Použitie organických vlákien vo vysoko pevnom betóne, ohňovzdorný a vysoko pevný betón a spôsob jeho výroby

Číslo patentu: 288156

Dátum: 02.01.2014

Autori: Orange Gilles, Behloul Mouloud, Casanova André, Prat Evelyne

Je ešte 3 strany.

Pozerať všetko strany alebo stiahnuť PDF súbor.

Zhrnutie / Anotácia

Vynález sa týka použitia organických vlákien, majúcich teplotu bodu topenia menšiu než 300 °C, priemernú dĺžku 1 väčšiu než 1 mm a priemer O najviac 200 µm, vo vysoko pevnom betóne na zlepšenie odolnosti betónu proti ohňu. Množstvo organických vlákien je také, že ich objem je v rozmedzí od 0,1 do 3 % objemu betónu po vytvrdení. Betón má charakteristickú pevnosť v tlaku po 28 dňoch aspoň 120 MPa, charakteristickú pevnosť v ohybe aspoň 20 MPa a hodnotu rozprestretia v nevytvrdenom stave aspoň 150 mm. Tieto hodnoty predstavujú hodnoty pre betón skladovaný a udržiavaný pri teplote 20 °C, ktorý zostáva z vytvrditeľnej cementovej matrice, v ktorej sú rozptýlené kovové vlákna, ktoré sú získané miešaním vody a kompozície, ktorá okrem vlákien obsahuje cement, prísadové častice, majúce veľkosť D90 najviac 10 mm, puzolánové častice, majúce elementárnu veľkosť od 0,1 do 100 µm, a aspoň jedno dispergačné činidlo.

