HUT61714A

HUT61714A - Water- and wear-resisting sorel cement composition for bearers and process for producing such bearers

Info

Publication number: HUT61714A
Application number: HU135091A
Authority: HU
Inventors: Friedrich Birkner
Original assignee: Steirische Magnesit Ind Ag
Priority date: 1990-04-23
Filing date: 1991-04-23
Publication date: 1993-03-01
Also published as: ATA94090A; CS109191A2; EP0454660A1; HU911350D0; AT395145B

Description

A találmány tárgya vízálló és kopásálló Sorel-cementösszetétel aljzatokhoz vagy uttestfelületekhez magnézium-oxid, magnézium-klorid és szervetlen töltőanyagok, igy homok, folyami kavics, salak vagy hasonlók alapján, továbbá

72237-428/VO eljárás ilyen vízálló és kopásálló aljzat, illetve uttestfelület előállítására.

A Sorel-cement megnevezés olyan különböző masszákat jelöl, amelyek alapvető alkotóként magnéziát (MgO) és magnézium-kloridőt tartalmaznak vizes oldatban. Megkötött állapotban a Sorel-masszák ezen alapalkotói magnézium-oxid-klorid-hidrát alakjában vannak jelen. A Sorel-cement keményebb és gyorsabban köt meg, mint a portlandcement, azonban viz jelenlétében csekély a szilárdsága. A magnézium-oxid-klorid-hidrát kristályok, amelyek a Sorel-cement lényeges alkotóját jelentik, nagy szerkezeti hasonlóságot mutatnak a gipsszel. A kristályok között nem alakult ki valódi kötés, és a cement fizikai tulajdonságai attól függnek, hogy a kristályok milyen mértékben hatolnak át egymásba. Viz hatására a kristályok közötti tapadás gyakorlatilag megszűnik.

Sorel-cementmasszák vízállóbbá tételére javasolták oldhatatlan magnéziumsók képzését foszfátok és aluminátok adagolása által. Ilyen tipusu adalékok mindenesetre csökkentik a kötés sebességét. Ismeretes továbbá Sorel-cementmasszák vízállóbbá tétele egész sor töltőanyag adagolása utján. A 29 22 815 számú NSZK-beli szabadalmi leírásból ismeretes etil-szilikát és üvegszálak adagolása a masszához, amelynek során a megkötéshez speciális eljárást javasolnak. Az idézett szabadalmi leírás szerint kristálycsiraképzőként olyan előre megkevert masszát alkalmaznak kristálycsira képzésére alkalmas mennyiségben, amely viz, magnézium-oxid és adott esetben magnézium-klórid reakciótermékét tartalmazza. A magnézium-oxid a magnézium-klorid-oldatban oldódik, és a magnézium-oxid túltelített oldatából az eljárás folyamán magnézium-oxid-klorid csapódik ki. A kicsapódás sebességétől függően többé-kevésbé tűalaku kristályszerkezet keletkezik, amely a szerkezet térbeli összekapcsolódásához vezet. Ismeretes, hogy kovasav és ammónium-foszfát adalék csökkenti a vizoldhatóságot.

Egy korábbi javaslatunkban (2221/89 számú osztrák szabadalmi bejelentés) már kísérletet tettünk arra, hogy ilyen tipusu Sorel-cementkeverékek szilárdsági értékeit az időjárási viszonyoktól függetlenül javítsuk, amelynek során szervetlen kationcserélők adagolását javasoltuk. Ilyen tipusu kationcserélő adalék a korábbi javaslatnak megfelelően csökkenti a magnéziumionok koncentrációját az oldatban, és ennek következtében messzemenően homogén, nagyobb nyomószilárdsággal megkötő massza az eredmény. A nyomószilárdság kationcserélők alkalmazása utján történő növelése elsősorban arra vezethető vissza, hogy a magnéziumionok oldatban vett koncentrációjának csökkenése utján késleltetett kristályosodás miatt sok kristályosodási csira keletkezik, és ennek következtében nagyon kis tűk csapódnak ki, ezáltal tömörebb szerkezet érhető el. Bizonyos szervetlen kationcserélők, igy gulzenit vagy zeolit alkalmazása által lényegesen csekélyebb duzzadást állapítottunk meg hosszabb időn keresztül vízben történő tárolás után, mint hagyományos Sorel-cementösszetételek esetében.

