PL234158B1

PL234158B1 - Kompozytowy materiał włóknisto-cementowy z dodatkiem pyłu keramzytowego i jego zastosowanie

Info

Publication number: PL234158B1
Application number: PL415122A
Authority: PL
Inventors: Krzysztof Schabowicz; Tomasz Gorzelańczyk; Aleksander Kapelko
Original assignee: Politechnika Wroclawska
Priority date: 2015-12-04
Filing date: 2015-12-04
Publication date: 2020-01-31
Also published as: PL415122A1

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest kompozytowy materiał włóknisto-cementowy z dodatkiem pyłu keramzytowego o podwyższonych parametrach fizyko-mechanicznych. Przedmiotem wynalazku jest również zastosowanie kompozytowego materiału włóknisto-cementowego z dodatkiem pyłu keramzytowego jako budowlanego elementu konstrukcyjnego, zwłaszcza wykończeniowego w postaci płyty włóknisto-cementowej.

Kompozytowy materiał cementowy z dodatkiem włókien wzmacniających znany z polskiego zgłoszenia patentowego nr P.400447, przeznaczony na płytki dekoracyjne i ich wykończenie. Materiał składa się z cementu wiążącego w ilości 17,0-32,5% wagowych, piasku w ilości 48,5-76,0% wagowych, perlitu w ilości 0,5-3% wagowych, włókien wzmacniających w ilości 0,6-1% wagowych, polimeru akrylowego w ilości 0,3-1% wagowych, polimeru na bazie estrów polikarboksylatu w ilości 0,05-1% wagowych, pigmentu w ilości 0,55-1,5% wagowych oraz wody w ilości 5,0-11,5% wagowych.

Kompozycja cementu plastycznego znana z polskiego opisu patentowego nr PL215681, zawiera 100 cz. wag. cementu portlandzkiego, od 0,1 do 10 cz. wag. włókna polipropylenowego o długości 3 do 12 mm i grubości włókien 15-35 mikrometrów i od 1,0 do 15,0 cz. wag. sproszkowanej gumy o wielkości ziaren do 2 mm, w której udział frakcji o wielkości ziaren powyżej 0,5 mm nie przekracza 20% wag. gumy oraz korzystnie do 20 cz. wag. mikrocementu i/lub do 12 cz. wag. gipsu.

Z polskiego zgłoszenia patentowego nr P.389572 znany jest konstrukcyjno-izolacyjny materiał budowlany, który zawiera cement portlandzki w ilości 350-500 kg, piasek płukany o granulacie do 2 mm w ilości 30-250 kg, kruszywo popiołowe o gr. 0-4 mm w ilości 5-100 kg, perlit w ilości 0,5-10 kg, zeolit w ilości 0,5-50 kg, kruszywo bazaltowe w ilości 0,5-50 kg, pył styropianowy w ilości 15-300 l, włókno polipropylenowe o grubości ca 2 mm w ilości 0,2-1 kg, środek spieniający w ilości 0,4-1,5 l, nitkal w ilości 0,5-2,5 l, gruntofor w ilości 0,5-1,5 l, wodę o temp. 6-16°C w ilości 200-250 l. Wytworzona mieszanka zostaje chemicznie i mechanicznie spieniona, podlegając w dalszej technologii dowolnemu budowlanemu formowaniu.

Kompozycja do wytwarzania płyty budowlanej wzmocnionej włóknem i płyta budowlana znane są z europejskiego opisu patentowego nr EP1992597. Płyta budowlana, jako składniki spoiwa zawiera 30-40% wagowych cementu, 32-40% wagowych krzemionki, wzmacniane włókna celulozowe 4-10% wagowych. Ponadto kompozycja w stanie suchym zawiera 8-12% wagowych miki, 4-8% wagowych wollastonitu, oraz co najmniej jeden związek zdolny do uwalniania aluminium Al³⁺ w warunkach utwardzania w autoklawie, przy czym kompozycja ta zawiera 0,02-2,2% wagowych Al³⁺. Związek zdolny do uwalniania aluminium Al³⁺ wybrany jest z grupy składającej się z wodorotlenku glinu, boksytu lub bemitu, a także ich mieszanin. Spoiwo na bazie cementu jest wybrane z grupy składając ej się z cementu portlandzkiego, cementu wielkopiecowego, cementu portlandzkiego z trasem, klinkieru i ich mieszanin. Stosunek wagowy cementu do krzemionki mieści się w zakresie od 48:52 do 53:47.

