NO853528L - Fremgangsmaate for aa endre egenskapene til betong. - Google Patents

Description

Formålet med nærværende oppfinnelse er en fremgangsmåte for

å forandre visse egenskaper ved betong såsom bearbeidbarhet, seighet, romvekt, termisk._>. isolasjonsevne, porøsitet og akustisk absorpsjon. Ifølge.fremgangsmåten anvendes herved trefibrer eller fibrer som har tilnærmet samme mekaniske og fuktighetstekniske egenskaper som trefibrer, og da fibrer f.eks. av strå, sisalhamp, bambus etc. En annen del av oppfinnelsen vedrører produksjonsmetode for fiberholdig betong, og hvorved det anvendes tørr fiberholdig betongmasse.

Det er av betong utviklet et flertall lette og herdede lett bearbeidbare (saging,Sfpikring, planering) kvaliteter såsom gassbetong, lettklinker-betong, skumbetong og 3L-betong. Typisk for alle disse betongtyper er imidlertid vanligvis at de ved brudd er heller sprøde, og da spesielt ved feil som oppstår i forbindelse med spenning.

På den annen side er seigheten og strekkfastheten til betong blitt bedret ved tilsetting av fibrer. Slike fibrer har f. eks. vært av stål, glass og sisalhamp. Mengden av fibrer har vanligvis vært 0,5-2 volum-%, og fibrenes lengde har vært 20-30 mm. Det har også blitt anvendt trecellulose-fibrer. Lengden av cellulosefibrene har vært 2-5 mm.

En slik fiber-forsterkning såvel som samtidig-bruk .av stive (f.eks. stålfibrer) og elastiske fibrer (f.eks. naturlige og kunstige fibrer) er foreslått, i britisk patent nr. 1 406 442. Fra tysk patent, nemlig DE 3 007 012 er det kjent å anvende sement og to-komponent trefiber. Ifølge denne fremgangsmåte anvendes en stor mengde (77-85 vekt-%) sement. Vann, sement og trefibrer blandes først til en velling-lik forbindelse, som deretter samles på et bånd og presses tørt.

En lignende fremgangsmåte er også i bruk når det gjelder fremstilling av asbestsement-produkter samt cellulosefibrer i sementprodukter.

Alle hittil kjente metoder har vært beheftet med mange ulem per, og av den grunn-■ har det ikke. vært mulig å anvende dem i utstrakt grad i bygningsindustrien og annen industri. Den største ulempen har vært. at.bearbeidelsesegenskapene til betongen ikke har blitt tilstrekkelig forbedret. Mange fremgangsmåter krever også dyre råmaterialer, og da spesielt meget sement, som f.eks. ved fremgangsmåten.som er beskrevet i DE 3 007 012. Ved disse fremgangsmåter hvor det bare anvendes korte fibrer.er.det ikke oppnådd tilstrekkelig seighet eller bearbeidelsesegenskaper for betongen. De anvendte blandingene har også ofte vært beheftet med andre ulemper. Glassfibrene har korrodert i betongen, hvis egenskaper på kort tid har blitt dårligere. I de tilfeller hvor tett betong ønskes, som f.eks. i takplater, har man hatt problemer med porøsitet som er forårsaket av vann.

Formålet med nærværende oppfinnelse er å fremskaffe betong som har god bearbeidbarhet,og som samtidig er seig, og som dessuten oppviser mange.andre ønskede egenskaper med hensyn til f.eks. romvekt og termisk isolasjonsevne. Formålet er ifølge oppfinnelsen oppnådd:med en fremgangsmåte hvis karak-teristiske trekk vil fremgå av patentkravene.

Den grunnleggende idé ved oppfinnelsen har vært å fremskaffe en betong som markant skiller seg fra vanlig betong, og da ved at den inneholder fiber og ved.at det anvendes bare en mindre mengde hydraulisk bindemiddel, og hvorved hoveddelen av materialvolumet utgjøres av trefibrer og -aggregat. Kon-sistensen til forbindelsen er samtidig gjort velegnet for den kombinerte kompresjon-vibrasjons-komprimeringen, som gjør en enkel og økonomisk produksjon mulig. Betongens bindemiddel kan anvendes med optimal effekt ved å tilsette det for hydra-tiseringen nødvendige vann til massen som er absorbert i fibrene, hvorved det avgis langsomt fra fibrene slik at det ikke under komprimeringsfasen dannes ødeleggende kapillære porer i sementstenen..

