NO793831L - Betongblanding og fremgangsmaate ved fremstilling derav - Google Patents

Abstract

Betongblanding og fremgangsmåte ved fremstilling derav

Description

Oppfinnelsen angår støpbare blandinger og støpte gjenstander basert på mineralaggregat og svovel, og dessuten fremgangsmåter ved fremstilling derav.. Oppfinnelsen angår mer spesielt svovelbetong, svovelmørtel og andre svovelbundne sammensatte materialer med forbedret duktilitet og/eller varighet, spesielt betonger og mørtler hvori aggregatet inneholder en svellende leire.

Blandinger av mineralaggragat og svovel hvori svovelet virker som bindemiddel, kalles svovelbetonger eller svovel-mørtler avhengig av formen av mineralaggregatet.

Gjenstander som kan formes ved støping av slike svovelbetonger, omfatter på forhånd formede betonggjenstander som vanligvis fremstilles fra betonger basert på en blanding av hydraulisk cement, som Portland-cement, mineralaggregat og vann sammen med forskjellige tilsatser. Slike gjenstander omfatter gangheller, konstruksjonsdeler, kantstein, rennestein, rør og andre støpte produkter.

Svovelmørtler kan f .eks. anvendes for cementering eller skjøting av rør, steiner og fliser og som belegnings-materiale for å oppnå en beskyttende overflate.

Svovelbetonger og -mørtler oppviser visse fordeler sammenlignet med Portland-cement selv om de også er beheftet med visse ulemper. En spesiell fordel ved svovelblandingene

(betonger og mørtler) er at det størknede materiale påny kan anvendes etter oppvarming slik at svovelet smelter påny. Derved minskes vrakandelen da f.eks. en uperfekt støpt gjenstand kan smeltes ned og støpes påny.

Dessuten er svovelet tilgjengelig i store mengder både som biprodukt ved oljeraffinering og naturgassbehandling innen petroleumsindustrien og fra grubedrift i forbindelse med svovelavsetninger.

Betonger som inneholder svovel er blitt beskrevet i US patentskrifter nr. 3 954 480 og nr. 4 025 352. I det førstnevnte patentskrift hie det forsøkt å tilveiebringe betonger med forbedret styrke og varighet ved å anvende svo-velpulver i blanding med Portland-cement, vann og mineralaggregat. I det sistnevnte patentskrift er det forsøkt å tilveiebringe betonger med forbedret trykkfasthet og bøyefasthet og forbedrede korrosjonsegenskaper ved å .innarbeide dicyclo pentadien i blandinger av svovel-aggregat og ved å regulere en innbyrdes påvirkning mellom svovelet og dicyclopentadienet.

Svovelbetonger og -mørtler er tilbøyelige til å være meget sprø, og det finner sted en meget liten reduksjon i stivhet etter hvert som toppbelastningen nærmer seg, slik at svikt forekommer innen området for materialets høyeste styrke. Når en slik svikt forekommer, er sprekkforplantnin-gen meget hurtig. Denne oppførsel er sterkt forskjellig fra oppførselen til Portland-cement som oppviser en betydelig høyere duktilitet.

Svovelbetongers og -mørtlers sprøhet eller lave duktilitet representerer en alvorlig mangel, spesielt sammenlignet med den mer vanlig anvendte Portland-cement, og dette har i sterk grad utsatt en kommersiell akseptering av disse materialer .

Forskjellige forsøk er blitt gjort for å forbedre svovelbetongers duktilitet ved å bryte ned svovelet eller ved å overføre dette til en polymer form. Disse forsøk omfatter som regel tilsetning av polymere sulfider eller materialer som reagerer med elementært svovel under dannelse av polysul-fider in situ. Bruk av elementært arsen og fosfor for fremstilling av et gummilignende materiale med svovel er beskrevet i Journal of Colloid Science, 17, (1962), s. 717, Tobolsky et al. Bruk av thiokoler for å mykne svovel er blitt beskrevet i The Bulletin of the American Ceramic Cociety, Vol. 16, Nr. 11, Nov. 1937, s. 435 - 438, av Dueker og Schofield, og i Advances in Chemistry, Series 110 (Sulphur Research Trends) 1971, s. 201 - 207, av Dala J.M. Bruk av umettede organiske forbindelser for å mykne svovel er blitt beskrevet i Advances in Chemistry, Series 140 ("New Uses of Sulphur"), American Chemical Society, 1971, av Currel et al.