Aljzatok vagy uttestfelületek céljára szolgáló Sorel-cementösszetételek a habarcsokhoz hasonlóan a megkötés során az apadás miatt repedések képződésére hajlamosak. A kationcserélők adagolása utján elért csökkent értékű duzzadás elsősorban a viz megkötést követően kifejtett hatása szempontjából jelentős, mivel a csekélyebb duzzadás azt eredményezi, hogy a szilárdsági értékek, különösen a kopásszilárdság megőrződik.

A találmány feladata vízálló és kopásálló Sorel-cementösszetétel biztosítása a bevezetésben említett tipusu aljzatokhoz vagy uttestfelületekhez, amely Sorel-cementösszetételek az ismertektől abban különböznek, hogy kopásállóságuk nagyobb, és repedésképződési hajlamuk lényegesen csekélyebb a megkötés során, és egyidejűleg javított vizállóképességgel rendelkeznek. A feladatot a találmány vízálló és kopásálló Sorel-cementösszetétellel oldja meg aljzatokhoz vagy uttestfelületekhez magnézium-oxid, magnézium-klorid és szervetlen töltőanyagok, így homok, folyami kavics, salak alapján, amely 0,5-20 tömeg% vizoldható, polimer vagy polikondenzált műgyantát, előnyösen polikarbonsavat tartalmaz a magnézium-oxidra vonatkoztatva. Az ilyen tipusu, vizoldható, polimer vagy polikondenzált műgyanták alkalmazása azzal az előnnyel jár, hogy a kötés során nem lép fel apadás, igy az aljzatban repedések képződése biztonsággal elkerülhető. A vizoldható, polimer vagy polikondenzált műgyanták a Sorel-cementösszetételek száradása, illetve megkötése után hidrofób komponenst jelentenek, amely víznek ilyen tipusu alj zatba vagy uttestfelületbe történő behatolásával szemben hat. Ilyen tipusu Sorel-cementösszetételek nyomó- és hajlitószilárdsági értékeinek javulása polikarbonsavak alkalmazása esetén még azon alapulhat, hogy polikarbonsavak is legalább részlegesen megköthetik a magnéziumsókat a már korábban javasolt kationcserélőkhöz hasonlóan, amelynek során a magnéziumionokból és a polikarbonsavak karboxilátionjaiból kialakuló vegyületek különösen stabil vegyületekké válnak, és ezen túl az oldat egyensúlya magnéziumionok kivonása következtében eltolódik, és az oldat telítettségének mértéke kloridionokra nézve növekszik. Vizoldható, polimer vagy polikondenzált műgyanták alkalmazása az aljzat, illetve uttestfelület egyéb komponenseivel jó keverhetőséget biztosit, ami jobb homogenizálást, és ezáltal a megkötés után az aljzat, illetve uttestfelület egész keresztmetszetében egyenletes szilárdságot ad. A magnézium-oxidra vonatkoztatva 0,5-20 tömeg% ilyen tipusu vizoldható, polimer vagy polikondenzált műgyanta, különösen polikarbonsav alkalmazásával az aljzatok, illetve uttestfelületek különösen nagy végső szilárdságát, és különösen nagy hajlító- és ezáltal törési szilárdságát érhettük el. 5 tömeg%-ot meghaladó mennyiségű polikarbonsav-adalék egyidejűleg gyorsabb kötéshez vezet, mivel a folyamatot ezekben az esetekben a massza felmelegedése gyorsítja.

A találmány lényege vízálló és kopásálló Sorel-cementösszetétel aljzatokhoz vagy uttestfelületekhez magnézium-oxid, magnézium-klorid és szervetlen töltőanyagok, igy homok, folyami kavics, salak alapján, amely 0,5-20 tömeg% vizoldható, polimer vagy polikondenzált műgyantát, előnyösen polikarbonsavat tartalmaz a magnézium-oxidra vonatkoztatva. Az alkalmazott polikarbonsavak legalább 25 tömeg%-ának lágyuláspontja 80 °C felett van. A keverék homogenizálása szempontjából különösen előnyös legalább 25 tömeg% 80 °C feletti lágyuláspontu polikarbonsavak hozzáadása, minthogy ilyen mennyiségű, megadott minimális lágyuláspontu polikarbonsav-tartalom esetén a magnézium-oxid egyidejű őrlése a hozzáadott polikarbonsavakkal egyszerű malmokban megoldható. A találmány szerint előnyösen úgy járunk el, hogy a polikarbonsavakat a magnézium-oxiddal 1 mm-nél kisebb, előnyösen 0,2 mm-nél kisebb szemcseméretre őröljük, ezáltal a Sorel-cementkeverék kellően gyors átalakítása, illetve kötése biztosított, amelynek során előnyösen 5 m²/g fajlagos felületű magnézium-oxidot alkalmazunk.