Betongen ifølge nærværende oppfinnelse, og som har gode seighet segenskaper samtidig som bearbeidbarheten er god, og som dessuten har ønsket romvekt, termisk isolasjonsevne, porøsi-tet og en akustisk absopsjonsevéne som ligger innenfor ønskede områder, oppnås ved anvendelse av fiber-armering av ulike størrelseklasser sammen med,et hydraulisk bindemiddel og aggregat. Karakteristisk-for fiberarmeringen ifølge nærværende oppfinnelse eir at.man.ved fremgangsmåten anvender fibrer av forskjellige størrelseklasser, og som blandes sammen med hverandre. Lengde-fordelingen for.fibrene kan variere, og kan enten være av en kontinuerlig klassifiserings-type eller av en type som innenfor visse grenser . oppviser et gap med hensyn til klassifisering. Korte fibrer anvendes for å gi den stivnende sementen! bindéevne ved bearbeidelsen samt seighet, liksom man etter behov trenger:lange fibrer for å binde sammen deler av sement-bindemidlet over aggregat-partiklene , sprekker og korte fibrer, hvorved, betongen gjøres seig selv når aggregat-partiklene- brytes i stykker eller adskilles i en brudd-situasjonj. De øvrige egenskaper såsom romvekt, termisk isolasjonsevéne, porøsitet og akustisk absorpsjonsevne kan variere ved å endre mengdeforholdet mellom korte og lange fibrer eller mellom aggregatene. De mest egnede fibrene kan være trefibrer, men også andre naturlige eller kunstige fibrer som oppviser tilnærmelsesvis de samme mekaniske egenskaper samt fukttekniske egenskaper som trefibrer kan anvendes.

Det oppstår normalt to typer sprekker, som svekker betongens seighet spesielt under strekkspenning. I sementstenen opp-trer små mikro-sprekker, og i sementen under tøyning oppstår makro-sprekker. I torkomponent-rfiberarmeringen anvendes korte fibrer for å overføre strekkspenning over makro-sprekkene. På denne måten kan seighetsegenskapene til betongen økes på ønsket måta.

i

I

Fremgangsmåten ifølge.nærværende oppfinnelse skal nærmere illustreres ved hjelp av vedlagte figur, som i prinsipp viser samvirkningen mellom korte og lange fibrer. I figuren er kor-

I

te trefibrer betgenet med 1, lange trefibrer med 2, små aggregat-partikler med 3, store aggregat-partikler med 4, sement-

bindemiddel med 5, makro-sprekker. med.6 -ogmikro-sprekker med 7. Generelt er en egnet mengde korte fibrer det som kreves for å oppnå en god bearbeidbarhet av den ferske betongmassen samt god bearbeidbarhet av den herdede betongen.

I de tilfeller hvor. hovdeformålet er å oppnå en tett og seig betong anvendes bare korte, vannabsorberte fibrer. Ved å variere den totale mengden fibrer såvel som mengdeforholdet mellom korte og lange fibrer kan egenskapene til herdet betong regu-leres på ønsket måte. Ved å øke mengden av korte fibrer kan de forskjellige egenskapene.til betongen.forbedres til en viss grad. Bearbeidbarheten.av.betongmassen i fersk tilstand setter imidlertid en grense for. mengden av korte fibre, hvorved varia-sjonen av betongens egenskaper finner sted.ved å øke mengden av lange fibre. En økt mengde: av disse fibrene forbedrer betongens seighet, termiske isolasjonsevne, bearbeidbarheten i herdet form, øker porøsiteten og forbedrer den akustiske ab-sorpsjonen. Disse egenskaper spiller, en viktig rolle når det gjelder forskjellige bygninger^fo^^industxi^v:©^-- bolig-formål. Når det ønskes en tett.betong, som imidlertid fremdeles til en viss grad skal være seig samt i herdet form bearbeidbar, så anvendes bare korte fibrer.

