksydstøv og over dobbel så høy trykkfasthet nemlig 178 kg/cm 2 mens i eksempel 3 var trykkfast-2 2

heten 93 kg/cm og i 5 og 6 var den i begge 73 kg/cm .

Av ovenstående går det frem at der det var mest silisiumdioksydstøv

i forhold til kalken var trykkfastheten best.

Eksempel 22 viser dette enda bedre : 80 % Silisiumdioksydstøv

20 % Ca(0H)2

I eksempel 22 ble trykkfastheten også 178 kg/cm 2 som i eksempel 4 Det viser at man kan spare på kalken som som ikke er en avfall svare, idet 20 % kalsiumhydroksyd viser seg å være nok mot ca. 79 % medgår etter sammensetningen av trikalsiumsilikat (3 CaO . Si02)

I eksemplene nedenunder er herdetemperaturen 20 - 25°C.

Eksempel 7.

Eksempel 8.

Eksempel 9. Eksempel 10,

Eksempel 11.

Eksempel 12.

Eksempel 13.

Eksempel 14.

Eksempel 15.

Eksempel 16.

Eksempel 17.

Eksempel 18.

Eksempel 19.

Eksempel 20.

Eksempel 21.

Trykkfasthet 269 kg/ cm2 etter 10 dager Eksempel 22 . Eksempel 23»

Eksempel 24.

Eksempel 25.

Eksempel 26.

Eksempel 27.

Vi skal nedenfor foreta en sammenligning noen enkelte eksempler som setter en bedre istand til å vurdere resultane.

Eksempel 4 har en sammensetning med bere trykkfasthet enn som eksem-piene 3, 5 og 6 viser, nemlig 178 kg/cm 2 etter 10 dage, mens eksemp- . lene 3, 5 og 6 viser henholdsvis 93, 73 og 73 kg/cm 2 etter samme tids-rom. De sistnevnte eksempler er fremstillt som i Portland sement står for den største trykkfasthet og med de største og mest fullkomne kry-staller nemlig trikalsiumsilikat (3 CaO . Si02), mens eksempel 4 har en sammensetning som det ikke blir nevnt inneholdes, nemlig(3 CaO .

2 Si02). Den siste inneholder 35 % silisiumdioksydstøv av sementvekten, mens de tre andre bare 21,27 % . I dette tilfelle har de, som.inneholder mest støv den beste trykkfasthet. Eksempel 22 som har sam-trykkfasthet som eksempel 4 har bare 20 % kalsiumhydroksyd mot 65 %

i eksempel 4. Det er en fordel å bruke mindre kalk da den koster mest. Det kan tenkes at man kan gå lave ned med kalkinnholdet enn til 20 % Eksempel 15 viser en trykkfasthet på 22 kg/cm 2 etter 28 dage med 9,19 % men da ikke uten tilsetning av en eller annen akslerator.

Sammenlignes eksemplene 20 og 22 vil man finne at de begge har samme innhold av silisiumdioksystøv, 70 % , men istedetfor 30 % kalsiumhydroksyd i 20,har 22,30 % Rapid Portland semnt. Det viser seg her at trykkfastheten stiger fortere med Rapid Portland sement som i løpet av 10 dage hadde en trykkfasthet på 269 kg/cm 2 mens det med 30 % kalsiumhydroksyd ble en trykkfasthet av 172 kg/cm 2. Det er dog mulig at dette kan rettes på med tilsetning av forholdsvis små mengder akslerator. '...••..<•....:•'.

Eksempel 19 viser en sement som inneholder 82,5 % silisiumdioksyd-støv med en trykkfasthet av 256 kg/cm 2 etter 13 dages herdning ved 20 til 25°C.

Da Rødslam kunne tenkes å ha noe for seg som sammensetning er dette

forsøkt som det fremgår av eksemplene 23 og 25.

