NO851120L - Fremgangsmaate til akselerering av herding av betong - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte til akselerering av herding av betong, basert på Portland-sement eller andre bindemidler, ved karbonatisering med gass som består helt eller delvis av karbondioksyd, hvorved betongen avvannes og/eller avluftes før karbonatisering i en lukket form hvori det foreligger et undertrykk, og karbonatisering påbegynnes mens undertrykket opprettholdes i betongen.

Oppfinnelsen er hovedsakelig en videreutvikling av frem-gangsmåtene til hurtig herding av betong, som er kjent fra svensk patentskrift 7800077-5 og svenske patentsøknader 7907235-1 og 8002613-3.

Patentskriftet og den førstnevnte patentsøknad vedrører en fremgangsmåte til støping og herding av betong uten behov for anvendelse av et spesielt herdekammer eller autoklav, hvorved betongen støpes eller formes etter blanding av de inngående kom-ponenter, hvoretter massen underkastes vakuumbehandling ved at den utsettes for et undertrykk under støping i en form. Deretter og mens undertrykket i begynnelsen opprettholdes innføres det i massen karbondioksyd som deretter, på grunn av undertrykket, diffunderer inn i kapillarene i betongmassen og bevirker hurtig herding.

De viktigste faktorer for betongens herding ved karbonatisering er reaktiviteten mellom bindemidlene og karbondioksydgassen, betongmassens vannabsorpsjons-middelverdier og dens egnete pore- og kapillarstruktur (inklusivt tilslaget), samt karbondioksydgassens partialtrykk. Karbonatisering, dvs. reak-sjonen mellom bindemidlene, som inneholder kalk, magnesium etc, og karbondioksydet, foregår bare i nærvær av vann. Dersom der er et vannoverskudd, noe som alltid foreligger i støpbare blandinger som inneholder mye vann, kan karbonatiseringsreaksjonen være meget svak eller helt undertrykket.

Vakuumbehandlingsmetoden ifølge de to ovennevnte patent-skrifter gjør det mulig å fjerne den store mengde vann fra blandingen og samtidig danne et undertrykk i betongmassen, hvorved karbondioksydgassens partialtrykk økes. Disse to faktorer fremmer karbonatiseringsprosessen, dvs. betongens herding.

Fremgangsmåten ifølge den innledningsvis anførte svenske patentsøknad 8002613-1 utgjør en videreutvikling av fremgangsmåten ifølge svensk patentskrift 7800077-5 og svensk patentsøknad 7907235-1 for karbonatisering av betongelementer og -konstruk-sjoner i en lukket form og løser også problemet med karbonati-seringsherding av betong i kamre eller tunneler.

Svensk patentsøknad 8002613-1 vedrører en fremgangsmåte til fjerning av fuktigheten ved anvendelse av en lukket form, og før og under karbonatisering dersom formen fjernes fra betongen. Ifølge denne fremgangsmåte benyttes det kontrollerte betingelser ved kombinasjon av luftstrømmer, varmedannelse og fuktighets-absorpsjon i et kontinuerlig lukket sirkulasjonssystem.

De ovenfor beskrevne kjente fremgangsmåter funksjonerer tilfredsstillende når karbondioksydgassen er ren. Men karbonatiseringen av betong med karbondioksydgass som inneholder større eller mindre mengder luft, eller med avløpsgasser fra f.eks. sement- eller kalkindustrier er vanskelig eller sogar umulig på grunn av at gassen ikke reagerer med betongbindemidlene, og den ved karbonatiseringsreaksjonen dannete damp forlenger herdetiden eller inhiberer karbonatisering fullstendig.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte av den innledningsvis angitte type som eliminerer det ovennevnte problem ved at gassen som ikke reagerer med betongbindemidlene, og/eller vanndampen, fjernes fra betongen under karbonatiseringen .

Dersom betongen prekarbonatiseres ved tilførsel av karbondioksydgass under blandingen eller eventuelt under støpingen av betongen, økes korttidsfasthet (direkte etter karbonatisering) uten svekkelse av dens sluttfasthet.

Ved å gjenta karbonatiseringen etter hovedkarbonatiseringen oppnås det ifølge et ytterligere trekk ved oppfinnelsen en ytterligere økning av korttidsfastheten mens sluttfastheten bibeholdes (sammenliknet med normal herding).

