RS64093B1 - Postupak primene materijala koji nije na bazi portlandskog cementa - Google Patents

Description

Opis

Oblast tehnike

[0001] Ova objava odnosi se na građevinske materijale i, tačnije, na postupak spravljanja i primene građevinskih materijala.

Osnov pronalaska

[0002] Postojeći pristupi u oblasti obnavljanja kanalizacije i obnavljanja i izgradnje betona mogu uključivati primenu mlaznog betona koji se može pneumatski izbacivati ka površini koju je potrebno obnoviti ili izgraditi. Ovaj mlazni beton sadrži materijale koji se nalaze u osnovnom betonu, kao što su pesak, portlandski cement, i tečnost. Na određenom gradilištu, ovaj mlazni beton može se primenjivati u obliku suve ili vlažne smeše. Izraz "suva smeša" tipično podrazumeva pneumatski prenos nekih ili svih materijala u suvom stanju, kroz crevo, do mlaznice gde operater može kontrolisati uvođenje tečnosti u suvu smešu na mlaznici pre izbacivanja supstance. Nasuprot tome, izraz "vlažna smeša" tipično uključuje prenos prethodno mešanog betona koji sadrži tečnost kroz crevo, pre izbacivanja.

[0003] Neke kompanije pokušale su da promene sastav materijala mlaznog betona kako bi postigle određene prednosti. Prema tome, neki pristupi mogu uključivati upotrebu geopolimera. Međutim, ti materijali su često podložni koroziji kao rezultatu prisustva organskog materijala svojstvenog tim proizvodima. Na primer, Milliken<®>izrađuje različite proizvode u okviru svoje linije proizvoda GeoSpray™ i GeoSpray™ AMS. AMS proizvod može da se primeni kao prethodni i/ili naknadni tretman GeoSpray™ proizvoda. GeoSpray je baziran na portlandskom cementu i sadrži samo mali deo geopolimera. Ova smeša nije stabilna u uslovima kiselosti. AMS sadrži organske materije za suprotstavljanje delovanju kiselina na beton na bazi portlandskog cementa i koroziji izazvanoj mikroorganizmima do koje dolazi kod materijala na bazi portlandskog cementa. Upućivanje se vrši na patentne publikacije US 2014/264140 A1 i US 3107901 A1.

Kratak opis objave

[0004] Pronalazak je definisan u patentnim zahtevima. Pronalazak obezbeđuje postupak primene građevinskog materijala. Postupak uključuje mešanje materijala troske iz visoke peći, mlevene vulkanske stene, praha na bazi alkalija, i peska u uređaju za doziranje i mešanje da bi se napravio materijal koji nije na bazi portlandskog cementa. Postupak uključuje transportovanje materijala koji nije na bazi portlandskog cementa iz uređaja za doziranje i mešanje, kroz sprovodnu cev do mlaznice i kombinovanje transportovanog materijala koji nije na bazi portlandskog cementa sa tečnošću na mlaznici da bi se dobio delimično tečni materijal koji nije na bazi portlandskog cementa. Postupak uključuje još i pneumatsko nanošenje delimično tečnog materijala koji nije na bazi portlandskog cementa na površinu.

[0005] Mogu biti uključene jedna ili više od sledećih osobina. Geopolimerni materijal je brašno vulkanske stene. Prah na bazi alkalija može uključivati silikat. Mešanje se izvodi kao suvo mešanje. Materijal koji nije na bazi portlandskog cementa može biti neorganski. Mešanje se može izvesti u pokretnom vozilu za doziranje i mešanje. Materijal koji nije na bazi portlandskog cementa može uključivati najmanje jedno od gline, gnajsa, granita, liparita, andezita, pikrita, kalijumovog feldspata, albita, plovućca ili zeolita. Mešanje može uključivati mešanje u prenosivom pištolju konfigurisanom tako da iz uređaja za doziranje i mešanje prima materijal koji nije na bazi portlandskog cementa. Komponente materijala koji nije na bazi portlandskog cementa mogu imati vrednost Blaine-ove finoće od približno 2500-5000 cm<2>/g.

[0006] Kao osnov pronalaska, sistem za primenu građevinskog materijala može uključivati uređaj za doziranje i mešanje, konfigurisan za doziranje i mešanje materijala troske iz visoke peći, geopolimernog materijala, praha na bazi alkalija, i peska da bi se napravio materijal koji nije na bazi portlandskog cementa. Sistem može uključivati još i sprovodnu cev konfigurisanu za transportovanje materijala koji nije na bazi portlandskog cementa iz uređaja za doziranje i mešanje. Sistem može uključivati još i mlaznicu konfigurisanu da prima materijal koji nije na bazi portlandskog cementa i kombinuje transportovani materijal koji nije na bazi portlandskog cementa sa tečnošću da bi se se dobio delimično tečni materijal koji nije na bazi portlandskog cementa, pri čemu je mlaznica konfigurisana još i tako da pneumatski nanosi delimično tečni materijal koji nije na bazi portlandskog cementa na površinu.

[0007] Detalji jedne ili više implementacija izloženi su u pridruženim crtežima i opisu u nastavku ovog teksta. Druge osobine i prednosti postaće očigledni iz opisa, crteža i iz patentnih zahteva.

Kratak opis crteža

[0008]

SL. 1 je izgled sa strane mobilnog sistema konfigurisanog tako da dozira, meša i nanosi materijal koji nije na bazi cementa u skladu sa primerima izvođenja predmetne objave; SL. 2 je pogled sa strane na zadnji deo mobilnog sistema konfigurisanog tako da dozira, meša i nanosi materijal koji nije na bazi cementa u skladu sa primerima izvođenja predmetne objave; i

SL. 3 je protočni dijagram koji prikazuje radnje konzistentne sa primenom materijala koji nije na bazi cementa u skladu sa primerima izvođenja predmetne objave.

