PL249773B1 - Zaprawa piaskowo-cementowa z kruszywem sztucznym - Google Patents

Abstract

Zaprawa piaskowo-cementowa z kruszywem sztucznym, które powstaje w wyniku celowych procesów przemysłowych lub jest wykonane z odpadków przemysłowych, przeznaczona do zastosowania w konstrukcjach lekkiej obudowy takiej jak: podkłady kolejowe, drogi komunikacyjne dla pieszych, produkcja lekkich prefabrykatów albo do termoizolacji, w której występuje potrzeba zmniejszenia ciężaru własnego konstrukcji, w skład której wchodzi cement, piasek, kruszywo sztuczne oraz woda, charakteryzuje się tym, że na każde 6,00 cz. wag. cementu przypada piasek w ilości od 5,10 do 11,90 cz. wag., kruszywo sztuczne w ilości od 2,60 do 6,06 cz. wag. i woda w ilości od 2,35 do 3,00 cz. wag.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest zaprawa piaskowo-cementowa z kruszywem sztucznym, które powstaje w wyniku celowych procesów przemysłowych lub jest wykonane z odpadków przemysłowych, przeznaczona do zastosowania w konstrukcjach lekkiej obudowy takiej jak: podkłady kolejowe, drogi komunikacyjne dla pieszych, produkcja lekkich prefabrykatów albo do termoizolacji, w której występuje potrzeba zmniejszenia ciężaru własnego konstrukcji.

Znane są z chińskiego zgłoszenia wynalazku CN104844113 (A) ognioodporne materiały budowlane, które są przygotowywane z następujących surowców w częściach wagowych: 6 do 8 części piasku szklarskiego, 4 do 9 części ziemi okrzemkowej, 4 do 7 części tlenku wapnia, 16 do 23 części popiołu węglowego, 1,2 do 2,4 części ditlenku tytanu typu anataz, 25 do 36 części spoiwa silikatowego, 4 do 7 części granulatu spienionego tworzywa sztucznego, 2 do 5 części substancji pobudzających, 1,5 do 2,6 części bawełny z włókna glinokrzemianowego, 5 do 8 części słomy sojowej w proszku, 4 do 7 części przyjaznych dla środowiska nanokompozytów na bazie antymonu, przyjaznych dla środowiska środków zmniejszających palność, 5 do 8 części kaolinu, 4 do 6 części plastyfikatorów epoksydowanych i 2 do 3 części środków wygładzających.

Znana jest z europejskiego zgłoszenia wynalazku EP2241701A2 płaska powierzchnia dla budynków, zawierająca co najmniej pierwszą warstwę z cementu i co najmniej drugą płaską warstwę, pomiędzy którymi umieszczona jest co najmniej jedna warstwa pośrednia wykonana z materiału izolującego termicznie i akustycznie, składającego się zasadniczo ze stałej warstwy wykonanej z tworzywa sztucznego zmielonego na granulki, korzystnie zmieszanego z wodą, cementem i/lub piaskiem.

Znany jest z amerykańskiego zgłoszenia wynalazku US4395289A sposób wytwarzania betonu polegający na mieszaniu piasku barkhan z paliwem wybranym z grupy składającej się z paliwa ciekłego i stałego oraz spoiwem plastycznym wybranym z grupy składającej się z gliny, lessu, iłu i środka powierzchniowo czynnego upłynniającego skład wsadu i redukującego jego zużycie wody. Składniki występują w następujących proporcjach wagowych: piasek barkhan: od 95 do 30, paliwo: od 3 do 20, spoiwo plastyczne: od 2 do 60. Otrzymany wsad poddaje się granulacji, granulki kalcynuje się w temperaturze od 1000 do 1600°C. Wypalony materiał rozdrabnia się. Kruszywo miesza się z cementem i wodą, przy czym cement stosuje się w ilości od 10 do 100% masowych prażonego materiału, a wodę w ilości od 10 do 60% masowych całości prażonego materiału i cementu.