Imidlertid rapporterte Currel og medarbeidere (se ovenfor) på samme måte som Blight og medarbeidere i Advances in Chemistry, American Chemical Society, 1977 (Preparation and Properties of Modified Sulphur Systems", Sulphur Utilization - A Progress Report), atmed^indre store mengder av modifise-ringsmidlet eller mykningsmidlet ble anvendt, finner til slutt krystallisering av svovelet i orthorombiske form sted med tap av tidligere gunstige virkninger og gjenopprettelse

av den sprøe tilstand.

Det foreligger således et behov for å tilveiebringe duktile svovelbetonger og -mørtler som ikke vender tilbake til den sprø tilstand.

Et ytterligere problem med svovelbetonger og -mørt-ler som er utsatt for omgivelsene, finner sted når mineralaggregatet inneholder en svellende leire fordi slike betonger og mørtler hurtig brytes ned når de utsettes for vann eller vandige systemer ved direkte neddykking i. vannet eller ved eksponering for vann i atmosfæren, f.eks. regn, fuktighet eller sludd. Problemet forekommer også når forholdsvis mindre mengder svellende leire er til stede i aggregatet, f.eks. 1,0 vol%.

Mineralaggregater som inneholder en svellende leire er derfor enten blitt unngått eller har måttet utsettes for en omhyggelig forvasking for å fjerne den svellende leire.

Det er klart at det ville være fordelaktig å kunne anvende et mineralaggregat som inneholder en svellende leire dersom et slikt aggregat er lett tilgjengelig, f.eks. i områder hvor leire forekommer naturlig i det oppsamlede aggregat.

Det tas ved oppfinnelsen sikte på å tilveiebringe

svovelbetonger, -mørtler og -belegg med forbedret duktilitet.

Det tas ved oppfinnelsen også sikte på å tilveiebringe svovelbetonger, -mørtler og -belegg med god varighet, spesielt god motstandsdyktighet overfor nedbrytning i vann, og hvori anvendes et ellers ubrukbart mineralaggregat som inneholder svellende leire.

Det tas ved oppfinnelsen dessuten sikte på å tilveiebringe svovelbetonger, -mørtler og -belegg som har både god duktilitet og varighet, spesielt god motstandsdyktighet overfor nedbrytning i vann.

Det tas ved oppfinnelsen videre sikte på å tilveiebringe fremgangsmåter for fremstilling av slike svovelbetonger-, -mørtler og -belegg.

Det har ifølge oppfinnelsen vist seg at når det i et materiale som omfatter en blanding av svovel og mineralaggregat, f.eks. svovelbetonger, -mørtler og -belegg, innarbeides visse tilsatser, fåes materialer som oppviser forbedret duktilitet samnenlignet med slike materialer uten tilsat-

sene.

Det har også vist seg at en innarbeidelse av visse tilsatser i dette materiale omfatter en blanding av svovel og mineralaggregat, f.eks. en svovelbetong, -mørtel eller et svovelbelegningsmateriale hvori mineralaggregatet er forurenset med en svellende leire, i materialer som oppviser god motstandsdyktighet overfor vann og ikke brytes ned selv når de holdes neddykket i vann i lengre tid. Uten disse tilsatser fører bruk av et mineralaggregat som er forurenset med svellende leire, som regel til at avovelmaterialet svikter når det utsettes for våte omgivelser.

En rekke av de tilsatser som har vist seg å være effektive ved at de forbedrer duktiliteten, er de samme som de tilsatser som forbedrer motstandsdyktigheten overfor vann når svellende leire er tilstede i mineralaggregatet. En betong, mørtel eller et belegg med forbedret duktilitet og motstandsdyktighet overfor vann kan således fremstilles fra mineralaggregat som er forurenset med svellende leire.

De tilsatser som kan anvendes for å øke motstandsdyktigheten overfor vann, omfatter råolje, harpiks- og olje (malten)-fraksjonen av råolje, restfraksjonen (malten- og asfaltenfraksjoner) av råolje, tungfraksjoner av råolje, spesielt de som er blitt fraksjonert ved en temperatur over 250° C, polyoler, f.eks. glycerol, og "Vårsol" som er et vare-merke for et alifatisk petroleumsoppløsningsmiddel, eller, andre lignende produkter.