[0009] Slični referentni simboli na različitim crtežima mogu označavati slične elemente.

Detaljan opis primera izvođenja

[0010] Predmetna objava opisuje građevinski materijal sa vezivom koje se aktivira alkalijama (tj. nije na bazi portlandskog cementa) i sistem za pravljenje i nanošenje istog. Primeri izvođenja predmetne objave odnose se na postupak pravljenja i nanošenja građevinskog materijala sa vezivom koje se aktivira alkalijama (tj. nije na bazi portlandskog cementa). Iako se mnogi ovde uključeni primeri razmatraju u kontekstu obnavljanja betona, treba naglasiti da ovde opisani građevinski materijal može da se koristi za bilo koju pogodnu namenu. Neke od njih mogu uključivati, bez ograničavanja, projekte obnavljanja kanalizacije, bilo koju betonsku strukturu podložnu delovanju kiselina, itd.

[0011] Na SL.1, prikazano je pokretno vozilo za doziranje i mešanje 100 sa određenim brojem pridruženih kontejnera, odeljaka i uređaja. U nekim konfiguracijama, vozilo 100 može uključivati prvi kontejner 102, koji može biti konfigurisan tako da se u njemu skladište pesak ili drugi materijali. Skladišna jedinica 104 može biti konfigurisana tako da se u njoj skladište voda ili druge tečnosti. Vozilo 100 može uključivati još i uređaj za doziranje i mešanje 106, koji može sadržati određeni broj komponenti, neke od njih mogu biti, bez ograničavanja, drugi kontejner 108, podesivi mehanizam za dostavu 110, i prenosivi pištolj 212. Kao što je prikazano na SL. 2, prenosivi pištolj 212 može biti povezan sa mlaznicom 214 preko sprovodne cevi ili creva 216.

[0012] U nekim konfiguracijama, pokretno vozilo za doziranje i mešanje 100 može biti konfigurisano tako da dozira, meša i nanosi građevinski materijal koji nije na bazi portlandskog cementa. Taj materijal može da se dozira i meša na vozilu (npr. u uređaju za doziranje i mešanje 106) ili pre nego što bude stavljeno u drugi kontejner 108. Taj materijal može da se transportuje do mlaznice 214, gde može da se meša sa tečnošću iz skladišne jedinice 104, pre pre nego što se nanese na površinu koju je potrebno konstruisati ILI obnoviti. Posebnosti građevinskog materijala koji nije na bazi portlandskog cementa detaljnije će biti razmotrene u nastavku ovog teksta.

[0013] Ovde opisani građevinski materijal koji nije na bazi portlandskog cementa može imati bolje vrednosti čvrstoće u poređenju sa postojećim materijalima, visoku otpornost i odsustvo reaktivnosti sa neorganskim i organskim kiselinama i dodatne visoke vrednosti rane čvrstoće. Građevinski materijal koji nije na bazi portlandskog cementa može pokazati poboljšanu otpornost na visoke temperature, kao i značajno više osobine čvrstoće i izdržljivosti. U jednom primeru, građevinski materijal koji nije na bazi portlandskog cementa može imati odličnu otpornost na jake neorganske kiseline. Pored toga, proizvodi sačinjeni od građevinskog materijala koji nije na bazi portlandskog cementa mogu imati odličnu kompresivnu čvrstoću i veoma nisku toplotnu provodljivost. Materijal uključuje suvu smešu (npr., vezivnu smešu) materijala troske iz visoke peći, samlevene vulkanske stene, praha na bazi alkalija, i peska, u uređaju za doziranje i mešanje, da bi se napravio materijal koji nije na bazi portlandskog cementa. Smeša veziva može se upotrebiti za pravljenje materijala koji nije na bazi portlandskog cementa.

[0014] Smeša veziva može uključivati jedno ili više od 4% - 45% vulkanske stene po težini, 0% - 40% latentnog hidrauličnog materijala po težini, 10% - 45% alkalne komponene po težini, odabrane iz grupe: natrijum silikat, alkalni hidrokid, alkalni karbonat, i njihove smeše, kao i 20% - 90% agregata po težini. Smeša veziva može uključivati sulfat (SO4<2->) u obliku kontaminanata u količini manjoj od 1% po težini. Kalcijum može biti prisutan u smeši veziva u obliku kalcijum oksida (CaO) u količini ne višoj od 5% po težini.

[0015] Građevinski materijal koji nije na bazi portlandskog cementa može uključivati različite tipove geopolimernog materijala, pored samlevene vulkanske stene. Neki od ovih dodatnih geopolimernih materijala mogu uključivati, ali se ne ograničavaju na pucolanski materijal, koji može reagovati sa jakom alkalijom, i mešanje te smeše sa peskom i/ili šljunkom. Pucolani ili pucolanski materijali mogu biti veštačke ili prirodne stene sačinjene od silicijum dioksida, gline, krečnjaka, gvožđe oksida i alkalnih supstanci, koje se mogu dobiti pod uticajem toplote. Kada se kombinuju sa kalcijum hidroksidom i vodom, mogu formirati veze. Prirodni pucolani (pozolana) mogu biti magmatske stene, kao što su vulkanski tuf, ili rajnski tras u Nemačkoj, ali mogu biti i sedimentne stene sa visokim udelom rastvorljive silicijumove kiseline i ponekad mogu biti reaktivni i sa aluminijum oksidom (glina). Pucolan može biti odmah dostupan sirovinski materijal i može se koristiti kao vulkanska stena ili kao geopolimerni materijal u građevinskom materijalu koji nije na bazi portlandskog cementa. Prirodni materijali kao što su vulkanske stene ili neki drugi, takođe se mogu koristiti, međutim, oni su poželjniji ako se koriste u manjim količinama kao veoma fini prah (npr., kao brašno vulkanske stene).

