NO168351B - Framgangsmaate for framstilling av lettilslagsbetong - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelsen angår en framgangsmåte for framstilling av lettilslagsbetong i tetthetsområdet 650- 1300 kg/m 3 sammensatt av en mørtel, omfattende et hydraulisk bindemiddel, sand, vann, luftporer samt et tilslagsmateriale bestående av en blanding av lette organiske og/eller uorganiske materialer.

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører nærmere beskrevet en framgangsmåte for framstilling av en separasjonsstabil betong med ekstremt lav fyllingstetthet og monolittisk struktur, noe som frambringes ved at det ved blandingen skapes et stabilt luftporesystem av såvel små som store luftporer, hvis vegger er fortykket ved hjelp av sementkorn- flokkulering samt at en mellomfraks jon av tilslags-materialet erstattes med korn med eksepsjonelt lav korn-tetthet. Med hensiktsmessig sammensetning av tilslags-materialet når det gjelder kornstørrelsesfordeling og korntetthetsfordeling samt luftporesystemets egenskaper, oppnås en støpemasse med gode støpeegenskaper så som god bevegelighet, homogenitet og separasjonsstabilitet.

Med hensiktsmessig sammensetning av tilslags-materialet forstås også valg av en mellomfraksjon med sfæriske, eksepsjonelt lette, hydrofobe og deformerings-motstandsdyktige korn som resulterer i en vannreduksjon uten konsistensendring. I herdet tilstand oppviser betongen egenskaper som karakteriserer betong med særlig god bestandighet mot klimatisk nedbrytning.

Mange ulike framgangsmåter for framstilling av betong med lavere tetthet enn vanlig betong er velkjent fra betongteknologiområdet.

Reduksjon av tetthet kan frambringes dels ved å øke porøsiteten av mørtelen, dvs. øke volumet av luft på bekostning av fast materiale, luft- eller gass-

innføring, dels ved å bytte ut faste materialkomponenter med stoffer med mindre tetthet. Eksempel på det første prinsippet er gassbetong, hulromsbetong og skumbetong.

Eksempel på det andre prinsippet er monolittisk lett-tilslagsbetong. Kombinasjoner av begge er dessuten kjente og utnyttet. Å bytte ut det tunge tilslagsmaterialet i normalbetong med tilslagsmateriale med mindre fyllingstetthet medfører flere problemer.

På grunn av tetthetsforskjeller mellom lette korn, partikkelfase og omgivende mørtel eller sementpasta, kontinuerlig fase, inntrer separasjon ved håndtering og støping.

Problemet er løst i 3L- betong ved en liten tilsetning av luftporedannende stoffer i form av polymere mikropartikler. Med 3L- betong forstås den betongen som er beskrevet i SE-patentskrift 7614519-2, 7614518-4 og 8100489-7. Hulromsbetong med lett tilslagsmateriale, skumbetong og gassbetong ligger hovedsaklig i

3

tetthetsområdet 300-700 kg/m .

Det er videre kjent å tilvirke betong med lav tetthet ved å innblande tilslagsmateriale med korntetthet under 100 kg/m 3og med kornstørrelse i området 0-3 mm til tyngre tilslagskorn som er større enn 3 mm. I samtlige av disse løsningene med innblanding av tilslagskorn med eksepsjonelt lav korntetthet oppstår stabilitetsproblemer i den ferske betongmassen.

Det er gjort forsøk på å løse dette på flere måter ved tilsetning av fortykningsmidler, luftporedannende stoffer, plastiserende og luftporedannende stoffer eller epoksyemulsjoner for å frambringe klebrighet på de lette tilslagskornenes overflate.

3

I tetthetsområdet 650-1050 kg/m savnes i dag sementbundete betongmasser med gode støpeegenskaper for å kunne tilvirke betong med monolittisk struktur (av gresk monos=en og lithos=stein). Framfor alt savnes slike betongtyper som egner seg for plasstøping.

Minskning av betongens fyllingstetthet ved å bytte ut tilslagsmateriale med høy korntetthet med tilslagsmateriale med lav korntetthet er mulig både når det gjelder små korn, sand og store korn og stein. Den vanligste framgangsmåten innebærer å bytte ut tilslagsmateriale med kornstørrelser innenfor grovtilslagsområdet. I fintilslagsområdet kan erstatningspartiklene være luftporer. Med hensyn til at det i en mørtelblanding skal finnes sandpartikler med størrelsen 0,2-0,6 mm for dannelse av luftporer, kan sandpartikler utenfor dette området (<0,2 hhv. >0,6 mm) erstattes med luftporer. Volumet av porene bestemmes av type og mengde luftporedannende stoffer mens størrelsesfordelingen reguleres av tilslagsmaterialesammensetningen og luftporedannertypen. Problemet består i å stabilisere luftporene, noe som løses ved hjelp av oppfinnelsen.