De ovenfor beskrevne og ytterligere trekk ved oppfinnelsen vil fremgå av den etterfølgende beskrivelse med henvisning til de

medfølgende tegninger, hvor:

Fig. 1 viser et generelt flytdiagram over fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. Fig. 2 viser skjematisk de forskjellige metoder til fjerning av gassen som ikke reagerer med betongbindemidlene og/eller vanndampen fra betongen. Fig. 3 viser et trykk/tiddiagram av vakuumkarbonati-seringen i en lukket form ifølge fig. 2:1.1 og 2:1.2. Fig. 4 viser et tilsvarende diagram over karbonatisering ved borttatt formlokk ifølge fig. 2:1.3. Fig. 5 viser også et tilsvarende diagram, som viser gjentatt karbonatisering etter hovedkarbonatiseringen i en lukket form, ifølge fig. 2:1.1 og 2:1.2. Fig. 6 er et trykk/tiddiagram som viser gjentatt karbonatisering etter tørking med høyfrekvente elektromagnetiske bølger (HF) under samtidig virkning av vakuum, etter hovedkarbonatiseringen i en lukket form ifølge fig. 2:1.1 og 2:1.2. Fig. 7 er også et liknende diagram som viser fortsatt gjentatt karbonatisering etter tørking med høyfrekvente elektromagnetiske bølger (HF) av betong hvorfra formen er blitt delvis fjernet, ifølge fig. 1:2.2, eller av en betong hvorfra formen er fullstendig fjernet, ifølge fig. 1:1.4, hensiktsmessig for karbonatisering på et bånd. Fig. 8 viser skjematisk prekarbonatisering under blanding av betongens bestanddeler. Fig. 9 viser skjematisk prekarbonatisering under selve støpingen. Fig. 10 viser et eksempel på karbonatisering av sandwich-elementer i et batteri, ifølge fig. 1:1.1 og 1:1.2. Fig. 11 viser et eksempel på gjentatt karbonatisering under flytelinjen A ifølge fig. 1:1.1 og 1:1.2, B ifølge fig. 1:2.4.

I det generelle flytdiagram som er vist i fig. 1 begynner fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen med avvanning og/eller av-lufting av betongen i en lukket form hvori det opprettholdes undertrykk. Dersom man deretter følger de heltrukne piler foregår det en hovedkarbonatisering i trinn 1, hvor vakuum opprettholdes i det minste under begynnelsen av tilførselen av karbondioksydgass til den lukkete form, hvorved gass som ikke reagerer med betongens bindemidler og/eller vanndampen fjernes fra betongen enten ved suging ved hjelp av undertrykk 1.1 eller ved å åpne en ventil i formen 1.2. Alternativt kan hovedkarbonatiseringen ifølge den stiplete linje foregå med betong som er komprimert under høyt trykk og vakuum, hvorved en del av formen, fortrinnsvis lokket, er blitt fjernet, se 1.3.

Etter fjerningen av gassen og/eller vanndampen kan fjerningen foregå ifølge 1.4. Istedenfor fjerning kan betongen etter fjerning av gassen og/eller vanndampen underkastes gjentatt karbonatisering i en lukket form og under vakuum før tilførselen av karbondioksydgassen. Det er selvfølgelig også mulig å utføre den gjentatte karbonatisering etter fjerning av formen, slik det fremgår av fig. 1.

