SE453077B - Forfarande for forbettring av cementbruks och betongs egenskaper - Google Patents

Description

453 077 DE-OS 22 19 503 och SE-A-8502243-2 ( avser förfaranden för rening av kiselsyran före, genom eller efter behandling med en alkali och tillverkning av alkalisilikater, i synnerhet natriumsilikat. ' Vid ofullständig' rening av kiselsyran från aluminium och speciellt fluor erhålls instabilt vattenglas, i synnerhet vid spädning med vatten.

SE-A-8205825-6 beskriver ett förfarande för högkvalitativ rening av angiven kíselsyra som ger en mycket ren kiselsyra, som kan användas inom ett flertal tekniska områden.

Dock kvarstår ett önskemål att finna en direkt användning av den vid produktion av aluminiumfluorid erhållna restprodukten, dvs med aluminium och fluor förore- nad kiselsyra.

Det är känt att extremt finkornigt kiselstoft, en restprodukt från tillverkning av metalliskt kisel eller legeringsämnet kiseljärn, har fått en användning som s k puzzolan vid tillverkning av betong (Sellevold, E. et al: Condensed silica fume in concrete. Institutt for Byggningsmateriallaere, NTH, Trondheim 1982 respek- tive Bache, D: Densifíed cement/ultrafine particle-based materials. Proc. 2znd Int. Conf. on Superplasticizers in concrete. Ottawa June 10-12, 1981). Detta kiselstoft består av kulformade partiklar med en kornstorlek mellan 0,01 - l/um (ca 70% <0,1/um), dvs ca 100 gånger mindre än cementpartiklar, och med en specifik yta av 20 uno m2/kg.

En puzzolan reagerar kemiskt med kalkhydrat till kalciumsilikathydrater, liknan- de dem som bildas vid cementhydratisering, och som ger en tätare cementgel, dvs den hâllfasthetsbildande komponenten i betong.

Kiselstoftets puzzolaneffekt tillskrivs dels finkornigheten, dels partiklarnas kul- form och dels den extremt stora specifika ytan (Sellevold, E.: Silika i betong.

Virkesmáteasom pozzolan och filler. BALLASTDAGAR, Luleå 13~15 september 19s2l Avfallskiselsyra frân aluminiumfluoridproduktion har en kornstorlek och specifik 5453 071 yta liknande dem för portlandcement. Kornstorleken är 100 gånger större än för kiselstoft, den ligger mellan 1 och 100 /um, och specifika ytan enligt BLAINE är 600 mz/kg jämfört med kiselstoftets 20 000 mZ/kg. Partiklarna är inte kul- formade. Den relativa kornstorleken mellan cement- och kiselpartiklarna kan illustreras vid en beräkning där kisel och cement blandas i viktförhållande 1:10, vilket rekommenderas vid användning av kísel i betong. För kiselstoft erhålls med hänsyn till kompaktdensiteten ca 50 000 kiselpartiklar per cementpartikel, för kiselsyra från aluminiumfluoridprocessen 20 - 50 kíselsyrapartiklar per cementpartikel.

Beskrivning av föreliggande uppfinning Föreliggande uppfinning avser användning av kiselsyra från aluminiumfluoríd- processen som puzzolan í betong, i synnerhet vid varmt klimat. Om 5 - 10% men ända upp till 1596 av den avsedda cementmängden i betong eller cementbruk ersätts eller kompletteras med motsvarande mängd kiselsyra, erhalls förutom lägre kostnader för cement följande effekt: 1. Cementbrukets eller betongens hällfasthet ökar och ligger efter 28 dygn - 35% högre än utan kiselsyra. 2. Betongens täthet ökar. 3. Tillstyvnandet fördröjs. Fördröjningen bedöms vid normal temperatur (20°C) inte medföra nâgra större praktiska problem, men är i varmt kli- ma: (ao - ss°chi11 fördel. ' 4. Vattenseparation blir vid låg dosering oförändrad och minskar vid den högre doseringen.

. Lufthalten i betongen ändras inte. 6. variationer i kiselsyrans halt av föroreningar av aluminium och fluor har ingen väsentlig inverkan pâ kiselsyrans effekt.

Kiselsyran har således trots helt avvikande kemisk och fysikalisk form samma egenskaper att förbättra betong som kiselstoft, dock med en betydligt längre fördröjning av betongmassans tillstyvnande.