W polskim opisie patentowym nr PL168612 ujawniono sposób wytwarzania wyrobów z włóknocementu pozbawionego włókien azbestowych, który polega na tym, że łączy się następujące składniki: włókna celulozowe w ilości od 2 do 5% wag., proszki mikrokrzemionkowe, sepiolitowe lub kaolinowe albo popiół lotny w ilości od 5 do 10% wag., włókna wzmacniające w ilości od 1 do 3% wag., środki likwidujące naprężenia wynikające z rozszerzalności gotowych wyrobów w ilości od 5 do 10% wag., flokulator w wodzie, wraz z cementem portlandzkim 325, formuje się wyroby i poddaje się je sezonowaniu, polegającemu na końcowym kondycjonowaniu termicznym w komorze o kontrolowanej temperaturze.

Z kolejnego polskiego zgłoszenia patentowego nr P.385221 znany jest sposób wytwarzania masy betonowej, polegający na zmieszaniu piasku kwarcowego i keramzytu z cementem i dodatkiem mineralnym, charakteryzuje się tym, że w temperaturze otoczenia 5-40°C do uruchomionej mieszarki, korzystnie planetarnej lub turbinowej, podaje się jednocześnie piasek kwarcowy o uzia rnieniu 0-2 mm w ilości 19-33% masy i keramzyt o uziarnieniu 0-4 mm w ilości 17-24% masy oraz jednocześnie cement CEM I 42,5 lub CEM I 52,5 w ilości 20-30% masy i dodatek mineralny MIX-BET 05 w ilości 10-15% masy, a jako uzupełnienie wodę w ilości 7-12% masy, po czym dodawany zostaje superplastyfikator jako upłynniacz betonu w ilości 0,3-0,6% masy oraz stabilizator betonu w ilości 0,16-0,45% masy i całość miesza się przez okres 4-7,5 min.

Pomimo istnienia wielu rozwiązań dostępnych w stanie techniki dotyczących materiałów kompozytowych zaistniała potrzeba opracowania nowego składu materiału kompozytowego z dodatkiem pyłu keramzytowego, który charakteryzuje się podwyższonymi parametrami fizyko-mechanicznymi.

PL 234 158 B1

Istota kompozytowego materiału włóknisto-cementowego z dodatkiem pyłu keramzytowego zawierającego cement, popiół lotny, włókna celulozowe oraz flokulant, według wynalazku polega na tym, że zawiera cement w ilości od 41,40% do 46,00% wagowych, popiół lotny w ilości od 20,50% do 25,10% wagowych, włókna celulozowe w ilości od 7,32% do 10,98% wagowych, mikę w ilości od 14,60% do 18,25% wagowych, pył keramzytowy w ilości od 10,96% do 14,62% wagowych oraz flokulant w ilości od 0,01% do 0,03% wagowych, przy czym włókna celulozowe korzystnie zawierają celulozę pozyskaną z makulatury w ilości nieprzekraczającej 50% wagowych.

Korzystnie cement wybrany jest z grupy: cement portlandzki CEM I 32,5 N, cement portlandzki CEM I 32,5 R, cement portlandzki CEM I 42,5 N lub cement portlandzki CEM I 42,5 R.

Istotą wynalazku jest również zastosowanie kompozytowego materiału włóknisto-cementowego z dodatkiem pyłu keramzytowego jako budowlanego elementu konstrukcyjnego, zwłaszcza wykończeniowego w postaci płyty włóknisto-cementowej.

Kompozytowy materiał, według wynalazku, może być stosowany przede wszystkim do wytwarzania płyt. W wyniku przeprowadzonych badań nieoczekiwanie okazało się, że uzyskany nowy skład materiału włóknisto-cementowego według wynalazku cechuje się polepszoną wytrzymałością, jest stabilny wymiarowo, nie wymaga ciągłej konserwacji i jest odporny szczególnie na działanie wilgoci oraz grzybów pleśniowych. Dzięki zastosowaniu pyłu keramzytowego uzyskuje się niższą wagę (płyty wykonanej z tego materiału) od 27% do 37% w stosunku do materiału kompozytowego niezawierającego w swoim składzie pyłu keramzytowego.

Przedmiot wynalazku przedstawiony jest bliżej w przykładach realizacji nie ograniczając jego zakresu.

P r z y k ł a d 1

Kompozytowy materiał włóknisto-cementowy wytwarzany jest z popiołu lotnego w ilości 20,50% wagowych, włókien celulozowych w ilości 7,50% wagowych, cementu portlandzkiego (CEM I 32,5 N) w ilości 46,00% wagowych, miki w ilości 15,00% wagowych, pyłu keramzytowego w ilości 10,97% wagowych i flokulanta w ilości 0,03% wagowych.

