CZ2003381A3 - Způsob výroby betonu nebo malty s rostlinným pojivem - Google Patents

Description

Vynález se týká způsobu výroby betonu nebo malty na bázi dorůstajících surovin.

Dosavadní stav techniky

Výroba betonu nebo malty na bázi výlučně rostlinného plniva, jako dřeva, konopí nebo rákosu, je známá. Při výrobě takových malt se rozdrcená rostlinná surovina podrobuje v prvním pracovním kroku předchozí mineralizaci (předmineralizaci). Při této předmineralizaci se rostlinné částice vkládají do mineralizační lázně, nebo se smáčejí nebo postřikují mineralizační kapalinou, přičemž se obvykle používá jako mineralizátor síran hlinitý nebo cement. Následně se rostlinné částice odvodňují a suší. Vysušené předmineralizované částice mohou být na staveništi směšovány jako kamenivo (plnivo) se záměsovou vodou a cementem na maltu. Předmineralizace rostlinného plniva (kameniva) zajištuje, že dojde k pevnému spojení mezi rostlinným plnivem a vytvrzeným cementem, v důsledku čehož se dosáhne požadované pevnosti betonu v ohybu a tlaku. K tomu je třeba poznamenat, že známá předmineralizace rostlinného plniva je drahá a není kromě toho bez ekologických problémů.

Jsou rovněž známé starší způsoby výroby betonu nebo malty, při nichž se směšují nepředmineralizovaná rostlinná plniva s minerálními plnivy (kamenivy), záměsovou vodou a cementem. Tyto způsoby se však nemohly prosadit v praxi.

Z patentového spisu FR 1018109 z roku 1952 je známý materiál pro zvukově izolační podlahy a příčky, který má

-2s výhodou následující složení: 10% umělého cementu, 10% mleté křídy, 25% písku, 40% pilinové moučky a 10% práškového korku. V patentovém spisu není uvedeno, co se má rozumět pod pojmem umělý cement. Dále je třeba poznamenat, že plnivo obsahuje celkem 35% minerálního plniva (kameniva) a velmi nízký obsah pojivá. V patentovém spisu je dále krátce uvedeno, že malta také může být vytvořena výlučně z cementu, křídy, písku a korku, nebo z cementu, křídy, pilinové moučky a korku. Pokud jde o směšovací poměry obou posledně jmenovaných malt však neobsahuje patentový spis FR 1018109 žádné další údaje.

V patentovém spisu DE 847 725 z roku 1952 je vytýčen úkol vytvořit materiál pro výrobu tvárnic, do nichž se dají zatloukat hřebíky, lehkých stavebních desek a podlahové krytiny , který neobsahuje žádné ve vodě rozpustné sloučeniny hořčíku a který by se dal relativně levně vyrábět. Materiál, který je navržen jako řešení, je směs dřevěné moučky nebo pilin, vápence nebo šedého mramoru (velikost zrna 0 až 1 mm) a cementu. Pro výrobu tvárnic, do nichž se dají zatloukat hřebíky, je navržena směs dvou hmotnostních dílů pilinové moučky nebo pilin, čtyř hmotnostních dílů mletého šedého mramoru a tří hmotnostních dílů cementu. Pro výrobu lehkých stavebních desek je navržena směs tří hmotnostních dílů pilinové moučky smíšených s dřevěnou vlnou nebo pilin smíšených s dřevěnou vlnou, deset hmotnostních dílů šedého mramoru a šest až sedm hmotnostních dílů cementu. Pro výrobu podlahové krytiny je navržena směs 4 hmotnostních dílů dřevěné moučky, 12 hmotnostních dílů šedého mramoru a 20 hmotnostních dílů cementu. Při vytvrzování takové látky tvoří šedý mramor a cement relativně těžkou minerální matrici, do níž jsou vevázána dřevěná vlákna. Je možné vyjít z toho, že ten

-3to materiál nepřinese při svojí relativně těžké minerální matrici žádnou zvláštní tepelnou a zvukovou izolaci.