Znany jest z rosyjskiego zgłoszenia wynalazku RU2268863C1 materiał budowlany przeznaczony w szczególności do budowy ścian i do produkcji bloczków konstrukcyjnych. Surowa mieszanka do produkcji bloczków konstrukcyjnych zawiera cement, piasek, wypełniacz i wodę. Jako wypełniacz stosuje się granulat uzyskany w wyniku wtórnej obróbki butelek plastikowych lub innych polietylenowych materiałów opakowaniowych w następującym stosunku składników (w %): cement - 12-14, piasek - 37-41, wskazany granulat - 30-34, woda - 13-14. Efektem technicznym wynalazku jest nadanie wysokich właściwości użytkowych i poszerzenie bazy surowcowej mieszanek do produkcji materiałów budowlanych dzięki utylizacji odpadów z tworzyw sztucznych, takich jak zużyte butelki i pojemniki po chemii gospodarczej.

Znane jest z francuskiego zgłoszenia wynalazku FR2542785 (A1) wykorzystanie wyrobów z tworzyw sztucznych o doskonałych właściwościach wytrzymałościowych i izotermicznych w mieszaninie z gliną, cementem hydraulicznym, piaskiem i tym podobnymi do wytwarzania płytek, cegieł i paneli stosowanych w budowie domów czy innych rodzajów lokali czy budynków. Wynalazek ujawnia sposób produkcji płytek, cegieł i paneli stosowanych w budownictwie, w którym następuje mieszanie produktów z tworzyw sztucznych, takich jak polistyren lub polietylen, w postaci ziaren, granulek i tym podobnych, z konwencjonalnymi produktami, takimi jak glina, cement hydrauliczny czy piasek.

Znany jest z francuskiego zgłoszenia wynalazku FR2166814 (A5) lekki beton, który jest izotermiczny, izofoniczny, odporny na spalanie i antypoślizgowy, który jest wykonany z 600 kg cementu portlandzkiego o wysokiej wytrzymałości, 100 kg uzdatnionego korka, 300 kg suchego piasku i wody uzdatnionej mocną bazą alkaliczno-krzemianową. Korek można zastąpić granulatem z tworzywa sztucznego, aby zmniejszyć całkowitą wagę betonu. Materiał nadaje się do zastosowań konstrukcyjnych, jako izolacja akustyczna czy izolacja cieplna.

Celem wynalazku jest nowy skład zaprawy piaskowo-cementowej, w której kruszywo sztuczne stanowi zamiennik kruszywa naturalnego.

Zaprawa piaskowo-cementowa z kruszywem sztucznym, w skład której wchodzi cement, piasek, kruszywo sztuczne oraz woda, według wynalazku charakteryzuje się tym, iż na każde 6,00 cz. wag.

cementu przypada piasek w ilości od 5,10 do 11,90 cz. wag., kruszywo sztuczne w postaci politereftalanu etylenu o średniej średnicy w zakresie 1-2 mm w ilości od 2,60 do 6,06 cz. wag. i woda w ilości od 2,35 do 3,00 cz. wag., przy czym kruszywo sztuczne stanowi do 70% objętości całkowitego kruszywa w zaprawie.

Rozwiązanie według wynalazku pozwala na zmniejszenie ciężaru własnego zaprawy oraz na utylizację odpadów z tworzywa sztucznego.

Kruszywo sztuczne stanowi kruszywo syntetyczne z butelek PETs [Poli(tereftalan etylenu)] o średniej średnicy w zakresie 1-2 mm. Spoiwo stanowi cement wieloskładnikowy CEM V - CEM V/A (S-V) 32,5R-LH/HSR/NA. Kruszywo naturalne stanowi piasek kopany z kopalni Malerzowice o frakcji drobnej 0-2 mm, o uziarnieniu wyznaczanym metodą PN-EN 933-1. W przedmiotowym rozwiązaniu według wynalazku zaprawa piaskowo-cementowa o składzie receptury wyjściowej: CEM V/A = 600 g, piasek = 1700 g, woda = 300 g, została poddana modyfikacji w zakresie zastępowania kruszywa naturalnego kruszywem syntetycznym w ilości 30%, 50% i 70%. Określenie zawartości procentowej kruszywa sztucznego odnosi się do redukcji ilości objętościowej kruszywa naturalnego w celu uzyskania identycznej zawartości kruszywa we wszystkich próbkach.

