FI83505B - Som byggnadsprodukt anvaendbar kiseldioxidkomposition och foerfarande foer framstaellning av byggnadsprodukter. - Google Patents

Description

1 83505

Rakennusmateriaalina käytettävä piidioksidikoostumus ja menetelmä rakennustuotteiden valmistamiseksi

Keksintö koskee kovetettavissa olevaa koostumusta, 5 joka sisältää piidioksidia ja silikaattia ja jota voidaan käyttää rakennusmateriaalina esimerkiksi seinä-, lattia-, katto- ja välikattotiilissä, kiveysmateriaaleissa ja erityisissä laastiseoksissa (in situ ja muurattuja ele-menttisovellutuksia varten). Keksintö koskee myös menetel-10 mää rakennustuotteiden valmistamiseksi.

"Keinotekoista" ja "uudelleenmuodostettua" kiveä ovat ihmiset valmistaneet jo kauan, useat rakennukset alkaen Rooman imperiumin ajalta on pääasiassa valmistettu eräänlaisesta betonista, joka päällystettiin marmorilla. 15 Kuitenkin tällä kahdennenkymmenennen vuosisadan jälkipuoliskolla on betoni osoittautunut vähemmän soveliaaksi rakennusmateriaaliksi nykypäivän kaupungeissa ja yhteiskunnissa esiintyvän voimakkaan ilman saastumisen vuoksi, mitkä olosuhteet voivat tuhota betonia ja jopa sellaisia 20 luonnonmateriaaleja kuten marmoria ja hiekkakiveä ajan kuluessa.

AU-patenttijulkaisussa 155386 kuvataan nopeasti kovettuvia, haponkestäviä laasteja, jotka sisältävät i) natriumsilikaattia, ii) hienojakoista piidioksidia, 25 hiekkaa tai dioriittipölyä ja iii) osittain kondensoituja orgaanisia silikaatteja (esim. hydrolysoitua etyylisili-kaattia). Näiden komponenttien painosuhteet ovat sellaiset, että laastien kovetusajat ovat hyvin lyhyet, tyypillisesti muutamia minuutteja, ja ne muodostavat graniitin-30 tapaisia massoja. GB-hakemusjulkaisussa 256258 kuvataan erilaisten silikaattien ja vesilasiliuoksen seoksia.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on siten poistaa tavanomaisten rakennusmateriaalien edellämainitut ja muut epäkohdat käyttämällä "keinotekoista kiveä", joka 35 on erittäin vastustuskykyinen happamia ja muita ilmastoi- 2 83505 lisiä saasteita vastaan ja jonka fysikaalinen lujuus ja muut mekaaniset ominaisuudet sallivat sen käyttämisen rakennusten rakenteissa.

Esillä olevan keksinnön mukaisesti käytetään edel-5 läesitettyä tarkoitusta varten yhtä maan yleisimmistä alkuaineista, s.o. piitä, silikaatilla sidottujen kvartsima-teriaalien valmistamiseksi.

Keksintö koskee kovetettavissa olevaa koostumusta, jota käytetään valmistettaessa rakennuselementtejä, rakcn-10 neyksiköitä ja esimuodostettuja, betonityyppisiä materiaaleja, jotka sopivat sisä- ja ulkokäyttöön. Menetelmälle on tunnusomaista, että se sisältää 80-95 paino-% piidioksidia ja 5-20 paino-% natrium- tai kaliumsilikaattia sekä etyy-lisilikaattia, jonka määrä on 5-15 paino-% piidioksidin ja 15 natrium- tai kaliumsilikaatin kokonaismäärästä.

Keksintö koskee myös menetelmää rakennustuotteiden valmistamiseksi, joita käytetään rakennuselementteinä, rakenneyksikköinä tai vastaavina materiaaleina ja jotka sopivat sisä- ja ulkokäyttöön ja joilla on pitkäaikainen 20 kestävyys sadevettä ja atmosfäärin kaasuja vastaan. Menetelmälle on tunnusomaista, että (a) muodostetaan vesilasi-koostumus, joka sisältää 80-95 paino-% piidioksidia ja 5-20 paino-% natrium- tai kaliumsilikaattia sekä etyylisilikaattia, jonka määrä on 25 5-15 paino-% piidioksidin ja natrium- tai kaliumsilikaatin kokonaismäärästä, ja (b) muodostetaan koostumuksesta tuote muotissa ja annetaan koostumuksen kovettua.