Z patentového spisu GB 638 501 z roku 1950 je znám materiál, údajně odolný proti povětrnosti, pro výrobu deskových dílců, střešních desek, střešních tašek, trubek a střešních žlabů. Přednostní směs tohoto materiálu obsahuje 30 hmotnostních dílů papíru nebo buničiny, 40 hmotnostních dílů cementu, 10 hmotnostních dílů plavené křídy, 10 hmotnostních dílů hydratovaného vápna a 20 hmotnostních dílů říčních kalů, je možné vyjít z toho, že tento materiál neposkytne dobrou tepelnou a zvukovou izolaci.

Spis WO 94 29232 popisuje ultracement, který má u betonů a malt s rostlinnými plnivy zajistit velmi krátkou dobu tuhnutí, nebot jeho hydratační reakce údajně není negativně ovlivňována obsaženými složkami jako je cukr, třísloviny atd. O mineralizaci povrchu částic rostlinného plniva není ve spisu WO 94 29232 zmínka.

Vynález si klade za úkol zajistit, aby výroba betonu a malty bázi rostlinného plniva byla jednodušší a levnější, přičemž by vytvrzený beton nebo malta měly relativně malou měrnou hmotnost, jakož i dobré vlastnosti pokud jde o tepelnou izolaci, zvukovou izolaci, pevnost v ohybu a pevnost v tlaku.

Podstata vynálezu

Uvedeného cíle je podle vynálezu dosaženo způsobem výroby betonu nebo malty na bázi výlučně rostlinného plniva, minerálního pojivá a záměsové vody, přičemž rostlinné plnivo má měrnou hmotnost 80 až 160 kg/m^, naměřenou při zbytkové vlh

-4kosti cca 15%. Je upuštěno od předmineralizace rostlinného plniva. Místo toho se při míchání betonu nebo malty přidává k rostlinnému plnivu na krychlový metr 4 až 14 kg (v normálním případě 6 až 12 kg) nehydratovatelného jemně mletého mineralizátoru. Pod pojmem nehydratovatelný mineralizátor se zde rozumí jemně mletá minerální látka, která na rozdíl od pojivá se záměsovou vodou nevytváří žádné hydráty jako reakční produkty. Bylo zjištěno, že se přidaný mineralizátor při míchání betonu nebo malty usazuje na povrchu částic rostlinného plniva, a že potom při vytvrzování zajišťuje, že se dosáhne pevného spojení mezi částicemi rostlinného plniva a matricí minerálního pojivá, v důsledku čehož beton nebo malta dosáhnou potřebnou pevnost v ohybu nebo tlaku. Jinými slovy v podstatě dochází k předmineralizaci povrchu částic rostlinného plniva počínaje mícháním malty až po hydrataci poj lva.

Čím jemněji je mineralizátor mletý, tím rychleji se usazuje na povrchu částic rostlinného plniva. Je třeba rovněž poznamenat, že se mineralizátor usazuje pouze na povrchu částic rostlinného plniva a nenapadá tak buňkovou strukturu částic rostlinného plniva. Přidávané množství mineralizátoru je přitom přizpůsobeno rostlinnému plnivu tak, že stačí právě pro bezvadnou mineralizaci povrchu částic rostlinného plniva nebo je pouze v nepatrném přebytku. Tím se předejde tomu, aby bylo při tvrdnutí betonu nebo malty větší množství mineralizátoru vevazováno do pojivové matrice mezi částicemi rostlinného plniva.

Z toho vyplývá, že způsob podle vynálezu umožňuje výrazně snížit výrobní náklady rostlinného plniva, odpadne-li potřeba drahé předmineralizace v samostatném výrobním pocho-5du. Odpadnutím samostatné předmineralizace rostlinného plniva jsou navíc odstraněny ekologické námitky vůči výrobě betonu a malty na bázi rostlinného plniva. Nerostlinné složky betonu nebo malty podle vynálezu jsou omezeny na minerální pojivo a malý podíl mineralizátoru. Překvapivě vykazuje vytvrzený beton nebo malta výbornou pevnost v tahu za ohybu a pevnost v tlaku. Vzhledem k vysokému obsahu rostlinného plniva s nízkou měrnou hmotností a minerální pojivové matrice bez dalšího minerálního plniva má vytvrzený beton nebo malta současně relativně malou měrnou hmotnost, jakož i dobré vlastnosti pokud jde o tepelnou izolaci a zvukovou izolaci .