Materiał w stanie suchym nadaje się na zastosowania wewnętrzne.

P r z y k ł a d 2

Kompozytowy materiał włóknisto-cementowy wytwarzany jest z popiołu lotnego w ilości 22,80% wagowych, włókien celulozowych w ilości 7,50% wagowych, cementu portlandzkiego (CEM I 42,5 N) w ilości 43,70% wagowych, miki w ilości 15,00% wagowych, pyłu keramzytowego w ilości 10,97% wagowych i flokulanta w ilości 0,03% wagowych.

Materiał w stanie suchym nadaje się na zastosowania wewnętrzne.

P r z y k ł a d 3

Kompozytowy materiał włóknisto-cementowy wytwarzany jest z popiołu lotnego w ilości 25,10% wagowych, włókien celulozowych w ilości 7,50% wagowych, cementu portlandzkiego (CEM I 42,5 N) w ilości 41,40% wagowych, miki w ilości 15,00% wagowych, pyłu keramzytowego w ilości 10,97% wagowych i flokulanta w ilości 0,03% wagowych.

Materiał w stanie suchym nadaje się na zastosowania wewnętrzne.

P r z y k ł a d 4

Otrzymany materiał włóknisto-cementowy o składzie z przykładu 1 w postaci gotowej płyty włóknisto-cementowej poddano badaniom w zakresie właściwości fizyko-mechanicznych. Dla porównania takim samym badaniom poddano standardową płytę do zastosowania do wewnątrz.

Przeprowadzono następujące badania takie jak: wilgotność, nasiąkliwość, szczelność, gęstość objętościowa oraz wytrzymałość na zginanie płyty w stanie suchym na podstawie porównania ze standardową płytą wewnętrzną. Uzyskano następujące wyniki dotyczące właściwości fizyko-mechanicznych, które przedstawiono w tabeli 1.

PL 234 158 Β1

Cechy fizykomechaniczne materiału płyt	Tabela 1 Płyta standardowa wewnętrzna	Płyta z pyłem keramzytowym według wynalazku
[ Wilgotność i	0,021	Zmniejszenie wilgotności o 10-12%
I Nasiąkliwość I	0,142	Zmniejszenie nasiąkliwości o 9-12%
Szczelność	0,830	Zwiększenie szczelności o 7-9%
Gęstość objętościowa	1200 kg/m³	Zmniejszenie gęstości objętościowej o 12-16%
Wytrzymałość na zginanie I płyty w stanie suchym	22,60 MPa	Wzrost wytrzymałości na zginanie o 10-15%

Zmiany cech fizyko-mechanicznych płyt z pyłem keramzytowym wynikają w części: a) z aktywności pucolanowej (chemicznej) popiołu lotnego i w części b) efektu i charakteru pyłu keramzytowego jako wypełniacza (doszczelnienie struktury materiału). W wyniku tego uzyskuje się większą szczelność materiału o 7-9%, mniejszą nasiąkliwość wodą od 9% do 12%, mniejszą gęstość objętościową od 12% do 16% przy jednoczesnym wzroście wytrzymałości na zginanie od 10% do 15% w stosunku do materiału kompozytowego niezawierającego w swoim składzie pyłu keramzytowego.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Kompozytowy materiał włóknisto-cementowy z dodatkiem pyłu keramzytowego, zawierający cement, popiół lotny, włókna celulozowe oraz flokulant, znamienny tym, że zawiera cement w ilości od 41,40% do 46,00% wagowych, popiół lotny w ilości od 20,50% do 25,10% wagowych, włókna celulozowe w ilości od 7,32% do 10,98% wagowych, mikę w ilości od 14,60% do 18,25% wagowych, pył keramzytowy w ilości od 10,96% do 14,62% wagowych oraz flokulant w ilości od 0,01% do 0,03% wagowych, przy czym włókna celulozowe korzystnie zawierają celulozę pozyskaną z makulatury w ilości nieprzekraczającej 50% wagowych.
2. Materiał, według zastrz. 1, znamienny tym, że cement wybrany jest z grupy: cement portlandzki CEM I 32,5 N, cement portlandzki CEM I 32,5 R, cement portlandzki CEM I 42,5 N lub cement portlandzki CEM I 42,5 R.
3. Zastosowanie kompozytowego materiału włóknisto-cementowego z dodatkiem pyłu keramzytowego określonego w zastrz. 1 jako budowlanego elementu konstrukcyjnego, zwłaszcza wykończeniowego w postaci płyty włóknisto-cementowej.