Etter hovedkarbonatiseringen og før den gjentatte karbonatisering kan betongen tørkes ved hjelp av stråling kombinert med et undertrykk. For denne stråling anvendes det høyfrekvente elektromagnetiske bølger (HF) som er de mest effektive for dette formål. Etter tørkingen karbonatiseres betongen ytterligere i lukket form, hvorved den ikke-reagerende gass og/eller vanndampen fjernes ytterligere med sug ifølge fig. 2.1 eller åpen ventil ifølge 2.2. Alternativt kan den gjentatte karbonatisering etter tørkingen foregå uten vakuum med betongen delvis fjernet fra formen (ifølge 2.3) eller med betong fullstendig fjernet fra formen, ifølge 2.4, se pilene med doble prikker. Fig. 2 viser som nevnt ovenfor skjematisk de forskjellige fremgangsmåter til fjerning av gassen som ikke reagerer med bindemidlene i betongen og/eller vanndampene fra betongen. Betongen 1 er anbrakt i en form 2, og de ikke-reagerende gasser 3 og/eller vanndampen fjernes ved suging (vakuum) på motstående side av karbondioksydgasstilførselen 4, som vist med piler 3 i fig. 2:1.1. I fig. 2:1.2 ledes gassen fritt ut gjennom en åpen ventil, slik som vist med piler 3. I fig. 2:1.1 og 2:1.2 fjernes gassen og dampen i lukket form. I fig. 2:1.3 er formens 2 lokk fjernet for at gassen skal kunne unnslippe. Denne utførelsesform kan bare benyttes med betong som er blitt komprimert under høyt trykk og vakuum hvor karbondioksydgassen er blitt tilført under et lite overtrykk. Fig. 3 viser et trykk/tiddiagram av hovedkarbonatiseringen i en lukket form, hvor karbondioksydgassen tilføres i begynnelsen (trinn 1) under vakuum, hvoretter den ikke-reagerende gass og/eller vanndampen fjernes ved suging (trinn 2) ifølge 1.1 eller gjennom en åpen ventil ifølge 1.2 på samme måte som beskrevet ovenfor. Tidene t^, t2og t^på tidsaksen kan f.eks. være henholdsvis 10 min., =4 min. og é 10 min.

Diagrammet i fig. 4 viser karbonatisering etter fjerning av formlokket, ifølge fig. 2:1.3 (bare komprimert betong). Her kan t^£ 1 min., t2 ^ 0,5 min. og t^ < 10 min.

Fig. 5 viser hvordan gjentatt karbonatisering kan utføres etter hovedkarbonatiseringen i en lukket form ifølge fig. 2:1.1 og 2:1.2 med henholdsvis suging og åpen ventil. Her kan f.eks. t-^være f: 5 min., t ?=2 min. og t^ 4 10 min.

Den gjentatte karbonatis.ering som er vist i fig. 6 foregår i en lukket form etter HF-tørkingen (etterfølger hovedkarbonatiseringen), også under suging eller med åpen ventil, hvorved t-^f.eks. er 1 2 min., t2=2 min. og t^ + t^1 10 min.

Endelig viser fig. 7 fortsatt gjentatt karbonatisering etter HF-tørking av betongen delvis fjernet fra formen, ifølge fig. 1:1.3, eller av betongen fullstendig fjernet fra formen, ifølge fig. 1:2.4.

Prekarbonatiseringen av betongen 1, som er vist i fig. 8 og 9, foregår i fig. 8 under blanding i en tvangsblander 7, hvorved karbondioksydgass 4 tilføres fra en beholder 8 via en slange 9 og en reduksjonsventil 10. I fig. 9 foregår karbonatiseringen under støping av betongen 1 i formen 2, hvor den prekarbonati-serte betong er angitt med henvisningstall 11. Betongen 1 oppbe-vares i en beholder 12 for forhåndsblandet tørr betong, og inne i beholderen 12 er det anordnet et røreverk 13 og på utsiden av beholderen en vibrator 14. Som i fig. 8 står en beholder 8 med karbondioksydgass i forbindelse med beholderen 12 via en slange 8 og en ventil 10 for tilførsel av karbondioksydgassen.

Fig. 10 viser skjematisk et eksempel på karbonatiseringen av sandwich-elementer som er stablet oppå hverandre til et batteri, hvor karbonatiseringen og fjerningen av de ikke-reagerende gasser utføres på den måte som er vist i fig. 1:1.1 og 1:1.2.

Endelig viser fig. 11 et eksempel på hvordan gjentatt karbonatisering kan utføres ved produksjon på løpende bånd av betongelementer ifølge fig. 1. Støping etter eventuell prekarbonatisering utføres ved 1. Ved 2 utsettes formen for et vakuum (eventuelt komprimering), og ved 3 foregår hovedkarbonatiseringen og etterfølgende fjerning av gassen som ikke reagerer med betongbindemidlene og/eller av vanndampen. Til slutt fjernes betongen fra formen ved 4. HF-tørking finner sted ved 5, fortrinnsvis i en tunnel, hvoretter den gjentatte karbonatisering finner sted ved 6, fortrinnsvis også i en tunnel.

De etterfølgende tabeller viser resultatene av tester ut-ført for å fastslå virkningen av forskjellige karbonatiserings-betingelser på fastheten etter et kort tidsrom og etter 28 dager (normal herding etter karbonatisering).