Text

Pozerať všetko

Vynález sa týka použitia organických vlákien vo vysoko pevnom betóne na zlepšenie odolnosti betónu proti ohňu. Vynález sa tiež týka ohňovzdomého a vysoko pevného betónu, ako aj spôsobu jeho výroby. Vynález sa teda týka odboru betónov, konkrétnejšie betónov s obsahom vlákien.Húževnaté, tzv. vysoko pevné betóny sa používajú najmä na konštrukciu predpätých alebo nepredpätých betónových prvkov vyžadujúcích vynikajúce mechanické vlastnosti, najmä vysokú pevnosť v tlaku. Tieto betóny majú vysokú pevnosť v ohybe, spravidla aspoň 20 MPa, pevnosť v tlaku po 28 dňoch aspoň 120 MPa, a modul pružnosti po 28 dňoch väčší než 45 Gpa, pričom tieto hodnoty predstavujú hodnoty pre betón skladovaný a udržovaný pri 20 °C.Na zlepšenie mechanických vlastností týchto betónov boli navrhnuté rôzne riešenia.Napríklad W 0 95/01316 navrhuje zabudovanie kontrolovaného množstva kovových vlákien majúcich rozmery v definovaných pomeroch vzhľadom na rozmery agregátov častíc tvoriacich matricu betónu.Tiež sa obsah W 0 99/28267 týka vysoko pevných betónov obsahujúcich kovové vlákna. Na zlepšenie mechanickej pevnosti betónu, najmä jeho správania pokiaľ pri vzniku mikrotrhlin a raste makrotrhlín, tento dokument navrhuje zabudovať do cementovej matrice častice zlepšujúce tuhosť, zvolené z ihlicovitých alebo vločkovitých častíc majúcich strednú veľkosť najviac l mm.Ihlicovité častice, ktoré sú uvedené, sú minerálne vlákna, napríklad vlákna wollastonitu, bauxitu, mullitu,titaničitanu draselného, karbidu kremñça, uhličitanu vápenatého a hydroxyapatitu, alebo organické vlákna odvodené od celulózy, pričom tieto vlákna môžu mať povrchový povlak z polymémej organickej zlúčeniny.Obsah W 0 99/58468 sa týka vysoko pevných betónov obsahujúcich organické vlákna, napríklad výstužné vlákna, na zlepšenie húževnatosti týchto betónov. V tejto prihláške sú opisané tiež vysoko pevné betóny, v ktorých je časť organických vlákien nahradená kovovými vláknami. Tiež je tu opisané, že organické vlákna modifikujú požiame vlastnosti betónu.Opísané vysoko pevné betóny však majú, v dôsledku svojich mechanických vlastností, nedostatočnú odolnosť proti ohňu, ktorá sa prejavuje drobením štruktúr vystavených ohňu, prípadne aj výbuchom týchto štruktúr účinkom pary z vody, ktorá je fyzikálne alebo chemicky viazaná zložkami matrice, pri pôsobení tepla.Patent US 5 749 961 navrhuje na zlepšenie odolnosti proti ohňu kompozície vysoko pevného betónu neobsahujúceho vlákna, majúceho pevnosť v tlaku asi 90 až 105 MPa pridať do tejto kompozície kombináciu zrážaného oxidu kremičitého a vlákien schopných pomocou rozpúšťania, zmäkčovania, rozkladu, zrážania alebo tavenia vytvárať sieť pórov s priemerom aspoň 10 m a dĺžkou aspoň 5 mm.Opatrenie, uvedené v tomto patente a často používané V žiaruvzdomých betónoch, spočívajúce v zavedení organických vlákien do betónu, má za následok významné zníženie mechanickej pevnosti vytvrdeného betónu, pretože vlákna zavádzajú menšiu objemovú pružnosť než má matrica. Ďalej sa prítomnosťou organických vlákien v kompozícii značne znižujú rheologické vlastnosti betónu v čerstvom stave a má malé rozprestretíe.Iba ťažko je možné si predstaviť aplikáciu týchto riešení na vysoko pevné húževnaté betóny, aké sú opísané v prihláškach W 0 99/28267 a W 0 99/58468, ktoré už odponičali objemy vlákien okolo 2 .Je potrebné mať k dispozicii kompozície pre vysoko pevné betóny majúce rheologické vlastnosti v rozmedzí od plastického správania sa do fluidného správania sa. Tieto betóny obvykle majú hodnotu rozprestretia aspoň 150 mm, pričom hodnota rozprestretia sa meria pomocou striasacej dosky, čo je štandardná technika