SE420595B - Sett att framstella en lettballastbetong - Google Patents

Description

a1oo4s9-7 2 Det finpartikliga material som ger upphov till det här aktuella i färskt tillstånd extremt stabila bruket har både en luftpor- bildande och en vattenreducerande effekt.

En färsk cementbaserad bindemedelsblandning (cementbruk eller be- tongmassa) består av fasta partiklar, vatten och luft. Den cement- bundna betongen, som har den volymmässigt största andelen inom bygg- nadsindustrien består i huvudsak av ungefär 100 liter cment, 200 liter vatten, 650 liter stenmaterial av vilket allt under 4 mm dia- meter brukar betecknas som sand och resten som sten samt 50 liter luft, räknat på 1000 liter.färsk betongmassa. Av de 200 liter vatten som behövs för att göra blandningen ifråga bearbetbar binds en unge- fär 60 lit upp kemiskt i den hårdnade cementpastan medan resterande mängd binds fysikaliskt som gel- och kapilärvatten.

De i cementbruket eller betongen ingående fasta partiklarna utgörs av ballast d v s sten och sand i olika fraktioner, de egentliga cementkornen samt i vatten utfällda hydratationsprodukter. Cement- kornen reagerar med delar av blandningsvattnet till en hydratations- produkt som utgör ett kolloidalt mineraliskt lim, cementgelen. Vatten- återstoden och luften fördelas i den av cementgel- och ballast formade grundmassan. I det färska bruket återfinns vattnet som menisker i hål- rummen mellan närliggande fasta cement- och ballastpartiklar, medan luften i sin tur bildar porer mellan dessa partiklar och vattenmenis- kerna. De tidigare nämnda utfällda hydratationsprodukternas partikel- storlek ligger i Ångströmsområdet medan cementkornens medelkornstor- lek ligger vid ca 5 pm. Sanden och övrigt ballastmaterial slutligen har en kornstorlek från omkring 0,1 mm upp till någon eller några cen- timeter. Ett färskt cementbruk får om inga speciella åtgärder vidtages en lufthalt på mellan 1,5 och 3,5 volymsprocent. I den hârdnade cement- bundna massan finns såväl luft- som vattenfyllda porer. Förutom dessa porer, vars porstorlek i en väl packad cementbunden massa ligger mel- lan 10-1 och 1 mm, bildas även s k kapillärporer med en porstorlek- om 10-4 till 10-2 mm samt i den hårdnade cementgelen s k gelporer med en porstorlek omkring 10-6 mm.

Gelporernas storlek och antal kan endast i ringa utsträckning påver- kas via utgångsblandningens vattenhalt däremot bestäms kapilärporerna av vattencementtalet. Ett stort antal olika sätt att öka luftporhalten i en färsk cement- eller betongmassa finns vidare beskrivna i littera- turen . 8100489-7 Gelporernas storlek och antal kan endast i ringa utsträckning påverkas via utgångsblandningens vattenhalt däremot bestäms kapilär- porerna av vattencementtalet. Ett stort antal olika sätt att öka luftporhalten i en färsk cement- eller betongmassa finns vidare be- skrivna i litteraturen.

I Byggforskningsbroschyren påpekas att dylika luftporbildande medel dels ökar den totala lufthalten i den färska cement- ellr betongbland- ningen, dels medverkar till en jämnare fördelning av luftporerna i grundmassan samtidigt som man därigenom i viss mån ökar halten av små luftblåsor d v s sådana med en diameter mellan 0,05 och 0,5 mm. Det- ta ger så länge dessa finfördelade luftblåsor består den färska massan en förbättrad stabilitet som även bidrar till en minskad vattensepara- tion. Om man främst önskar förbättra den färska massans stabilitet utan andra krav på en viss lufthalt räcker det enligt allmänt känd teknik att dosera för en luftmängd om 3,0-4,0 %. En ökad inblandning av luft har även en viss förbättrande effekt på den färska massans flytbarhet, eftersom luftporerna ger upphov till en minskad friktion mellan de fasta partiklarna i massan och därigenom gör denna mer lättarbetad. Höga halter av fast finmaterial anses emellertid vid ökad lufthalt ge en seg klibbig betong. Eftersom man som regel utgår från en cement- eller betongmassas konsistens kan man vid tillsats av luftporbildande medel som regel sänka blandningens vattenhalt. En- ligt en i litteraturen angiven tumregel bör vattenhalten i ett färskt cementbruk vid oförändrad konsistens kunna minskas med hälften av den genom tillsats av luftporbildande medel uppnådda lufthaltsökningen.

Jämsides med den tidigare påtalade minskade vattenseparationen medför även en ökning av mängden fina luftporer i grundamassan att stora ballastkorn inte så lätt skiljs ut ur den färska blandningen. De häri- genom uppnådda konsistensändringarna är dock relativt begränsade efter- som de är direkt beroende av den mängd stabil luft som på detta sätt kan indragas i massan. Den kanske vanfigaste orsaken till att man till- för luftporbildande medel torde dock vara att man önskar göra den hård- nade massan frostbeständig. De genom tillsats av luftporbildande medel åstadkomna hålrummen kommer nämligen att finnas tillgängliga som expan- sionskamrar för i porsystemet i övrigt befintligt vatten då detta i samband med att det fryser ökar sin volym.