Egyszerű keveréssel könnyen homogenizálható keveréket akkor érhetünk el, ha a polikarbonsavakat 25-35 tömeg%, előnyösen 30 tömeg% szilárd anyagot tartalmazó vizes oldatban alkalmazzuk, amelynek során előnyösen úgy járunk el, hogy magnézium-oxidot polikarbonsavakkal együtt vízben eliszapolunk, és magnézium-klorid-oldatba keverjük be, majd a keveréket a töltőanyagok hozzáadását követően 3 órán, előnyösen 1 órán belül öntéssel felhordjuk.

Aljzatok esetén általában viszonylag finomszemcsés töltőanyagokat, így homokot alkalmazunk, ezzel szemben uttestfelületek esetén, különösen kopásálló, csúszásveszélyt csökkentő uttestfelőletek nyerése céljából megfelelően durvaszemcsés adalékokat, így folyami kavicsot, salakot vagy hasonlókat választhatunk.

A találmányt a következőkben példával szemléltetjük.

Példa

Egy, a technika állása szerinti, 500 g 75 %-os tisztaságú magnézium-oxidból, 1500 g kvarchomokból és 390 cm³30 °Bé koncentrációjú magnézium-klorid-oldatból álló Sorel-cementből 4 x 4 cm alapterületű szabványos próbatesteket öntünk.

Egy kisérletsorozatban a kvarchomok egy részét 8-as pH-értékü, 220 mg KOH/g savszámu polikarbonsawal helyettesítjük. A polikarbonsav legnagyobb hozzáadott mennyisége 200 g, ami az alkalmazott magnézium-oxid mennyiségének 40 tömeg%-át teszi ki.

Egy második kisérletsorozatban a kvarchomok 200 g menynyiségét lépésenként 8-as pH-értékü és 20 °C hőmérsékleten 3 Pa.s viszkozitású vizes polikarbonsav-oldattal helyettesítjük.

A leirt módon előállított Sorel-cementkeverékekből is szabványos próbatesteket állítunk elő, és ezt követően valamennyi előállított keverék vizállóságát megvizsgáljuk. A vizállóság meghatározására a próbatesteket 33 napon keresztül vízben tároljuk, amelynek során a vizet naponta cseréljük. A vizsgálati időtartam lejárta után valamennyi próbatest esetén meghatározzuk a százalékban kifejezett apadást, illetve duzzadást, továbbá mind klimatizált térben, mind vízben tárolt próbatestek hajlitószilárdságát és nyomószilárdságát.

Ezeknek a vizsgálatoknak az eredményeit az ábrákon tüntetjük fel. Az ábrák a következőket tartalmazzák:

1. ábra a próbatestek duzzadását, a

2. ábra a próbatestek hajlitószilárdságának értékeit mind száraz állapotban, mind vízben történt tárolás után, és a

3. ábra a próbatestek nyomószilárdságát mind száraz állapotban, mind vízben történt tárolás után.

Az 1. ábra a 33 napig vízben tárolt próbatestek duzzadásának értékeit mutatja. Az 1 görbe azoknak a próbatesteknek a duzzadását ábrázolja, amelyek adalékként csak kvarchomokot tartalmaznak. Ezek a próbatestek 0,44 % duzzadást mutatnak. A 2 görbe azon próbatestek duzzadási értékeit jelzi, amelyekben a kvarchomokhoz lépésenként őrölt polikarbonsavat adagoltunk. Ennek során kitűnik, hogy már 25 g polikarbonsav adagolása a kvarchomokhoz, ami az alkalmazott magnézium-oxid 5 tömeg%-ának felel meg, csak 0,2 értékű duzzadást tesz megfigyelhetővé. A Sorel-cementösszetétel legcsekélyebb, 0,11 értékű duzzadása 100 g polikarbonsav adalék esetén figyelhető meg, ez az alkalmazott magnézium-oxid mennyisége 20 tömeg%-ának felel meg, további (150-200 g) polikarbonsav adalék hatására a duzzadás értéke csekély mértékben, 0,12, illetve 0,13 értékre megnövekszik.