Piidioksidi voi olla jotain sopivaa, helposti saa-30 tavaa kvartsihiekkaa tai hiekkaseosta. Suositeltava kvart-sihiekka on puhdas, valkoinen kvartsihiekka, jonka on todettu esiintyvän erittäin suurina muodostumina, erikoisesti Australiassa. Erään tällaisen esiintymän, joka on todettu erittäin puhtaaksi, Fe203-pitoisuus on pienempi kuin 35 0,008 %; tämän raakamateriaalin oleellisesti rautavapaa 3 83505 luonne on erikoisen suuri luonnollinen etu värjäytyrnisen, juovaisuuden jne. välttämiseksi sään vaikutuksesta; ja valmistettaessa erittäin puhtaanvalkoisia tuotteita tai yhdistettäessä lisäaineiden esimerkiksi pigmenttien kans-5 sa, jolloin saadaan herkkiä sävyvaikutuksia. Kuitenkin voidaan käyttää myös muita erivärisiä hiekkalaatuja erilaisten värisävyjen tai erilaisten pintavaikutusten saamiseksi valmiiseen valettuun tuotteeseen.

Keksinnön eräässä toteutuksessa etukäteen määrätty 10 prosenttiosuus kvartsihiekkaa jauhetaan ensin pieneen osaskokoon (mesh-luku 100-300) ja eräissä tapauksissa käytetään hienoksi jauhettua "kvartsijauhetta" hiekkaseokses-sa. Tavallisesti hiekkaseoksessa käytetään korkeintaan noin 5-20 painoprosenttia hienojakoista hiekkaa. Tämä jau-15 he pyrkii estämään aukkojen ja sulkeumien muodostumisen valmiisiin harkkoihin ja voi alentaa myös tarvittavan sideaineen määrää valmistusmenetelmässä. On havaittu, että jos hiekkaseos ei sisällä lainkaan hienojakoista hiekkaa, valetun tuotteen pinnan kuviointi on karkea. Kuitenkin 20 jopa 10 % hienojakoisen kvartsimateriaalin lisääminen on riittävä poistamaan oleellisesti kokonaan tämä pinnan karheus. Myös etyylisilikaatin ja alkalimetallisilikaatin läsnäolo antaa verrattain tasaisen pinnan laadun.

Alkalimetallisilikaatti on joko natriumsilikaattia 25 tai kaliumsilikaattia, edullisesti jälkimmäistä (suositeltava Si02:K2-suhde on alueella 1,7:1 1,4:1). Eräissä tapauksissa voi olla edullista käyttää natriumsilikaatin ja kaliumsilikaatin seoksia.

Natriumsilikaattia on useita vuosia käytetty laa-30 jasti sideaineena metallivalussa. On myös ehdotettu käytettäviksi ruiskutettavia suojapäällysteitä, jotka muodostuvat kovetettavista silikaattikoostumuksista, jotka sisältävät fosfaattikovettajaa päällystettynä metallialumi-naatin ja/tai metalliboraatin reaktiotuotteella.

35 On kuitenkin myös todettu, että natriumsilikaatti- 4 83505 sideaineen lujuusominaisuudet eivät ole riittävät, erikoisesti valmistettaessa esivalettuja yksiköitä ja siten ka-liumsilikaattisideaineet ovat erittäin suositeltavia.

On tehty useita ehdotuksia kaliumsilikaattisideai-5 neiden ja "säänkestävien" suojapäällysteiden valmistamiseksi; esimerkiksi Weiand et ai ovat tehneet kylmäkovettu-via, vaikeasti sulavia sideaineita, jotka on valmistettu metallisilikaatista (erikoisesti kaliumsilikaatista) erilaisten liuosten kanssa. Säänkestäviä päällysteitä, jotka 10 on valmistettu käyttäen kaliumvesilasia, ovat ehdottaneet Strobonov et ai; modifioidun kaliumsilikaattisideaineen käyttöä kaliumaluminosilikaatilla sidotussa materiaalissa Korneev et ai, kun taas optimiarvoja kaliumsilikaattisuo-japäällysteiden kalium/silikaattisuhteelle ovat tutkineet 15 Periin et ai ja kaliumpiihappoliuoksia Murashkevick.

Natrium- tai kaliumsilikaattia käytetään tavallisesti 5-25 paino-% valettavasta koostumuksesta, mutta tavallisesti vaaditaan lämpökovetus noin 200°C saakka olevissa lämpötiloissa useiden tuntien aikana. Ideaalisesti 20 natrium- tai kaliumsilikaatin määrä pidetään mahdollisimman pienenä valettavassa seoksessa alkaliuuton aiheuttaman likaantumisen estämiseksi.