Ifølge én side av den foreliggende oppfinnelse tilveiebringes et varmformbart, duktilt konstruksjonsmateriale, f.eks. en betong, en mørtel eller et belegg, som omfatter svovel og mineralaggregatet.

Ifølge en annen side av den foreliggende oppfinnelse tilveiebringes et varmformbart, overfor vann motstandsdyktig svovelholdig materiale, f.eks. en betong, en mørtel eller et belegg, som inneholder et mineralaggregat som er forurenset med en svellende leire.

Ifølge en ytterligere side av oppfinnelsen tilveiebringes et varmformbart, duktilt, overfor vann motstandsdyktig svovelholdig materiale, f.eks. en betong, en mørtel eller et belegg, som inneholder et mineralaggregat som er foruren-

set med en svellende leire.

Ifølge en videre side av foreliggende oppfinnelse tilveiebringes svovelholdige betonggjenstander fremstilt fra de varmformbare betonger.

Ifølge ennå en side av den foreliggende oppfinnelse tilveiebringes en gjensmeltbar, svovelholdig mørtel med forbedret duktilitet.

Ifølge en ytterligere side av den foreliggende oppfinnelse tilveiebringes en gjensmeltbar, overfor vann motstandsdyktig, svovelholdig, mørtel med forbedret duktilitet hvori mineralaggregatet er forurenset med en svellende leire.

Ifølge en videre side av den foreliggende oppfinnelse tilveiebringes fremgangsmåter for fremstilling av formede, duktile, svovelholdige betonggjenstander.

Ifølge en ytterligere side av den foreliggende oppfinnelse tilveiebringes fremgangsmåter for fremstilling av formede overfor vann motstandsdyktige, svovelholdige betonggjenstander som inneholder et mineralaggregat som er forurenset med en svellende leire.

Det tilveiebringes ved den foreliggende oppfinnelse også fremgangsmåter for fremstilling av formede, duktile, overfor vann motstandsdyktige, svovelholdige betonggjenstander som inneholder et mineralaggregat som er forurenset med en svellende leire.

Ifølge en spesiell utførelsesform av de foreliggende fremgangsmåter bløtes mineralaggregatet på forhånd med en polyol.

Ifølge en annen side av den foreliggende oppfinnelse tilveiebringes en fremgangsmåte for å gjøre en svovelholdig betong inneholdende en svellende leire motstandsdyktig overfor vann.

Hva gjelder de tilsatser som forbedrer duktiliteten, forbedres denne både ved anvendelse av mineralaggregater som er frie for svellende leire og med mineralaggregater som er forurenset med svellende leire.

Uttrykkene "varmformbare" og "formede" som her anvendt omfatter svovelholdige materialer, f.eks. betonger, mørtler og belegg, som på forhånd kan støpes i former eller helles, ekstruderes, pusses, sprøytes eller på annen måte på- føres på plass for installering in situ, når svovelet befinner seg i smeltet tilstand ved en tempeatur under 160° C,

som tilfellet er for Portland-cementbetonger.

Adre vanlige modifiseringsmidler for svovel anvendes ved fremstilling av sammensatte svovelholdige materialer, f.eks. svovelholdige betonger, kan anvendes i kombinasjon med tilsatsene som anvendes ifølge oppfinnelsen. Det kan være ønsket å innarbeide slike modifiseringsmidler, omfattende mykningsmidler og brannhemmende midler, for å oppnå spesielle egenskaper for spesielle formål og sluttanvendelser. Når f.eks. mykning er nødvendig, kan slike tilsatser som ole-finiske hydrocarbonpolymerer (se US patentskrift nr. 4 058 500) og dicyclopentadien anvendes. Dessuten kan f.eks. når det er nødvendig med materialer med forbedret flammemot-standsdyktighet, brannhemmende midler som 1,5,9-cyclododeca-trien tilsettes.

Aggregater

Mineralaggregater i materialene ifølge oppfinnelsen kan omfatte grovaggregater, findelte aggregater og finstoffer.

Grovaggregater omfatter grus, knust stein, slagg og andre materialer med mineralske sammensetninger og med en partikkelstørrelse av minst 4,75 mm, spesielt 1,5 - 4 cm.