Innenfor bygningsmaterialområdet tillegges materialets bestandighet stadig større betydning. Dette gjør det viktig å samtidig med forsøket på å frambringe lette materialer kunne minimere den vanlige uunngåelige forringelsen av tekniske egenskaper og bestandighet. Til den foreliggende oppfinnelsen hører løsningen at betongens bestandighet, så som evne til å motstå nedbrytning av klimaet, tilsvarer en høykvalitativ normalbetongs bestandighet og t.o.m. er denne overlegen i visse tilfeller.

For å oppnå en monolittisk betong der hulromsvolumene mellom tilslagskornene er fullstendig utfylt, kreves et minste volum av bindemiddelfase hvor det også kan inngå luftporer.

Betongemassens bevegelighet krever et visst overskudd av denne kontinuerlige bindefasen sammenliknet med hva som

er teoretisk nødvendig. Med hensyn til den herdete betongens egenskaper skal imidelertid overskuddsvolumet være minimalt. En god støpbar, dvs. bevegelig og stabil betong, forutsetter at tilslagsfraksjonenes kornstørrelsesfordeling har en

volummessig kontinuerlig fordeling uten partikkelavstand. Videre skal kornene ha en tilnærmet sfærisk form.

Teorier og modeller for kontinuerlig kornfordeling av tilslagsmaterialet finnes angitt i litteraturen. Fuller-kurven er ofte, benyttet som norm for en ønsket partikkelfordeling. Av dette framgår at spillrommet for de ulike delmaterialenes volumandeler er temmelig begrenset.

En velkomponert monolittisk lettilslagsbetong har følgende omtrentlige sammensetning:

Fra bestandighetssynspunkt er det ikke ønskelig å overdrive volumet med luftporer for å minske betongens tetthet. Poresystemer åpne for vann øker angrepsflata med raskere nedbrytning som følge. Betongens tetthet blir da, som det framgår av ovenstående tabell, hovedsaklig avhengig av tilslagsmaterialets korntetthet.

Nå for tiden kan det anses som ålment vedtatt at luftporesystem gis bestemte egenskaper såsom porevolum, porestørrelse og fordeling for å oppnå god frostbestandighet i betongen. Som oftest bruker man å stille krav til største avstandsfaktor, som bl.a. kreves for å beregne minste kritiske luftporevolum. Luftporer dannes i løpet av blandingen. Sandpartikler i størrelsesområdet 0,2-0,6 mm har dermed vist seg å ha en avgjørende betydning for luftporedannelsen. Mekanismen for luftporedannelse baseres på en samvirkning mellom luftporedannende stoffer, sementkorn, vann og den nevnte sandfraksjonen. Sandkornene vil i blottlagte flater mot luft gi ujevnheter. Idet to mot hverandre liggende flater lukkes, innkapsles luft. Sandpartikler vil etterpå finnes i nærheten av luftporene og gi en geometrisk og mekanisk beskyttelse mot sammenbrudd.

Forsøk, og med teoretiske resonnementer som støtte, har vist at korntettheten for de ulike inngående kornstørrelsene har en stor betydning for betongmassens stabilitet. Herved er det ønskelig at kornenes tetthet minker med minkende korndiameter. Til støtte for dette kan anføres den forbindelsen mellom korntetthet i omgivende kontinuerlige fase, sementmørtel eller sementpasta, partikkeldiameter og bevegelseshastighet av kornene som uttrykkes ved Stokes formel.

Det normale forholdet ved porøse tilslagsmaterialer er at korntetthetene øker med minkende partikkelstørrelse. Dette er særlig utpreget for syntetisk mineraltilslag som ved tilvirkningen sintres til partikler i roterovner, eksempelvis lettklinker. De fleste lettilslagsmaterialer vil derfor være beheftet med ufordelaktig korntetthetsfordeling.

Ved tilsetning av en særskilt avpasset sammensetning av polymere mikropartikler, hvori inngår partikler med

forskjellige egenskaper og virkemåte, har separasjon kunnet forhindres ved forsterkning av sementpastaens tiksotropi og fortykkete sementpastaskall rundt luftporer. I den heredete betongen oppnås etter uttørking hydrofobe egenskaper likefordelt i strukturen.