Når det anvendes trefibrer eller andre naturfibrer av forskjellige klassifikasjons-klasser, og da blandet sammen med hverandre, kan selv store mengder fibrer enkelt og økonomisk blandes inn i betongen, og da opp til flere titalls volum-prosent. Herved kan egenskapene til betongen fortrinnsvis varieres tilnærmelsesvis innenfor følgende grenser: Herdet betong skal være: bearbeidbar med sag, øks, kniv og vanlige spikrer, og da i en hårdhetstilstand som tilsvarer den fra betongen er formbar og opp til vanlig betonghård-het.

Strekkfastheten bør. ligge mellom 1-5 MN/m 2.

Forholdet mellom strekkfasthet og kompresjonsfasthet ligger vanligvis mellom 0,25 og 1,0 hvorved.forholdet for vanlig

betong ligger på ca. 0,10.

Densiteten bør tilnærmelsesvis være mellom 800 og 1000 kg/m 3.

Seigheten målt som deformasjonsarbeide bør være 5-50 ganger større sammenlignet med betong som oppviser den samme kompresjons f asthet .

Kompresjonsfastheten. bør være ca. 1 MN/m<2>-.20 MN/m<2>.Elastisitetsmodulen bør ,v" æ.r' e. ^ mellom : 5000.-20000 NM/m 2.

Den termiske isolasjonsevnen er mellom 0,10-0,80 W/m°C. Permeabiliteten til vanndampen bør være mellom (10-50).

10<_1>kg/msPa.

Undersøkelser har bevist- at sement-bindemidlet i trefibrene gir en ganske god beskyttelse mot forråtnelse. Den trefiber-holdige betong har avhengig, av mengden trefibrer ulike grader av brannresistens, og den nevnte betong er et tungt antennelig materiale. Materialet er økonomisk fordelaktig å fremstille ved at det anvendes heller lite bindemiddel, ca. 15-40 volum-prosent, hvilket bindemiddel, er dyrere enn de andre komponen-tene. I tillegg anvendes det alltid aggregater, hvorved sam-menbindingen av trefibrene finner sted ved hjelp av den støpte steinen som støpes sammen med det hydrauliske bindemidlet og aggregat. Som aggregat kan anvendes partikkelstøirrelser mellom 0,1-8 mm i form av naturlig aggregat, eller man kan anvende partikler av samme størrelse såsom pulverisert oljeaske, ekspandert leireaggregat eller perlitt. Bindemidlet kan enten være Portland-sement eller annet hydraulisk bindemiddel såsom slaggsement, pulverisert oljeaske eller naturlig pozzuo-lan.

Trefiberholdig betong kan på grunn av trefibrenes elastisitet ikke gjøres kompakt effektivt ved vibrasjon alene, slik som det er vanlig i forbindelse med vanlig betong. Ved tilvirk-ning av andre fiberholdige produktersom asbestsement-produkter anvendes vanligvis.en komprimering eller komprimering kombinert med vibrasjon. Massen til, asbestsement-produkter og f.eks. massen dif lg.>,ty"sk; patent DE 3 007 012, som vedrører tre-fibersement, tilvirkes ved å blande ,ek større mengde vann, fibrene og sementen til et vandig slam, som samles på et bånd og komprimeres tørt samt gjøres kompakt. Denne fremstillings- metode er ganske komplisert, og dyr, og den lykkes bare når det anvendes mye sement, og det tilvirkede produkt utgjøres av et tynt arklignende produkt.

For å oppnå en tilstrekkelig styrke og lite svinn for betongen bør forholdet vann-sement være lite. Spesielt er kravet ved-rørende et lite forhold vann-sement viktig når det gjelder fiberholdig betongmasse, hvor det anvendes kompresjon og vibrasjon for å gjøre massen kompakt, og hvorved vanninnhold i massen er meget uheldig.