Mineralizátor je s výhodou jemně mletá horninová (kamenná) moučka, přičemž nejméně 80 hmotn.% horninové moučky má velikost zrna menší než 0,09 mm. Výhodný mineralizátor obsahuje v podstatě běžný nepálený uhličitan vápenatý. Výhodami nepáleného uhličitanu vápenatého je mimo jiné to, že je mimořádně levný, má velkou jemnost mletí, velmi dobře se suspenduje ve vodě a má kromě toho velmi malou měrnou hmoto nost 1,18 t/m . Poměr míšení mezi mineralizátorem a záměsovou vodou činí s výhodou 25 až 50 kg mineralizátoru na 1000 kg vody.

Výhodné pojivo je například portlandský cement, zejména portlandský cement kvality PC 42,5 (PZ 42,5). Má-li být vyráběna malta na omítky, přidává se s výhodou do portlandského cementu hydratovatělně vápno, jako například bílé vápno. Na kubický metr se k rostlinnému plnivu přidává, podle druhu minerálního pojivá a použití betonu a malty, od 180 do 400 kg minerálního pojivá.

-6Rostlinné plnivo s výhodou sestává z vlákenných částic s průměrem od 0 do 5 mm. Má-li se vyrábět lehký beton nebo lehká mazanina, je výhodné, jestliže rostlinné plnivo z větší části sestává z vláknitých částic s délkou 5 mm až 40 mm. Má-li se vyrábět lehká omítka nebo izolační omítka, sestává rostlinné plnivo s výhodou z větší části z vláknitých částic s délkou pod 5 mm.

Rostlinné plnivo se vyrábí z vláknitých, s výhodou rychle dorůstajících rostlin, například drcením. K tomuto účelu přicházejí v úvahu například: jehličnatá dřeva, konopí, rákos. Dřevo z listnatých stromů není s ohledem na jeho vysoký obsah cukru vhodné. Je dávána přednost rostlinám ze skupiny , které se vyznačují vysokým fotosyntetickým výkonem. Zvlášt výhodně nacházejí uplatnění rychle rostoucí rostliny z čeledi Miscanthus. Výhodný druh rostliny z této čeledi je miscanthus gigantheus, vyznačující se vysokým obsahem křemíku. Malta, vyrobená způsobem podle vynálezu a lehké betony dávají po vytvrzení zvlášt tvarově stabilní výrobky.

Jako suroviny pro plnivo podle vynálezu mohou však najít uplatnění rovněž směsi různých rostlin.

Příklady provedení vynálezu

Jako příklad bude popsán následující pokus. V talířové míchačce byly namíchána malta z následujících složek:

Plnivo:

, m sestávající z 1/3 jehličnatého dřeva + 1/3 konopí + 1/3 miscanthu se rozdrtil na částečky o velikosti 0 až 5 mm, s délkou částic 5 mm až 40 mm a zbytkovou vlhkostí menší než

18%.

Poj ivo:

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

Mineralizátor:

kg běžného uhličitanu vápenatého, sestávajícího podle výrobce z 95% CaCO^ (nepáleného) a 5% zbytkových látek, přičemž 85 hmotn.% mělo velikost zrna od 0 mm do 0,09 mm a maximální velikost nadměrných zrn byla 2 mm.

Záměsová voda:

250 litrů, o teplotě cca 18°C, pro dosažení konzistence K1 (vlhkosti zeminy).

Při míchacím pochodu se vzájemně směšují plniva, záměsová voda, pojivo a mineralizátor po dobu 2 minut v míchačce pro nucené míchání, například talířové míchačce, přičemž pořadí přidávaných přísad je v zásadě nepodstatné. Aby se zabránilo slepení a tvorbě chuchvalců směsi v talířové míchačce, je však výhodné vložit do talířové míchačky nejprve rostlinné plnivo a záměsovou vodu před tím, než se přidá mineralizátor a pojivo.