používaná pre malty.Dosiaľ však majú tieto betónové zmesi tú nevýhodu, že vykazujú len priememú odolnosť proti ohňu.Doterajšie pokusy o zlepšenie mechanických vlastností vysoko pevných betónov mali negatívny vplyv na odolnosť proti ohňu. Naopak, riešenia navrhnuté na zlepšenie odolnosti proti ohňu všeobecne majú zhoršujúci účinok na mechanické a/alebo rheologické vlastnosti týchto betónov v nevytvrdenom stave.Neexistuje teda uspokojivé riešenie problému odolnosti vysoko pevného betónu obsahujúceho vlákna proti ohňu, kompatibilné s požadovanými vlastnosťami tohto betónu, totiž vysokou pevnosťou v ťahu a ohybe, vysokou pevnosťou v tlaku a rheológiou betónu v nevytvrdenom stave schopnou plastického správania sa až iluidného správania sa.Úlohou vynálezu je vyvinúť vysoko pevný betón obsahujúci kovové výstužné vlákna majúce vlastnosti aspoň ekvivalentné vlastnostiam obdobných betónov podľa doterajšieho stavu techniky, pričom rheológia betónu v nevytvrdenom stave umožní plastické správanie sa až fluidné správanie sa, a betón vykazuje dobrú odolnosť proti ohňu.Cieľom vynálezu je teda získať vysoko pevný betón, umožňujúci najmä výrobu stavebných prvkov prebudovy a konštrukcie, ktoré majú vysokú odolnosť proti ohňu spojenú s kontrolovateľnou rheológiou a dobrými mechanickými vlastnosťami.Cieľom vynálezu je tiež získať zlepšený betón, vykazujúci lepšiu odolnosť proti ohňu než majú prvky podľa doterajšieho stavu techniky.Uvedená úloha bola podľa tohto vynálezu splnená tým, že bolo vyvinuté použitie organických vlákien,majúcich teplotu bodu topenia menšiu než 300 °C, priememú dĺžku l väčšiu než l mm a priemer a najviac 200 m, vo vysoko pevnom betóne na zlepšenie odolnosti betónu proti ohňu, pričom množstvo organických vlákien je také, že ich objem je v rozmedzí od 0,1 do 3 objemu betónu po vytvrdení, pričom betón má charakteristickú pevnosť v tlaku po 28 dňoch aspoň 120 MPa, charakteristickú pevnosť v ohybe aspoň 20 MPa a hodnotu rozprestretia v nevytvrdenom stave aspoň 150 mm, pričom tieto hodnoty predstavujú hodnoty pre betón skladovaný a udržovaný pri teplote 20 °C, pričom tento betón pozostáva z vytvrditeľnej cementovej matrice, v ktorej sú rozptýlené kovové vlákna, ktoré sú získané miešaním vody a kompozície, ktorá okrem vlákien obsahuje(c) puzolánové častice, majúce elementámu veľkosť od 0,1 do 100 m,(d) aspoň jedno dispergačné činidlo, a vyhovuje nasledujúcim podmienkam(l) obsah vody v percentách hmotnostných, vztiahnutý na celkovú hmotnosť cementu (a) a častíc (c), je v rozmedzí od 8 do 24 ,(2) kovové vlákna majú priememú dĺžku ll aspoň 2 mm a pomer 11/01 aspoň 20, pričom 0, je priemer vlákien,(3) pomer VlN objemu V, kovových vlákien k objemu V organických vlákien je väčší než l, pričom pomer l l/l dĺžky kovových vlákien k dĺžke organických vlákienje väčší než l,(4) pomer R priemernej dĺžky l. kovových vlákien k veľkosti D 99 prísadových častíc je aspoň 3,(5) množstvo kovových vlákien je také, že ich objem je menší než 4 objemu betónu po vytvrdení.Betón tiež výhodne zahmuje výstužné častice, zlepšujúce húževnatosť matrice, vo forme ihličiek alebo vločiek, majúcu strednú veľkosť najviac l mm, prítomné v objemovom množstve menšom než 35 celkového objemu prísadových častíc (b) a puzolánových častíc (c).Pomer l/Ql organických vlákien je výhodne od 20 do 500.Organické vlákna majú dĺžku l výhodne väčšiu než 1,5 mm, najviac 12 mm.Organické vlákna majú priemer výhodne menší než 80 m.Pomer VIN kovových vlákien k organickým vláknam je výhodne aspoň 2.Množstvo organických vlákien je výhodne také, že ich objem je menší než 2 objemu betónu po vytvrdení.Množstvo organických vlákien môže byť výhodne