SK285881B6

SK285881B6 - Spôsob výroby betónu alebo malty s rastlinným plnivom

Info

Publication number: SK285881B6
Application number: SK167-2003A
Authority: SK
Inventors: Heribert H�HN
Original assignee: Trierweiler Matthias; Heribert H�HN
Priority date: 2000-08-09
Filing date: 2001-08-07
Publication date: 2007-10-04
Also published as: CA2417711A1; YU9603A; EP1307411B1; CN1248983C; PT1307411E; US20050001359A1; NO20030555L; TR200401257T4; PL204683B1; RS49910B; AU2002212131B2; CZ304393B6; SI1307411T1; RU2277071C2; DE50101672D1; ATE261411T1; AU1213102A; JP2004505876A; EP1307411A2; HU224364B1

Abstract

Je navrhnutý spôsob výroby betónu alebo malty na báze výlučne rastlinného plniva, minerálneho spojiva a rozrábacej vody, pričom rastlinné plnivo má mernú hmotnosť 80 až 160 kg/m3, nameranú pri zvyškovej vlhkosti približne 15 %. Namiesto predmineralizovania rastlinného plniva v samostatnom pracovnomkroku sa pri miešaní betónu alebo malty pridáva krastlinnému plnivu na kubický meter 4 až 14 kg nehydratovateľného jemne mletého mineralizátora. Výhodný mineralizátor je nepálený uhličitan vápenatý.

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka spôsobu výroby betónu alebo malty na báze dorastajúcich surovín.

Doterajší stav techniky

Výroba betónu alebo malty na báze výlučne rastlinného plniva, ako dreva, konopí alebo trstiny, je známa. Pri výrobe takýchto mált sa rozdrvená rastlinná surovina podrobuje v prvom pracovnom kroku predchádzajúcej mineralizácii (predmíneralizácií). Pri tejto predmineralizácii sa rastlinné častice vkladajú do mineralizačného kúpeľa alebo sa zmáčajú, alebo postrekujú minerálizačnou kvapalinou, pričom sa zvyčajne používa ako mineralizátor síran hlinitý alebo cement. Následne sa rastlinné častice odvodňujú a sušia. Vysušené predmineralizované častice môžu byť na stavenisku zmiešavané ako kamenivo (plnivo) so zámesovou vodou a cementom na maltu. Predmineralizácia rastlinného plniva („kameniva“) zaisťuje, že dôjde k pevnému spojeniu medzi rastlinným plnivom a vytvrdeným cementom, v dôsledku čoho sa dosiahne požadovaná pevnosť betónu v ohybe a tlaku. K tomu je potrebné poznamenať, že známa predmineralizácia rastlinného plniva je drahá a nie je okrem toho bez ekologických problémov.

Sú rovnako známe staršie spôsoby výroby betónu alebo malty, pri ktorých sa zmiešajú nepredmineralizované rastlinné plnivá s minerálnymi plnivami (kamenivom), zámesovou vodou a cementom. Tieto spôsoby sa však nemohli presadiť v praxi.

Z patentového spisu FR 1018109 z roku 1952 je známy materiál na zvukovoizolačné podlahy a priečky, ktorý má výhodne nasledujúce zloženie: 10 % umelého cementu, 10 % mletej kriedy, 25 % piesku, 40 % pilinovej múčky a 10 % práškového korku. V patentovom spise nie je uvedené, čo sa má rozumieť pod pojmom umelý cement. Ďalej je treba poznamenať, že plnivo obsahuje celkom 35 % minerálneho plniva (kameniva) a veľmi nízky obsah spojiva. V patentovom spise je ďalej krátko uvedené, že malta tiež môže byť vytvorená výlučne z cementu, kriedy, piesku a korku, alebo z cementu, kriedy, pilinovej múčky a korku. Pokiaľ ide o zmiešavacie pomery oboch naposledy uvedených mált však neobsahuje patentový spis FR 1018109 žiadne ďalšie údaje.