Härigenom förhindras att porväggarna sprängs sönder när den omgivande temperaturen sjunker under fryspunkten. En luftporvolym om ca 5 vo- lyms-% anses ge en maximal frostbeständighet och detta är relativt enkelt att uppnå. Så länge eventuellt ballastmaterials hâllfasthet 8100489-7 ligger över den stelnade cementpastans kommer dennas hâllfasthet att vara bestämmande för massans. Den hårdnade massans egenskaper blir i mycket stor utsträckning beroende av den ursprungliga bland- ningens vatten- och luftinnehåll.

Som luftporbildande medel har ett flertal olika material kommit till användning såsom förtvâlade hartser, alkylarylsulfonat, kalciumligno- sulfonat samt hydroxietylcellulosa i kombination med tensider. Dessa tillsatser bygger funktionsmässigt på att man med hjälp av de ingåen- .de skumbildarna initierar och bygger upp ett mer eller mindre stabilt skum med vars hjälp man kan införa ökade luftmängder i en färsk ce- ment- eller betongmassa. De härigenom initierade luftporerna blir hu- vudsakligen av storleksordningen 0,1-1 mm. Dessa tillsatser gör det möjligt att tillverka cementbruk och betong med sänkt densistet. Skum- blåsor av denna storleksordning har emellertid dålig egenhállfasthet och det härigenom uppbyggda porsystemet kan därför kollapsa innan cementbindemedlet hunnit hârdna. Detta gäller speciellt när man söker införa stora luftmängder. Tillsatsernas övervägande hydrofila karak- tär kan även bidra till en ökad vattenupptagning i den hårdnade mas- san. Man kan även genom tillsats av enbart tensid (antingen anjonaktiv eller nonjonaktiv) inom vissa gränser förändra såväl konsistensen som den ingående luftmängden i en färsk cementkomposition. Oavsett vilken tensidtyp som har kommit tillanvändning har detta förfarande emeller- tid visat sig vara mycket känsligt med avseende på den tillsatta ten- sidmängden som på sin höjd skall utgöra något eller några promille av hela blandningen. De i sammanahanget aktuella tensiderna är mycket effektiva och kan snabbt ge en stor mängd luftblåsor. Stabiliteten hos dessa varierar dock mycket kraftigt. Anjonaktiva tensider sänker i regel ytspänningen drastiskt vid små tillsatser medan de nonjonak- tiva tensiderna har någon mindre effekt vid en och samma koncentration.

För båda dessa typer av tensid gäller emellertid framförallt vid överdosering att de från början alstrade luftblâsorna snabbt rekombi- neras d v s slå sig samman till större enheter. Vid främst de anjon- aktiva tensiderna kan denna rekombination ske i en sådan omfattning att luft lämnar systemet och en kollaps inträder d v s den färska blandningen sjunker samman. Vissa nonjonaktiva tensider uppvisar be- tydligt bättre stabilitet och därför en större tolerans mot överdo- ysering men det märks dock mycket väl att rekombinationen tilltar vid' t ex en intensivare omröring. Det är inte heller möjligt att genom reglering av sådana parametrar som valet av omrörartyp, tillsatt ten- sidmängd och intensiteten i omröringen kontrollera den inblandade 5 a1uo4s9-7 luftmängden eller luftporernas storlek vilken kommer att variera mellan 0,1 och flera mm.

Vid tillsatser av ovan beskrivet slag kan avsikten vara att blanda in luft, eller det att man ej vill tillföra en betongblandning ytterligare luft. Genom val av typ av tensid och tillsatt mängd kan bådadera effekterna uppnås.

Man har således redan tidigare försökt manipulera strukturen i en färsk cementkomposition genom diverse tillsatser vilka primärt har en om än begränsad luftindragande effekt. Att åtminstone vissa av dessa luftporbildare även haft en tendens att öka halten fina luft- porer i blandningen är likaledes förut känt. Generellt gäller dock att dessa äldre typer av luftporbildare även gett upphov till stora mängder relativt grova porer d v s sådana med en porstorlek om 0,1- 1,0 mm och däröver.

Sättet enligt svensk utläggningsskrift 7614518-4 hänför sig nu till ett sätt att initiera en extrem fin- och jämnporig struktur i ett färskt cementbruk. Denna speciella porstruktur åstadkommas genom att man i det färska bruket införlivar ett finpartikligt material med en viss partikelstorlek och form samt med vissa definierade ytegenskaper.

Dessa specifika egenskaper ger materialet ifråga en markant luftin- dragande förmåga parad med förmågan att hålla samman den indragna luften i extremt fina och stabila blåsor vilka under beredningen av bruket fördelas i detta utan att rekombineras med varandra. Härigenom erhålles ett extremt finporigt bruk. I de för det partikelformiga materialet utmärkande egenskaperna ingår att de enskilda partiklarna uppvisar till respektive partikelyta koncentrerade hydrofila och hydrofoba egenskaper, vilka på visat sätt avbalanserats relativt varandra. Denna kombination av varandra motstridiga egenskaper gör det uppenbarligen möjligt för partiklarna ifråga att spjälka upp stora vattenmenisker i smärre.

Någon annan förklaring har vi ej kunnat finna på att ett i enlighet med detta förfarande framställt hårdnat cementbruk kan uppvisa en porstruktur i vilken huvudparten av samtliga porer ligger inom stor- leksomrâdet 5-30 pm. Grova porer åstadkomna av stora vattenmenisker är annars mycket vanliga. Det hârdnade brukets porstruktur har upp- mätts i svepelektronmikroskop. I det färska bruket kan detta vara svårare, men det färska brukets porer motsvaras, om ingen kollaps av 8100489-'7 porsystemet inträffar före hårdnandet, av det stelnade brukets porer, OCh med den skillnaden att en del av porerna i det färska bruket är vattenfyllda.