For å forhindre separasjon av delkomponenter i den ferske betongen, skal følgende punkter bemerkes: 1. Balansering av dynamisk og gravimetrisk separasjon. Den dynamiske effekten oppnås ved eksempelvis vibrering idet sementpastaens viskositet minker og idet tilslagspartikler med ulik størrelse og tetthet kan bevege seg i forhold til hverandre. 2. Forsterkning av sementpastaens tiksotropi. Tiksotropi ytrer seg som forskjell i viskositet for sementpasta i hvile og under vibrering. Massen blir tilstrekklig lett bevegelig og formbar utelukkende under pakkings-perioden. 3. Økning av klebing mellom ballastkorn og bindemiddel ved forbedring av fukteevnen. Dette er særlig viktig idet tilslagskornenes flater har liten affinitet overfor vann, dvs. er hydrofobe. 4. Låseeffekten mellom tilslagskorn. For å få låsning kreves et visst minimumsvolum av grove tilslagspartikler og en viss fordeling i forhold til øvrige mindre partikler. 5. Stabilt luftporesystem. Luftporer dannes under blandingen ved minking av vannets overflatespenning eller adsorpsjon av hydrofobe- hydrofile partikler i grensesonen mellom luft og vann. Stabiliteten avhenger av styrken, deformerbarheten og dif fusjonstettheten av veggen som omgir luftporene.

Luftporer med sine vegger forenkler betongens bevegelighet, samtidig som de utgjør et hinder for at enkelte tilslagspartikler fritt kan bevege seg.

Risikoen for separasjon er spesielt stor idet tilslagskorhenes tetthet skiller seg betydelig fra tett-heten av den omgivende kontinuerlige fasen, idet viskositeten i denne fasen er lav, f.eks. ved vibrering og fordi volumet av tilslagskornene er lite.

Den klassiske teorien for betongens stabilitet baseres på gravitasjonskraftens innvirkning på de enkelte diskrete delkomponentene og på endringen av betongen med tiden under påvirkning av overlagrete krefter.

Bird, Stewart og Lightfoot har angitt en matematisk sammenheng for bevegelse av partikler i ulike medium, fra hvilken Stokes formel kan beregnes som spesialtilfelle. Partikkelhastigheten i følge Stoke bestemmes av følgende uttrykk:

der d er partikkeldiameteren, er tetthetsforskjellen mellom partikkel og kontinuerlig medium og er viskositeten. Stokes lov anvendes ved betraktninger av betong-sammensetningens stabilitet. For luftporer skal sementpastaen betraktes som bindemiddel ("matris") og for tilslagskornene alt det bindemiddel som inneholder partikler med mindre kornstørreise enn det undersøkte kornet.

Ren sementpasta har minst viskositet og jo mere luftporer og partikler som tilføres denne, jo mere øker viskositeten. Sluttresultatet blir at idet partikkeldiameteren øker (kvadratisk proporsjonalt), skal samtidig forskjellen mellom partiklenes korntetthet og bindemidlets tetthet minke og viskositeten øke. For lettilslagsbetong oppfylles dette om korntettheten minker med minkende kornstørrelse.

Bevegelsen av de største lettilslagskornene skal bringes til et minimum. Tiltrekningskrefter (ulike ladninger) mellom innbyrdes sementkorn er forklaringen på den flokkulerte tilstanden, som vanlig sementpasta befinner seg i. Ved tilførsel av energi, vibrasjoner, brytes disse tiltrekningskreftene og viskositeten minker.

Det er kjent at man kan forsterke kohesjonen og tiksotropien ved å innføre små partikler med spesifikke egenskaper, f.eks. av A1203 og Si02. I oppfinnelsen inngår tilførsel av en med kalsiumioner destabiliserbar, tensidkledd polymerpartikkel med størrelse omtrent som middelsementkornene. Slike partikler fordeles jevnt i sementpastaen og øker sementpastaens tiksotropi.

Et av de store aktuelle problemene innenfor betongutviklingen er å kunne frambringe stabile luftporesystem. En konvensjonell løsning går ut på å tilsette visse såkalte luftporedannere med virkning i molekylær skala ved adsorpsjon til fasegrensen vann og luft, ved delvis hydrofobering av sementkorn eller ved utfelling og dannelse av delvis hydrofobe flokker. I samtlige tilfeller skjer adsorpsjonen i fasegrensen vann- luft.

Hovedformålet med oppfinnelsen er å komme fram til en framgangsmåte for framstilling av lett ilslagsbetong, som gir forbedring med hensyn til de ulemper som er nevnt ovenfor. Dette kan kan oppnås ved å gå fram som angitt i patentkrav 1. Ytterligere trekk ved oppfinnelsen er angitt i de øvrige patentkravene.

Den foreliggende oppfinnelsen benytter en syntetisk med kalsiumionstabil aniontensid delvis kledd hydrofob polymerpartikkel med størrelse omtrent 1/10 av sement-partiklenes middelstørrelse, 5 mikrometer. Ved avpassing av partiklenes hydrofilitet og hydrofobitet fås disse til å adsorberes på fasegrensene mellom vann og luft og bidrar til dannelse og stabilisering av luftporene. Konsentrasjonen av disse polymere mikropartiklene i luftporeflater kunne studeres med SEM- teknikk.