A 3 görbe olyan próbatestek duzzadási értékeit mutatja, amelyek esetében a kvarchomokhoz lépésenként alkalmas meny nyiségü vizes polikarbonsav-oldatot adagolunk. 100 cm³ polikarbonsav-oldat hozzáadása esetén csupán 0,15 értékű duzzadás figyelhető meg. A duzzadás optimális értéke 400 cm³vizes polikarbonsav-oldat adalék esetén lép fel, értéke 0,09. További polikarbonsav-adagolás hatására csekély mértékben csökkennek ugyan a duzzadási értékek, lényeges javulás azonban már nem figyelhető meg.

Összefoglalva az tapasztalható, hogy az alkalmazott magnézium-oxid mennyiség 20 tömeg%-ának megfelelő polikarbonsav-adalék a Sorel-cementösszetétel duzzadásának egyértelmű csökkenését okozza, nagyobb mennyiségű polikarbonsav adagolása azonban nem okoz javulást a vízben tárolt szabványos próbatestek duzzadási viselkedésében, vagy a változás rendkívül csekély.

A 2. ábra a különböző Sorel-cementösszetételek hajlítószilárdságát mutatja mind száraz állapotban, mind vízben történő tárolás után. Töltőanyagként csupán kvarchomokot tartalmazó Sorel-cement száraz állapotban 13,36 N/mm² hajlitószilárdságot ér el. Nedves állapotban a hajlitószilárdság 33 nap áztatás után, amelynek során a vizet naponta cseréljük, 1,8 N/mm² értékre csökken. A magnézium-oxid mennyisége 40 tömeg%-ának megfelelő mennyiségekig őrölt polikarbonsav adagolása fokozza a hajlitószilárdságot, amint ez a 4 görbén látható, szilárd állapotban 25 g őrölt polikarbonsav adaléknál (ez a magnézium-oxid mennyiségének 5 tömeg%-a) 18,37 N/mm² értékre, ezt követően a hajlítószilárdság további polikarbonsav-adalék hatására lassan csökken, és az alkalmazott magnézium-oxid mennyisége tömeg%-ának megfelelő polikarbonsav-adalék esetén ugyanazt az értéket mutatja, mint a csupán kvarchomok adalékot tartalmazó változat.

nap vízben végzett tárolás után az őrölt polikarbonsav adalékot tartalmazó Sorel-cementösszetétel az 5 görbének megfelelően legnagyobb, 9,0 N/mm² értéknek megfelelő hajlitószilárdságát 50 g polikarbonsav adalék esetében mutatja. Őrölt polikarbonsav további hozzáadása esetén 75 g polikarbonsav adalék mennyiségig (ez az alkalmazott magnézium-oxid mennyisége 15 tömeg%-ának felel meg) a hajlitószilárdság lényegében állandó, majd lassan csökken, amelynek során azonban 200 g kvarchomok polikarbonsavval történő helyettesítése esetén is meghaladja azt az értéket, amelyet töltőanyagként csak kvarchomokot tartalmazó Sorel-cementösszetétellel érünk el.

Vizes polikarbonsav-oldat kvarchomokhoz történő hozzáadása száraz állapotban nem eredményez olyan nagy hajlítószilárdságot (a legnagyobb érték 18,09 N/mm²), a hajlítószilárdság értéke azonban nagyobb mennyiségű polikarbonsav-oldat hozzáadásának hatására sem csökken olyan mértékben, mint ez őrölt polikarbonsav adalék esetében megfigyelhető. Vízben végzett tárolás után 200 cm³ vizes polikarbonsav-oldat adalékkal csekély mértékben nagyobb hajlitószilárdság értékeket kapunk (9,3 N/mm²), mint őrölt polikarbonsav adalék esetén, az értékek azonban 540 cm³ polikarbonsav-oldat adalék eléréséig az 5 görbe értékei alá csökkennek.

♦ * « «

- 11 Ezek a különbségek részben a különböző módon alkalmazott polikarbonsavakra, részben a polikarbonsavaknak a Sorel-cementösszetételben való eltérő homogenitást! eloszlására vezethetők vissza.