Findelte aggregater omfatter sand og andre materialer med mineralsk sammensetning og med en partikkelstørrelse av fra 150 ym til 4,75 mm.

Finstoffer omfatter flyaske, pyrrhotitt, knust leirskifer, illit og andre materialer med mineralsk sammensetning og med en partikkelstørrelse under ca. 150 ym.

I alminnelighet inneholder svovelmørtler intet grovt aggregat, mens svovelbetonger inneholder en hovedsakelig mengde av grovt aggregat. En svovelbetong kan med fordel inneholde så meget grovt materiale som mulig slik at dette vil oppta det hovedsakelige volum av betongen, hvorved den nødvendige mengde av det mer kostbare svovel kan reduseres.

Mineralaggregatet kan også omfatte naturlig jord, og i dette tilfelle kan et svovel/jordmateriale med forbedret duktilitet og motstandsdyktighet overfor vann anvendes som et underlag for en belagt overflate, f.eks. en veibane. Mineralaggregatene som anvendes ifølge den forelig gende oppfinnelse for de utførelsesformer av denne som til-veiebringer forbedret duktilitet, kan være frie for svellende leire eller forurenset med svellende leire.

Naturlig jord er innen ingeniørteknologien å forstå som det jordmateriale som befinner seg mellom jordens overflate og grunnfjellet. Som. sådan omfatter denne underjord, toppjord, humus, havejord og blandinger av hvilke som helst av de ovenfor beskrevne grovaggregater, findelte aggregater og finstoffer, med eller uten slikt jordmateriale.

Svovelbetonger, - mørtler og - belegg

Virkningen av svovelet i materialene ifølge oppfinnelsen er som et bindemiddel for mineralaggregatet. Da svovel er mer kostbart enn mineralaggregatet, er det ønsket å holde svovelinnholdet på et minimum i materialet samtidig med tilførsel av tilstrekkelig svovel til at dette vil binde eller cementere aggregatet.

I en svovelbetong er mineralaggregatet tett sammen-pakket for at det frie volum skal bli et minimum (dvs. det volum av betongen som ikke opptas av aggregatet).

Foruten å binde eller cementere aggregatet er det ønsket at svovelet skal være tilstede i en tilstrekkelig mengde til å fylle det frie volum mellom aggregatet, slik at det fåes en i det vesentlige hulromsfri betong. Hulrom i betongen representerer svake punkter som uheldig påvirker betongens styrke.

Det er selvfølgelig ikke praktisk mulig i teknisk målestokk å oppnå en i det vesentlige hulromsfri betong, men tilstedeværelse av 1 - 10 vol% hulrom i svovelbetongen er vanligvis aksepterbar, og volumet av hulrommene kan være begrenset til 1-5 vol%.

Svovelmaterialene ifølge oppfinnelsen behøver ikke å inneholde alle tre grupper av aggregat, og som angitt ovenfor vil mørtler i alminnelighet ikke. inneholde grov aggregat. Selv om aksepterbare betonger kan oppnås som bare inneholder én eller to av disse tre grupper av aggregater, vil imidlertid de foretrukne betonger inneholde alle tre grupper for derved å oppnå den tetteste sammenpakning og redusere hulroms-fyllingsvolumet for svovel.

Innholdet og formen av det grove aggregat i svovel materialet er bestemmende for hvorvidt materialet best kan betraktes som en betong, en mørtel eller et belegningsmateria-le. Dersom f.eks. innholdet av grovt aggregat er forholdsvis lite og partikkelstørrelsen ved den nedre ende nær området

for det findelte aggregat, er det mer korrekt at det svovelholdige materiale anvendes som og betraktes som en mørtel selv om det inneholder grovt aggregat.

På lignende måte kan det dersom partikkelstørrelsen til det findelte aggregat befinner seg ved den nedre ende av området, være tilfredsstillende å sløyfe finstoff fra materialet, hvorved omkostningene reduseres da finstoff er forholdsvis kostbart.

Mineralaggregatet er sammensatt av ett eller flere av grovdelt aggregat, findelt aggregat og finstoff, eller jord eller jord blandet med mineralaggregat. Mineralaggregatet kan med fordel utgjøres av 0 - 100 % av hvert av grovt aggregat, findelt aggregat, finstoff og jord, opp til en samlet mengde av 100 %. Med en vurdering av de forskjellige grupper av svovelmateriale skal nedenfor en henvisning til det prosentuelle svovelinnhold forstås som innholdet av svovel og tilsetningsmiddel i svovelmaterialet.