[0016] Građevinski materijal koji nije na bazi portlandskog cementa može uključivati bilo koji broj pucolanskih materijala, od kojih neki mogu uključivati, bez ograničavanja, fino mlevenu glinu, gnajs, granit, liparit, andezit, pikrit, kalijumski feldspat, albit, plovućac, zeolit, itd., kao i njihove smeše. Ovi materijali mogu se koristiti u samlevenom obliku, kalcinisani i/ili nekalcinisani. Dodatno i/ili alternativno, svi sirovi materijali koji sadrže dovoljne količine reaktivnog (npr., metastabilni, staklasti) SiO2i Al2O3, uključujući, bez ograničavanja, pepeo, pucolane, troske, takođe mogu biti pogodni za upotrebu sa primerima izvođenja predmetne objave.

[0017] Građevinski materijal koji nije na bazi portlandskog cementa može uključivati latentni hidraulični materijal. Latentni hidraulični materijal, kako se koristi u ovom tekstu, može uključivati, ali se ne ograničava na leteći pepeo, kaolin, tras, granulisanu trosku (npr., materijal troske iz visoke peći) i/ili njihove smeše. U jednom primeru, može se koristiti leteći pepeo u obliku lignitnog letećeg pepela i antracitnog letećeg pepela. Pucolanski materijal može uključivati aktivne silikate kao što su pesak troske ili leteći pepeo. Ciglana prašina (spaljena glina) ili leteći pepeo iz postrojenja za spaljivanje antracita ili lignita mogu se označiti kao veštački pucolani. Kao takav, izraz "leteći pepeo", kako se koristi u ovom tekstu, može označavati neprirodne ili veštačke pucolane. Posebno povoljne osobine letećeg pepela mogu biti rezultat povoljne proporcije silicijum dioksida, aluminijum oksida i kalcijum oksida, po čemu se ove supstance mogu razlikovati. Međutim, i kao što će biti detaljnije razmotreno u nastavku ovog teksta, leteći pepeo može sadržavati udeo sulfata i/ili kalcijum oksida. Prema tome, ako se leteći pepeo koristi u smeši veziva, može se koristiti tip letećeg pepela koji sadrži navedene supstance u povoljnom odnosu.

[0018] Građevinski materijal koji nije na bazi portlandskog cementa može uključivati praškasti materijal na bazi alkalija i/ili različite tečnosti za mešanje. Neke moguće tečnosti za mešanje mogu uključivati, bez ograničavanja, kalijumovo i natrijumovo vodeno staklo, hidrokside alkalija, itd. Alkalija ili alkalna komponenta može biti natrijum silikat u obliku vodenog natrijum silikata ili u obliku praškastog natrijum silikata. U nekim slučajevima, može se koristiti silikat sušen raspršivanjem. Kada se koriste alkalni hidroksidi ili alkalni karbonati, oni se mogu koristiti u tečnom obliku, ili u vidu praška ili granulata.

[0019] Reakcija između SiO2/Al2O3-sadržavajućih komponenti i alkalne tečnosti za mešanje može rezultovati alumino-silikatima koji imaju trodimenzionu strukturu. Ove okvirne strukture omogućavaju stvaranje građevinskog materijala koji ne zahteva portlandski cement u smeši.

[0020] Kako je razmatrano ranije u ovom tekstu, smeša veziva i/ili komponente smeše veziva mogu uključivati kalcijum. Kalcijum može biti sadržan u smeši veziva u obliku udela kalcijum oksida (CaO). Posle reakcije sa vodenim rastvorima alkalija i/ili drugih komponenti, ovi delovi CaO u smeši veziva i/ili građevinskom materijalu koji nije na bazi portlandskog cementa mogu dovesti do nastanka kalcijum silikatnih hidrata koji mogu imati poznata nepovoljna hemijska svojstva. Pored toga, kalcijumovi joni kao komponente kristalnih struktura na bazi cementa, često pokazuju neželjenu rastvorljivost koja može dovesti do slabljenja cementne strukture tokom vremena. Zbog toga, može se koristiti najniži mogući udeo kalcijuma. Kompozicije predmetne objave u kojima se koriste SiO2u obliku rastvorljivih silicijumovih kiselina, gvožđe oksid, Al2O3u obliku aluminata i kalcijum oksid, mogu se implementirati sa silikatima rastvorljivim u vodi ili jakim alkalijama, čime se dobija neorganski vezivni sistem koji sadrži malo kalcijuma ili ga gotovo ni ne sadrži.

[0021] Kalcijum može biti prisutan u smeši veziva u obliku kalcijum oksida (CaO), sa udelom ne većim od 5% po težini. Kalcijum u obliku kalcijum oksida može biti prisutan u smeši veziva sa udelom ne većim od 2% po težini. Dodatno i/ili alternativno, kalcijum u obliku kalcijum oksida može biti prisutan sa udelom ne većim od 1% po težini.

[0022] Sulfat (SO4<-2>) može biti sadržan u smeši veziva u obliku kontaminanata, i/ili sa udelom manjim od 1% po težini. Sulfat u obliku svojih soli supstanca je od značaja za životnu sredinu. Sve veće zagađenje životne sredine sulfatima prouzrokovano je poljoprivrednim đubrenjem i upravljanjem otpadom. Dokazano je da sulfati dovode do acidifikacije tla i podzemnih voda. Zbog uopšteno visoke rastvorljivosti u vodi, lako se transportuje u podzemnim vodama, procednim i površinskim tokovima, što na kraju povećava efekte acidifikacije u sferi materijala koji sadrže sulfate u skladištima otpada. Procesima koje vrše mikroorganizmi, sulfati se redukuju do sulfita koji dalje mogu imati negativan uticaj na floru i faunu. U nekim kompozicijama, udeo sulfata u smeši veziva može da se održava na najmanjem mogućem nivou da bi se izbegli bar ovi negativni efekti. Sulfati (SO4<2->) se mogu nalaziti u smeši veziva u obliku kontaminanata, i/ili sa udelom manjim od 0.5% po težini. U jednom primeru kompozicije, sulfat može biti prisutan sa udelom manjim od 0.25% po težini.

