HU195460B - Process for producing steel structures reinforced with polymer concrete - Google Patents

Description

A találmány tárgya eljárás olyan polimerbetonnal erősített, könnyített acélszerkezetek előállítására, amelyek statikus és dinamikus igénybevételre egyaránt alkalmazhatók.

A polimerbetonok alkalmazása építőipari célra már több mint 20 éve ismert. Ezeknél az alkalmazásoknál a polimerbetont általában vékony, legfeljebb 30 mm rétegvastagságban használják elsősorban a hagyományos beton korrózióelleni védelmére, beton javítására, beton műtárgyak vízzáróságának biztosítására és más területeken.

A polimerbetonok önálló szerkezeti anyagként való alkalmazására csak szórványos próbálkozások történtek. Ezek közül főleg a gépalapként való felhasználás ismert, ahol előnyösen használják ki a polimerbetonok rövid kötési idejét és rezgéscsillapító hatását. Az önálló szerkezeti anyagként való felhasználás legfőbb akadálya, hogy a hagyományos betonoknál ismert erősítési móddal a polimerbetonok egyébként kiváló szilárdsági tulajdonságai tovább már nem, illetve csak nagyon szűk üzemeltetési körben fokozhatok. Ennek oka a fémek és a polimerbetonok hőtágulási együtthatójában megmutatkozó jelentős, adott esetben nagyságrendi eltérésben keresendő. Például egy átlagos minőségű acél lineáris hőtágulási együtthatója 0,0115 mm/mK, a polimerbetonok lineáris hőtágulási együtthatója pedig típustól függően 0,170-0,150 mm/mK.

Ismert körülmény, hogy a polimerbetonok keményedése közben jelentős hőmennyiség szabadul fel, aminek következménye a rendszer kötés közbeni felmelegedése, majd kihűlése (Int. J. Adhesion, and Adhcsives 1982/April, 77). Könnyen belátható, hogy az ebből fakadó nem-kívánatos hőkitágulás, illetve — kontrakció ugrásszerűen megnő a rétegvastagság és az alkalmazott tömeg növekedésével (Kunststoffe im Bau 16 (3,126) 1981).

A következmény az, hogy az építőiparban szokásos belső acéleró'sítés alkalmazása esetén — az eltérő hőtágulásí együtthatók miatt — a polimerbeton az acélból elválik, és ezért az erősítőanyag és a polimerbeton homogén mechanikai kontinuumként való viselkedése lehetetlenné válik, az erősítő anyag szerepe nem érvényesül.

Ennek kiküszöbölésére próbálkoztak az erősítő acél bordázásával. Ez azonban nem hozta meg a várt eredményt, vagy pedig csak akkor, ha különböző szerves és szervetlen szálasanyagot alkalmaztak erősítőanyagként. Az utóbbi eljárás hibája az, hogy bár a mechanikai jellemzők általában javulnak, a rugalmassági modulusz az ilyen rendszerek esetében kedvezőtlenül alacsony értékű.

A találmány célja a fenti hátrányok kiküszöbölésével olyan eljárás kidolgozása, melynek alkalmazásával szerkezeti anyagként felhasználható, olyan acélerősítésű polimerbeton szerkezetek állíthatók elő, amelyek megfelelnek a legváltoztatosabb alaki és terhelési követelményeknek.

A találmány alapja az a felismerés, hogy ha az ismert — főleg az építőiparban elterjedten alkalmazott — szerkezeti vasalások beton mátrixba foglalásával ellentétben, a polimerbetont olyan acél héjszerkezetbe foglaljuk, amelybe zártszelvényű üreges testek vannak hegesztve, akkor a hőtágulás szempontjából a polimerbeton azonos módon viselkedik, mint az acél héjszerkezet.

o

Ennek feltehetően az a magyarázata, hogy a levegővel telt üreges testek az idomtest belsejében „puffer”-ként viselkednek és az eltérő hőtágulási együtthatók révén keletkező belső feszültséget kikompenzálják.

Emiatt tapasztalható az a meglepő tény, hogy a nagyságrenddel nagy hőtágulási együtthatójú polimerbeton az acélszerkezettel széles hőmérsékleti intervallumban együtt dolgozik.