Detta förfarande erbjuder sålunda ett sätt att framställa ett färskt cementbruk, som trots en så extrem lufthalt som upp emot 40 volyms-%, ändå uppvisar en mycket god stabilitet. Enligt föreliggande uppfinning utnyttjas nu det sålunda erhållna brukets extremt goda stabilitet för att möjliggöra inblandningen av väsentligt större mängder ballast av annan densitet än bruket än vad som tidigare varit praktiskt möj- ligt. I ett bruk med mindre god stabilitet hinner den lätta ballasten flyta upp och den verkligt tunga sjunka mot botten innan bruket hårdnat.f Det här aktuella brukets goda stabilitet förklaras av att de ytspän- ningskrafter som förhindrar luftporerna i ett färskt cementbruk från att kollapsa under det omgivande trycket vid små porer eller vatten- menisker är väsentligt större än motsvarande förhållande vid de större.

En annan effekt som uppnås vid ett så finporigt bruk som det här är frångan om är att bearbetbarheten förbättras. Detta förklaras av att de små luftporerna, så snart de sammanhâllande krafterna övervunnits, kommer att underlätta de fasta partiklarnas förskjutning relativt varandra. Som följd härav får bruket en avsevärt förbättrad gjutbar- het.

Generellt talas i detta sammanhang om luftporer respektive luftin- dragande förmåga. Detta för att den omgivande atmosfären i det närmaste samtliga fall kommer att bestå av luft. Skulle denna av någon anledning bestå av annan gas gäller en motsvarande porbild- ning av denna. Här aktuellt partikelformigt material tycks närmast fungera som groddar för de fina porerna som därvid erhålles. Vi anser det därför troligt att porstrukturen kommer att bli ungefär densamma även vid en in situgenerad gas, d v s en fördelning av denna på mycket fina gasblåsor. v 8100l§89~7 Svensk utläggningsskrift 7614518-4 hänför sig sålunda till ett sätt att framställa ett extremt finporigt cementbruk genom att tillföra bruket relativt stora mängder finfördelad luft samt genom att med hjälp av denna finfördelade luft spjälka upp större vattensamlingar i bruket i mindre. Därvid erhålles porer i det stelnade bruket av storleks- ordningen 5-30 pm. Detta uppnås genom att man i det färska bruket införlivat 0,2-5,0 viktsprocent räknat på cementvikten av ett i huvud- sak sfäriskt, partikelformigt relativt cementens övriga komponenter kemiskt inert finmaterial som har en partikelstorlek om 0,1-1,0,nm, företrädesvis 0,2-0,8 pm och vars ytegenskaper uppvisar en avpassad balans mellan hydrofila och hydrofoba egenskaper. Denna typ av partikelformigt material har nämligen visat sig initiera mycket fina luftporer då komponenterna i bruket blandas med varandra. Det partikel- formiga materialets blandat hydrofila och hydrofoba karaktär ger partiklarna unika egenskaper som gör det möjligt för dessa att fungera som groddar för uppspjälkning av stora vattenmenisker i mindre. Det torde även vara fullt klart att det partikelformiga materialet påverkar sammanhållningen inom luftporerna. Dessa uppvisar nämligen en ' väsentligt bättre stabilitet än vad man haft orsak att förmoda. Detta visar sig framförallt i porernas ringa benägenhet till rekombination.

Troligen sammanhänger detta med den ansamling av partikelformigt material till porernas fasgränser som vi kunnat iaktta i svepelektron- mikroskop. Denna partikelansamling till fasgränserna medför att porernas innerväggar efter cementens hårdnande till en del kommer att utgöras av detta material antingen i partikelform eller om partiklar- nas karaktär är sådan att en filmbildning kan äga rum av en mer eller mindre sammanhängande film. Ansamlingen till porväggarna torde även i viss mån gälla kapillärpornrna. vid främst formqiutna produkter har vi även kunnat iaktta en ansamllng av det partikelformiga materialet mot produktens yttersidor. Tillsammans ger detta en tät produkt med en mycket ringa vattenupptagning.

Som redan påpekatsmedför detta att ganska stora luftmängder dras in i bruket varför detta kan ges en för sättet enligt uppfinningen vara lämpat för framställning av en densitet av 1200-2000 kg/m3, vilket vid bruk med en egen densitet om 2300 kg/m3 (utan någon som helst innesluten luft) skulle motsvara lufthalten från i runt tal 13-14 volyms-% upp mot 40 volyms-&.

En på detta sätt initierad porbildning får ej störas genom en sam- tidig eller dessförinnan utförd tillsats av skumbildande medel t ex fri tensid eftersom man 1 så fall initierar en okontrollerad skum- a1ooas9-7 8 bildning som, även om de därvid i cementen indragna stora luftporerna genom det partikelformiga materialets inverkan bryts ned i finare porer, inverkar störande på den önskade strukturen.

Det partikelformiga materialet kan blandas med cementen som torrt pulver innan vattnet tillförs eller tillförs dispergerat i bland- ningsvattnet. Man måste dock tillse att det partikelformiga materialet i huvudsak finns tillgängligt som fria partiklar och ej klumpar ihop sig till stora aggregat. Genom sin storlek motsvarande 1/50-1/5 av cementpartiklarna kommer dessa sfäriska partiklar att hamna i det tomrum i partikelfördelningskurvan som i ett konventionellt cement- bruk finns mellan de tidigare omnämnda i vatten utlösta hydratations- produkterna och de egentliga cementpartiklarna. Detta torde vara en förklaring till att det partikelformiga materialet inte stör cement- strukturen utan fastmer medverkar till enförbättring av densamma.