[0023] Građevinski materijal koji nije na bazi portlandskog cementa uključuje pesak. Međutim, dodatno se mogu koristiti i drugi agregati. Na primer, drugi agregati za upotrebu u smeši veziva kao što je beton koji nije na bazi cementa mogu uključivati, bez ograničavanja, šljunak, pesak, bazalt, itd. Drugi materijali koji se koriste za beton koji nije na bazi cementa takođe se mogu koristiti unutar opsega ove objave. Pored toga, i u različitim primenama, mogu se koristiti i perlit, ekspandirani škriljac, plovućac ili njihova smeša. Smeša veziva može uključiti 20% do 70% agregata, po težini. Dodatno i/ili alternativno, u smešu veziva može biti uključeno 20% do 50% agregata, po težini. U jednom primeru kompozicije, u smešu veziva može biti uključeno 20% do 40% agregata, po težini.

[0024] Smeša veziva može sadržati i vodu. Prema tome, u jednom primeru kompozicije, smeša veziva sačinjena od 4% do 45% vulkanske stene (npr., geopolimerni materijal) po težini, 0% do 40% latentnog hidrauličnog materijala (npr., materijal troske iz visoke peći) po težini, 10% do 45% alkalne komponente (npr., alkalija) po težini, 20% do 90% agregata (npr., pesak) po težini, i/ili vode, može pokazati posebno visoku otpornost na različite hemikalije i, posebno, na kiseline. Alkalna komponenta može uključiti natrijum silikat, alkalni hidroksid, i/ili alkalni karbonat. Dodatno i/ili alternativno, smeša veziva može uključiti sulfat (SO4<2->) u obliku kontaminanata, i/ili sa udelom manjim od 1%, po težini. Dodatno i/ili alternativno, smeša veziva može uključiti kalcijum u obliku kalcijum oksida (CaO) sa udelom ne većim od 5%, po težini.

[0025] Tokom rada, sastojci se mogu temeljno dozirati i mešati (npr., u celini ili delimično u vozilu 100) i zatim dostaviti u prenosivi pištolj 212. Građevinski materijal koji nije na bazi portlandskog cementa može se prenositi komprimovanim vazduhom kroz prenosnu cev 216 do mlaznice 214. U jednom posebnom primeru izvođenja, kalijum silikat, sa sadržajem čvrste materije od 48%, gustine 1,52 g/cm<3>, tež. SiO2:K2O 1,14, i nešto tečnosti može se dodati i temeljno izmešati unutar mlaznice 214, u kratkom vremenskom periodu (npr., manje od 1 sekunde) pre nego što se delimično tečna smeša može pneumatski naneti na površinu od interesa.

[0026] Kompozicije koje se koriste sa primerima izvođenja uključenim u ovaj tekst mogu uključivati smešu koja sadrži nešto ili sve od sledećeg: troska (npr., neprirodni pucolan, bazni ili latentni hidraulični materijal), leteći pepeo (npr., neprirodni pucolan i opciono u receptu), geopolimer (npr. prirodni pucolan i opciono, mleveni vulkanski materijal/vulkanska stena), alkalija/alkalna komponenta (npr. prah ili tečnost), druge tečnosti, uključujući vodu (opciono) i pesak/šljunak ili drugi agregat. Primeri specifičnih smeša navedeni su u nastavku ovog teksta, međutim, treba napomenuti da su specifične ovde navedene smeše uključene samo kao primer.

Brojne dodatne i alternativne kompozicije takođe se mogu koristiti sa primerima izvođenja predmetne objave.

[0027] U jednom posebnom primeru, građevinski materijal koji nije na bazi portlandskog cementa može se sastojati od sledeće smeše:

TABELA 1

[0028] Komponente smeše mogu imati Blaine-ovu finoću od približno 2500-5000 cm<2>/g. Blaine-ova vrednost je standardizovana mera stepena sprašenosti cementa. Blaine-ova vrednost je data kao vrednost specifične površine (cm<2>/g) određena u laboratoriji pomoću Blaine-ovog uređaja. Standardni portlandski cement, CEM I 32.5, na primer, ima Blaine-ovu vrednost od 3000 do 4500. Komponente smeše veziva, vulkanska stena i/ili latentni hidraulični materijal, mogu se koristiti u fino samlevenom stanju, sa Blaine-ovom vrednošću višom od 3.000. Vulkanska stena i/ili latentni hidraulični materijal mogu imati Blaine-ovu vrednost višu od 3500. Fino samlevene komponente mogu značajno poboljšati brzinu reakcije. Fino samlevena vulkanska stena može se lakše obraditi, a pored toga može rezultovati povećanom otpornošću na širok raspon hemijskih sredstava u gotovim proizvodima, posebno na kiseline.

[0029] U sledećem primeru, građevinski materijal koji nije na bazi portlandskog cementa može se sastojati od sledeće smeše:

TABELA 2

[0030] U sledećem primeru, građevinski materijal koji nije na bazi portlandskog cementa može se sastojati od sledeće smeše:

TABELA 3

[0031] Umesto hidraulično stvrdnjavajućeg veziva, može se koristiti građevinski materijal koji nije na bazi portlandskog cementa ili smeša veziva, proizvedena reakcijom 4% - 45% po težini vulkanske stene, 0% (ili više od 0%) - 40% po težini latentnog hidrauličnog materijala, 10% -45% po težini alkalne komponente i 20% - 90% po težini agregata. Alkalna komponenta može uključivati natrijum silikat, alkalni hidroksid, i/ili alkalni karbonat. Dodatno, smeša veziva može uključivati sulfat (SO4<2->) u obliku kontaminanata i/ili sa udelom manjim od 1% po težini. Dodatno i/ili alternativno, kalcijum se može uključiti u smešu veziva u obliku kalcijum oksida (CaO) sa udelom ne većim od 5% po težini.