také, že ich objem je menší než l objemu betónu po vytvrdení.Organické vlákna výhodne pozostávajú z homopolymérov alebo kopolymérov, zvolených zo skupiny, obsahujúcej polyakrylamid, polyétersulfón, polyvinylchlorid, polyetylén, polypropylén, polystyrén, polyamid alebo polyvinylalkohol, jednotlivo alebo v zmesi.Organickými vláknami sú výhodne polypropylénové vlákna.Polypropylénové vlákna majú výhodne dĺžku 6 mm a priemer 18 m.Kovovými vláknami sú výhodne oceľové vlákna.Kovové vlákna majú výhodne dĺžku od 5 do 30 mm.Veľkosť častíc D 75 prísadových častíc (b) je výhodne najviac 6 mm.Organické vlákna majú výhodne teplotu bodu topenia menšiu alebo rovnú 200 °C.V súlade s ďalším aspektom tohto vynálezu bol tiež vyvinutý ohňovzdomý a vysoko pevný betón, majúci charakteristickú pevnosť V tlaku po 28 dňoch aspoň 120 MPa, charakteristickú pevnosť v ohybe aspoň 20 MPa a hodnotu rozprestretia V nevytvrdenom stave aspoň 150 mm, pričom tieto hodnoty predstavujú hodnoty pre betón skladovaný a udržovaný pri teplote 20 °C, pričom tento betón pozostáva z vytvrdenej cementovej matrice, v ktorej sú rozptýlené kovové vlákna, ktoré sú tvorené zmesou vody a kompozície, ktorá obsahuje okrem vlákien(b) prísadové častice majúce veľkosť D 90 najviac l 0 mm,(c) puzolánové častice majúce elementámu veľkosť od 0,1 do 100 m,(d) aspoňjedno dispergačné činidlo, 10(l) obsah vody v percentách hmotnostných, vztiahnutý na celkovú hmotnosť cementu (a) a častíc (c), je v rozmedzí od 8 do 24 ,(2) kovové vlákna majú priememú dĺžku l, aspoň 2 mm a pomer 11/0, aspoň 20, pričom 01 je priemer vlákien,(3) organické vlákna majú teplotu bodu topenia nižšiu než 200 °C, priemernú dĺžku 1 väčšiu než 1 mm a priemer 0 najviac 200 m,(4) pomer VlN objemu V, kovových vlákien k objemu V organických vlákien je väčší než l, pričom pomer 11/1 dĺžky l. kovových vlákien k dĺžke 1 organických vlákien je väčší než l,(S) pomer R priememej dĺžky l, kovových vlákien k veľkosti D 90 prísadových častíc je aspoň 3,(6) množstvo kovových vlákienje také, že ich objem je menší než 4 objemu betónu po vytvrdení,(7) množstvo organických vlákien je také, že ich objem je v rozmedzí od 0,1 do 3 objemu betónu po vytvrdení. organické vlákna majú výhodne priemer menší než 80 m.Pomer l/íö organických vlákien je výhodne od 20 do 500.Pomer VlN kovových vlákien k organickým vláknam je výhodne aspoň 2.Organické vlákna majú výhodne dlžku najviac 12 mm.Množstvo organických vlákien je výhodne také, že ich objem je menší než 1 objemu betónu po vytvrdení.Organickými vláknami sú výhodne polypropylénové vlákna majúce dĺžku menšiu než 10 mm.Polypropylénové vlákna majú výhodne dĺžku okolo 6 mm a priemer 18 m.Kovovými vláknami sú výhodne oceľové vlákna.Kovové vlákna majú výhodne dlžku ležiacu v rozmedzí od 5 do 30 mm.Betón tiež výhodne zahrnuje výstužné častice na zlepšenie húževnatostí matrice, vo forme ihličiek alebo vločiek, majúce strednú veľkosť najviac 1 mm, prítomné v objemovom množstve menšom než 35 celkového objemu prísadových častíc (b) a puzolánových častíc (c).Výstužné častice majú výhodne strednú veľkosť najviac 500 m a sú prítomné v objemovom množstve v rozmedzí od 5 do 25 celkového objemu prísadových častíc (b) a puzolánových častíc (c).Výstužnými časticamí sú výhodne wolastonitové vlákna.Výstužnými časticami môžu byť výhodne vločky sľudy.Betón podľa tohto vynálezu je výhodne vopred predpätý.Betón podľa tohto vynálezu môže byť výhodne dodatočne predpätý.V súlade s ďalším aspektom tohto vynálezu bol tiež vyvinutý spôsob výroby betónu, majúceho charakteristickú pevnosť v tlaku po 28 dňoch aspoň 120 MPa, charakteristickú pevnosť v ohybe aspoň 20 MPa a hodnotu