Na rysunku fig. 1 przedstawiona została krzywa uziarnienia piasku zastosowanego w zaprawie.

Przykład I

Skład zaprawy, zaprawa z 30% zawartością kruszywa syntetycznego (w/c = 0,5):

- Piasek 1190 g

- Kruszywo sztuczne w postaci politereftalanu etylenu o średniej średnicy w zakresie

1-2 mm 260 g

- Cement 600 g

- Woda 300 g

Przykład II

Skład zaprawy, zaprawa z 50% zawartością kruszywa syntetycznego (w/c = 0,5):

- Piasek 850 g

- Kruszywo sztuczne w postaci politereftalanu etylenu o średniej średnicy w zakresie

1-2 mm 435 g

- Cement 600 g

- Woda 300 g

Przykład III

Skład zaprawy, zaprawa z 70% zawartością kruszywa syntetycznego (w/c = 0,5):

- Piasek 510 g

- Kruszywo sztuczne w postaci politereftalanu etylenu o średniej średnicy w zakresie

1-2 mm 606 g

- Cement 600 g

- Woda 300 g

Przykład IV

Skład zaprawy, zaprawa z 30% zawartością kruszywa syntetycznego (w/c = 0,44):

- Piasek 1190 g

- Kruszywo sztuczne w postaci politereftalanu etylenu o średniej średnicy w zakresie

1-2 mm 260 g

- Cement 600 g

- Woda 262 g

Przykład V

Skład zaprawy, zaprawa z 50% zawartością kruszywa syntetycznego (w/c = 0,41):

- Piasek 850 g

- Kruszywo sztuczne w postaci politereftalanu etylenu o średniej średnicy w zakresie

1-2 mm 435 g

- Cement 600 g

- Woda 244 g

Przykład VI

Skład zaprawy, zaprawa z 70% zawartością kruszywa syntetycznego (w/c = 0,39):

- Piasek 510 g

PL 249773 Β1

Kruszywo sztuczne w postaci politereftalanu etylenu o średniej średnicy w zakresie 1-2 mm 606 g Cement 600 g Woda 235 g

We wszystkich powyższych przykładach wykonania kruszywo sztuczne stanowiło kruszywo syntetyczne z butelek PETs [Poli(tereftalan etylenu)] o średniej średnicy w zakresie 1-2 mm i gęstości nasypowej 0,78 kg/dm³. Spoiwo stanowił cement wieloskładnikowy CEM V - CEM V/A (S-V) 32,5R-LH/HSR/NA. Kruszywo naturalne stanowił piasek kopany z kopalni Malerzowice o frakcji drobnej 0-2 mm i gęstości nasypowej 1,60 kg/dm³, o uziarnieniu wyznaczanym metodą PN-EN 933-1. Próbki zostały wykonane w warunkach laboratoryjnych. Każdy składnik niezbędny do produkcji zaprawy cementowej z danej receptury został dokładnie odmierzony na wadze laboratoryjnej z dokładnością do 0,001 g. Zaprawa została wykonana w mieszalniku mechanicznym o odpowiednio zaprogramowanym cyklu pracy składającym się z kilku faz o określonym czasie. W fazie zerowej, czyli przed pierwszym mieszaniem, wszystkie odmierzone składniki zostały przełożone do naczynia umieszczonego w urządzeniu nad elementem roboczo-obrotowym. Pierwsza faza, czyli mieszanie wstępne wolne, trwała 30 sekund. Miała ona na celu wstępne wytworzenie zaprawy pierwotnej. Druga faza zatrzymywała urządzenie na okres 15-20 sekund. W tym czasie wyciągnięto naczynie spod elementu roboczego, przemieszano mieszankę wstępną w celu zgarnięcia niewymieszanych składników ze ścianek naczynia oraz ponownie umieszczono naczynie pod element obrotowy. Trzecia faza, czyli mieszanie wtórne wolne, trwała 60 sekund. W tym czasie zgarnięty niewymieszany materiał ze ścianek został ponownie wmieszany w zaprawę cementową do uzyskania jednolitego materiału kompozytowego. Czwarta faza, nazywana mieszaniem wtórnym szybkim, trwała od 30-45 sekund. Jej zadanie było podobne do fazy trzeciej, jednak silnik elementu roboczego zwiększał obroty dwukrotnie, aby pozbyć się niedokładności powstałych w wyniku mieszania w poprzednich fazach. Po całym cyklu zaprawa została ponownie ręcznie przemieszana. W tym samym czasie, kiedy mieszanka była mieszana, zostały przygotowane stanowiska do formowania próbek. Formy normowe o wymiarach 10 cm x 10 cm x 10 cm przed przełożeniem do nich wymieszanej zaprawy zostały wcześniej pokryte specjalną substancją oleistą, aby po ustalonym okresie dojrzewania można było wyciągać z nich próbki bez ryzyka ich uszkodzenia.