[0032] Građevinski materijal koji nije na bazi portlandskog cementa dao je neočekivani rezultat jer je vreme reakcije alkalnih sastojaka sa kamenim brašnom bilo dovoljno za stvaranje lepljivog jedinjenja. Brojnim testovima utvrđeno je da ova smeša izuzetno dobro prianja na vertikalnu površinu, gradi čvrste veze i stvrdnjava se unutar 3 dana, sa vrednostima kompresivne čvrstoće iznad 50 N/mm<2>(8000 psi).

[0033] Smeše veziva ili građevinski materijali koji nisu na bazi portlandskog cementa mogu se koristiti u različitim tehnološkim područjima primene:

Suvi malter, gips i prskani beton

1

[0034] Suvi malter i gipsane smeše mogu se proizvesti mešanjem suvih komponenti. U tu svrhu mogu se koristiti raspršivanjem sušeni reaktivni silikati ili alkalni hidroksidi. Na osnovu toga, mogu se proizvesti gotove smeše za upotrebu u vidu prskanog betona.

Porobeton

[0035] Komercijalni porobeton je mineralni, autoklavirani porobeton, masivni građevinski materijal sirove gustine od 300 do 800 kg/m<3>. Porobeton se obično proizvodi od sirovina kao što su kreč, anhidrit, cement, voda i silikatni pesak, a može kombinovati svojstva potpornih konstrukcija i toplotne izolacije. Toplotno visokoizolovane zidane konstrukcije mogu se napraviti sa porobetonom u monolitnim, jednozidim konstrukcijama.

[0036] Proizvodni proces može uključivati mlevenje silikatnog peska dok ne postane fino samleven, npr. u mlinovima sa šljunkom, sa Blaine-ovim vrednostima većim od 3.000. Sastojci se mogu kombinovati u smeši u odnosu npr. 1:1:4, uz dodavanje vode. U gotovu suspenziju može se dodati mali deo aluminijumskog praha ili paste. Smeša maltera može se sipati u korita u kojima metalne, fine čestice aluminijuma stvaraju vodonični gas u alkalnoj suspenziji maltera. Mogu se pojaviti mehurići gasa koji pene malter koji se postepeno stvrdnjava. Posle 15 do 50 minuta može se dobiti konačna zapremina. U tom trenutku mogu se dobiti blokovi dužine tri do osam metara, širine jedan do jedan i po metar i visine od 50 do 80 centimetara. Ovi čvrsti kolači ili blokovi mogu se pomoću žice iseći na bilo koju željenu veličinu. Ovi se blokovi mogu sušiti u posebnim parnim kotlovima, npr. autoklavima, na temperaturama od 180°C do 200°C u pari, u atmosferi od 10 do 12 bara, gde materijal može dobiti svoje konačne karakteristike posle šest do dvanaest sati. Hemijski, porobeton može u velikoj meri odgovarati prirodnom mineralu tobermoritu, ali može biti i veštački materijal.

[0037] Pored niske toplotne provodljivosti, građevinski materijal se može isticati i svojom nezapaljivošću, tako da se može, na primer, svrstati u Evropsku protivpožarnu klasifikaciju A1. Moderne kompozicije porobetona mogu sadržati smešu živog kreča, cementa, peska i vode. Zavisno od gustina posle sušenja u peći i odnosa živog kreča i cementa, kompozicije se mogu razlikovati po smešama bogatim krečom i smešama bogatim cementom. Pored toga, sulfatni nosači u obliku anhidrita ili gipsa mogu se koristiti za poboljšanje kompresivne čvrstoće i svojstava skupljanja, što je rezultat poboljšanog razvoja kristalne strukture "kule od karata" u tobermoritu. Kao rezultat ovih otkrića, pokazano je tokom prethodne decenije da je dodavanje sulfatnih nosača, u obliku anhidrita/gipsa, korisno u proizvodnji i zbog toga su oni trenutno sastavni deo svih kompozicija porobetona.

[0038] Građevinski materijal može dobiti strukturu pora dodavanjem male količine aluminijumskog praha tokom procesa mešanja. Fino raspoređeni aluminijum u smeši može reagovati u alkalnom medijumu, stvarajući vodonik koji može polako peniti sirovu smešu. Ova struktura pora može se zadržati u proizvodu, čak i posle stvarnog hidrotermalnog procesa naknadnog tretmana, i može biti značajno odgovorna za karakteristike krajnjeg proizvoda.

[0039] Proizvodni proces može se razložiti na jednu ili više sledećih radnji:

1. Mlevenje silikatnog peska i priprema recirkulisane suspenzije

2. Mešanje i izlivanje guste suspenzije porobetona

3. Bubrenje, stvrdnjavanje i sečenje grubih kolača ili blokova

4. Naknadni tretman neisečenih blokova u hidrotermalnim uslovima

5. Pakovanje i skladištenje gotovih proizvoda

[0040] Posle mešanja i izlivanja porobetonske smeše u čelične kalupe, između faza stvrdnjavanja i hidrotermalnog naknadnog tretmana može doći do brojnih složenih hemijskih reakcija. Hidratacija živog kreča može započeti tokom faze mešanja, kada se doda voda. Zbog toga što je ovo egzotermna reakcija, smeša porobetona može se zagrejati i ubrzati reakciju hidratacije cementnih faza. Kao rezultat toga, tokom bubrenja uzrokovanog razvijanjem vodonika može doći do kontinuiranog ukrućivanja smeše porobetona. Kako bi se postigla homogena struktura pora, razvijanje gasa može se prilagoditi krivulji viskoznosti bubreće porobetonske smeše. Ako se to ne postigne, tokom bubrenja mogu nastati strukturna oštećenja, tzv. bubreće pukotine, koje se ne mogu korigovati kasnije tokom proizvodnog procesa. Posle perioda stvrdnjavanja od nekoliko sati, neisečeni blokovi mogu se seći u odgovarajuće formacije blokova pomoću zategnutih žica. Sav otpad nastao tokom procesa sečenja može se reciklirati u kompozicijama, tako da tokom procesa proizvodnje nema otpada.