De tidligere nevnte større polymerpartiklene med tiksotropiforsterkende effekt vil under blandingen konsentreres ved luftporenes overflate der tiksotropien og kohesjonen blir ytterligere forsterket. Også de mindre mikropartiklene bidrar til dette. Bevegeligheten av massen med tilslagsmateriale og porer skjer ved blandingen i skjærflater midt imellom partiklene og luftporene. Dermed dannes et skalliknende sterkt område rundt luftporene, som motvirker rékombineringen av luftporene og forvansker diffusjon av luft.

Oppbyggingen av forsterkete luftporevegger under betongblandingen og øvrig behandling i fersk tilstand ved aktiv virkning av flerfunksjonene polymerpartikler på hvilke forskjellige tensidsystemer er adsorbert, framgår av den følgende beskrivelsen.

Til grunn for forsterkning av luftporesystemet ligger utnyttelsen av ulike polymerpartikler, framfor alt stabilisert med ulike tensider. Polymerpartiklene er fortrinnsvis seg i mellom stabile og de kan fortrinnsvis blandes og lagres i form av en eneste dispersjon med partikkelkonsentrasjon av 10 til 50%. Den ene typen består av små polymerpartikler med diameter 0,1-1,0 mikrometer, stabilisert med et anionisk eller anionisk-ikke-ionisk tensid, hovedsaklig stabil overfor kalsiumioner (toverdige kationer) og høye pH-verdier (>12). Polymerpartiklene kan bestå av homopolymere eller kopolymere med såvel hydrofobe som hydrofile grupper, fortrinnsvis hydrofobe. Deres fordeling tilpasses bl.a. til tensidsystemet. Selve materialet i partiklene kan være filmdannende eller ikke filmdannende ved normal romtemperatur.

I den herdete betongens luftpore- og kapilloervegger dannes semipermeable polymersjikt, som ved sin hydrofobitet og begrensete gjennomslippelighet påvirker betongens bestandighet positivt. Den andre typen utgjøres av polymerpartikler, naturlige eller syntetiserte, med diameter 1-5 mikrometer, tilsvarende sementkornenes middeldiameter, stabilisert med et eller flere anioniske ikke kalsiumstabile tensider eller tensid som er ustabil overfor høye pH-verdier. På partiklenes overflate skal det overveiende finnes hydrofobe grupper. Med disse to beskrevne polymerpartiklene oppnås at ved blanding dannes og stabiliseres luftporer i mørtel og betong. Visse over-flateaktive stoffer, tensider, har evne, alt etter sin opp-bygging, til å adsorberes på flater. Tensidenes hydrofobe ende adsorberes på flater med hydrofob karakter, så som hydrofobe polymerpartikler. Tilsetting av sement- og tilslagspartikler til polymerdispersjonen innebærer at nye flater tilføres, slik at tensider kan overflyttes fra polymert later via vannfasen i betongen til de nye flatene selv om den overveiende delen har hydrofil karakter. Ved en slik omfordeling av tensidene på nye flater vil polymerpartiklenes hydrofobe flate øke og dermed selve evnen til å adsorberes på grensesonen vann-luft i luftporeflater. Avkledningseffekten kan forsterkes ved å tilføre nye hydrofobe flater til betongen, så som polymerpartikler med ikke tidligere tensidkledde flater. Polymerpartiklene kan ha tilslagspartikkelstørreise eller mindre. Overføringen og adsorpsjonen øker i styrke med økt hydrofobitet og mengden omplassert tensid er proporsjonal med det hydrofobe arealet.

Det som her er beskrevet er vanligvis knyttet til de kalsiumstabile tensidene. Den andre typen polymerpartikler med destabiliserbart tensid blir raskt forandret eller omdannet i kontakt med blandingsvannet, slik at de polymere mikropartiklene ikke lenger er dispergerbare. Ved at flatene mister sin ladning eller blir avkledde ved utfelling av tensidene, kan de flokkulere eller på annen måte festes til sement-eller tilslagskorn. Sementpastaens tiksotropi vil forsterkes.

I mørtel og betong dannes luftporesystem med polymere mikropartikler adsorbert i luftporeflåtene etter samme mekanisme som forekommer ved luftporedannelsen i 3L-betong. Den ytterligere effekten består av destabiliserte polymerpartiklenes virkning for å bygge opp forsterkete sjikt rundt luftporene.

Av Stokes formel framgår at det er de større luftporene, eksempelvis 100-500 mikrometer, som er mest på-virkbare av gravitasjonen og dermed mest separasjons-villige. I løpet av blandingen vil bevegelsen i skjær-flatene skje nær luftporeflåtene, imidlertid ikke gjennom selve luftporene. Som tidligere nevnt finnes det allerede polymerpartikler adsorbert på flatene. Ved bevegelse i nærheten av disse festes øvrige destabiliserte polymerpartikler på de i flata adsorberte og også til hverandre, jfr. snøballetfekten. På denne måten konsentreres polymerpartikler til poreveggene og forsterker disse.