V patentovom spise DE 847 725 z roku 1952 je vytýčená úloha vytvoriť materiál na výrobu tvárnic, do ktorých sa dajú zatĺkať klince, ľahkých stavebných dosiek a podlahovej krytiny, ktorý neobsahuje žiadne vo vode rozpustné zlúčeniny horčíka a ktorý by sa dal relatívne lacno vyrábať. Materiál, ktorý je navrhnutý ako riešenie, je zmes drevenej múčky alebo pilín, vápenca alebo sivého mramoru (veľkosť zrna 0 a 1 mm) a cementu. Na výrobu tvárnic, do ktorých sa dajú zatĺkať klince, je navrhnutá zmes dvoch hmotnostných dielov pilinovej múčky alebo pilín, štyroch hmotnostných dielov mletého sivého mramoru a troch hmotnostných dielov cementu. Na výrobu ľahkých stavebných dosiek je navrhnutá zmes troch hmotnostných dielov pilinovej múčky zmiešaných s drevenou vlnou alebo pilín zmiešaných s drevenou vlnou, desať hmotnostných dielov sivého mramoru a šesť až sedem hmotnostných dielov cementu. Na výrobu podlahovej krytiny je navrhnutá zmes 4 hmotnostných dielov drevenej múčky, 12 hmotnostných dielov sivého mramoru a 20 hmotnostných dielov cementu. Pri vytvrdzovaní takejto látky tvorí sivý mramor a cement relatívne ťažkú minerálnu matricu, do ktorej sú vyviazané drevené vlákna. Je možné vyjsť z toho, že tento materiál neprinesie pri svojej relatívne ťažkej minerálnej matrici žiadnu zvláštnu tepelnú a zvukovú izoláciu.

Z patentového spisu GB 638 501 z roku 1950 je známy materiál, údajne odolný proti poveternostným vplyvom, na výrobu doskových dielcov, strešných dosiek, strešných tašiek, rúrok a strešných žľabov. Prednostná zmes tohto materiálu obsahuje 30 hmotnostných dielov papiera alebo buničiny, 40 hmotnostných dielov cementu, 10 hmotnostných dielov plavenej kriedy, 10 hmotnostných dielov hydratovaného vápna a 20 hmotnostných dielov riečnych kalov. Je možné vychádzať z toho, že tento materiál neposkytne dobrú tepelnú a zvukovú izoláciu.

Spis WO 94 29232 opisuje „ultracement“, ktorý má v betónoch a maltách s rastlinnými plnivami zaistiť veľmi krátky čas tuhnutia, lebo jeho hydratačná reakcia údajne nie je negatívne ovplyvňovaná obsiahnutými zložkami ako je cukor, triesloviny atď. O mineralizácii povrchu častíc rastlinného plniva nie je v spise WO 94 29232 zmienka.

Vynález si kladie za úlohu zaistiť, aby výroba betónu a malty na báze rastlinného plniva bola jednoduchšia a lacnejšia, pričom by vytvrdený betón alebo malta mali relatívne malú mernú hmotnosť, ako i dobré vlastnosti pokiaľ ide o tepelnú izoláciu, zvukovú izoláciu, pevnosť v ohybe a pevnosť v tlaku.