W poniższych tabelach zaprezentowano wytrzymałość mechaniczną próbek zapraw z poszczególnych przykładów wykonania. Wytrzymałość mechaniczną sprawdzano poprzez ściskanie jednoosiowe na prasie.

Tabela 1 - próbki według składu referencyjnego

Numer próby	Wymiar A [mm]	Wymiar B [mm]	Wymiar H [mm]	Masa próbki [kg]	Gęstość [kg/dm3]	Wytrzymałość [MPa]	SilaF [kN]
Próbka 1 po 7 dniach	99.8	99.8	100.0	2.196	2.21	26.85	268,51
Próbka 2 po 7 dniach	99.8	99.8	100.0	2.196	2.21	27.47	274,74
Próbka 3 po 28 dniach	99.9	99.9	100.0	2.202	2.21	43.54	435,39
Próbka 4 po 28 dniach	99.6	99.6	100.0	2.174	2.20	42.54	425.39
Próbka 5 po 90 dniach	1003	1003	100.0	2 222	2,20	63.90	639.03
Próbka 6 po 90 dniach	99,7	99.7	100.0	2.222	2,24	64,18	641,83

PL 249773 Β1

Tabela 2 - próbki według składu z przykładu wykonania pierwszego

Numer próby	Wymiar A [mm]	Wymiar B [mm]	Wymiar II [mm]	Masa próbki fkąl	Gęstość [kc/dml]	Wytrzymałość [MPa]	Siła F ]kNJ
Próbka 1 po 7 dniach	100.0	100.0	100.0	2.002	2.00	22 12	221.17
Próbka 2 po 7 dniach	100.0	100.0	100.0	2.014	2.02	22.66	226.64
Próbka 3 po 28 dniach	100.0	100.0	100.0	2.018	2.02	32.67	326.68
Próbka 4 po 28 dniach	100.0	100.0	100.0	2.026	2.03	32.99	329.94
Próbka 5 po 90 dniach	99.7	99.7	100.0	2.028	2.05	40.94	409,39
Próbka 6 po 90 dniach	99.3	99.7	100.0	2.032	2.07	41,23	412.23