Betonger

Svovelbetonger inneholder helst en blanding av grovt aggregat, findelt aggregat og finstoff som mineralaggregat. Dette kan med fordel utgjøres av 10 - 90 vekt%, fortrinnsvis 15 - 80 vekt%, og helst 25 - 55 vekt%, grovt aggregat, 5 -

90 vekt%, fortrinnsvis 5-85 vekt%, mer foretrukket 30 -

85 vekt%, og helst 35 - 60 vekt%, findelt aggregat og 0 - 30 vekt%, fortrinnsvis 0-20 vekt%, helst 5-15 vekt%, finstoff. Aggregatbestanddelen velges innen disse områder opp til en samlet mengde av 100 %, basert på den samlede vekt av mineralaggregat.

Svovelbetongene kan med fordel inneholde 5-90 vekt%, fortrinnsvis 5-30 vekt%, og helst 5-20 vekt%, svovel og 10 - 95 vekt%, fortrinnsvis 70 - 95 vekt%, og helst 80 - 95 vekt%, mineralaggregat opp til en samlet mengde av 100%.

Det foretrekkes i alminnelighet at finstoff er tilstede, spesielt når grovt aggregat også er tilstede, som i en svovelbetong. Finstoffet motvirker svovelets tilbøyelig til å skille seg fra de større aggregatpartikler, spesielt det grove aggregat. Finstoffet virker også til å gi krystall-kimdannelsessentra og til å redusere forekomsten av hulrom som utvikles i forbindelse med krymping av svovelmaterialet og som igjen skriver seg fra en forandring av svovelets den-titet når det størkner.

Det findelte aggregat og finstoffinnholdet påvirker svovelmaterialets bearbeidbarhet, og spesielt forbedrer det materialets bearbeidbarhet. Et for høyt innhold av findelt aggregat og/eller finstoff vil imidlertid gjøre materialet stivt slik at det blir vanskeligere å bearbeide.

Når mineralaggregatet er forurenset med en svellende leire, kan denne utgjøre en del av det grove aggregat, det findelte aggregat og/eller finstoffet. Innholdet av svellende leire vil være avhengig av det område hvorfra mineralaggregatet taes. Imidlertid kan tilstedeværelsen av selv små mengder svellende leire føre til nedbrytning av en svovelbetong eller -m.ørtel når den utsettes for vann.

Mineralaggregat som utvinnes i Alberta, Canada, kan typisk inneholde 0,1 - 5 vekt%, mer vanlig 1-4 vekt%, svellende leire.

Den svellende leire tar opp vann og sveller, og det antas at det er denne svelling som fører til nedbrytningen av svovelbetonger, -mørtler og -belegningsmaterialer som inneholder svellende leire. Nedbrytningstiden er avhengig av mengden av svellende leire.

Alle leiremineraler er grunnleggende hydratiserte aluminium- eller av og til hydratiserte magnesiumsilicater, men ikke alle leiremineraler oppviser svelling mellom lagene. Smectittgruppen som omfatter montmorillonitter, er spesielt kjent for dens svelleegenskap i vann og andre væsker. Leirer dannet ved spaltning av vulkansk aske og som i stor grad består av montmorillonitt og beidellitt, kalles bentonitt.

Svovelmørtler

Svovelmørtler kan med fordel inneholde 20 - 60 vekt%, fortrinnsvis 35 - 50 vekt%, svovel og 4 0 - 80 vekt%, fortrinnsvis 50 - 75 vekti, av mineralaggregatet, basert på mørtelens vekt.

Mineralaggregatet kan med fordel være sammensatt av findelt aggregat og finstoff uten grovt aggregat. Mineralaggregatet kan i alminnelighet utgjøres av 0 - 100 vekt%, fortrinnsvis 30 - 70 vekt%, findelt aggregat og 0 - 100 vekt%, fortrinnsvis 30 - 70 vekt%, finstoff opp til en samlet vekt av 100 % og basert på mineralaggregatets samlede vekt.

Svovelbelegningsmaterialer

Svovelbelegningsmaterialer kan foreligge i sprøyt-bar form eller i en slik form at de kan påføres på annen måte.