Vid inblandningen i cementbruket torde partiklarna i första hand komma att attraheras till de närmast större partiklarna d v s cement- partiklarna och där utgöra de redan omtalade groddar för uppspaltning av vattenmeniskerna mellan dessa cementkorn inbördes och mellan cement- kornen och ballastkornen.

Ett sätt att framställa polymera sfäriska förhållandevis jämna par- tiklar är genom emulsionpolymerisation, där polymeren kan utgöras av akrylat, styren, sampolymer av stvrenakryl, vinylacetat, sam- polymer vinylacetat-akryl, sampolymer styrenbutadien, vinylidenklorid eller liknande.

För att erhålla partiklar inom det i föreliggande sammanhang önskade storleksområdet 0,1-1,0 pm använder man sig av ytaktiva substanser, vars hydrofila del kan vara anjonaktiv, nonjonaktiv, katjonaktiv eller amfotär.

I handeln förekommande, i första hand för färg-, lim- eller annan tillverkning avsedda dispersioner,har dådeprovats som cementtillsats- medel visat sig medföra en omedelbar konsistensändring för det färska cementbruket förorsakad av en markant ökad luftinblandning. Effekten har dock varierat mycket från fall till fall samtidigt som de in- blandade luftblâsorna varit av mycket olika storlek (mellan 0,1 och [lura mm). ßenägenheten till rekombination mellan de härtgenom initierade blåsorna visade sig även vara mycket stor samtidigt som 8100489-'7 reproducerbarheten mellan olika försök med samma produkt var dålig.

Detta har sin förklaring i den förhållandevis höga koncentration yt- aktiva ämnen som generellt förekommer i polymerdispersioner, och som nästan alltid dessutom är kombinerade med närvaron av polymeriser- bara polära substanser och/eller skyddskolloider. I en dylik disper- sion förekommer således förhållandevis höga koncentrationer ytaktiva ämnen som ej är tillräckligt starkt adsorberade på den polymera ytan.

Den del av dessa ytaktiva ämnen som inte är adsorberad till polymer- ytan ger i sig upphov till luftblåsor av en instabil karaktär vilka snabbt rekombineras eller kollapsar.

I enlighet med föreliggande uppfinning skall därför det sfäriskt par- tikelformiga materialet uppvisa en hydrofil-hydrofob balans där par- tikeln i sig utgör den hydrofoba delen och där den mängd icke jonisk tensid som stabilt kan adsorberas på partikelns yta utgör den hydrofila delen.

I enlighet med föreliggande uppfinning kan därvid partikeln ifråga utgöras av en homopolymer eller sampolymer bestående av styren och/ eller en eller flera estrar av akryl- eller metakrylsvra med en generella formeln R 1 CH2 = É - COORZ Där R1 = H eller CH3 och R2 = Alkoholradikal med 1-8 kolatomer, ex metylakrylat, etylakrylat, propylakrylat, butylakrylat,hexylakrylat eller 2-etylakrylat, metylmetakrylat, etylmetakrylat, butylmetakrylat, hexylmetakrylat, 2-etylhexylmetakrylat. Med ökad kedjelängd i alkoholradikalen tilltar hydrofobiteten och detta mäste man ta hänsyn till vid val av typ och mängd av den hydrofila komponenten.

Partikeln ifråga kan även utgöras av en sampolymer av Styren- butadien eller en sampolymer av akryl-vinylidenklorid eller ren vinylidenklorid eller ren polyeten.

Den kan vidare utgöras av en icke syntetiserad naturprodukt som t ex asfalt. I så fall med en partikelstorlek om 0,1-0,8 pm.

Den mängd tensid som stabilt kan adsorberas på de olika partiklarna varierar något mellan dessa med avseende på partiklarnas storlek och hydrofobitet samt tensidens egen hydrofilitet. 8100lr89-'7 10 Genom praktiska försök kan man sålunda visa att ett ytaktivt ämne har en starkare affinitet till en polymer ju hvdrofobare denna är. Detta innebär att en mycket hydrofob polymer har förmåga att adsorbera större mängd tensid än en mindre hydrofob polymer. Detta måste be- aktas i samband med föreliggande uppfinning eftersom en eventuell tensidmängd som kan frigöras från det partikelformiga materialet har en negativ effekt på cementbrukets porstruktur.

Generellt gäller sålunda att tensidmängden varierar mellan 0,1-5,0 viktsprocent räknat på hela det partikelformiga materialet. Vid de på akrylsyra eller metakrylsyra baserade polymererna samt de på akryl - vinylidenklorid baserade polymererna gäller emellertid företrädesvis de snävare gränserna 0,1-3,0 viktsprocent. Vid de hydrofobare mat- erialen asfalt, polyeten och styren-butadien gäller de vidare generella gränserna 0,1-5,0 viktsprocent. Lämplig tensidmängd är vidare inom de ovan angivna gränserna beroende av partikelstorlek och tensidtyp.

Exempel på lämpliga icke joniska tensider är oxetylerade alkylfenol där antal etylenoxidenheter varierat från 6-40, polyoxyetylen sorbitan monlaurat med ca 20 enheter etylenoxid, polyoxyetylen sorbitan mono- palmitat, polyoxyetylen sorbitan monooleat.