Tabela 3 - próbki według składu z przykładu wykonania drugiego

Numer próby	Wymiar A [mml	Wymiar B [mm]	Wymiar H [mm]	Masa próbki |ksj|	Gęstość [kg/dm.3]	Wytrzymałość [MPa]	SiłaF [kNl
Próbka 1 po 7 dniach	99.9	99.9	100.0	1.890	1.89	19.58	195.80
Próbka 2 po 7 dniach	100.0	100.0	100.0	1.886	1.89	18.60	186.03
Próbka 3 po 28 dniach	100.1	100.1	100.0	1.886	1.88	27.72	277.16
Próbka 4 po 28 dniach	100.1	100.1	100.0	1.882	1.88	26.02	260.23
Próbka 5 po 90 dniach	100.3	100.3	100.0	1.912	1.89	30.08	300.08
Próbka 6 po 90 dniach	100.2	100.2	100.0	1.892	1.88	29.79	297.87

Tabela 4 - próbki według składu z przykładu wykonania trzeciego

Numer próby	Wymiar A [mm]	Wymiar B [mm]	Wymiar H [mm]	Masa próbki [kg]	Gęstość [kg/dm3]	Wytrzymałość [MPa]	SiłaF [kN]
Próbka 1 po 7 dniach	100.0	100.0	100.0	1.742	1.74	16.57	165.74
Próbka 2 po 7 dniach	100.1	100.1	100.0	1,736	1,73	16.98	169.78
Próbka 3 po 28 dniach	100.1	100.1	100.0	1.746	1,74	22.07	220.73
Próbka 4 po 28 dniach	99.7	99.7	100.0	1.732	1,75	22.15	221.48
Próbka 5 po 90 dniach	100.2	100.2	100.0	1.760	1.75	23.89	238.86
Próbka 6 po 90 dniach	100.0	100.0	100.0	1.752	1.75	23.87	238.70

PL 249773 Β1

Tabela 5 - próbki według składu z przykładu wykonania czwartego

Numer próby	Wymiar A [mm]	Wymiar B [mm]	Wymiar H [mm]/	Masa próbki |kfd	Gęstość [kg/dm3]	Wytizymalość [MPa]	Siła F [kN]
Próbka 1 po 90 dniach	99.8	99.8	100.00	2.020	2.03	35.95	359,55
Próbka 2 po 90 dniach	100.0	100.0	100.0	2.012	2.01	31,65	316.51
Próbka 3 po 90 dniach	100.1	100.1	100.0	2.016	2.01	30.86	308.56

Tabela 6 - próbki według składu z przykładu wykonania piątego

Numer próby	Wymiar A [mm]	Wymiar B [mm]	Wymiar H [mm]	Masa próbki ΓΚ21	Gęstość [kg/dm3]	Wytrzymałość ' [MPa]	SilaF [kN]
Próbka 1 po 90 dniach	99.9	99.9	100.0	1.854	1,86	21.26	212.59
Próbka 2 po 90 dniach	100.0	100.0	100.0	1.674	1.68	31.98	319.84
Próbka 3 po 90 dniach	99.9	99.9	100.0	1.690	1.70	33.15	331.53

Tabela 7 - próbki według składu z przykładu wykonania szóstego

Numer próby	Wymiar A [mm]	Wymiar B [mm]	Wymiar 11 [mm]	Masa próbki [kR|	Gęstość [kg/dm3]	Wytrzymałość ’ [MPa]	Siła F [kN]
Próbka 1 po 90 dniach	100.0	100.0	100.0	1.478	1.48	25.05	250.53
Próbka 2 po 90 dniach	99.9	99.9	100.0	1.446	1.45	24.06	240.60
Próbka 3 po 90 dniach	99.8	99.8	100.0	1.444	1.45	24.53	245.30

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   1. Zaprawa piaskowo-cementowa z kruszywem sztucznym, w skład której wchodzi cement, piasek, kruszywo sztuczne oraz woda, znamienna tym, że na każde 6,00 cz. wag. cementu przypada piasek w ilości od 5,10 do 11,90 cz. wag., kruszywo sztuczne w postaci politereftalanu etylenu o średniej średnicy w zakresie 1-2 mm w ilości od 2,60 do 6,06 cz. wag. i woda w ilości od 2,35 do 3,00 cz. wag., przy czym kruszywo sztuczne stanowi do 70% objętości całkowitego kruszywa w zaprawie.