A 3. ábra a különböző Sorel-cementösszetételek nyomószilárdságát mutatja. A töltőanyagként csupán kvarchomokot tartalmazó Sorel-cementösszetétel száraz állapotban 69,2 N/mm², 33-napos, vízben végzett tárolás után 14,2 N/mm²nyomószilárdságot mutat. A 8 és 10 görbék azon Sorel-cementösszetételek nyomószilárdságát mutatják, amelyekben a kvarchomokhoz őrölt polikarbonsavakat, illetve vizes polikarbonsav-oldatot adtunk. 25-75 g őrölt polikarbonsav, illetve megfelelő mennyiségű (10-300 cm³) vizes polikarbonsav-oldat hozzáadása esetén 76-78 N/mm² nyomószilárdságot kapunk őrölt polikarbonsav adalékkal, és 73-75 N/mm² nyomószilárdságot kapunk vizes polikarbonsav-oldat adalékkal.

További polikarbonsav-adalék esetén a nyomószilárdság viszonylag nagymértékben csökken. Lényegesen kedvezőbb nyomószilárdságot érünk el 33-napos, vízben végzett tárolás esetén, ha a kvarchomokhoz őrölt polikarbonsavat adagolunk (9 görbe). A legkedvezőbb esetben, 25-50 g polikarbonsav esetén 60 N/mm² nyomószilárdságot érünk el. Az őrölt polikarbonsav további adagolásának hatására viszont a nyomószilárdság erősen csökken, azonban még 200 g polikarbonsav adalék esetében is meghaladja a polikarbonsavat nem tartalmazó Sorel-cementösszetételre meghatározott 14,2 N/mm²értéket.

A 11 görbe a viszonyokat a kvarchomokhoz adott vizes polikarbonsav-oldat adalék esetében mutatja vízben végzett tárolás után. A hajlitószilárdság értékeivel összehangban viszont nem kapunk egészen annyira nagy értékeket, mint őrölt polikarbonsav adalék esetében, azonban az látszik, hogy a kvarchomokhoz adott 300 cm³ vizes polikarbonsav-oldat adalékmennyiség eléréséig az értékek majdnem állandóak maradnak, a nyomószilárdság viszont viszonylag erősen csökken.

Összefoglalóan megállapítható, hogy a kvarchomokhoz adott polikarbonsav adalék utján elérhető a vízben végzett tárolás esetén a Sorel-cementösszetétel csekélyebb duzzadása, valamint a keverék lényegesen jobb hajlító- és nyomószilárdsága mind szilárd, mind nedves állapotban.

Claims

1. Vízálló és kopásálló Sorel-cementösszetétel aljzatokhoz vagy uttestfelületekhez magnézium-oxid, magnézium-klorid és szervetlen töltőanyagok, igy homok, folyami kavics, salak keverékének alapján, azzal jellemezve, hogy 0,5-20 tömeg% vizoldható, polimer vagy polikondenzált műgyantát, előnyösen polikarbonsavat tartalmaz a magnézium-oxidra vonatkoztatva.

2. Eljárás az 1. igénypont szerinti vízálló és kopásálló aljzatok, illetve uttestfelület előállítására, azzal jellemezve, hogy vizoldható, polimer vagy polikondenzált műgyantaként polikarbonsavak keverékét alkalmazzuk, ahol az alkalmazott polikarbonsavak legalább 25 tömeg%-ának lágyuláspontja 80 °C felett van.

3. A 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a polikarbonsavakat a magnézium-oxiddal 1 mm-nél kisebb, előnyösen 0,2 mm-nél kisebb szemcseméretre őröljük.

4. A 2. vagy 3. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a polikarbonsavakat 25-35 tömeg%, előnyösen

30 tömeg% szilárd anyagot tartalmazó vizes oldatban alkalmazzuk.

5. A 2-4. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy 5 m²/g fajlagos felületű magnézium-oxidot alkalmazunk.

6. A 2-5. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a magnézium-oxidot a polikarbonsavakkal együtt vízben beiszapoljuk, és túltelített magnézium-klorid-oldatba keverjük be, majd a keveréket a töltőanyagok hozzáadását követően 3 órán, előnyösen 1 órán belül öntéssel fel- hordjuk.