PL236977B1 - Sposób wytwarzania betonowych kształtek budowlanych metodą wibrowania lub wibroprasowania - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania betonowych kształtek budowlanych z otworami, szczelinami lub wybraniami, w szczególności pustaków i bloczków, metodą wibrowania lub wibroprasowania.

Znane są powszechnie kształtki budowlane - pustaki i bloczki - wytwarzane z betonu. Przy ich wytwarzaniu surowcem wyjściowym jest cement mieszany z piaskiem i wodą, z wykorzystaniem kruszyw i ewentualnie wypełniaczy. Zamiennie wykorzystuje się do tego celu grys, żużel lub pyły węglowe. Podstawowym problemem przy stosowaniu tego typu wyrobów jest ich duża masa oraz słabe właściwości termoizolacyjne. Poprawa izolacji cieplnej osiągana jest poprzez stosowanie dodatkowych elementów izolacyjnych w postaci mat lub płyt z materiałów izolacyjnych takich jak styropian czy wełna mineralna. Maty lub płyty izolacyjne są przyklejane do kształtek budowlanych lub mocowane do nich za pomocą łączników mechanicznych. Możliwe jest też natryskiwanie izolacji na całą powierzchnię ściany wykonanej z takich kształtek.

Znany jest z opisu DE 3524115 lekki materiał budowlany składający się z substancji mineralnych, na przykład zapraw lub gipsu, zawierający szklane mikrokulki rozprowadzone zasadniczo równomiernie w mieszaninie. Wprowadzenie kulek szklanych prowadzi do zmniejszenia gęstości z jednoczesną poprawą wytrzymałości, izolacji cieplnej, ochrony przeciwpożarowej i izolacji dźwiękowej.

Z opisu FR 2682413 znany jest bloczek betonowy, o gęstości co najwyżej 600 kg/cm3, zawierający spieniony granulat szklany oraz zawierający od 3 do 10% wagowych lotnego popiołu węgla. Granulki szkła mają dwa rozmiary - odpowiednio 2/4 mm i 3/8 mm. Sposób wytwarzania tego tworzywa obejmuje mieszanie składników, a mianowicie kruszywa i dodatków oraz wody, wprowadzenie utworzonej w ten sposób mieszaniny do formy odpowiadającej kształtowi bloczka, przy czym forma jest umieszczona na stole wibracyjnym, wywołanie wibracji stołu, sprasowanie mieszaniny w formie i suszenie wyrobu, a następnie utrzymywanie go w wilgotnej atmosferze przez określony czas.

W opisie JP2002240013 ujawnione jest rozwiązanie wykorzystujące przy wytwarzaniu bloków betonowych odpady przemysłowe w postaci szkła i żużla. Sposób wytwarzania bloku betonowego z wypełniaczem szklanym obejmuje etap wypełniania formy mieszaniną cementu, wody oraz elementów szklanych, następnie etap dodania drobnego kruszywa i żużla gruboziarnistego a następnie formowanie wyrobu. W otrzymanym wyrobie na zewnętrznej powierzchni znajdują się kawałki szkła.

Opis zgłoszenia PL P.392586 przedstawia zastosowanie szkła piankowego do wytwarzania kształtowych prefabrykatów budowlanych w postaci płyt, bloków i dowolnych elementów kształtowych. Surowcem do wytwarzania jest szkło piankowe w postaci granul o porach zamkniętych o średnicy w przedziale 1-15 mm i/lub w postaci kruszywa, którego maksymalna wielkość mierzona po najdłuższej przekątnej nie przekracza 15 mm, lepiszcze mineralne oraz mikrowypełniacze. Udział objętościowy szkła piankowego wynosi od 70-89%, lepiszcza od 7-26%, a mikrowypełniacza 4% z tym, że propozycja udziału objętościowego szkła piankowego do lepiszcza mineralnego przy stałym udziale objętościowym mikrowypełniacza jest zależna od przeznaczenia elementu ściennego i dla elementów o wysokiej termoizolacyjności udział szkła piankowego wynosi maksymalnie 89% a dla elementów o wysokiej wytrzymałości mechanicznej udział szkła piankowego wynosi maksymalnie 70%. Lepiszczem jest cement wysokoglinkowy lub mineralno-polimerowy.

Celem wynalazku jest wprowadzenie nowego sposobu wytwarzania umożliwiającego zwiększenie termoizolacyjności betonowych kształtek oraz jednoczesne obniżenie ich masy. Zwiększenie termoizolacyjności powinno nastąpić przez zaimplementowanie izolacji do pustek i struktury kształtek budowlanych, bez zwiększania ich gabarytów.