rozprestretia v nevytvrdenom stave aspoň 150 mm, pričom tieto hodnoty predstavujú hodnoty pre betón skladovaný a udržiavaný pri teplote 20 °C, pričom tento betón pozostáva z vytvrdenej cementovej matrice, v ktorej sú rozptýlené kovové vlákna.Spôsob obsahuje miešanie zložiek uvedenej cementovej matrice a kovových vlákien s vhodným množstvom vody, pričom organické vlákna sa privádzajú do betónu pred pridaním vody.Vďaka novému konceptu cementovej matrice ajej pomeru s výstužnými vláknami bolo dosiahnuté vyriešenie problému kompromisom medzi mechanickými, rheologickými a požiamymi vlastnosťami.Tennín cementová matrica označuje vytvrditeľnú cementovú zmes s nekovovými vláknami.D 90 znamená, že 90 hmotn. agregátov častíc má veľkosť častíc menšiu alebo rovnú 10 mm, pričom veľkosť častíc je vyjadrená veľkosťou otvoru sita, ktorým prepadne 90 celkovej hmotnosti častíc.D 7, znamená, že 75 hmotn. agregátov častíc má veľkosť častíc menšiu alebo rovnú 10 mm, pričom veľkosť častíc je vyjadrená veľkosťou otvoru sita, ktorým prepadne 75 celkovej hmotnosti častíc.Termín organické vlákna znamená všetky polyméme vlákna vyhovujúce vyššie uvedeným podmienkam.V súvislosti s vynálezom je potrebné výraz priemer vlákien chápať ako ekvivalentný priemer, pokiaľ vlákna majú nekruhový prierez.Temiínom pevnosť v ohybe sa rozumie štvorbodová pevnosť v ohybe meraná na skúšobných vzorcoch majúcich rozmery 7 x 7 x 28 cm.organické vlákna výhodne majú dlžku 1 väčšiu než 1,5 mm a najviac 12 mm.Podľa jedného uskutočnenia vynálezu je priemer organických vlákien 2 až 100 m, výhodne menší než 80 m.Pomer VIN je výhodne aspoň 2.Podľajedného variantu je množstvo organických vlákien také, že ich objem je menší než 2 objemu be 10tónu po vytvrdení, výhodne menší než l .Organické vlákna môžu pozostávať z homopolyméru alebo kopolyméru majúceho teplotu bodu topenia najviac 300 °C, výhodne najviac 275 °C. Podľa výhodného uskutočnenia je teplota bodu topenia menšia alebo rovná 200 °C.organické vlákna môžu pozostávať najmä z homopolymérov alebo kopolymérov zvolených z polyakrylamidu, polyétersulfónu, polyvinylchloridu, polyetylénu, polypropylénu, polystyrénu, polyamidu a polyvinylalkoholu, jednotlivo alebo v zmesi. Podľa zvláštneho uskutočnenia sú organické vlákna polypropylénové majúce dĺžku 6 mm a priemer 18 m.Pokiaľ ide o kovové vlákna, môžu to byť kovové vlákna zvolené z oceľových vlákien, napriklad vlákna z ušľachtilej ocele, amorfnej ocele alebo nerezovej ocele. Oceľové vlákna môžu byť voliteľne povlečené neželezným kovom, ako napr. meďou, zinkom, niklom alebo ich zlíatinami.Priememá dĺžka kovových vlákien je výhodne 5 až 30 mm. Pomer 11/9. je výhodne najviac 200.Môžu byť použité kovové vlákna s rôznou geometriou. Môžu byť zubaté, vlnité alebo zahnuté na koncoch. Je tiež možné meniť hmbosť vlákien a/alebo použiť vlákna rôzneho prierezu. Tieto vlákna môžu byť získané akoukoľvek vhodnou technikou, vrátane spletenia alebo stočenia niekoľkých kovových drôtov tvoriacich knitené usporiadania.Množstvo kovových vlákien je také, že ich objem je výhodne menší než 3,5 objemu betónu po vytvrdení.Účelne musí byť priememá pevnosť spojenia kovových vlákien s vytvrditeľnou cementovou matricou aspoň 10 MPa, výhodne aspoň 15 MPa. Táto pevnosť sa stanovuje pomocou testu, spočívajúceho vo vytiahnutí jednotlivého vlákna zabudovaného do bloku betónu.Bolo zistené, že betóny podľa vynálezu majúce ako pevnosť spojenia vlákien tak vysokú pevnosť matrice(aspoň 15 J/mz), poskytujú synergickým účinkom týchto vlastností lepšie mechanické vlastnosti.Sila spojenia vlákno/matrica môže byť regulovaná rôznymi postupmi, ktoré môžu byť použité jednotlivo alebo