Podstata vynálezu

Uvedený cieľ jc podľa vynálezu dosiahnutý spôsobom výroby betónu alebo malty na báze výlučne rastlinného plniva, minerálneho spojiva a zámesovej vody, pričom rastlinné plnivo má mernú hmotnosť 80 až 160 kg/m³, nameranú pri zvyškovej vlhkosti cca 15 %. Je upustené od predmineralizácíe rastlinného plniva. Miesto toho sa pri miešaní betónu alebo malty pridáva k rastlinnému plnivu na kubický meter 4 až 14 kg (v normálnom prípade 6 až 12 kg) nehydratovateľného jemne mletého mineralizátora. Pod pojmom „nehydratovateľný mineralizátor“ sa tu rozumie jemne mletá minerálna látka, ktorá na rozdiel od spojiva so zámesovou vodou nevytvára žiadne hydráty ako reakčné produkty. Bolo zistené, že sa pridaný mineralizátor pri miešaní betónu alebo malty usadzuje na povrchu častíc rastlinného plniva, a že potom pri vytvrdzovaní zaisťuje, že sa dosiahne pevné spojenie medzi časticami rastlinného plniva a matricou minerálneho spojiva, v dôsledku čoho betón alebo malta dosiahnu potrebnú pevnosť v ohybe alebo tlaku. Inými slovami v podstate dochádza k predmineralizácii povrchu častíc rastlinného plniva počínajúc miešaním malty až po hydratácii spojiva.

Čím jemnejšie je mineralizátor mletý, tým rýchlejšie sa usadzuje na povrchu častíc rastlinného plniva. Je potrebné rovnako poznamenať, že sa mineralizátor usadzuje iba na povrchu častíc rastlinného plniva a nenapadá tak bunkovú štruktúru častíc rastlinného plniva. Pridávané množstvo mineralizátora je pritom prispôsobené rastlinnému plnivu tak, že stačí práve na bezchybnú mineralizáciu povrchu častíc rastlinného plniva alebo je iba v nepatrnom prebytku. Tým sa predíde tomu, aby bolo pri tvrdnutí betónu alebo malty väčšie množstvo mineralizátora vyviazané do spojivovej matrice medzi časticami rastlinného plniva.

Z toho vyplýva, že spôsob podľa vynálezu umožňuje výrazne znížiť výrobné náklady rastlinného plniva, ak odpadne potreba drahej predmineralizácie v samostatnom výrobnom pochode. Odpadnutím samostatnej predmineralizácie rastlinného plniva sú navyše odstránené ekologické námietky proti výrobe betónu a malty na báze rastlinného plniva. Nerastlinné zložky betónu alebo malty podľa vynále2 zu sú obmedzené na minerálne spojivo a malý podiel mineralizátora. Prekvapivo vykazuje vytvrdený betón alebo malta výbornú pevnosť v ťahu za ohybu a pevnosť v tlaku. Vzhľadom na vysoký obsah rastlinného plniva s nízkou mernou hmotnosťou a minerálne spojivové matrice bez ďalšieho minerálneho plniva má vytvrdený betón alebo malta súčasne relatívne malú mernú hmotnosť, ako i dobré vlastnosti pokiaľ ide o tepelnú izoláciu a zvukovú izoláciu.

Mineralizátor je výhodne jemne mletá horninová (kamenná) múčka, pričom najmenej 80 hmotn. % horninovej múčky má veľkosť zrna menšiu ako 0,09 mm. Výhodný mineralizátor obsahuje v podstate bežný nepálený uhličitan vápenatý. Výhodami nepáleného uhličitanu vápenatého je okrem iného to, Že je mimoriadne lacný, má veľkú jemnosť mletia, veľmi dobre sa suspenduje vo vode a má okrem toho veľmi malú mernú hmotnosť 1,18 t/m³. Pomer miešania medzi mineralizátorom a zámesovou vodou je výhodne 25 až 50 kg mineralizátora na 1000 kg vody.

Výhodné spojivo je napríklad portlandský cement, najmä portlandský cement kvality PC 42,5 (PZ 42,5). Ak má byť vyrábaná malta na omietky, pridáva sa výhodne do portlandského cementu hydratovateľné vápno, ako napríklad biele vápno. Na meter kubický sa k rastlinnému plnivu pridáva, podľa druhu minerálneho spojiva a použitia betónu a malty, od 180 do 400 kg minerálneho spojiva.