Sposób według wynalazku obejmuje wytwarzanie betonowych kształtek budowlanych metodą wibrowania lub wibroprasowania, w szczególności pustaków i bloczków, o różnej wielkości, gęstości i liczbie otworów, szczelin lub wybrań, w którym to sposobie stosuje się w składzie wyjściowym cement, wodę i wypełniacz, a po zmieszaniu składników i napełnieniu form poddaje się je wibrowaniu lub wibroprasowaniu, po czym następuje wstępne związanie betonu - uzyskanie wytrzymałości początkowej.

Istota rozwiązania według wynalazku polega na tym, że po uformowaniu kształtek i wstępnym związaniu betonu otwory, szczeliny lub wybrania pustaków i bloczków wypełnia się pianką poliuretanową PU zamknięto-komórkową o gęstości od 18 do 60 kg/m³, warstwą o grubości od 2 cm do 24 cm, a następnie po wyschnięciu betonu i utwardzeniu pianki powierzchnie pustaków i bloczków wraz z naddatkiem utwardzonej pianki PU poddaje się frezowaniu, przy czym jako wypełniacz mieszanki betonowej stosuje się mieszaninę piankowego granulatu szklanego powstałego z recyklingu opakowań szklanych,

PL 236 977 B1 o różnych średnicach, od 0,5 do 20 mm, w ilości od 15,95% do 63,36% wagowo mieszanki betonowej, z domieszką piasku w ilości od 1,98% do 31,91% wagowo mieszanki betonowej.

Jako materiał izolacyjny, implementowany do pustek wyrobu, stosuje się piankę poliuretanową PU, która ma jedne z najlepszych właściwości izolacyjnych (1 cm grubości pianki PU ma przybliżone wartości izolacyjne do 1,8 cm grubości warstwy styropianu lub 2,5 cm grubości warstwy wełny mineralnej). Pianka ta nie pali się, jest odporna na działanie wody, grzybów, pleśni, jest dyfuzyjna. Poprzez wypełnienie otworów, szczelin i wybrań wynikających z konstrukcji pustaka lub bloczka podczas ich procesu produkcyjnego następuje zaimplementowanie izolacji, która jest trwale związana z kształtką i nie zwiększa jej gabarytów. Izolacja taka nie wymaga ani dodatkowych zamocowań mechanicznych ani też klejowych. Ponadto nie musi być nanoszona na placu budowy.

Drugi materiał izolacyjny jest implementowany do struktury kształtki budowlanej - jest to wypełniacz masy betonowej, który ma jednocześnie właściwości izolacyjne. Jako wypełniacz zastosowane jest szkło odpadowe po recyklingu w postaci spienionego granulatu szklanego. Szkło piankowe to materiał składający się z hermetycznie zamkniętych szklanych komórek. Jest to porowaty, nieorganiczny materiał o bardzo dobrych właściwościach izolacyjnych. Granulat ma formę kulistą, której wielkość może wynosić od ułamków milimetra do kilkunastu milimetrów w zależności od tego jaki typ kształtki ma powstać. Ze względu na specyfikę struktury porów oraz składu fazowego jest jednym z najbardziej efektywnych spośród znanych lekkich wypełniaczy. Jednolitość poszczególnych granulek i ich struktura powoduje, że granulowane szkło piankowe dzięki swoim zaletom znacznie przewyższa pozostałe izolatory cieplne. Zastąpienie surowców naturalnych granulatem piankowym ze szkła odpadowego doprowadzi do wielu zmian zwiększających jakość i parametry techniczne wyrobu.

P r z y k ł a d I

Dla otrzymania 1 m³ mieszaniny ciasta betonowego przyjmuje się:

- cement typu CEM I 42,5 w ilości 125 kg

- piasek 0-2 mm w ilości 10 kg

- szkło piankowe w postaci mieszaniny kulistych ziaren o różnej średnicy od 0,5 mm do 4 mm w ilości 320 kg

- wodę w ilości 50 kg

Otrzymaną mieszaniną napełnia się formy a następnie poddaje procesowi wibrowania lub wibroprasowania otrzymując betonowe kształtki budowlane.

Wyrób zawiera w całej swej objętości granulat szklany. Koncentracja granulatu szklanego wynosi 63,36% wagowo mieszanki. Tak uzyskany produkt będzie wykazywać gęstość między 485-525 kg/m³, 75% niższą w stosunku do zwykłego betonu (2000-2200 kg/m³).