Rødslammets sammen setning oppgis å være : Jern 50 %, Si024-5 %, A1203 2 %,Mn2034 %, CaO 10 %, MgO 3 %, Na2© 3 %, Fukt 30 %.

Eksempel 23 viser et samlet bruk av silisiumdioksydstøv + rødslam

i sementen på 85,7 % og eksempel 27 viser et avfallsforbruk på

87 %. Eksempel 23 viser en trykkfasthet på 341 kg/cm 2 etter 28 dage og eksempel 27 viser en trykkfasthet på 159 kg/cm etter 10 dager.

Ved et silisiumdioksydstøv-innhold på 58,25 % oppnåes trykkfastheter

på • over 550 kg/cm 2 se eksempel 10 og med et innhold av 30 % oppnåes trykkfasthet på over 600 kg/cm 2. '

Eksempel 24 og 26 Lettere betong med silisiumoksydstøvinnhold av

62,5 % av sementvekten som inneholder Korlinperler som er fremstil-

let på silisiumfabrikker men har idag ingen avsetning. Romvekten er for eksempel 24 = 1,13 og for eksempel 26 er den 1,09. De har en trykkfasthet etter henholsvis 5 og 4 dager på 82 kg/cm og 74 kg/cm. Lettbetongen med innhold av silisiumdioksydstøv er mer vannfast enn

den uten. Forsøk viser at en terning på 7x7x7 cm i løpet av 3 timer opptok 2,2 % vann, dens romvekt var 0,72*under vann, etter 15 timer 6,1 %. En blokk på 70x70x70cm. vil oppta 1/lOdel p.g.av den mindre ov.fl Fremstilling av eksemplene ovenfor ble gjort.mulig ved hjelp av

av retarderende og akslererende midler. Det er såvidt søkeren ikke kjent at vinyl og akryl lateks virker retarderende men dette ble konstatert ved forsøk. Akryl lateksen var Primal 330 fra Røhm,& Haas. Vinyl lateksen var fra Borregård.

Såvel for akryl som for vinylacetat kan det.nøye seg med meget små mengder for å få retardert reaksjonen mellem de 2 komponenter slik at mørtelen kan blandes førenn den stivner, idet det viser seg at fra 0,1 til 0,3 % er helt tilfredsstillende. Vannoppløselige cel-lulosederivater kan også brukes for formålet.. Således viste det seg at en sådan ved navn Modocoll E 600 var god og kunne brukes i en mengde av 0,15 % av sementvekten. Med sementvekten menes den sammenlagte vekt av de to komponenter. Enten det ene eller andre

av de ovennevnte midler ble brukt ble det fullt tilstrekkelig tid for blanding. Etter ca 45 minutter kunne mørtelen enda brukes.

Etter 1 time var det tilstrekkelig bare å fukte blandingen litt hvorpå den var iorden og fortsatte å herde til en betong med god trykkfasthet.

Claims (4)

1. En sement karakterisert ved at en blanding av silisiumdioksyd fra røyken av silisiumovner og Portland sement i en mengde av fra 10 til 80 % av silisiumdioksydstøvet, eller over,eventuelt slik at blandingen også kan inneholde kalk og rødslam og retarderende og akslererende stoffer.

2. En sement som nevnt under krav 1 men karakterisert ved at den iste- i detfor Portlandsement kan inneholde kalk eller kalsiumhydroksyd. i i

3. Fremgangsmåte til fremstilling av betong karakterisert ved at silisiumdioksyd fra røyken av silisiumovner og portland sement blandes med vann til en mørtel, og. karakterisert ved at blandingen inneh ol -der fra 10 til 99 % silisiumdioksydstøv av sementvekten og at blandingen også kan inneholde retarderende eller akslererende stoffer.

4. Femgangsmåte til fremstilling av lettbetong ved at det til mørtelen i henhold til krav 3 tilsettes et porøst skum som er fremstillt ved at en oppløsning av natriumlaurylsulfat piskes opp til flere gange sittvandige volum.