Luftporene skal kunne betraktes som en del av en hul partikkel med polymerpartikkelstabiliserte vegger av sementpasta. Forholdet som er beskrevet er konstatert ved mikroskopistudier der sammenlikninger er gjort mellom flere forskjellige typer luftporedannere. En tydelig forskjell foreligger mellom veggoppbyggingen ved anvendelse av konvensjonelle luftporedannere og av utelukkende luftpore-stabiliserende polymerpartikler, som viser mer eller mindre langt kommet rekombinerbarhet. De såkalte luftpore-partiklenes tetthet eller porenes tilsynelatende tetthet kan bestemmes av uttrykket:

der t er veggtykkelsen og D er luftvolumets diameter. Ved tykkelsen 1/10 av diameteren vil den tilsynelatende tett-heten av luftporene ligge i området 600 - 800 kg/m 3, dvs. tetthet som er vanlig i lett tilslagsmateriale.

En sentral del av oppfinnelsen er komplekst virkende polymere mikropartikler som har som oppgave å stabilisere luftporer og betongmasse med lette tilslagskorn. Mikropartiklene er av to størrelser stabilisert med forskjellige tensidsystemer. De små partiklene skal hovedsaklig være sfæriske, ha en partikkeldiameter på 0,1-1,0 mikrometer, være kjemisk inerte i forhold til sement-mørtelens øvrige komponenter samt utmerkes ved et deres overflate som sådan er hydrofob og at det på denne hydrofobe partikkelflata adsorberes et anionisk eller svakt anionisk (anionisk - ikke ionisk) tensid i en mengde tilsvarende 0,1-5,0 vekt% beregnet på partikkelens overflate- Tensidet skal være stabilt eller delvis stabilt med hensyn på kalsiumioner og høye pH-verdier.

Som partikkelformet produkt skal anvendes en homopolymer eller en kopolymer av styren og/eller en eller flere estere av akryl- eller metakrylsyre med den generelle formelen:

der R1 = H eller CH3 og R2 = alkoholradikal med 1-18 karbonatomer, så som metylakrylat, etylakrylat, propylakrylat, butylakrylat, heksylakrylat eller 2-etylheksylakrylat, metylmetakrylat, etylmetakrylat, butylmetakrylat, heksylmetakrylat, 2-etylheksylmetakrylat og at disse polymerpartiklene har en partikkelstørrelse på fortrinnsvis 0,1 - 1,0 mikrometer og at det på deres overflate adsorberes 0,1 - 3,0 vekt% beregnet på hele partiklenes masse av et anioisk eller svakt anionisk tensid eller en kombinasjon av anionisk og ikke ionisk tensid. Varianter kan være partikler hvis hydrofobe del utgjøres av styren eller akrylater. En annen variant kan være at partiklene består av kopolymere av typen akryl-vinylidenklorid eller ren vinyliden-klorid på hvis overflate 0,1 - 3,0 vekt% av et anionisk tensid eller anionisk-ikke ionisk tensidkombinasjon adsorberes. En tredje variant av det partikkelformete materialet kan være partikler av en kopolymer av styren-butadien på hvis flate 0,1-5,0 vekt% anionisk eller anionisk-ikke ionisk tensid adsorberes. Videre kan partikkelformete materialer bestå av polyeten på hvis overflate anionisk eller anionisk-ikke ionisk tensidkombinasjon er adsorbert i en mengde på 0,1-5,0 vekt%. Den andre delen av partiklene utgjøres av den større typen med en partikkeldiameter på 0,5-10 mikrometer, fortrinnsvis 1-5 mikrometer av syntetisert type eller ikke syntetisert hydrofobt naturprodukt så som asfalt på hvis

overflate et anionisk kalsiuntdestabiliserbart tensid adsorberes. Som tensid kan eksempelvis anvendes såper av ulike slag.