Belegningsmaterialene kan med fordel inneholde 6 0 - 98 vekt%, fortrinnsvis 75 - 90 vekt%, svovel og 2 - 40 vekt%, fortrinnsvis 10 - 25 vekt%, mineralaggregat i form av findelt aggregat og finstoffer.

Fremstilling av svovelbetonger, - mørtler og - belegningsmaterialer

Svovelbetongene, -mørtlene og -belegningsmaterialene ifølge oppfinnelsen kan lett fremstilles ved å blande mineralaggregatet med det smeltede svovel og å innføre tilsetningsmidlet på et egnet trinn. Blandingen utføres således ved en slik forhøyet temperatur at svovelet vil holdes i smeltet tilstand, og under den temperatur ved hvilken svovelet polymeriserer til et materiale med høy viskositet.

Svovelet holdes således ved en temperatur av 115 -

160° C under blandingen. Ved en temperatur over 159° C begyn-ner svovelet å polymerisere, mens det størkner ved en temperatur under 115° C. Innen dette temperaturområde er svovel en væske med lav viskositet og kan lett blandes med mineralaggregatet.

Ifølge en foretrukket utførelsesform forvarmes mineralaggregatet først til en temperatur innen området for smeltet svovel, dvs. 115 - 160° C, fortrinnsvis under 159° C, mer foretrukket 120 - 130° C, og helst ca. 125° C. Det forvarme-de mineralaggregat blir deretter blandet i et egnet blandeapparat, f.eks. et betongblandeapparat, med smeltet svovel inntil en i det vesentlige homogen blanding fås. Temperaturen opprettholdes under hele blandingen. Den varme blanding blir deretter støpt til den ønskede form dersom blandingen er en svovelbetong, eller den kan anvendes direkte dersom den er en mørtel. Svovelmørtler kan imidlertid også formes under

dannelse av gjenstander.

Selv om vanlige metoder for håndtering av aggregater kan anvendes, kan det være fordelaktig å tilsette finstoffet etter at det smeltede svovel er blitt tilsatt til den øvrige del av mineralaggregatet, da dannelsen av et støv av finstoffet derved vil kunne unngås.

Forvarming av mineralaggregatet er ønsket for å unn-gå størkning av det smeltede svovel når det kommer i kontakt med mineralaggregat med en lavere temperatur, og for å redusere blandetiden.

Tidspunktet for innføring av tilsetningsmidlet er avhengig av det valgte tilsetningsmiddel og av dets beregnede virkning.

Dersom materialet skal gis duktilitet, kan "petroleums "-tilsetningsmidlene med fordel tilsettes til det smeltede svovel og blandes med dette før det smeltede svovel blandes med aggregatet. Imidlertid kan aggregatet, svovelet og tilsetningsmidlet blandes i en hvilke som helst rekkefølge. Blandingstiden er ikke av kritisk betydning og er avhengig av typen av det anvendte blandeapparat. En minste blandetid på 2 minutter ble anvendt under anvendelse av et blandeapparat av typen Monarch med en kapasitet på 4 2,4 dm 3 og drevet av en 1/3 H.K. motor ved 30 cykler pr. minutt (0,5 Hz). En kortere minste blandetid vil imidlertid kunne anvendes med et hurti-gere blandeapparat.

For å oppnå motstandsdyktighet overfor vann kan blanderekkefølgen og blandetiden være av viktighet. Ved anvendelse av "petroleums"-tilsetningsmidlene foretrekkes det for tiden å blande aggregatet med tilsetningsmidlet før blandingen med svovelet. Imidlertid kan en viss grad av motstandsdyktighet overfor vann oppnås med en hvilken som helst blanderekkefølge.

Når polyoltilsetningsmidlet anvendes, er det gunstig både for å oppnå duktilitet og motstandsdyktighet overfor vann å bløte mineralaggregatet i polyolen, om nødvendig i en vandig oppløsning, spesielt dersom en svellende leire er tilstede, hvoretter overskudd av polyol eller vann fjernes ved å oppvarme aggregatet. Denne oppvarming kan utfjøre en del av forvarmingen av aggregatet ifølge den foretrukne utfø-

relsesform av den foreliggende fremgangsmåte.