Som exempel på partikelformiga material som visat sig fungera mycket bra kan nämnas akrylbaserade produkter med en partikelstorlek 0,2-0,6 pm samt asfaltpartiklar med partikelstorleken 0,1-0,8 pm.

Föreliggande uppfinning hänför sig nu till ett sätt att utnyttja detta cementbruk för framställningen av en lättballastbetong med en densitet under 1400 kg/m3 i vilket ballastmaterialet och det sammanhâllande cementbruket har markant olika densitet och vars ballastprocent överstiger 45-50 volymsprocent. Med lättballast anses här ballast- material med en medelkorndensitet mindre än 1200 kg/m3. I beteckning lättballastbetong inräknas här endast sådana produkter där cement- bruket bortsett från dess egen porositet helt utfyller utrymmet mellan ballastkornen.

Det har hitills visat sig vara mycket svårt att med hjälp av på marknaden förekommande cementtillsatsmedel åstadkomma en samman- hållande och gjutbar lättballastbetong med en ballasthalt över- stigande 45-50 volymsprocent. Orsaken till dessa svårigheter kan 11 8100489-7 främst härledas till den stora densitetsdifferens som råder mellan cementbruket och lättballasten. Brukets sammanhållande krafter har varit för svaga för att förhindra de lättarv ballastpartiklarna från att separera och flyta upp i bruket vid den färska betongens bearbetning. Man erhåller då en hålrumsbetonq i vilken hâlrummen mellan de större ballastpartiklarna ej är helt utfyllt av cement- bruket. Hålrumsbetong av denna typ framställs dock enklare genom att man redan från början begränsar tillsatsen av cement till enbart den mängd som krävs för en sammanbindning av ballastkornen. Dylika pro- dukter, som främst användes som murblock, tillverkas idag av ett fler- tal fabrikanter.

Då ett murblock av denna typ nedsänkes i vatten utfylles nästan momen- tant utrymmet mellan de grövre ballastpartiklarna med vatten. Produkter av typ hålrumsbetonq innefattas ej i uppfinningen. De kan lätt framställas med konventionellt cementbruk.

I enlighet med nu aktuell variant av uppfinningen har det sålunda blivit möjligt att tillverka en lättballstbetong med en densitet under 1400 kg/m3 innehållande företrädesvis 80-140 liter cement/m3 betong, 450-800 liter lättballast/m3betong, 0-100 liter sand/m3 betong (sand kan ersättas av annat material som eventuellt kan ingå i bindemedels- delen), 100-180 liter vatten/m3 betong samt 0,2-5,0 viktsprocent räknat på cementvikten av i huvudsak sfäriska relativt övriga i bruket ingående komponenter kemiskt inerta partiklar, vilka har en par- tikelstorlek om 0,1-1,0 pm och vilka består av ett hydrofobt material som stabiliserats i den aktuella partikelformen medelst en icke jonisk tensid som adsorberats på partiklarnas yta till en halt av 0,1-5,0 viktsprocent räknat på mängden partikelformigt material.

Tillsammans ger dessa beståndsdelar en komposit i vilken det samman- hållande cementbruket genom den vid blandningen indragna luften er- hållit en densitet om 1200-2000 kg/m3 vid en huvudsaklig porstorlek om 5-30 pm. Cementbruk med en densitet under 1600 kg/cm3 får dock som regel en allt för låg hållfasthet om inte den i bruket ingående sand- fraktionen ersätts av något latent hydrauliskt bindemedel såsom flygaska, finmald granulerad masugnsslagg, puzzolaner eller dylikt.

Aktuell lättballast räknar vi med att ha en korndensitet under 1200 kg/m3 och mängden motsvarar 40-80 volymsprocent. En sålunda framställd blandning är tack vare den inblandade luftens stabilitet och denna och överskottsvattnets fina fördelning i bruket gjutbar på konventionellt sätt. Det färska brukets stabilitet förhindrar S1OÛL189-7 12 effektivt ballastkornen att flyta upp i bruket innan detta stelnat.

Orsakerna härtill har redan beskrivits tidigare i texten.

Det sfäriska partikelformiga materialet kan utgöras av tidigare be- skrivna typer.

Föreliggande uppfinning har definierats i vidstående patentkrav och skall nu något ytterligare beskrivas i nedanstående exempel.

I exempel 1 och 2 samt 4-7 beskrivs framställningen av olika typer av partikelformiga material som satisfierar de i patentkraven angivna villkoren medan exempel 3 beskriver framställningen av ett partikel- formigt material som genom sin höga tensidhalt faller utanför dessa villkor.

Exempel 8-14 hänför sig till cementbruk och lättballastbetong fram- ställda på det för uppfinningen kännetecknande sättet.

EXEMPEL I I en 2 liters 3-halsad kolv försedd med omrörare, àterloppskylaren, termometer och intag för kvävgas satsades 600 g destillerat vatten, 4 g oxetylerad nonylfenol med 20 enheter etylenoxid, 64 g styren, 16 g 2-etylhexylakrylat och 0,7 g ammoniumpersulfat. Temperaturen höjdes till 83°C, varvid en polymerisation erhölls. Temperaturen steg 9100. Satsen kyldes till 85°C och 1 g oxetylerad nonylfenol med 20 enheter etylenoxid, 64 g styren, 16 g 2-etylhexylakrvlat, 0,2 g ammoniumpersulfat tillfördes. Reaktion erhölls och temperaturen steg till 92°C. Förfarandet enligt steg 2 upprepades ytterligare 3 gånger.