De partikkelformete materialene av syntetisert

type framstilles enklest ved emulsjonspolymerisas jon i samsvar med for en stor del tidligere kjent teknikk, men den hydrofobe-hydrofile balansen som avspeiles i den for partiklene gjeldende likevekten mellom hydrofobe partikler og på disse adsorberte mengder anionisk eller anionisk-ikke ionisk tensidkombinasjon av kalsiumstabil karakter på ingen måte er den som oppnås ved en helt konvensjonell emulsjonspolymerisas jon. Balansen mellom de hydrofobe syntetiserte mindre partiklene og de på disse partiklene adsorberte mengdene anionisk eller anionisk-ikke anionisk tensidkombinasjon angir på en relativt generell måte så nøye som mulig den mengden tensid, som stabilt kan adsorberes på partiklenes overflate. Det partikkelmaterialet med den større størrelsen skal være belagt med et slikt tensid at destabiliseringen og utfellingen skjer så raskt og så fullstendig at disse partiklene ikke får

adsorbsjonsegenskaper for fasegrensen vann og luft. Dette er mulig ved å anvende tensider av typen såper. Partiklene

inngår i blandingen sementkorn og vann med jevn fordeling og er spesielt konsentrert til luftporevegger. Forholdet mellom de små og store har vist seg i vekt% å være i området 5-30%, fortrinnsvis 15-25%. For stor mengde av de kalsiumfølsomme

partiklene kan gi en økning av nødvendig vannsementtall og dermed forringete egenskaper av den herdete betongen. Videre kan også for stor andel store polymerpartikler gi inhomogeniteter i sementpastaen.

De tensidene som utnyttes for stabilisering av de mindre polymere mikropartiklene er også virksomme for fukting av tilslagsflater. Dette gjelder prinsipielt tensidtyper som er kalsiumstabile. Som hydrofobe tilslags-typer kan nevnes tilslagskorn av polystyren, polyeten, polyvinylklorid m.fl.

Jo større hydrofobitet overflatene har, desto sterkere adsorberes vanligvis tensidet. Fukting er en forutsetning for kombinerbarhet med vannet i sementpastaen.

De kalsiumfølsomme tensidene som tilhører stabilisering av de store polymerpartiklene forekommer også frie, dvs. uadsorberte. Ved binding av kalsiumioner har de mistet sin tensidvirkning, men kan etterlate sitt bidrag som et hydrofobt stoff i sementpastaen. Det er en kjent framgangsmåte å tilsette såpe for å frambringe hydrofobering av betong. Mengden totalt tilsatte polymerpartikler er praktisk å bestemme etter mengden sement. Effektene som er beskrevet oppnås ved en tilsetning på 0,2-3,0 vekt% beregnet på sementvekten av samtlige inngående definerte mikropartikkelformete materialer, fortrinnsvis 0,4-1,2 %. Dermed oppnås et luftporevolum som ligger i området 0,06-0,18 m 3 /m 3 totalt betongvolum, for det meste i området 0,08-0,12 m 3 /m 3. Her er det da forutsatt at sementmengden går opp til 300-350 kg/m 3 og at ren portlandssement med spesifikk overflate 300-400 m 2/kg anvendes.

Følgende forsøk viser innvirkning av dynamisk separasjon, rettet mot gravimetrisk separasjon:

1. Lett tilslagsmateriale, kornstørrelse 4-8 mm

3

korntetthet 700 kg/m , blandes med styrencelle-plastpartikler, kornstørrelse 2-4 mm og korntetthet 30 kg/m 3i volumforhold 1:1, i et kar med gjennomsiktige vegger. Karet plasseres på et vibrasjonsbord, frekvens 50 Hz, og separeringsforløpet iakttas i løpet av vibreringen. Etter ca. 30 sekunder vil største delen av de lette polystyrenkornene samles i bunnen av karet.

2. Normal finsand (<2 mm) tilsettes

lettilslagsblandingen i samsvar med punkt 1. I løpet av vibreringen sees at finsanden stabiliserer blandingen og separasjonen drøyes.

3. Betong lages med følgende sammensetning:

Betongen fylles i en betongform, type veggform, med høyde minst 50 cm. Etter ett døgn avformes elementet og sages i to i høyderetningen. Dermed kan man iaktta en tydelig separasjon. De lettere polystyrenpartiklene har ved dynamisk separasjon blitt forskjøvet mot bunnen av elementet. 4. Betong med sammensetning i samsvar med punkt 3, der den konvensjonelle luftporedanneren byttes ut med polymerdispersjonen, beskrevet i svensk patent 7614519-2, 7614518-4, 8100489-7. Betongen oppnår et luft-volum som tilsvarer omtrent 10 vol%. Under vibreringen vil luftporene motvirke tilslagsseparasjonen idet luftporene har en tendens til å ikke forlate pastaen uten å drives mot vibreringskilden. De tilsatte eksepsjonelt lette tilslagspartiklene består hovedsaklig av ekspandert polystyren med partikkeldiameter 0,5-4 mm. Mengde tilsatte polymere mikropartikler var 0,5-3% av sementvekten, fortrinnsvis 0,5-1,0%. Volum tilsatte ekspanderte polymerpartikler var 5-55 % av lettilslagsvolumet. Med den kompleksfunksjonelle mikropartikkelsammensetningen som her er beskrevet ble følgende resultat oppnådd.