Malta, namíchaná podle této receptury, byla na katedře pro mechaniku a stavebních konstrukcí Technické vysoké školy Porýní-Westfálsko (RWTH) v Aachenu, Německo, dále označované jako zkušební ústav pod dohledem odlita do ocelových forem o velikosti 40 mm x 40 mm x 100 mm, lehce pěchována a nechala se ztuhnout. Vytvořená zkušební tělesa se uložila na dobu 28 dní pro vytvrzení v klimatizační komo-8-

ře zkušebního ústavu při teplotě 18 až 20°C. Po té se zkušebním ústavem zkoušelo 11 zkušebních tělísek podle DIN EN 196 na pevnost v tahu za ohybu a v tlaku. Z aritmetických středních hodnot jedenácti zkušebních těles se získala pevnost v tahu za ohybu 3,64 N/mm² a pevnost v tlaku 9 43 N/mm . Podle normy DIN bylo pro maltu pro omítky požadováno například pouze 1 N/mm² pro pevnost v tahu za ohybu a 5 N/mm² pro pevnost v tlaku.

Průmyslová využitelnost

Beton nebo malta, vyrobené způsobem podle vynálezu, se výborně hodí pro výrobu ekologických a tepelně izolujících lehkých betonů, mazanin a plovoucích mazanin, jakož i ekologických a tepelně izolačních prefabrikovaných stěnových dílců, tvárnic a tepelně izolačních desek. Tyto výrobky nacházejí uplatnění jak v ekologické nové výstavbě rodinných domů, tak i při rekonstrukci stávajících budov, například při dodatečné izolaci dřevěných stropů proti kročejovému hluku, přičemž se využije také relativně malá vlastní hmotnost hotového výrobku (podle složení 350-550 kg/m³).

Claims (15)

1. Způsob výroby betonu nebo malty na bázi výlučně rostlinného plniva, minerálního pojivá a záměsové vody, přičemž rostlinné plnivo má měrnou hmotnost 80 až 160 kg/m^, naměřenou při zbytkové vlhkosti přibližně 15%, vyznačený tím, že se při míchání betonu nebo malty přidává k rostlinnému plnivu na krychlový metr 4 až 14 kg nehydratovatelného jemně mletého mineralizátoru.

2. Způsob podle nároku 1, vyznačený tím, že minerali- zátor je jemně mletá horninová moučka.

3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačený tím, že 80 hmotn.% horninové moučky má velikost zrna menší než 0,09 mm.

4. Způsob podle kteréhokoli z nároků 1 až 3, vyznačený tím, že mineralizátor obsahuje v podstatě nepálený uhličitan vápenatý.

5. Způsob podle kteréhokoli z nároků 1 až 4, vyznačený tím, že minerální pojivo je portlandský cement, zejména portlandský cement kvality PC 42,5.

6. Způsob podle kteréhokoli z nároků 1 až 5, vyznačený tím, že minerální pojivo je směs portlandského cementu a bílého vápna.

7. Způsob podle kteréhokoli z nároků 1 až 6, vyznačený tím, že se na krychlový metr přidává k rostlinnému plnivu od 180 do 400 kg minerálního pojivá.

8. Způsob podle kteréhokoli z nároků 1 až 7, vyznačený tím, že poměr míšení mezi mineralizátorem a záměsovou vodou je 25 kg až 50 kg mineralizátoru na 1000 kg vody.

9. Způsob podle kteréhokoli z nároků 1 až 8, vyznačený tím, že rostlinné plnivo z větší části sestává z vlákenných částic s průměrem od 0 do 5,0 mm.

10. Způsob podle nároku 9, vyznačený tím, že se vyrábí lehký beton nebo lehká mazanina, přičemž rostlinné plnivo z větší části sestává z vláknitých částic s délkou 5 mm až 40 mm.

11. Způsob podle nároku 9, vyznačený tím, že se vyrábí lehká omítka nebo tepelně izolační omítka, přičemž rostlinné plnivo sestává s výhodou z větší části z vláknitých částic s délkou pod 5 mm.

12. Způsob podle kteréhokoli z nároků 1 až 11, vyznačený tím, že při výrobě rostlinného plniva se použije jehličnaté dřevo, konopí a/nebo rákos.

13. Způsob podle kteréhokoli z nároků 1 až 12, vyznačený tím, že při výrobě rostlinného plniva se použijí rostliny z čeledi Miscanthus.

14. Způsob podle nároku 13, vyznačený tím, že při výrobě rostlinného plniva se použije rostlina miscanthus gigantheus.

15. Způsob podle kteréhokoli z nároků 1 až 14, vyzná čený tím, že se způsob používá pro výrobu lehkého betonu, lehké malty, lehké mazaniny, jakož i lehké omítky a tepelně izolační omítky.