Efter reaktion av steg 5 hölls temperaturen vid 80°C under 1 timme, varefter kylning till 25°C. Vatten i steg (2-5) användes för upp- lösning av emulgator och initiator. Tabell över satsade mängder enl ovan.

Tabell 1 (anger vikter i g) _Steq 1 Steg 2 Steg 3 Steg 4 Steg 5 Vatten destillerat ' 600 2 2 l 2 2 Oxetylerad nonfenol 20E0 4 _ T ' 1 1 1 Styren 64 64' 64 64 64 2-etylhexylakrylat 16 16 16 16 16 Ammoniumpersulfat 0,7 0,2 ; 0:2 0:2 9:2 13 8100489-7 Partikelstorlek för de vid ovan beskrivna reaktion framställda polymerpartik- larna bestämdes i svep- elektronmikroskop till 0,25-0,35 pm Den erhållna dispersionens torrsubstans var 40% EXEMPEL 2 Förfarandet enl Ex 1 upprepades med den skillnad som framgår av nedan- stående tabell.

Tabell 2 (anger vikter i g) Steg 1 Steg 2 Steg 3 Steg 4 Steg 5 Vatten, destillerat 600 2 2 2 2 Polyoxyetylen sorbitan monolaurat=0-etylenoxid 2 0,5 0,5 0,5 0,5 Mutylmetakrylat 48 48 48 48 48 Butylakrylat 32 32 32 32 32 Ammoniumpersulfat 0,7 0,2 0,2 0,2 0,2 Partikelstorlek bestämd i svepelektronmikroskop 0,45 pm Torrsubstans 39,8% EXEMPEL 3 Förfarande enligt exempel 1 upprepades med den skillnad som framgår av nedanstående tabell. Reaktionstemperatur 40-52°C.

Tabell 3 (anger vikter i g) Steg 1 Steg 2 Steg 3 Steg 4 Steg 5 Vatten, destillerat 528 18 18 18 18 Oxetylerad nonylfenol med 10 E0 6 6 6 6 6 2-etylhexylakrylat 72 72 72 72 72 Metylmetakrylat 46 46 46 46 46 Akrylsyra 2 2 2 2 2 Ammoniumpersulfat 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 Na-pyrosulfit 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 Partikelstorlek bestämd med svepelektronmíkroskop 0,2-0,25 pm Torrsubstans 50,5% EXEMPEL 4 140 g granulat av polyetylen satsades i en trehalsad kolv försedd med återloppskylare, omrörare och termometer ochupphettades till 12500, varvid polyetylenet smälte. 5,6 g oxyetylerad oktylfenol med 40 en- heter etylenoxid satsades och omrördes 5 min. Till 828 g vatten som 8100489-7 14 värmts till 95-100°C satsades ovan beskrivna smälta under kraftig om- rörning. Temperaturen hölls vid 90°C under 0,5 timmar varefter kylning Partikelstorlek bestämd i svepeketronmikroskop 0,2-0,7 pm Torrsubstans 54,0% EXEMPEL 5 160 g vatten, 180 g asfalt med en mjukningspunkt 48-56°C(ASTM D-36) och 8,1 g polyoxyetylen sorbitan monostearat med 30 enheter etylen- oxid upphettas under tryck och 125°C under intensiv omrörning, var- vid en asfaltemulsion erhölls. Kylning till rumstemperatur.

Partikelstorlek bestämd i svepelektronmikroskop Å 0,2-0,7 pm Torrsubstans 54,0% EXEMPEL 6 En ej karboxylerad styren-butadiendispersion dialyserades för att bortskaffa på partiklarna, adsorberad tensid. Torrhalt bestämdes och till 100 g polymer-substans tillfördes under omrörning 3,5 g oxetyl- erad laurylalkol med 10 enheter etylenoxid.

Partikelstorlek bestämd i svepelektronmikroskop 0,28-0,37 pm EXEMPEL 7 En dispersion baserad på vinylidenklorid och butylakrylat dialyserades för att bortskaffa på partiklarna adsorberad tensid. Torrhalt be- stämdes och till 100 g polymersubstans tillfördes under omrörning 1 g oxetylerad cetylalkohol med 20 enheter etylenoxid.

Partikelstorlek bestämd i elektronimikroskop 0,3-0,4 pm EXEMPEL 8 A) Standard portlandcement utan ballasttillsats utrördes med vatten i en laboratorieblandare för cementprovning. För att erhålla en sammanhâllande cementpasta fordrades en minsta tillsatt vatten- mängd motsvarande ett vattencementtal om 0,23.

B) Försöket enligt A upprepades med en skillnaden att 1,2 viktsprocent räknat som torr produkt av de i exempel 2 beskrivna partiklarna tillfördes dispergerade i blandningsvattnet. I detta fall krävdes ett vattencementtal om ungefär 0,18 för att ge i huvudsak samma konsistens som under A.

C) En ren cementpasta tillverkades enligt A dock med den skillnaden att 15 8100489-7 vattencementtalet denna gång var 0,35.

Då pastan fått vila i några minuter började vatten avskiljas på pastans yta d v s blödning inträder.

D) En cementpasta tillverkad enligt B, dock med ett vattencementtal om 0,35, visade ingen som helst tendens till blödning framtill cementens hårdnande.

Försöken visar att man på det för uppfinningen kännetecknade sättet kan minska vattenbehovet för samma konsistens samt minska blöd- ningstendensen i en ren cementpasta.