[0041] Pitanje mogućnosti recikliranja od primarne je važnosti za budućnost. Sa jedne strane, Evropski uslovi zahtevaju smanjenje otpada, što je praćeno zatvaranjem deponija i povećanim zahtevima za još više recikliranja. Sa druge strane, povećani zahtevi postoje i u pogledu zaštite životne sredine, kao što su minimalni pragovi i smernice u nacrtu uredbe o alternativnim građevinskim materijalima u okviru opštih propisa u vezi sa podzemnim vodama/alternativnim građevinskim materijalima/očuvanjem tla, što bar u nekim slučajevima otežava recikliranje građevinskog materijala dostupnog na tržištu. Ponašanje u vezi sa ispiranjem koje se tiče sulfata može biti prouzrokovano koncentracijama sulfata u eluatu između 900 i 1650 mg/l. Prema propisima o alternativnim građevinskim materijalima, granična vrednost za alternativne građevinske materijale na bazi minerala iznosi 250 mg/l sulfata u eluatu. Izostavljanje nosača sulfata i cementa u proizvodnji porobetona može drastično smanjiti gore pomenutu koncentraciju sulfata u eluatu, pa može omogućiti korišćenje građevinskog otpada od porobetona kao alternativnog građevinskog materijala na bazi minerala.

[0042] Upotreba veziva koja nisu bazirana na cementu u skladu sa predmetnom objavom može eliminisati ovaj nedostatak, i pored toga, mogu imati veoma nizak sadržaj kalcijuma. To ne sme uticati na inače tipične tehničke osobine.

Prefabrikovani beton

[0043] Prefabrikovani betonski deo ili betonski element je komponenta napravljena od betona, armiranog betona, ili prednapregnutog betona, koja se prefabrikuje industrijski u postrojenju i zatim postavlja na konačnu poziciju, često uz korišćenje krana. Prefabrikovani betonski elementi i elementi od armiranog betona u širokoj su upotrebi, i implementirani su u različite tehnike gradnje. Proizvodnja prefabrikovanih elemenata za otvorenu kanalizaciju može se koristiti zajedno sa nekim primerima izvođenja ove objave.

Zaštita od vatre

[0044] Završne gipsane obrade za betonske elemente i elemente od armiranog betona navedene su u DIN 4102 (Reakcija na požar građevinskih materijala i građevinskih elemenata). Vrste gipsa tehnički pogodne za zaštitu od vatre su vermikulitni i perlitni izolacioni gips i gips u skladu sa DIN 18550, deo 2.

[0045] Smeša za prskanje može se isporučiti kao suvi malter - smeša mineralnih vlakana, poput staklene vune, kamene vune ili mineralne vune, sa hidraulično stvrdnjavajućim vezivom i mešati sa vodom neposredno pre primene. Tehničke karakteristike u pogledu zaštite od požara mogu biti iste kao i kod raspršenog azbesta.

[0046] Upotreba veziva koja nisu na bazi cementa u završnoj gipsanoj obradi može dodatno poboljšati otpornost na vatru, jer vezivo koje nije na bazi cementa može imati povoljnije ponašanje pri ekspanziji i može pokazivati manje skupljanje na visokim temperaturama.

[0047] U nekim scenarijima, uobičajene mešalice ne mogu se koristiti za proizvodnju smeše veziva. Korišćenje takozvane gnječilice ili kontinuirane mešalice za proizvodnju predsmeše, a zatim intenzivne mešalice ili planetarne mešalice za mešanje u agregate, može rezultovati neorganskim materijalom koji se može komprimovati ili zatvoriti u kalupe i može proizvesti željeni proizvod posle mehaničke kompresije.

1

[0048] Tabela 4, data u nastavku, prikazuje koje tehnike mešanja i obrade mogu voditi do koje oblasti primene vezivnih smeša prema ovoj objavi.

TABELA 4

[0049] Ova objava takođe uključuje postupak za proizvodnju betonske smeše koja se može oblikovati. Postupak može uključivati jednu ili više sledećih radnji:

Postupak može uključivati obezbeđivanje smeše veziva, koja sadrži jedno ili više od 4% do 45% po težini vulkanske stene, 0% do 40% po težini latentnog hidrauličnog materijala, 10% do 45% po težini alkalne komponente. U jednom primeru, alkalna komponenta ili alkalija može se odabrati iz grupe i/ili može uključivati: natrijumov silikat, alkalni hidroksid, alkalni karbonat i njihove smeše. Sulfat (SO4<2->) može biti prisutan u smeši povezujućih sredstava u obliku kontaminanata u smeši veziva, i to sa udelom manjim od 1% po težini. Pored toga, kalcijum može biti prisutan u smeši veziva u obliku kalcijum oksida (CaO) sa udelom ne većim od 5% po težini. Postupak takođe može uključivati proizvodnju predsmeše vezivne smeše, korišćenjem gnječilice ili kontinuirane mešalice. Postupak može uključivati još i mešanje predsmeše sa 20% do 90% agregata, po težini, korišćenjem intenzivne ili planetarne mešalice, za proizvodnju betonske smeše koja se može oblikovati. Ovo se može izvoditi u vremenskom periodu od 1 do 5 minuta. U jednom primeru, ovo se može izvoditi u vremenskom periodu od približno 2 minuta.