Tabell I viser trykkfastheten i MPa ved forskjellige COp

-innhold i gassen og forskjellige betingelser ved fjerning av ikke-reagerende gass og vanndampen etter et kort tidsrom (direkte etter karbonatisering) og etter 28 dager. I disse tester ble det anvendt betong med lett tilslag og med en densitet på 1400 kg/m^. Gass som inneholdt 50% C02reagerte meget lite, og lav direkte fasthet ble oppnådd etter karbonatisering. Gass som inneholdt 25% CC>2reagerte ikke i hele tatt ved karbonatiseringen. Dette gjel-der herding i en lukket form uten fjerning av den ikke-reagerende gass. Ved karbonatisering med en åpen ventil i det øvre parti av formen (trinn 2) under fortsatt tilførsel av gass var den direkte og den endelige fasthet tilfredsstillende, både for gass som inneholdt 50% C02og for gass som inneholdt 25% C02. Tilsvarende resultater ble oppnådd ved suging med vakuum. Det må påpekes at et lavere karbondioksydinnhold i gassen gav lengre karbonati-seringstid og mengden absorbert karbondioksyd ved fjerning av den ikke-reagerende gass var vanskeligere å styre, særlig ved anvendelse av vakuum.

Tabell II nedenfor viser resultater oppnådd under karbonati-seringstester av sementholdige, armerte fiberplater (sementplater). Forskjellige karbonatiseringsmetoder ifølge oppfinnelsen, beteg-net i overensstemmelse med fig. 1 og etterfølgende ble benyttet: Karbonatisering og gjentatt karbonatisering. Betongen ble enten komprimert under vakuum eller under vakuum og trykk (ca. 1 MPa) før karbonatiseringen. Karbonatiseringen ble utført med en gass som inneholdt 50% C02• Strekkfastheten ved bøyning ble testet umiddelbart etter karbondioksydbehandling (8-18 min.) og etter 3 dager (normal herding i luft). Det viste seg at sammenliknet med betong som bare var blitt vakuumkomprimert og betong som bare var blitt karbonatisert var den umiddelbare fasthet og fastheten etter 3 dager etter komprimering økt ytterligere når det var utført gjentatt karbonatisering og HF-tørking.

Oppfinnelsen er selvfølgelig ikke begrenset til de utførel-sesformer som er vist i tegningene og som er beskrevet ovenfor, men kan modifiseres på mange måter innenfor rammen av de etter-følgende krav.

Claims (8)

1. Fremgangsmåte til akselerering av herding av betong, basert på Portland-sement eller andre bindemidler, ved karbonatisering med gass som består helt eller delvis av karbondioksyd, hvorved betongen avvannes og/eller avluftes før karbonatisering i en lukket form hvori det foreligger et undertrykk, og karbonatisering påbegynnes mens undertrykket opprettholdes i betongen, karakterisert ved at gassen som ikke reagerer med betongbindemidlene, og/eller vanndampen, fjernes fra betongen under karbonatiseringen.

2. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1, karakterisert ved at den ikke-reagerende gass og/eller vanndampen fjernes fra betongen på motstående side i forhold til karbondioksydgass tilfør se len .

3. Fremgangsmåte i samsvar med krav 2, karakterisert ved at gassen og/eller vanndampen fjernes enten ved suging ved hjelp av undertrykk eller ved å åpne en ventil i formen eller ved fjerning av én eller flere formdeler, fortrinnsvis lokket.

4. Fremgangsmåte i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at karbonatiseringen gjen-tas etter hovedkarbonatiseringen.

5. Fremgangsmåte i samsvar med krav 4, karakterisert ved at betongen etter hovedkarbonatiseringen og før den gjentatte karbonatisering tørkes ved stråling kombinert med undertrykk.

6. Fremgangsmåte i samsvar med krav 5, karakterisert ved at strålingen og den etterfølgende gjentatte karbonatisering utføres med prekarbonatisert betong som er helt eller delvis fjernet fra'' formen.

7. Fremgangsmåte i samsvar med krav 5 eller 6, karakterisert ved at strålingen er i form av høyfre-kvente elektromagnetiske bølger.

8. Fremgangsmåte i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at betongen prekarbonatiseres ved tilførsel av karbondioksydgass under blandeprosessen og/eller under støping av betongen.