Den varme blanding vil også kunne fremstilles på andre måter, og f.eks. kan usmeltet svovel, f.eks. pulverformig, knust, flaksvovel eller pelletisert svovel, blandes med mineralaggregatet, hvoretter blandingen oppvarmes for å smel-te svovelet. Ifølge en annen vanlig metode kan f.eks. usmeltet svovel, f.eks. pulverformig, knust, flaksvovel eller pelletisert svovel, blandes med forvarmet mineralaggregat, hvoretter materialet blandes og svovelet smeltes på grunn av varmen fra mineralaggregatet. I disse tilfeller kan "petroleums"-tilsetningsmidlet tilsettes før eller etter tilsetningen av svovelet og før eller etter smeltingen av svovelet dersom det tas sikte på å forbedre materialets duktilitet, selv om blanderekkefølgen og -tiden kan være av viktighet dersom det tas sikte på å oppnå motstandsdyktighet overfor vann. Ved anvendelse av polyoltilsetningsmidlet innarbeides imidlertid dette fremdeles fortrinnsvis til å begynne med i aggregatet som beskrevet ovenfor.

Tilsetningsmidler

Tilsetningsmidlene som kan anvendes for at svovelmaterialene skal bli motstandsdyktige overfor vann og få forbedret duktilitet, kan generelt grupperes som "petroleums"-tilsetningsmidler og polyoltilsetningsmidler.

a) Petroleumstilsetningsmidler

Petroleumstilsetningsmidlene omfatter råolje og

estere derav, tungolje og harpiksfraksjoner eller kombinasjo-ner derav, og materialet "Vårsol" eller andre lignende produk-• ter.

Med råolje er ment uraffinert petroleum. Harpiks-og olje (malten)-fraksjonen av råolje er den fraksjon av residuet som er oppløselig i pentan, mens den fraksjon av residuet som er uoppløselig i pentan, kalles asfaltenfraksjo-nene.

Asfaltenfraksjonen gir bare en svak forbedring av duktiliteten, og dette skyldes antagelig tilstedeværelsen av materialer fra harpiksfraksjonen på grunn av en uperfekt separering, og dersom duktilitet eller motstandsdyktighet overfor vann er nødvendig, vil således asfaltenfraksjonen alene ikke være det foretrukne valg.

Det vil forstås at råolje er en blanding av en

rekke forskjellige gassformige, væskeformige og faste hydrocarboner, omfattende mettede og umettede alifatiske hydrocarboner og aromatiske hydrocarboner.

Råolje er nærmere bestemt en sterkt kompleks blanding av paraffiniske, cycloparaffiniske (naftheniske) og aromatiske hydrocarboner og inneholder lave prosentuelle mengder av svovel og spormengder av. oxygen- og nitrogenforbindelser. De relative mengder av de forskjellige komponenter i blandingen varierer med kilden. For den foreliggende oppfinnelse er. spesielt råolje fra Alberta, Canada, blitt anvendt som hovedsakelig er aromatisk (asfaltbase), men alle råoljer inneholder lignende bestanddeler idet bare de relative mengder er forskjellige.

Råolje er typisk en mørkebrun-gul væske med høy viskositet og en ubehagelig lukt og med en egenvekt av 0,65 - 1,07, som regel 0,78 - 0,97, og et flammepunkt av fra -6,67°C til 32,21° C.

Råoljer er vanskelige å karakterisere, og ingen enkel klassifisering basert på egenskapene til den samlede råolje er mulig. En uttømmende beskrivelse av en råolje krever at hydrocarbonfordelingen for hver fraksjon av oljen betsem-mes, men enkle karakteriseringer er imidlertid av en viss nytte for tilnærmet å anslå typen av råoljen.

En hyppig angitt indeks er den såkalte "API"

(American Petroleum Index), og denne kan tjene som et kvali-tetsgraderingsindeks for oljer av en spesiell type eller fra et spesielt område»

I en rekke tilfeller klassifiseres råoljer i tre

vide grupper, nemlig paraffin-, mellom- og nafthenbaseråoljer.. Paraffinbaseoljene inneholder voks, nafthenbaseoljene inneholder asfalt og mellombaseoljene inneholder både voks og asfalt.

For et gitt kokepunktsområde har nafthenbaseoljer

en lav "API"-egenvekt (høy densitet) og paraffinbaseoljer en høy "API"-egenvekt (lav densitet).