[0050] Postupak takođe može uključivati komprimovanje betonske smeše koja se može oblikovati kompresijom ili tresenjem kako bi se oblikovale cevi, prefabrikovani betonski elementi, železničke veze, betonski blokovi, oblikovanje kamenih ploča za popločavanje, ploča za pločnike, itd.

[0051] U predmetnoj objavi obezbeđen je postupak za proizvodnju betonske smeše koja se može oblikovati. Postupak može uključivati jednu ili više osobina prikazanih u nastavku ovog teksta.

[0052] Postupak može uključivati obezbeđivanje smeše veziva, koja sadrži jedno ili više od 4% do 45% po težini vulkanske stene, 0% do 40% po težini latentnog hidrauličnog materijala, 10% do 45% po težini alkalne komponente. Alkalna komponenta može da se bira iz grupe i/ili može uključivati: natrijum silikat, alkalni hidroksid, alkalni karbonat, i njihove smeše. U jednom primeru, smeša veziva može uključivati 20% do 90% po težini, agregata. Sulfat (SO4<2->) može biti prisutan u smeši veziva u obliku kontaminanata, i sa udelom manjim od 1% po težini. Dodatno, kalcijum može biti prisutan u smeši veziva u obliku kalcijum oksida (CaO) sa udelom od ne više od 5% po težini. Postupak može uključivati proizvodnju suve smeše korišćenjem mešalice za suvo mešanje. Postupak može uključivati još i mešanje proizvedene suve smeše sa vodom, uz korišćenje intenzivne ili planetarne mešalice da se proizvede betonska smeša koja može da se oblikuje.

[0053] U predmetnoj objavi, može se obezbediti postupak za proizvodnju smeše prskanog betona. Postupak može uključivati jedno ili više svojstava prikazanih u nastavku ovog teksta.

[0054] Postupak može uključivati obezbeđivanje smeše veziva, koja sadrži jedno ili više od 4% do 45% po težini vulkanske stene, 0% do 40% po težini latentnog hidrauličnog materijala, 10% do 45% po težini alkalne komponente. Alkalna komponenta može da se bira iz grupe i/ili može uključivati: natrijum silikat, alkalni hidroksid, alkalni karbonat, i njihove smeše. Vezivna smeša može uključivati 20% do 90% po težini, agregata. Sulfat (SO4<2->) može biti prisutan u smeši veziva u obliku kontaminanata, i sa udelom manjim od 1% po težini. Dodatno, kalcijum može biti prisutan u smeši veziva u obliku kalcijum oksida (CaO) sa udelom ne višim od 5% po težini. Postupak može uključivati i proizvodnju suve smeše korišćenjem mešalice za suvo mešanje.

1

Postupak može uključivati još i mešanje suve smeše sa vodom u pištolju za raspršivanje, za proizvodnju i trenutnu primenu betonske smeše koja može da se raspršuje.

[0055] Smeše veziva mogu da se pripreme za različita polja primene, uključujući, na primer, ona koja su navedena u Tabeli 4, gore. Primeri 1-5, dati u nastavku ovog teksta, mogu ilustrovati jedan ili više primera predmetne objave.

Primer 1 (nije prema pronalasku)

[0056] U mašini za mešanje i gnječenje, sa vijkom za istiskuvanje, može se kombinovati 1 deo fino usitnjene vulkanske stene (npr., Blaine-ova vrednost 3,500), 0.15 delova letećeg pepela, i 0.8 delova natrijum silikata, i energično mešati, dok se ne dobije homogena pasta koja može da se izliva.

[0057] Ova pasta može da se meša u intenzivnoj mešalici (ili planetarnoj mešalici) sa 4 dela bazalta i peska, tokom oko 2 minuta. Time se može dobiti zemljano-vlažni beton koji ne sadrži cement, pogodan za primenu u vidu fasadnog betona u proizvodnji betonskih blokova.

[0058] Sadržaj sulfata u smeši može iznositi do 0.16% po težini i sadržaj kalcijum oksida može biti 0.8% po težini.

[0059] Kompresija te smeše može da se postigne sabijanjem i tresenjem, što se izvodi, na primer, u blok-mašinama.

[0060] Dobijeni proizvodi mogu se odlikovati značajno većom otpornošću na kiseline, povoljnijim svojstvima mehaničke čvrstoće i znatno intenzivnijim utiskom boje.

[0061] Kada se koriste druge agregatne smeše, kao što su šljunak i pesak, mogu da se proizvedu i betonske cevi ili posebni prefabrikovani betonski elementi, zavisno od specifične krivulje distribucije veličine čestica. Kontrolisanjem sadržaja vlage i prilagođavanjem tehnologije nanošenja (npr., izlivanje, centrifugiranje, itd.) moguće su druge varijacije proizvoda.

Primer 2

[0062] U intenzivnoj mešalici mogu da se pomešaju 0.2 dela granulisane troske, 1 deo fino usitnjene vulkanske stene i 3 dela peska. Ova suva smeša može da se stavi u vreću.

[0063] Na gradilištu se 1 deo tako proizvedene smeše može umešati u smešu za pločnik sa 0.7 delova natrijum silikata i dovesti do željene konzistencije.

[0064] Sadržaj sulfata u smeši može iznositi do 0.19% po težini i sadržaj kalcijum oksida može biti 0.57% po težini.

1

[0065] Ovako dobijeni zidarski i gipsarski malter koji nije na bazi cementa može se nanositi na različite načine na površinu koja se oblaže (npr. konvencionalnim gipsiranjem, prskanjem, itd.).

Primer 3 (nije prema pronalasku)

[0066] U mešalici za suvo mešanje može se proizvesti suva smeša sačinjena od 1 dela vulkanskog pucolana (npr., Blaine-ova vrednost viša od 3,500), 0.4 dela letećeg pepela, 1 dela perlita, i 0.7 delova sprašenog natrijum silikata.

[0067] Suva smeša može da se navlaži vodom intenzivnim mešanjem uz jake sile smicanja, izlije u kalupe, i komprimuje.