A találmány szerint előállított anyagkombináció ezáltal alkalmas pl. nagy bonyolultsági fokú öntött és hegesztett gépszerkezeti elemek kiváltására.

A fentiek alapján a találmány eljárás polimerbetonnal erősített acélszerkezetek előállítására főként statikus és dinamikus igénybevételű gépszerkezeti elemekhez.

A találmány értelmében úgy járunk el, hogy az erősítő anyagként használt acélból oldható és/vagy oldhatatlan kötésekkel kialakítjuk a szerkezeti elemnek megfelelő héjszerkezetet, amelybe beerősítjük az üreges testeket, a szerkezetet polimerbetonnal kitöltjük, és a polimerbetont megkeményedni hagyjuk.

A polimerbeton kötőanyagként epoxi-, poliuretán-, poliészter-, furán-, fenol-formaldehid gyantát vagy ezek kombinációját, töltőanyagként pedig különböző ásványi eredetű anyagokat, zúzalékokat, őrleményeket stb. alkalmazunk.

A találmány szerinti eljárással a legkülönbözőbb gépszerkezeti elemek — amelyek eddig öntéssel, hegesztéssel készültek - egyszerű módon előállíthatok, így gépek vázszerkezete, asztala, hidraulikus nyomógépek nyomófeje, gépágyazatok stb.

A találmány szerirti eljárással készített próbatestek mind a statikus, mind a dinamikus igénybevételt jól elviselik. Eljárásunkra tehát az a jellemző, hogy a zárt acélprofilt — amelyben zártszelvényű üreges testeket rögzítettünk — polimerbetonnal kitöltünk és azt kikeményedni hagyjuk.

A találmány szerinti eljárás legfőbb előnyei a kővetkezők:

— A találmány szerint előállított anyagkombináció alkalmazásával új szerkezeti kialakításokra, kisebb anyag-, energia- és élőmunkaigényű szerkezetek előállítására, új méretezési módszerek kidolgozására nyílik lehetőség.

— A találmány szerinti eljárást alkalmazva a szerkezeti igénybevételeknek kitett szerkezetekbe nem szükséges többletanyagot beépíteni, és a lokális, kritikus terhelési szempont miatt túlméretezni.

— Az új anyagkombináció alkalmazásához háttéripari fejlesztés nem szükséges, öntödei öntési- és formakészítési kapacitásra nincs igény és az erősítőként alkalmazott acél héjszerkezet előállításának élőmunka-, anyag- és energiaigénye is alacsony. A találmány szerinti eljárást az alábbi kiviteli példákkal mutatjuk be. A szerkezeti kialakítást pedig az

I. ábra ismerteti, ahol az 1 fémprofilt, a 2 polimerbetont és a 3 zártszelvényű üreges testet jelöltük meg. 1. példa

Nagy asztalfelületű, mechanikus- és hidraulikus erőátvitelű cipőipari kivágógép állvány-asztalát és kivágóhídját állítjuk elő az 1. ábra szerint kialakítva. Az acél héjszerkezetet és cellarendszert hegesztett kivitelben gyártjuk le. A héjszerkezetet poliészterbetonnal

195^ζ60 kitöltjük és megkeményedni hagyjuk. A poliészter beton 100 tömegrész térhálósától is tartalmazó poliésztergyantát és 100 tömegrész kvarclisztet, 400 tömegrész bazalt zúzalékot és 100 tömegrész folyanü kavicsot tartalmaz.

Az asztal és híd 24 órás keményedési idő után finommegmunkálásra és szerelésre kerül. Az ily módon előállított elemek szerkezeti merevsége 40%-kal nagyobb, tömege 13,6%-kal kisebb, előállítási költsége pedig 27,5%-kal alacsonyabb, mint a hagyományos kivitelűeké.

2. példa

Marógép állvány és tárgyasztal előállítása.

Mindenben az 1. példa szerinti módon járunk el azzal a különbséggel, hogy a célszerűen megtervezett héjszerkezetet furán-furol gyanta alapú 1:5 tömegarányban kvarclisztet, bazalt zúzalékot és folyami kavics elegyet tartalmazó polimer betonnal töltjük ki. A töltőanyag elegy 20 tömeg% kvarclisztet, 60 tömeg% bazaltzúzalékot és 20 tömeg% folyami kavicsot tartalmaz. (Zement-Kalk-Gips, 20/2,47, (1967).