Fersk betong:

Ved tilvirking av betongmassen kan de ekspanderte polystyrenpartiklene tilsettes etter at mikro-partikkeltilsetningen delvis har nådd sin tiltenkte virkning på de øvrige delmaterialene.

Ytterligere luftporer oppnås i forbindelse med fukting av polymeroverflata av det hydrofobe tilslagsmaterialet.

Konsistensintervallet for betong i tetthetsområdet 700-1200 kg/m 3 er 30-40 cm målt i utbredning. Tilsvarende konsistensverdi for 3L-betong er 36-42 cm. Sammenholding og homogenitet kan bedømmes ved bestemmelse av utbredningsmålet på samme måte som ved bedømming av vanlig

betong eller 3L-betong. Komprimering av betongen krever noe redusert og mer fordelt pakkingsenergi. Ved pakking med

vibrering oppnås ubetydelig separering av de inngående lette og tunge tilslagspartiklene eller sementpastaen. En viktig observasjon er at man har kunnet minske mengden tilsatt vann sammenliknet med blandinger uten ekspanderte poly styrenpartikler og ha uforandret formbarhet og sammenholding. Det er kjent for vanlig betong at man med luftporer kan minske vanninnholdet uten at konsistensen endres. Tommelfingerregelen er at 1% luftinnholdøkning reduserer vannmengden med 5 liter/m 3. Ved tilsetning av ekspanderte polystyrenpartikler eller liknende tilslagsmateriale kan vannmengden reduseres med omkring 25% beregnet på summen av inngående volum luftporer og ekspandert polystyren uten endring av konsistensen. For betongegenskaper vanligvis er det viktig å forsøke å kunne minske mengden blandingsvann uten at konsistensen endres. Dette har vist seg mulig å oppnå ved å bytte ut visse tilslagsfraksjoner som tidligere beskrevet. Kornene skal ha sfærisk form, ikke være vannabsorberende, ha ekstremt lav korntetthet og stor deformerbarhet. Et materiale som oppfyller disse kravene er bl.a. ekspanderte polystyrenpartikler med størrelse fra 0,5 opp til noe over 8 mm. Partiklene virker ved å gi stor bevegelighet av betongmassen, kulelagervirkning. Blandingstidene kan holdes lave, og luftporedannelsen kan forenkles.

Herdet betong:

Den herdete betongens styrke følger i stort sett de forbindelser som er vist i Olav Berges doktoravhanling "Armerte konstruksjoner i lettilslagsbetong", og kan settes som en funksjon av mørtelens og ballastens ekvivalente styrke og deres volum. De gjennomførte forsøkene tyder på at middelstyrkene ligger 10-15% over de forventete verdiene. Dette kan forklares med at de sfæriske ekspanderte polystyrenpartiklene danner et nærmest sfærisk hulrom med et forsterket skall eller vegg av sementpasta. Denne skallvirkningen tyder på en positiv innvirkning på styrkeegenskapene. Skalloppbyggingen har en påtakelig lik-het med den som ovenfor er beskrevet for luftporer med de positive konsekvenser som oppnås også i fersk tilstand, så som øking av korntettheten. I det utprøvde tetthetsområdet 700-1200 kg/m 3 ligger trykkstyrkene i området 4,5-14,0

MPa. Den relative styrketilveksten er større enn i 3L-betong og dermed betydelig større enn i normalbetong. Som retningsverdi angis en 1-døgnsstyrke som overstiger 50% av 28-døgnsstyrken ved normallagring. Som direkte utmerkende positive effekter i den herdete betongen kan nevnes: -Frostbestandigheten er svært god, uansett hvilken prøvningsmetode som anvendes, og t.o.m. bedre enn for 3L-betong. -Brannbestandigheten har mot formodning vist seg å være overraskende god. Ved høye temperaturer smelter polystyrenmaterialet og dekker hydratiseringsproduktene hvorved en polymerfilm dannes i hulromsveggen. Ved åpen flamme mot polystyrenpartiklene i betongens overflatesjikt utvikles ikke brennbare gasser i slik omfatning som kreves for antenning og opprettholdelse av forbrenning. -Som retningsverdier for betongens termiske konduktivitet angis følgende verdier: -Innføringen av polystyrenpartikler i betongmassen medfører en minsket vannabsorpsjon. Dette følger av at partiklene i seg selv ikke absorberer vann verken i den ferske eller den herdete betongen. Lavt vanninnhold i betongen innebærer også minsket byggefukt og kortere uttørkingstid. -Man kan hensiktsmessig frambringe en utsintring av polymerpartiklene i betongens overflatesoner ved lokal varmebehandling eller ved svelling med hensiktsmessige løsningsmidler.

Eksemplet nedenfor gjelder betongtyper framstilt ved framgangsmåten i samsvar med oppfinnelsen.