zároveň.Podľa prvého z nich môže byť spojenie vlákien s cementovou matricou dosiahnuté úpravou povrchu vlákien. Táto úprava vlákien sa môže uskutočňovať pomocou aspoň jedného z nasledujúcich procesov- ukladaním minerálnej zlúčeniny na vlákna, najmä ukladaním fosfátov kovov. vLeptanie sa môže uskutočňovať napríklad uvedením vlákien do styku s kyselinou a následnou neutralizáciou.Všeobecne, fosfáty kovov sa ukladajú pomocou fosfatizačných procesov, ktoré spočívajú v zavedení vopred namorených kovových vlákien do vodného roztoku obsahujúceho fosfáty kovov, výhodne fosfáty mangánu alebo zinku, a potom odfiltrovanie vlákien z roztoku. Potom sa vlákna oplachujú, neutralizujú a znova oplachujú. Bez ohľadu na obvyklý fosfatizačný postup, získané vlákna nesmú byť pri konečnej úprave zamastené. Voliteľné však môžu byť impregnované prísadou na poskytnutie antikoróznej ochrany alebo na uľahčenie ich spracovania cementovým médiom. Fosfatizačná úprava môže byť uskutočnená tiež povliekaním alebo striekaním roztokov fosfátov kovov na vlákna.Môže byť použitý akýkoľvek druh fosfatizačného procesu, je možné poukázať napríklad na spracovanie opísané v článku G. Lorin Phosphating of Metals, 1973.Podľa druhého postupu môže byť pevnosť spojenia vlákien s cementovou matricou dosiahnutá zavedením aspoň jednej z nasledujúcich zložiek do zmesi kremičitej zlúčeniny pozostávajúcej prevažne z oxidu kremičitého, zrážaného uhličitanu vápenatého, vodného roztoku polyvinylalkoholu, latexu, alebo zmesi uvedených zlúčenín.Termín kremičité zlúčeniny pozostávajúce prevažne z oxidu kremičitého znamená syntetické produkty zvolené zo skupiny zahmujúcej zrážané oxidy kremičité, kremičité soli, pyrogénne oxidy kremičité (typu Aerosilu), hlinitokremičitany, napríklad Tixosil 28 od Rhone-Poulenc alebo produkty typu ílov (prírodných alebo modifikovaných), napriklad smektity, kremičítany horečnaté, sepiolity a montmorilonity.Výhodne sa použije aspoň jeden zrážaný oxid kremičitý.Zrážaným oxidom kremičitým sa rozumie oxid kremičitý získaný zrážanim kremičitanov alkalických kovov kyselinou, spravidla anorganickou kyselinou, s vhodným pH zrážacieho média, najmä zásaditým, neutrálnym alebo mieme kyslým pH na prípravu oxidu kremičitého môže byť použitý akýkoľvek spôsob (pridanie kyseliny ku kremičitanovej zrazenine, úplné alebo čiastočne súčasné pridanie kyseliny alebo kremičitanu do vody alebo sedimentu kremičitanového roztoku atdĺ), pričom zvolený spôsob závisí od požadovaného typu oxidu kremičitého po kroku zrážania obvykle nasleduje krok separácie oxidu kremičitého z reakčnej zmesi s použitím známych prostriedkov, napríklad filtračného lisu alebo vákuového filtra filtračný koláč sa potom zhromažďuje, akje to potrebné, premýva získaný koláč sa po prípadnom rozdrvení suší ľubovoľnými známymi prostriedkami, najmä rozprašovacím sušením, a potom sa voliteľne suší a/alebo aglomeruje.Všeobecne, množstvo pridaného zrážaného oxidu kremičitéhoje 0,1 až 5 hmotn., vyjadrené ako suchý materiál, vztiahnuté na celkovú hmotnosť betónu. Pri viac než 5 obvykle vznikajú problémy s rheológiou

MPK / Značky

MPK: C04B 14/20, C04B 14/06, C04B 14/46, C04B 28/02, C04B 14/48, C04B 18/14, C04B 16/06

Značky: ohňovzdorný, vlákien, betóne, pevnom, betón, pevný, použitie, organických, výroby, spôsob, vysoko

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/11-288156-pouzitie-organickych-vlakien-vo-vysoko-pevnom-betone-ohnovzdorny-a-vysoko-pevny-beton-a-sposob-jeho-vyroby.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Použitie organických vlákien vo vysoko pevnom betóne, ohňovzdorný a vysoko pevný betón a spôsob jeho výroby</a>

Podobne patenty