A munkadarab merevsége — a találmány szerinti kialakítással — előnyösebbé válik, ezáltal a gép forgácsolási teljesítménye 10—15%-kal növekszik, a felületi érdesség minőségének és pontosságának megtartása mellett.

3. példa

Hidraulikus emelő- és szerelőasztal vázszerkezetét a hagyományos módon nagy keresztmetszetű hengerelt acélból állítják elő.

A találmány szerinti eljárással a kis falvastagságú idomot az alábbi összetételű polimerbetonnal töltjük ki:

100,0 sr Aradlit márkanevű epoxigyanta („A komponens (gyártó: CIBA-GEIGY, Bázel, Svájc)

10,0 sr trietilén-tetramin 15,0 sr kvarcliszt 20,0 sr mészkőliszt

300,0 sr bazaltőrlemény

500,0 sr bazaltzúzalék

A polimerbetont megkeményedni hagyjuk. Ez a megoldás biztosítja, hogy a szerelő- és emelőasztalok erőátviteli elemeinek oldal- és keresztirányú stabilitása 40%-kal növekszik.

4. példa

Radiál fúrógép oszlopát és konzolját az 1. példa szerinti módon állítjuk elő, az oszlopként szolgáló koaxiális csőrendszer merevségét és rezgéscsillapítását az

1. példa szerinti poliészteibetonnal való kitöltéssel biztosítjuk.

A poliészterbeton megkeményedése után középvagy nagyfrekvenciás felületi edzést alkalmazunk, illet5 ve fémszórással keményített felületet hozunk létre. A konzolként szolgáló héjszerkezetet Urex poliuretángyanta alapú mészkőliszt, bazaltzúzalék és folyami kavics töltőanyagot tartalmazó polimerbetonnal (gyártó: BUDALAKK Festék- és Mú'gyantagyár, Budapest) tölt10 jük ki és azt megkeményedni hagyjuk. Az eljárás előnye, hogy 30-40% tömegcsökkenés mellett a szerkezet rezgésre érzéketlenebbé válik és a felületi kopásálló réteg kialakításához szükséges energia 30—50%-kal csökken a hagyományos megoldáshoz képest.

5. példa

Textil- és faipari kivágógép készítésénél a következő módon járunk el.

A hídként szolgáló elem acél héjszerkezetét két ré20 tegben töltjük ki polimerbeton rendszerrel úgy, hogy 8/10-ed részét Polimal poliészterbetonnal (Ochrona Przed Korozja, 19(2, 37, (1976), majd ennek megkeményedése közben vagy után a maradék 2/10-ed részt Polimal epoxibetonnal (Ochrona Przed Korozja, J9/2,

37 (1976) töltjük ki.

Hasonló módon járunk el az asztalként szolgáló héjszerkezet kitöltése során is. A rétegfelépítést úgy készítjük el, hogy összeszerelés után a híd és az asztal nagyobb rugalmasságú epoxibetonnal kitöltött felülete kerüljön egymással szemben.

Az eljárás legfeltűnőbb előnye, hogy a tömegmegtakarítás mellett a kivágószerszám élettartama kb. 5-szőrösére növekszik a rugalmas felfekvés kedvező hatása eredményeként.

6. példa

Mindenben az 1. példában leírtak szerint járunk el, de a polimerbeton kötőanyagaként fenol-formaldehid gyantát alkalmazunk.

Claims (3)

1. Eljárás polimerbetonnal erősített, könnyített acél45 szerkezetek előállítására főként gépszerkezeti elemek gyártásához azzal jellemezve, hogy zárt acélprofilt, (1) — amelyben zártszelvényű üreges testeket (3) rögzítettünk - polimerbetonnal (

2) kitöltünk és azt kikeménye dni hagyjuk.

3θ 2. Az 1. igénypont szerinti eljárás azzal jellemezve, hogy olyan polimerbetont (2) alkalmazunk, amelynek kötőanyaga epoxi-, poliészter-, furán-, fenol-formaldehid vagy poliuretán gyanta.