Następnie związane wstępnie kształtki, po uzyskaniu wytrzymałości początkowej w czasie około 13 godzin, poddaje się procesowi implementacji wewnętrznej izolacji wprowadzając z dozownika do wnętrza ich pustek - otworów, szczelin lub wybrań - materiał izolacyjny w postaci pianki poliuretanowej PU zamknięto-komórkowej o gęstości 18 kg/m³, warstwą o grubości od 2 cm do 24 cm, w zależności od wielkości pustki. Potem po dalszym związaniu betonu i utwardzeniu pianki powierzchnie pustaków i bloczków wraz z naddatkiem utwardzonej pianki PE poddaje się frezowaniu.

P r z y k ł a d II

Dla otrzymania 1 m³ mieszaniny ciasta betonowego przyjmuje się:

- cement typu CEM I 42,5 w ilości 350 kg

- piasek 0-2 mm w ilości 300 kg

- szkło piankowe w postaci mieszaniny kulistych ziaren o różnej średnicy od 4 mm do 20 mm w ilości 150 kg

- wodę w ilości 140 kg

Otrzymaną mieszaniną napełnia się formy a następnie poddaje procesowi wibrowania lub wibroprasowania otrzymując betonowe kształtki budowlane.

Wyrób zawiera w całej swej objętości granulat szklany. Koncentracja granulatu wynosi 38,01% objętości mieszanki. Tak uzyskany produkt będzie wykazywać gęstość między 920-960 kg/m³, ok. 50% niższą w stosunku do zwykłego betonu (2000-2200 kg/m³).

Następnie związane wstępnie kształtki, po uzyskaniu wytrzymałości początkowej w czasie około 13 godzin, poddaje się procesowi implementacji wewnętrznej izolacji wprowadzając z dozownika do wnętrza ich pustek - otworów, szczelin lub wybrań - materiał izolacyjny w postaci pianki poliuretanowej PU zamknięto-komórkowej o gęstości 60 kg/m³, warstwą o grubości od 2 cm do 24 cm, w zależności od

PL 236 977 B1 wielkości pustki. Potem po dalszym związaniu betonu i utwardzeniu pianki powierzchnie pustaków i bloczków wraz z naddatkiem utwardzonej pianki PU poddaje się frezowaniu.

Stosując sposób według wynalazku otrzymuje się w procesie produkcyjnym gotowe wyroby o podwójnej izolacji, bez zwiększania ich gabarytów.

Pianka poliuretanowa posiada doskonałe właściwości termoizolacyjne, uzyskiwane dzięki zachowaniu ciągłości (budowie monolitycznej), braku łączeń a więc mostków termicznych. Na cechy termoizolacyjne wpływa również szczelność strukturalna pianki, która ogranicza przepływ powietrza przez materiał (infiltrację) oraz blokuje prądy konwekcyjne. Struktura drobnych zamkniętych komórek powoduje, że znajdujący się w nich gaz krąży wewnątrz każdej niezależnej komórki zmniejszając przepływ ciepła (energii) do następnej. Zagłębiając się coraz bardziej do wnętrza pianki zjawisko to zanika, ponieważ ciepło nie jest przekazywane, tak jak w otwartej strukturze wełny mineralnej czy pianki otwarto-komórkowej.

Pianka zamknięto-komórkowa odznacza się dużą wodoszczelnością i podwyższonym oporem dyfuzyjnym, który ogranicza kondensację pary wodnej, a więc wpływa pozytywnie na właściwości termoizolacyjne materiału. Materiał ten skutecznie ogranicza straty ciepła nawet 70%. Jako materiał hydroizolacyjny pianka PU, dzięki ciągłości - braku łączeń, gwarantuje zachowanie szczelności i wodoodporność. Stanowi zatem materiał będący termo i hydroizolacją w jednym.

Ponadto pianka ta jest niepalna i może być powtórnie poddana recyklingowi do postaci granulatu.

W zależności od wielkości komór w bloczku od 2-24 cm po wypełnieniu pianką poliuretanową zamknięto-komórkową uzyskuje się materiał budowlany o bardzo dobrych parametrach, o współczynniku przenikania ciepła U dużo poniżej 0,20 W/(m²-K). W przypadku zastosowania szkła piankowego jako wypełniacza uzyskuje się współczynnik przenikania ciepła U ~ 0,16 W/(m²-K).