Natrium- tai kaliumsilikaatti voidaan lisätä valettavaan koostumukseen tai voidaan muodostaa seos in situ 25 sekoittamalla hiekka alkalin, kuten natrium- tai kalium-hydroksidin kanssa, jolloin alkalimetallisilikaatti saostuu ja toimii ilmeisesti sideaineena hienojakoista kvart-sihiekkaa varten ja seoksen annetaan kovettua ympäristön-lämpötilassa. Lämpökovetus 200°C lämpötilaan saakka pyrkii 30 lujittamaan tuotetta ja vähentämään läsnäolevan vapaan alkalin määrää, mikä oletettavasti aiheutuu reaktiosta läsnäolevan piidioksidin kanssa.

Etyylisilikaattia käytetään noin 5-15 paino-% oleva määrä valettavasta koostumuksesta (esimerkiksi 5-10 % ka-35 liumsilikaattia ja 5-15 % etyylisilikaattia). Etyylisili- 5 83505 kaatin lisäys näyttää lujittavan edelleen tuotetta verrattuna yksinomaan kaliumsilikaattiin.

Lämpökovetus 200 eC lämpötiloihin saakka useiden tuntien ajan suurentaa lujuutta.

5 Muita yhdisteitä voidaan tarvittaessa lisätä valet tavaan koostumukseen, esimerkiksi esterikatalysaattoreita (tyypillisesti pitkäketjuisten, orgaanisten karboksyyli-happojen estereitä) lisäsideaineita, pehmentimiä ja täyteaineita. Täyteaineina käytetään tällöin tavanomaisia 10 inerttejä aineita, joita voidaan lisätä määrättyjä tarkoituksia kuten väriä varten tai koska se on helposti saatava paikallinen materiaali, esimerkiksi bauksiittia, kalkkikiveä, kaoliinia ja muita savilaatuja.

Esillä olevan keksinnön mukaan valettavan koostu-15 muksen aineosat sekoitetaan keskenään homogeenisen seoksen muodostamiseksi ja lisätään vettä tarvittava määrä valettavuuden helpottamiseksi haluttuun muotoon.

Haluttaessa valettu muotokappale voidaan kovettaa kokonaisuudessaan ympäristönlämpötilassa, koska kovetusta 20 kohotetuissa lämpötiloissa ei vaadita erinomaiset mekaani set ominaisuudet omaavan tuotteen saamiseksi. Kuitenkin lämpökovetus 200°C saakka olevissa lämpötiloissa useiden tuntien aikana voi suurentaa tuotteen lujuutta ja vähentää mahdollisuutta veden hajotusvaikutukseksi tai alkalin uut-25 tautumista lopullisesta tuotteesta.

Esillä olevan keksinnön mukaisia koostumuksia voidaan valaa eri muotoihin mukaanluettuina harkot, paneelit, levyt, tiilet ja vastaavat tuotteet. Valmis tuote on tiiviisti yhteenpuristunut ja huokoseton sekä kestävä hapan-30 ta ja emäksistä korrosiota (esimerkiksi happosateen muodossa) vastaan. Sopivia pigmenttejä voidaan lisätä valmistuksen aikana värillisten viimeistelyjen saamiseksi. Tuotteen pinnat voidaan lasittaa tai niille voidaan suorittaa jokin haluttu pinnan viimeistelykäsittely.

35 Vaikka tavanomaisia muurauslaasteja voidaan käyt- 6 83505 tää sijoitettaessa paikoilleen harkkoja, jotka on valmistettu keksinnön mukaan, sopivia muurauslaasteja ja vastaavia voidaan myös valmistaa esillä olevan keksinnön mukaisista valettavista seoksista käyttäen pehmentimiä tai mui-5 ta lisäaineita tai ilman niitä.

Voidaan havaita, että keksinnön erikoinen etu perustuu siihen, että materiaalit voidaan kovettaa ympäris-tönlämpötilassa samoin kuin huomattavasti heikommat betonit. Täten muurattavia harkkoja, paneeleja, tiiliä jne. 10 voidaan esivalaa halvalla ja helposti ja siirtää sitten rakennuspaikalle; toisaalta suuret palkit, rakenteelliset yksiköt ja vastaavat voidaan myös yhtä halvalla ja helposti valmistaa in situ (käyttäen lujitusta tai ilman sitä).