EKSEMPEL 1. Fraksjon 1-4 mm polystyren, 4-12 mm lett tilslagsmateriale .

a. Tetthetsklasse:700 kg/m<3> (28d) 750 kg/m<3> (fersk)

b. Tetthetsklasse: 800 kg/m<3> (28d) 850 kg/m<3> (fersk) c. Tetthetsklasse: 900 kg/m3 (28d) 950 kg/m<3> (fersk) d.Tetthetsklasse: 1000 kg/m<3> (28d) 1050 kg/m<3> (fersk) e.Tetthetsklasse: 1100 kg/m<3> (28d) 1145 kg/m<3> (fersk) f.Tetthetsklasse: 1200 kg/m<3> (28d) 1245 kg/m<3> (fersk) EKSEMPEL 2.-Fraksjon 1-4 mm 80% lettklinker og 20% polystyren. 4-12 mm lett tilslagsmateriale. EKSEMPEL 3. Fraksjon 1-4 mm polystyren, 4-12 mm slagg-pellets (korntetthet 1600 kg/m<3>).

Eksempel 2 viser at man kan justere en tilslags-fraksjons middeltetthet for å senke betongens tetthet. Eksempel 3 viser at man kan minske betongkostnadene ved å anvende billigere delmaterialer.

Claims (5)

1. Framgangsmåte for framstilling av lettilslagsbetong i tetthetsområdet 650-1300 kg/m<3 >sammensatt av en mørtel, omfattende et hydraulisk binde-middel, sand, vann, luftporer samt et tilslagsmateriale bestående av en blanding av lette organiske og/eller uorganiske materialer, karakterisert ved at tilslagssammensetningen velges slik at partikkeldensitetene øker med økende partikkelstørreise kontinuerlig eller trinnvis og at støpemassens stabilitet ytterligere økes ved tilsetning av en kombinasjon av polymere mikropartikler av to ulike typer og med ulike virkemåter for å danne stabile luftporer med fortykkete vegger, slik at disse porene i støpemassen beregningsmessig kan være lik små sfæriske partikler med bestemt veggtykkelse og partikkeltetthet, hvor mikropartiklene har en sammenlagt tørrstoffmengde tilsvarende 0,1-5,0% av bindemiddelmengden, hvorved kombinasjonen delvis består av polymerpartikler med en partikkelstørrelse på 0,1-1,0 mikrometer på hvis overflate 0,1-5,0 vektprosent anionisk eller anionisk-ikke ionisk, i det minste delvis kalsiumstabil tensidkombinasjon er adsorbert og delvis av polymerpartikler med en partikkelstørrelse på 0,5-10 mikrometer, på hvis overflate en anionisk eller anionisk-ikke ionisk kalsiumdestabiliserbar tensidkombinasjon er adsorbert i en mengde på 0,1-5,0 vektprosent, og den større polymerpartikkeltypen inngår i en mengde tilsvarende 5-30%, fortrinnsvis 15-25%, i vekt av den totale massen polymer-mikropart ikler.

2. Framgangsmåte i samsvar med krav 1, karakterisert ved at tilslagsmaterialet innbefatter fintilslagsmateriale som utgjør ekspanderte polymere, av type polystyren, polyeten, polyuretan, og med korntetthet 10-50 kg/m 3 og med en korndiameter i området 0,5-8 mm, fortrinnsvis 1-4 mm, eller en kraftig ekspandert uorganisk finfraksjon i korn-tetthetsområdet 40-200 kg/m<3 >og i tilsvarende størrelsesområde.

3. Framgangsmåte i samsvar med krav 1, karakterisert ved at som partikkelformet produkt, med en partikkelstørrelse på 0,1-1,0 mikrometer, som skal innlemmes i mørtelen velges en homopolymer eller en kopolymer av styren og/eller en eller flere estere av akryl-eller metakrylsyre med den generelle formel der 1^= H eller CH3 og R2= et alkoholradikal med 1-18 karbonatomer, så som metylakrylat, etylakrylat, propylakrylat, butylakrylat, heksylakrylat eller 2-etylheksylakrylat, metylmetakrylat, etylmetakrylat, butylmetakrylat, heksylmetakrylat og 2-etylheksylmetakrylat.

4. Framgangsmåte i samsvar med krav 1, karakterisert ved at det som partikkelformet produkt, med en partikkelstørrelse på 0,1-1 mikrometer, som skal innlemmes i mørtelen, velges en kopolymer av akryl-vinylidenklorid eller styren-butadien.

5. Framgangsmåte i samsvar med krav 1, karakterisert ved at det som partikkelformet produkt, med en partikkelstørrelse på 0,5-10 mikrometer, som skal innlemmes i mørtelen, velges en polymer så som asfalt.