EXEMPEL 9 Ett cementbruk med följande sammansättning tillverkades enligt svenska bestämmelser för cementprovning: 500 g standardportlandcement 500 g normalsand 0-0,5 mm 500 g normalsand 0,5-1 mm 500 g normalsand 1-2 mm 250 g vatten Porstrukturen i detta standardbruk modifierades på nedan angivet sätt.

A) Genom tillsats av i tabell 4 angivna mängder, räknat som torr polymer, av den i exempel 2 beskrivna akryldispersionen erhölls i tabellen angivna ändringar av brukets densitet.

Tabell 4 Procentuell tillsats räknat på cementets vikt 0 1 2 4 Brukets färska densitet kg/m3 2140 2000 1860 1650 Procentuell ökning av luft- volym 0 6 13 22 Kännetecknande för den inblandade luften var dess stabila förankring i strukturen. De bildade luftporerna har en diameter med huvuddelen i området 5-30 um. Porstrukturen studerades i svepelektronmikroskop.

Den starka förankringen av Jnftporerna i bruket framgår av att luft- innehållet inte märkbart förändrades då bruket vibrerats på vibro- bord i upp till 10 minuter.

EXEMPEL 10 Förfarande enl exempel 9 upprepades med partiklar enl ex 1, 3, 4, 5, 6 och 7. Densitet angiven i kg/m3. a1oo4s9-7 1.

Tabell 5 Procentuell tillsats på cementens vikt 1 2 4 Partiklar enl ex 1 2000 1840 1630 ex 3 1600 1550 1480 ex 4 1950 1840 1650 ex 5 1890 1800 1530 ex 6 1900 1810 1620 ex 7 1870 1780 1510 Kännetecknande för de bruk som tillförts partiklar enl ex 1, 4, 5, 6 och 7 var att den inblandade luften var mycket stabil. Luftinnehållet för- ändras inte då bruket vibrerats på víbrobord 10 min. Partiklar enl ex 3 hade vid motsvarande tillsatta mängd en god luftinblandande effekt med det erhållna bruket uppvisade vid vibrering dålig sammanhållning samt tendens till separation. Vidare förändrades luftinnehâllet. De bruk som tillförts partiklar enligt 1, 4, 5, 6 och 7 uppvisade luftporer i om- rådet 5-30 pm medan bruk enl exempel 3 innehöll Luftporer i omrâdet 50-250 pm.

EXEMPEL 11 I en betongblandare iordningställdes en lättballastbetong med följande sammansättning: ä IE: Cement (std portland) 350 112 Lättballasttyp kulsintrad lera 0-5 mm 180 200 Lättballast typ kulsintrad lera 5-12 mm 6 240 400 Sand 0-2 mm 265 100 Vatten _l§Q 150 Lättballast 5-12 mm, lättballast 0-5 mm, cement och sand satsades i nämnd ordning, varefter torrblandning 1 min. Vatten tillsammans med par- tiklar, som till mängd och typ framgår av nedanstående sammanställning tillfördes och blandades 3 min. Betongen qöts i öppen form och vibrer- ades.

Följande bedömningsskala har använts vid gjutförsöken.

Qjgšbarhet och sammanhållning: 1 ll lngcn som helst sammanhållning. vid vlbrerinq segreqerar blandningen och lättballasten lämnar systemet.

Viss sammanhållning, men tendenser till separation kan iakttas.

N I! w 8100l|89-7 3 = Mycket god sammanhållning, ingen tendens till separation.

Konsistens: För mätning av konsistens i lättballastbetong föreslås en metod beskriven i tysk DIN-norm (1048-1972). Utrustningen består av ett utbredningsbord 70 x 70 cm. Bordet skall väga 16 kg och ena kanten har en lyfthöjd be- gränsad till 4 cm.

På bordet formas en stympad kon av betong med hjälp av en form 20 cm hög och en övre och undre diameter av respektive 13 och 20 cm. Formen ställes på bordets mitt och betongen komprimeras med en stötstång. Konen fylls i tvâ lika höga skikt och varje skikt packas med 10 stötar. Konen av- formas efter en halv minut. Därefter, med hjälp av handtaget, låter man bordet falla inom arbetsområdet 15 gånger under 15 sekunder. Utbred- ningen mätes därefter i två vinkelräta riktningar och anges i cm. Man kan också okulärt avgöra betongens sammanhållning och separationstend- enser.

Typ tillsats % tillsats Konsistens Sammanhållning på cementvikt (utbredn cm) Gjutbarhet (fast substans) _ 0 X 1 Partiklar enl Ex 1 1,2 31-33 3 Partiklar enl 1 Ex 1 1,5 33-35 Partiklar enl 3,5 35-37 3 Ex 1 Partiklar enl Ex 2 0,9 29-31 3 Partiklar enl Ex 2 1,3 32-34 3 Partiklar enl Ex 3 1,0 33-35 1,5-2 Partiklar enl Ex 5 0,8 28-30 3 Partiklar enl Ex 5 1,1 31-33 3 Partiklar enl Ex 4 1,6 33-34 3 Barra 55L 0,15 35-36 1 Barra 55L 0,6 36-37 1 UCR 0,03 33-34 1 Natriumlauryl- sulfat 0,4 36-38 1 Addukt etylenoxid nonylfenol (20E0) 0,5 34-37 1 Addukt etylcnoxid launylalkohol(10E0) 1,0 33-36 1 8100489-7 18 BARRA 55L är en komersiell produkt som marknadsförs som luftblandare.