En färsk betongblandning utan tillsats av nämnda avfallskiselsyra förblir vid en temperatur av 20°C hanterbar under 3 - 4 timmar (motsvarande ett penetra- 453 077 tíonsmotständ pà upp till 8 kp/cmz), vid en temperatur av 35°C endast under ca 2 timmar. Vid tillsats av denna kiselsyra eller om 5 - 1096 av cementmängden ersätts med motsvarande mängd kiselsyra erhålls en förlängning av tiden för hanterbarheten med 50 - 10096. Detta är ofta av mycket stort värde vid betong- gjutning i områden med varmt klimat.

Exem 1 Cementbruk motsvarande hàllfasthetsklassen K 30 tillverkades med svensk stan- dardcement (Slite Std) och ballast med max 8 mm kornstorlek som referens.

Parallellt tillverkades cementbruk med den avvikelsen att 2,5, 5 resp 1096 av cementmängden ersattes med kíselsyraavfall innehållande 2,396 aluminium och 3,996 fluor (beteckning SN 2,5, SN 5, SN 10). Provningarna har utförts enligt svensk standard vid 20°C och med följande resultat.

Lufthalten (SS 137111) lag i alla prover mellan 4 och 696 av betongvolymen.

Vattenseparation (SS 137112) redovisas i figur 1. Vid tillsats av 596 minskar vat- tenseparationen obetydligt, vid tillsats av 10% kiselsyra kan vattenseparationen minskas till hälften.

Tillstyvnande (SS 137114) kallas skedet då betongen efter gjutníngen gradvis övergår från en arbetbar till en icke arbetbar massa. figur 2 visar att kiselsyra- tillsatsen ger en retardation, dvs fördröjning av tillstyvnandet på mellan 50 och 10096 av referensprovets tidsförlopp.

Tryckhallfastheten enligt SS 137210 var de första 2 - 3 dygnen nagot sämre för alla prover innehållande kiselsyra än för referensprovet, ökade dock sedan kraf- tigt och var efter 28 dygn 1596 högre vid en tillsats av 596 kiselsyra än referens- provet. En tillsats av 1096 kiselsyra gav en betong med 2896 högre tryckhállfast- het. Det redovisade provet med beteckningen S0 5 innehöll 596 kíselsyra med en extremt hög aluminiumhalt (2,796) och fluorhalt (5,396). Som framgår av figu- ren avviker resultaten mycket litet från normala kiselsyravärden.

ExemEl 2 Cementbruk med och utan kiselsyraavfall blandades och undersöktes på samma 453 077 sätt som vid exempel 1, dock vid en temperatur av 35°C i stället för 20°C. Dessa försök visar att tilstyvnandet generellt minskar med ca g1 timma för alla prover och fördröjs vid kiselsyratillsats med ca 5096 i relation till cementbruk utan till- sats (figur 4). Tryckhâllfastheten i betong med kíselsyratillsats 'förbättras redan efter 2 dygn och är efter 28 dygn 35% högre än betong utan kiselsyratillsats (figur 5).

Exemggl 3 Betong med sammansättning motsvarande den som föreskrivs i Sverige vid typ- godkännandeprovning av tillsatsmedel och innehållande sten med kornstorlek upp till 32 mm tillverkades, varvid i hälften av proverna 5% av cementmängden ersattes med kiselsyraavfall. Samma resultat betr vattenseparation, tillstyvnande och tryckhallfasthet erhölls som med cementbruk, dock ökade förbättringen av tryckhâllfastheten för proverna innehållande kiselsyra vid kontroll efter 28 dygn med 35% jämfört med proverna utan kíselsyratillsats (figur 6).

Claims (5)

10 15 20 25 453 077 PATENTKRAV

1. Förfarande fór förbättring av cementbruks och betongs egenskaper even- tuellt under samtidig minskning av cementtillsats, k ä n n e t e c k n a t av att kiselsyraavfall från framställning av aluminiumfluorid från aluminíumhydroxid och hexafluorokíselsyra tillsätts cementbruk eller betong, varvid upp till 15 vikt- procent av den föreskrivna cementtíllsatsen kan utgöras av nämnda kiselsyra- avfall, företrädesvis mellan 5 och 1096 av den föreskrivna cementvikten.

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att tillsatsen sker vid lufttemperaturer av 30°C och därutöver.

3. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att upp till 1596, före- trädesvis 5 - 1096, av den föreskrivna cementtillsatsen ersätts med nämnda kíselsyraavfall.

4. Förfarande enligt krav l-3, k ä n n e t e c k n a t av att kiselsyraavfallet uppvisar en kiselsyradel, som har en partikelstorlek av 1 - 100 /um, och en speci- fik yta av 600 mZ/kg.

5. Förfarande enligt krav 1-3, k ä n n e t e c k n a t av att kiselsyraavfallet uppvisar en rest aluminiumhalt av 2-3 vikt96, och en rest fluorhalt av 3-5 vikt%.