Vannet i betongmassen forårsaker kapillære porer i massen, som virker ødeleggende på styrken og.densiteten til sementsteinen

som skapes ved hydratisering. Når det gjelder den fiberholdige betongen så forårsaker;,.vannet som forekommer i den ferske massen nedsatt binding mellom, sementsteinen og fibrene. Ved kompakt-gjøringen ifølge kompresjon-vibrasjons-metoden vil vannet dri-ves mot overflaten, hvorved dannelsen av kapillære porer ytterligere økes. Et produkt: som er fremstilt ifølge kompresjon-vibrasjons-metoden gjøres sammenhengende rett etter at massen er gjort kompakt hvis vann^-sement-f orholdet er lite nok.

Forskjellig fra den situasjon som er beskrevet ovenfor når det gjelder fiberholdige sementprodukter, så vil i den fiberhol^ dige betongen ifølge.nærværende oppfinnelse ikke noen bløt vannholdig forbindelse dannes ■.men en meget tørr masse. Dette finner sted på en slik måte at fibrene gjennomfuktes i tilstrekkelig lang tid, f.eks. 24 timer,..før blandingen av betongen finner sted, og da i vann eller i en vannholdig løsning som inneholder stoffer som egner seg' for en forbehandling av fibrene, hvorved vann absorberes i fibrene. Når fibrene anvendes i tilstrekkelig mengde, så vil mengden absorbert vann i fibrene være tilstrekkelig for hydratisering av den anvendte mengde sement, og dette er grunnen til at ikke noe vann til-settes massen i fremstillingsprosessen..Ved anvendelse av større mengder fibrer vil mengden, av vann i fibrene være unødvendig og til en viss grad t.o.m. uheldig stor, hvorved fibrene delvis kan tørkes mekanisk, ved pressing eller ved for- dampning av en passende ..del av vannet, før blandingen av massen finner sted. Det er spesielt fordelaktig å overføre det nød-vendige vann for hydratisering av bindemidlet til betongmassen når denne er absorbert i fibrene, og da av den grunn at vannet er reservert for anvendelse, av bindemidlet som skal sakte hydratiseres i sin hydratiseringsprosess, hvorved sementsteinen som er fremstilt utvikles til å få en fordelaktig densitet og styrke. Samtidig. ble,^:'');bindingenmellom sementsteinen og fibrene optimalt god. En mindre del vann overføres vanligvis til betongmassen i form av fuktighet som skriver seg fra tørt aggregat. Den på denne måte. fremstilte fiberholdige betongmassen egner seg for kompakt-gjøring ved hjelp av den kombinerte kompres jon-vibras jonsimetoden,,Det fremstilte produkt er godt sammenhengende rett ..etter ..at det er gjort kompakt, og av den grunn kan produktet fjernes direkte når det anvendes kontinuerlig prosess.

Ved fremgangsmåten ifølge.nærværende oppfinnelse er det fordelaktig når den.tørre vektdelen .av de.forskjellige materialkompo-nentene i betongen varierer mellom følgende intervall: trefibrer 2-40%, bindemiddel 20-50%, aggregat 10-50% og vanninnhold i fibrene og aggregat 15-40%.: Videre kan det i betongen anvendes ønskede tilsetningsmidler.såsom akseleratorer, luft-innførende tilsetningsstoffer.og mykningsmidler. Når det gjelder den totale mengden av fibrer, og da regnet i tørrvekt og i avhengighet av fibrenes lengdefordeling, så har man følgende forhold: korte trefibrer (lengde 1-5 mm) 10-100%, middels lange fibrer (lengde 5-15 mm) 0-30% og lange fibrer (lengde på over 15 mm) 0-90%.

Eksempler på egnede anvendelsesområder for fiberholdig betong er: Bærende og ikke-bærende vegger og plater til småhus, og som lett kan maskinbearbeides i prefabrikasjons-anlegg og

på driftssiden;

Oppføring av produksjonsbygninger i landbruket;

Oppføring av små industribygninger;

Små billighus for eksport, og som lett kan settes sammen til bolighus som .er.resistent mot forråtnelse, termitter og

andre organismer,, og som ikke er brannfarlige;

Takplater; og

Delevegger i leiegårder.