Rastlinné plnivo výhodne pozostáva z vlákenných častíc s priemerom od 0 do 5 mm. Ak sa má vyrábať ľahký betón alebo ľahká mazanina, je výhodné, ak rastlinné plnivo z väčšej časti pozostáva z vláknitých častíc s dĺžkou 5 mm až 40 mm. Ak sa má vyrábať ľahká omietka alebo izolačná omietka, pozostáva rastlinné plnivo výhodne z väčšej časti z vláknitých častíc s dĺžkou pod 5 mm.

Rastlinné plnivo sa vyrába z vláknitých, výhodne rýchle dorastajúcich rastlín, napríklad drvením. Na tento účel prichádzajú do úvahy napríklad: drevá z ihličín, konope, trstina. Drevo z listnatých stromov nie je s ohľadom na jeho vysoký obsah cukru vhodné. Dáva sa prednosť rastlinám zo skupiny C₄, ktoré sa vyznačujú vysokým fotosyntetickým výkonom. Zvlášť výhodne nachádzajú uplatnenie rýchle rastúce rastliny z čeľade Miscanthus. Výhodný druh rastliny z tejto čeľade je miscanthus gigantheus, vyznačujúci sa vysokým obsahom kremíka. Malta, vyrobená spôsobom podľa vynálezu, a ľahké betóny dávajú po vytvrdení zvlášť tvarovo stabilné výrobky.

Ako suroviny na plnivo podľa vynálezu môžu však nájsť uplatnenie rovnako zmesi rôznych rastlín.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Ako príklad bude opísaný nasledujúci pokus. V tanierovej miešačke bola namiešaná malta z nasledujúcich zložiek:

Plnivo:

m³ pozostávajúci z 1/3 dreva z ihličín + 1/3 konopi + + 1 /3 miscanthu sa rozdrvil na čiastočky s veľkosťou 0 až 5 mm, s dĺžkou častíc 5 mm až 40 mm a zvyškovou vlhkosťou menšou ako 18 %.

Spojivo:

280 kg portlandského cementu kvality PC 42,5 (PZ 42,5) a 100 kg bieleho vápna.

Mineralizátor:

kg bežného uhličitanu vápenatého, pozostávajúceho podľa výrobcu z 95 % CaCO, (nepáleného) a 5 % zvyško vých látok, pričom 85 hmotn. % malo veľkosť zrna od 0 mm do 0,09 mm a maximálna veľkosť nadmerných zŕn bola 2 mm.

Zámesová voda:

250 litrov, s teplotou cca 18 °C, na dosiahnutie konzistencie KÍ (zavlhnutá zemina).

Pri miešacom pochode sa vzájomne zmiešajú plnivá, zámesová voda, spojivo a mineralizátor počas 2 minút v miešačke na nútené miešanie, napríklad tanierovej miešačke, pričom poradie pridávaných prísad je v zásade nepodstatné. Aby sa zabránilo zlepeniu a tvorbe chuchvalcov zmesi v tanierovej miešačke, je však výhodné vložiť do tanierovej miešačky najprv rastlinné plnivo a zámesovú vodu pred tým, ako sa pridá mineralizátor a spojivo.

Malta, namiešaná podľa tejto receptúry, bola na katedre pre mechaniku a stavebné konštrukcie Technickej vysokej školy Porýnie-Westfálsko (RWTH) v Aachene, Nemecko, ďalej označované ako „skúšobný ústav“ pod dohľadom odliata do oceľových foriem s veľkosťou 40 mm x 40 mm x 100 mm, ľahko natláčaná a nechala sa stuhnúť. Vytvorené skúšobné telesá sa uložili na obdobie 28 dní na vytvrdenie v klimatizačnej komore skúšobného ústavu pri teplote 18 až 20 °C. Potom sa skúšobným ústavom skúšalo 11 skúšobných teliesok podľa DIN EN 196 na pevnosť v ťahu za ohybu a v tlaku. Z aritmetických stredných hodnôt jedenástich skúšobných telies sa získala pevnosť v ťahu za ohybu 3,64 N/mm² a pevnosť v tlaku 9,43 N/rnrn³. Podľa normy DIN bolo pre maltu na omietky požadované napríklad iba 1 N/’mm² pre pevnosť v ťahu za ohybu a 5 N/mm² pre pevnosť v tlaku.