Valmistettiin valettuja tuotteita valettavasta 15 koostumuksesta, joka oli valmistettu punnitsemalla tarvittavat määrät materiaaleja, sekoittamalla ne keskenään ja valamalla saatua koostumusta haluttuihin muotoihin ja kovettamalla valetut muotokappaleet joko ympäristön tai kohotetussa lämpötilassa. Valmiiden tuotteiden viimeistely 20 oli hyvä ja niiden ulkonäkö miellyttävä sekä lujuus hyvä (puristuslujuus 15-40 MPa) ja ne olivat kestäviä sateen, auringonvalon ja yleisten sääolosuhteiden suhteen. Kyky vastustaa veden hajoittavaa vaikutusta testattiin sijoittamalla valettu tuote kiehuvaan veteen vähintäin neljän 25 (4) tunnin ajaksi. Kyky vastustaa hapanta korrosiota tes tattiin sijoittamalla valettu tuote väkevöityyn (4M) suolahappoon vähintäin useiden tuntien ajaksi.

Seuraavat esimerkit valaisevat keksintöä.

Esimerkki 1 30 Valmistettiin seos, joka sisälsi 90 paino-% piidi oksidia (80 % hiekkaa, 10 % 100-meshluvun kvartsia, 10 % 300-meshluvun kvartsia), 10 paino-% K60 kaliumsilikaattia ja 7,5 paino-% etyylisilikaattia (kokonaispainosta laskettuna) ja lisättiin riittävästi vettä valettavuuden hel-35 pottamiseksi. Seos kovetettiin huoneenlämpötilassa kah- 7 83505 denkymmenenneljän (24) tunnin aikana. Kovetettujen näytteiden lujuus oli hyvä eikä kuuma vesi tai 4M suolahappo vaikuttanut niihin.

Esimerkki 2 5 Esimerkki 1 toistettiin paitsi, että näytteet ko vetettiin 100°C:n ja 200°C:n lämpötilassa. Tuotteiden kovuus ja lujuus kasvoivat.

Esimerkki 3

Seos sisälsi 95 % piidioksidia (80 % hiekkaa, 10 % 10 100-meshluvun kvartsia, 10 % 300-meshluvun kvartsia), 5 % K60 kaliumsilikaattia ja 7,5 % etyylisilikaattia (kokonaispainosta laskettuna).

Seos kovetettiin huoneenlämpötilassa kahdenkymme-nenneljän (24) tunnin aikana. Kovetettujen näytteiden lu-15 juus oli hyvä eikä kuuma vesi tai 4M suolahappo vaikuttanut niihin.

Claims (4)

8 83505

1. Kovetettavissa oleva koostumus, jota käytetään valmistettaessa rakennuselementtejä, rakenneyksiköitä ja 5 esimuodostettuja, betonityyppisiä materiaaleja, jotka so pivat sisä- ja ulkokäyttöön, tunnettu siitä, että se sisältää 80-95 paino-% piidioksidia ja 5-20 paino-% natrium- tai kaliumsilikaattia sekä etyylisilikaattia, jonka määrä on 5-15 paino-% piidioksidin ja natrium- tai 10 kaliumsilikaatin kokonaismäärästä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen koostumus, tunnettu siitä, että piidioksidi käsittää piidioksidien seoksen, jolloin 5-20 paino-% seoksesta on hienojakoista piidioksidijauhetta.

3. Menetelmä rakennustuotteiden valmistamiseksi, joita käytetään rakennuselementteinä, rakenneyksikköinä tai vastaavina materiaaleina ja jotka sopivat sisä- ja ulkokäyttöön ja joilla on pitkäaikainen kestävyys sadevettä ja atmosfäärin kaasuja vastaan, tunnettu siitä, 20 että (a) muodostetaan vesilasi-koostumus, joka sisältää 80-95 paino-% piidioksidia ja 5-20 paino-% natrium- tai kaliumsilikaattia sekä etyylisilikaattia, jonka määrä on 5-15 paino-% piidioksidin ja natrium- tai kaliumsilikaatin 25 kokonaismäärästä, ja (b) muodostetaan koostumuksesta tuote muotissa ja annetaan koostumuksen kovettua.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että piidioksidi käsittää piidiok-30 sidien seoksen, jolloin 5-20 paino-% seoksesta on hieno jakoista piidioksidijauhetta. 9 83505