Den avgjørende.fordel med fiberholdig betong ifølge nærværende oppfinnelse er de økonomoske og tekniske fordeler som kan oppnås på steder hvor det er lett å fremskaffe sement, finkornet naturlige aggregater eller f.eks. ekspandert leireaggregat samt trefibrer. Det er f.eks. lønnsomt å transportere sement og trefibrer selv over ganske lange avstander på grunn av at disse produkter inntar et lite volum. Takket være seigheten til en slik trefiberholdig,betong er det fordelaktig å anvende den relativt tynn men. vanligvis tykkere enn vanlig platelignende produkter. Materialet er godt egnet for såvel bærende som del-ende konstruksjoner. En fordel sammenlignet med vanlig betong og sammenlignet med de fleste fiberholdige sementprodukter er også den mulighet å oppnå en ganske lav densitet.

På grunn av sukkerinnholdet i trefibrer kreves en egnet kjemisk forbehandling, f.eks. nedsenkning iNAOH- eller Ca(OH)2~løsning for å unngå en forlengelse av herdetiden. Ved anvendelse av blekt cellulosefibrer er forbehandlingen for å fjerne sukker overflødig. På grunn av trefibrenes elastisitet og for å bedre sammenklebingen av fibrene er kompresjons-vibrasjons-metoden den mest fordelaktige for kompakt-gjøring.

I det foranstående har man beskrevet de viktigste anvendelses-områdene for nærværende oppfinnelse. Nærværende fremgangsmåte for å bedre egenskapene til betong kan variere innenfor rammen av de etterfølgende krav.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte for å endre visse egenskaper til betong såsom bearbeidbarhet, seighet, romvekt og termisk isolasjonsevne ved anvendelse av trefibrer, karakterisert ved at det som komponenter i betongen anvendes variable andeler Portland-sement eller andre hydrauliske bindemidler, at det anvendes aggregater med partikkelstørrelse under 8 mm samt naturfibrer, f.eks. trefibrer, som med hensyn til lengde-fordelingen oppviser kontinuitet eller et gap, og som sammen med aggregat inneholder hoveddelen av alt vann som kreves for hydratisering av bindemidlet.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at egenskapene til. betongen endres ved å endre andelene av korte og lange naturfibrer, bindemidlet og aggregatet.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at.andelene med hensyn til tørrvekt av de forskjellige materialkomponentdeler i betongen varierer innenfor følgende intervall:. trefibrer 2-40%, bindemiddel 20-50%, aggregat 10-50% og vanninnholdet i fibrene og aggregat 15-40%.

4. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1-3, karakterisert ved at alt nødvendig vann for herdereak-sjonene i bindemidlet tilføres, betongmassen som absorbert vann i trefibrene, og da ved at fibrene før tilblanding til massen nedsenkes i vann eller i en vannløsning som inneholder stoffer som er egnet for forbehandling av trefibrene.

5. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1-4, karakterisert vedat det i betongen er anvendt egnede tilsetningsstoffer som akseleratorer, luftinnblandings-midler og myknere.

6. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1-5, karakterisert ved at aggregatene er naturaggregat eller kunstig aggregat, pulverisert brennstoffaske, ekspandert leireaggregat eller perlitt.

7. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1-6, karakterisert ved at den tørre betongmassen gjøres kompakt ved hjelp av kompresjon eller ved hjelp av en kombinasjon av kompresjon og vibrasjon.

8. Fremgangsmåte, ifølge et av kravene 1-7, karakterisert ved . at densiteten til betongen varierer mellom 800 kg/m <3> - 2000 kg/m <3> .

9. Fremgangsmåte ifølge.et av kravene 3-8, karakterisert ved at det som fibrer istedenfor trefibrer anvendes andre naturfibrer som oppviser tilnærmelsesvis tilsvarende mekaniske og fuktabsorberende egenskaper.

10. Fremgangsmåte.ifølge et av kravene 3-9, karakterisert ved at lengdefordelingen når det gjelder de tørre fibrene varierer, innenfor følgende grenser, og da under hensyntagen til den totale mengden av fibrer: korte trefibrer (lengde 1-5 mm)?. 10-100%., middels lange fibrer (lengde 5-15 mm) 0-30% samt lange fibrer (lengde på over 15 mm) 0-90%.