Stosując sposób według wynalazku otrzymuje się produkt, który charakteryzuje się bardzo dużą odpornością na warunki atmosferyczne. Warstwa poliuretanowa oprócz doskonałej właściwości izolacyjnej cechuje się również odpornością na kwasy, środki chemiczne i biologiczne. Brak nasiąkliwości w połączeniu z betonem jako warstwy użytkowej stworzy ochronę przed obciążeniami mechanicznymi, ścieralnością jak i działaniem promieniowania UV. Wytworzony w ten sposób podwyższony opór dyfuzyjny zmniejszy znacznie kondensację pary wodnej, co jest bardzo ważne z punktu widzenia izolacji pomieszczeń, w których dyfuzyjność jest zbyt duża i dochodzi do zawilgocenia innych materiałów izolacyjnych, na przykład wełny mineralnej, co skutkuje powstawaniem pleśni w izolowanym pomieszczeniu.

Poprzez zastosowanie w produkcji kształtek mieszaniny rożnych średnic granulatu szkła piankowego (w zależności od potrzeb o średnicy od 0,5 do 20 mm) powstałego z recyklingu opakowań szklanych, ewentualnie z domieszkami keramzytu, piasku i popiołu, otrzymuje się po zawibrowaniu i prasowaniu w formach kształtki - pustaki i bloczki - o podwójnej izolacji, bez zmiany ich gabarytu a jednocześnie z obniżeniem masy.

Szkło piankowe jest produktem bardzo dobrze pochłaniającym dźwięk. Dzięki kulistej, przestrzennej strukturze zróżnicowanych wielkościowo porów, jest w stanie absorbować wszelkie generowane fale dźwiękowe i izolować dźwięki do 55 dB.

Masa szkła piankowego to tylko 150-350 kg/m³. Jest to materiał kilkanaście razy lżejszy od tradycyjnych kruszyw i wypełniaczy.

Wysoka wytrzymałość szkła piankowego mieści się w przedziale od 1,2-2,5 MPa, przy czym charakterystyki wytrzymałości nie zmieniają się z upływem czasu i nie pogarszają się przy całkowitym nasyceniu wodą.

Wchłanianie przez szkło spienione wody, przy zanurzeniu go w płynie nie przekracza 10% ogólnej objętości materiału. Jest to uwarunkowane nagromadzeniem wilgoci w warstwie powierzchniowej zniszczonych komórek i nie wzrasta z biegiem czasu. Przy pełnym nasyceniu szkła piankowego wodą nie traci ono swoich właściwości, tak termofizycznych jak i wytrzymałościowych.

Długotrwały termin eksploatacji szkła piankowego wynika z wodoszczelności komórek szkła. Dzięki temu materiał nie wchłania pary i wilgoci, zachowuje swoją izolację oraz wytrzymałość przez cały okres eksploatacji.

Otrzymany produkt charakteryzuje się wysoką odpornością na ogień, przekraczającą 4 godziny, odporny jest na działanie grzybów i bakterii przez swój zasadowy charakter.

PL 236 977 B1

Dzięki frezowaniu wysokości kształtek i zastosowaniu w formie pióro-wpustu otrzymuje się produkt łatwy i bardzo szybki w montażu. Łącząc kształtki fugą poziomą, unika się przez to mostków termicznych na fugach pionowych, zaś sama grubość fugi poziomej jest minimalizowana przez precyzyjne frezowanie elementów na wysokość.

Wyroby otrzymane sposobem według wynalazku mają wiele zastosowań w budownictwie, jako materiał na fundamenty, ściany nośne, działowe, pustaki stropowe jak i okładziny fasadowe.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   1. Sposób wytwarzania betonowych kształtek budowlanych metodą wibrowania lub wibroprasowania, w szczególności pustaków i bloczków, o różnej wielkości, gęstości i liczbie otworów, szczelin lub wybrań, w którym to sposobie stosuje się w składzie wyjściowym cement, wodę i wypełniacz, a po zmieszaniu składników i napełnieniu form poddaje się je wibrowaniu lub wibroprasowaniu, po czym następuje wstępne związanie betonu - uzyskanie wytrzymałości początkowej, znamienny tym, że po uformowaniu kształtek i wstępnym związaniu betonu otwory, szczeliny lub wybrania pustaków i bloczków wypełnia się pianką poliuretanową PU zamknięto-komórkową o gęstości od 18 do 60 kg/m³, warstwą o grubości od 2 cm do 24 cm, a następnie po wyschnięciu betonu i utwardzeniu pianki powierzchnie pustaków i bloczków wraz z naddatkiem utwardzonej pianki poliuretanowej PU poddaje się frezowaniu, przy czym jako wypełniacz mieszanki betonowej stosuje się mieszaninę piankowego granulatu szklanego powstałego z recyklingu opakowań szklanych, o różnych średnicach, od 0,5 do 20 mm, w ilości od 15,95% do 63,36% wagowo mieszanki betonowej, z domieszką piasku w ilości od 1,98% do 31,91% wagowo mieszanki betonowej.