Dess funktion är närmast att anse vara en tensidtyp. Rekommenderade till- satsmängder ligger vid 50 cm3/100 kh cement, d v s omkirng 0,5 o/oo.

UCR är en komersiell produkt som anses ge ett bruk med bättre sammanhål- lning (vattenförtjockare) och därigenom kunna förhindra separation mellan bruk och ballast. Huvudkomponenten i UCR anses vara polyetylenoxid.

Konsistens ändras omedelbart vid användandet av Barra SSL, beskrivna tensider och partiklar enligt uppfinningen. Detta tar sig i uttryck i ökad utbredning vid test av konsistens. Ingen som helst sammanhållande effekt erhölls vid användandet av Barra, UCR eller tensider. Partiklar enligt Ex 3 med högre tensidhalt i jämförelse med partiklar enligt upp- finningen var tendensiöst bättre, uppvisade dock förhållandevis grov luftporstorlek. Den dåliga sammanhållningen måste tillskrivas den höga tensidhalten och partikelïskarboxylinnehåll, vilket medför sämre af- finitet av tensid till partikeln.

Exempel 12-14 beskriver olika lättballastkompositioner med konstant volym lättballast (65 volyms-%) och varierande cementmängd i bruket.

De i respektive exempel testade kompositionernas sammansättning framgår av nedanstående tabeller. Utan extra tillsatser bedömdes samtliga bland- ningar som svârgjutbara.

EXEMPEL 12 .Kí ää Cement 250 80 Lättklinker 0-3 mm 175 163 Lättklinker 3-20 mm 195 325 Lättklinker 10-20 mm 85 162 Sand Q-2 mm 239 90 Vatten _l§Q _ _l§Q EXEMPEL 13 E: 2325 Cement std 314 100 Lättklinker 0-3 mm 175 163 Lättklinker 3-10 mm 85 162 Sand 0-2 mm 186 70 Vatten _l§Q _l§Q EXEMPEL 1 4 p - 52 11.133 Cement atd 377 120 Lättklinker 0-3 mm 175 163 Lättklinker 3-10 mm 195 325 19 8100489-'7 *il Eli Lättklinker 10-20 mm 80 162 Sand 0-2 mm 133 ~ 50 Vatten êflåg êáêg De färska blandningarna modifierades därefter på det för uppfinningen kännetecknade sättet genom tillsats av det i exempel 1 beskrivna par- tikelformiga materialet. Olika mängder mellan O och 2 % tillsats testades.

Med ökad cementhalt och tillsatsmedelmängd erhölls en förbättrad gjut- barhet. De testade kompositionernas tryckhållfasthet kontrollerades efter 28 dygn samtidigt som skrymdensiteten bestämdes.

Härvid uppmätta värden redovisas i kurvform på figur 1 och 2. Samtliga värden avser väl kompakterade blandningar. Pâ figur 3 redovisas de olika kompositionernas vattencementtal. I figur 1 har områden I, II och III markerats. Dessa anger de ungefärliga gränserna för Område I: icke gjutbar betong Område II: gjutbar betong som dock kan segregera, d.v s en avskilj- ning av ballasten kan ske.

Område III: gjutbar betong utan segregationstendenser.

Av figur 1 och 2 framgår att man vid låga tillsatsmängder inom område I, särskilt vid låga cementmängder, erhåller en anmärkningsvärt låg skrym- densitet. Detta förklaras av dess blandningars stora inre friktion som förhindrar en komprimering av gjutmassan. Den låga densiteten hänför sig sålundatill relativt grova komprimeringsporer och ej till en finfördelad inblandad luft.

Claims (5)

8100h89'7 20 PATENTKRAV

1. Sätt att framställa en lättballastbetong, med en ballast- procent om 45-80 volymsprocent och en totaldensitet under 1400kg/m3, av ett cementbruk, innefattande cement, sand vatten och luft till en densitet av 1200-2000kg/m3, vilket helt utfyller utrymmet mellan ballastkornen, vilka i sin tur har en korndensitet mindre än 1200kg/m3, k ä n n e t e c k n a t därav att en indragning av fin- fördelad luft i det färska bruket initieras genom att i detsamma före inblandningen av lättballasten införlivas 0,2-5,0 viktsprocent räknat på den i bruket ingående cementmängden av en relativt bruket i övrigt kemiskt inert partikelformig i sig själv hydrofob produkt bestående av sfäriska partiklar av storleksordningen 0,1-1,0 pm på vilkas yta en icke jonisk tensid adsorberats i en mängd motsvarande 0,1-5,0 viktsprocent räknat på nämnda produkt.

2. Sätt enligt krav 1 k ä n n e t e c k n a d därav att som partikelformig hydrofobt produkt väljes en homopolymer eller sam- polymer av styren och/eller en eller flera estrar av akryl- eller metakrylsyra med den generella formeln R1 CHZ = C -- COORZ där R1 = H eller CH3 och R2 = en alkoholradikal med 1-8 kolatomer.

3. Sätt enligt krav 2 k ä n n e t e c k n a d därav att som partikelformig hydrofob produkt väljes en sampolymer av styren- butadien eller en sampolymer av akryl-vinylidenklorid'eller ren. vinylidenklorid.

4. Sätt enligt krav 2 k ä n n e t e c k n a t därav att som partikelformig hydrofob produkt väljes polyeten.

5. Sätt enligt krav 2 k ä n n e t e c k n a t därav att som partikelformig hydrofob produkt väljes en icke syntetiserad natur- produkt såsom asfalt. ANFöRDA uPußLIKAdT1oNER=