[0068] Sadržaj sulfata u vlažnoj smeši može iznositi do 0.32% po težini i sadržaj kalcijum oksida može biti 1.8% po težini.

[0069] U jednoj upotrebi na osnovu gornjeg primera dobijeni su uzorci posle faze stvrdnjavanja, koji posle dužeg delovanja plamena nisu pokazali lomove ni vidljive pukotine, niti su posle ispitivanja pokazali smanjena svojstva mehaničke čvrstoće. Nije bilo ni vidljivog oštećenja posle izlaganja temperaturama mržnjenja.

Primer 4 (nije prema pronalasku)

[0070] U mešalici za suvo mešanje može se proizvesti suva smeša sačinjena od 1 dela vulkanskog pucolana (npr., Blaine-ova vrednost viša od 3,500), 0.4 dela granulisane troske, 1 dela perlita i 0.7 delova sprašenog natrijum silikata.

[0071] Suva smeša može kontinuirano da dotiče u pištolj za prskanje, i može da se kombinuje sa vodom da nastane beton koji može da se raspršuje. Cevi i prodori kablova, građevinski materijali i površine, osetljivi na toplotu, mogu se bez teškoća zaliti ili premazati tehnikom raspršivanja smešama koje nisu na bazi cementa, otpornim na toplotu i vatru.

[0072] Sadržaj sulfata u betonu koji može da se raspršuje može iznositi do 0.31% po težini i sadržaj kalcijum oksida može biti 1.29% po težini.

Primer 5

[0073] Za proizvodnju porobetona, u komercijalno dostupnoj mešalici može se intenzivno predmešati 16.2 dela vulkanske stene, 3.35 delova letećeg pepela, 23 dela silikatnog peska. Ovoj suvoj smeši mogu se dodati 33 dela natrijum silikata, pod snažnim silama smicanja, na 38 °C, i mogu se dalje mešati u istoj mešalici sa 0.43 dela aluminijumske paste.

1

[0074] Smeša veziva može da se izlije u teflonski kalup, i greje u kalupu 120 min. na 80° C. Smeša može postati rigidna, jako povećavajući zapreminu, ali i dalje može da se seče. Za sušenje, kalup mora da se stavi u komoru za sušenje, i može da ostane u njoj 30 min na 180 °C. Alternativno, može se upotrebiti autoklav na 120 °C.

[0075] Može se dobiti oblikovano telo koje ima uporediva optička svojstva kao porobeton dobijen tipičnim postupcima. Za razliku od tipičnog porobetona, materijal može biti otporan na kiselinu, i imati sadržaj sulfata od 0.21% po težini i sadržaj kalcijum oksida od 0.6% po težini. U jednom primeru, dobijeni građevinski materijal može imati veoma nizak sadržaj sulfata i kalcijuma.

[0076] Terminologija korišćena u ovom tekstu namenjena je samo opisivanju određenih primera izvođenja i nije namenjena ograničavanju objave. Kako se ovde koristi, oblici jednine treba da uključe i oblike u množini, osim ako kontekst jasno ne kazuje drugačije. Treba razumeti da izrazi "sadrži" i/ili "koji sadrži", kada se koriste u ovom opisu, označavaju prisustvo navedenih osobina, celih brojeva, koraka, radnji, elemenata, i/ili komponenti, ali ne isključuju prisustvo ili dodavanje jedne ili više drugih osobina, celih brojeva, koraka, radnji, elemenata, komponenti, i/ili grupa istih.

[0077] Odgovarajuće strukture, materijali, radnje i ekvivalenti svih sredstava ili koraka plus funkcionalni elementi u patentnim zahtevima u nastavku ovog teksta treba da uključe bilo koju strukturu, materijal ili radnju za izvođenje funkcije u kombinaciji sa drugim zahtevanim elementima, kako se specifično zahteva. Opis ove objave predstavljen je u svrhu ilustracije i opisa, ali bez namere da bude iscrpan ili ograničen na objavu u obliku u kojem je objavljena. Primeri izvođenja i primeri koji su ovde opisani odabrani su i opisani kako bi se najbolje objasnili principi objave i praktična primena, i kako bi se omogućilo drugima sa uobičajenim veštinama u struci da razumeju objavu u vezi sa raznim primerima i primerima izvođenja sa različitim modifikacijama koje odgovaraju konkretnoj upotrebi koja se ima u vidu.

[0078] Pošto je ovako detaljno opisana objava ove patentne prijave i uz upućivanje na njene primere i primere izvođenja, biće očigledno da su modifikacije i varijacije moguće bez odstupanja od opsega objave definisane priloženim patentnim zahtevima.

1

Claims (3)

PATENTNI ZAHTEVI

1. Postupak za primenu građevinskog materijala, naznačen time, što uključuje:

mešanje materijala troske iz visoke peći, samlevene vulkanske stene, alkalije, i peska u uređaju za doziranje i mešanje (106) da se napravi materijal koji nije na bazi portlandskog cementa;

transportovanje materijala koji nije na bazi portlandskog cementa od uređaja za doziranje i mešanje (106), kroz sprovodnu cev (216) do mlaznice (214);

kombinvanje transportovanog materijala koji nije na bazi portlandskog cementa sa tečnošću na mlaznici (214) da se napravi delimično tečni materijal koji nije na bazi portlandskog cementa; i

pneumatsko nanošenje delimično tečnog materijala koji nije na bazi portlandskog cementa na površinu.

2. Postupak iz patentnog zahteva 1, naznačen time, što materijal koji nije na bazi portlandskog cementa može uključivati još i leteći pepeo, kaolin, tras, i/ili njihovu smešu.

3. Postupak iz patentnog zahteva 1, naznačen time, što alkalija uključuje jedno ili više od natrijum silikata, alkalnog hidroksida, i alkalnog karbonata.