Priemyselná využiteľnosť

Betón alebo malta, vyrobené spôsobom podľa vynálezu, sa výborne hodia na výrobu ekologických a tepelne izolujúcich ľahkých betónov, mazanín a plávajúcich mazanin, ako i ekologických a tepelnoizolačných prefabrikovaných stenových dielcov, tvárnic a tepelnoizolačných dosiek. Tieto výrobky nachádzajú uplatnenie tak v ekologickej novej výstavbe rodinných domov, ako i pri rekonštrukcii existujúcich budov, napríklad pri dodatočnej izolácii drevených stropov proti kročajovému hluku, pričom sa využije tiež relatívne malá vlastná hmotnosť hotového výrobku (podľa zloženia 350 - 550 kg/m³).

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Spôsob výroby betónu alebo malty na báze výlučne rastlinného plniva, minerálneho spojiva a zámesovej vody, pričom rastlinné plnivo má mernú hmotnosť 80 až 160 kg/m³, nameranú pri zvyškovej vlhkosti približne 15 %, vyznačujúci sa tým, že sa pri miešaní betónu alebo malty pridáva k rastlinnému plnivu na meter kubický 4 až 14 kg nehydratovateľného jemne mletého mineralizátora.
2. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že mineralizátor je jemne mletá horninová múčka.
3. Spôsob podľa nároku 1 alebo 2, vyznačujúci sa tým, že aspoň 80 hmotn. % mineralizátora má veľkosť zrna menšiu ako 0,09 mm.
4. Spôsob podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 3, vyznačujúci sa tým, že mineralizátor obsahuje v podstate nepálený uhličitan vápenatý.
5. Spôsob podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 4, vyznačujúci sa tým, že minerálne spojivo obsahuje portlandský cement, najmä portlandský cement kvality PC 42,5.
6. Spôsob podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 5, vyznačujúci sa tým, že minerálne spojivo je zmes portlandského cementu a bieleho vápna.
7. Spôsob podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 6, vyznačujúci sa tým, že sa na kubický meter rastlinného plniva pridáva od 180 do 400 kg minerálneho spojiva.
8. Spôsob podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 7, vyznačujúci sa tým, že pomer miešania medzi minerálizátorom a zámesovou vodou je 25 kg až 50 kg mineralizátora na 1000 kg vody.
9. Spôsob podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 8, vyznačujúci sa tým, že rastlinné plnivo z väčšej časti pozostáva z vlákenných častíc s priemerom do 5,0 mm.
10. Spôsob podľa nároku 9, vyznačujúci sa tým, že sa vyrába ľahký betón alebo ľahká mazanina, pričom rastlinné plnivo z väčšej časti pozostáva z vláknitých častíc s dĺžkou 5 mm až 40 mm.
11. Spôsob podľa nároku 9, vyznačujúci sa tým, že sa vyrába ľahká omietka alebo tepelnoizolačná omietka, pričom rastlinné plnivo pozostáva z väčšej časti z vláknitých častíc s dĺžkou pod 5 mm.
12. Spôsob podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 11, vyznačujúci sa tým, že pri výrobe rastlinného plniva sa použije drevo z ihličin, konope a/alebo trstina.
13. Spôsob podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 12, vyznačujúci sa tým, že pri výrobe rastlinného plniva sa použijú rastliny z čeľade Miscanthus.
14. Spôsob podľa nároku 13, vyznačujúci sa tým, že pri výrobe rastlinného plniva sa použije rastlina miscantus gigantheus.
15. Spôsob podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 14, vyznačujúci sa tým, že výsledným produktom je ľahký betón, ľahká malta, ľahká mazanina alebo ľahká omietka alebo tepelnoizolačná omietka, ktoré majú objemovú hmotnosť v hotovom výrobku 350-550 kg/m³.