Råoljene klassifiseres også ganske enkelt ved hjelp av karakteriseringsfaktoren (Watson, Nelson og Murphy) som er definert som:

T = middelkokepunkt i grader Rankine

S = spesifikt vekt ved 15,56 C.

Råoljer kan i alminnelighet klassifiseres i overensstemmelse med deres karakteriseringsfaktor:

Råoljer fra forskjellige geografiske områder kan klassifiseres i overensstemmelse med deres karakteriseringsfaktor:

Disse egenskaper er beskrevet i Kirk-Othmer

Encyclopedia of Chemical Technology.

Råoljer er i det vesentlige et råmateriale som tas opp fra jorden og som ikke gis noen videre behandling utover den som er nødvendig for å gjøre den egnet for transport, og for direkte anvendelse som raffineringsutgangsmateriale. En slik minimumsbehandling omfatter reduksjon av damptrykket og konsentrasjon av potensielt korroderende syregasser, vanninn-holdet og saltinnholdet til aksepterbare nivåer. Vanninnhol-det blir vanligvis begrenset til høyst 2 vekt%, og saltinnholdet til høyst 4 0 ppm.

Råoljen består hovedsakelig av hydrocarboner som

omfatter normale og forgrenede paraffiner (C H„ ,„) opp til

3 3cn 2n+2

C"36'cycloparaf f iner elle nafthener som er hovedsakelig av typen Cj- og Cg, og aromater. Innholdet av forskjellige hydrocarboner er avhengig av den geografiske opprinnelse, men alle råoljer inneholder lignende hydrocarboner.

Svovel er tilstede spesielt i form av alkanthioler, alkansulfider, cycliske thioler og cycliske sulfider. Oxygen er tilstede i harpiks- og asfaltenfraksjoner med høy molekyl-vekt og i form av carboxylsyrer og monocycliske nafthensyrer. Nitrogen er hovedsakelig tilstede i basiske forbindelser, f.eks. pyrrol-, indol- og carbazolforbindelser. Metaller omfattende vanadium, kobber, nikkel og jern er tilstede i olje-oppløselige forbindelser hovedsakelig i asfaltenfraksjonen.

Forskjellige råoljer er ifølge oppfinnelsen blitt anvendt med fremgang som tilsetningsmidler. Det har spesielt vist seg at de tunge fraksjoner eller høyerekokende fraksjoner av råolje er særdeles anvendbare, mens de lettere fraksjoner er tilbøyelige til å gi liten eller ingen virkning.

Fortrinnsvis.anvendes råoljen som tilsetningsmiddel da fraksjonering av råoljen for oppnåelse av spesielle fraksjoner øker omkostningene, mens selve råoljen er forholdsvis rimelig. Dersom råoljefraksjoner anvendes, har det imidlertid ifølge oppfinnelsen vist seg gunstig å anvende de fraksjoner som fraksjoneres ved en temperatur på over 250° C.

Residuet fra fraksjonering av råolje kan også anvendes .

Dette residuum blir igjen etter fraksjonert destillasjon ved ca. 400° C. Residuet omfatter harpiks- og olje (malten)-fraksjonen og asfaltenfraksjonen. Maltenfraksjonen kan anvendes alene eller i blanding med asfaltenfraksjonen.

Det er ikke klart hvilke av de mange bestanddeler

i råoljen som er de aktive materialer ved utførelsen av den foreliggende fremgangsmåte, men det synes imidlertid som om aktive materialer som er nyttige for den foreliggende oppfinnelse, er tilstede i maltenfraksjonen og i tungfraksjonene.

Selv om generelt de fleste råoljer synes å være nyttige for utførelsen av den foreliggende oppfinnelse, foretrekkes det å anvende de råoljer som har et lavt paraffininnhold. Oppfinnelsen gjelder således spesielt anvendelse av råoljer med en karakteriseringsfaktor av opp til ca. 12.

Derimot synes enkle aromatiske forbindelser, f.eks. benzen, toluen og xylen, ikke å forbedre duktiliteten.

Den anvendte mengde tilsetningsmiddel for et gitt tilfelle er noe avhengig av innholdet av svellende leire og av de krevde mekaniske egenskaper. En råoljetilsetning på 0,5 - 5 vekt%, basert på vekten av svovel, sammen med et mineralaggregat fra Alberta som typisk inneholder 0,1-5 vekt% svellende leire, har i alminnelighet vist seg å gi god motstandsdyktighet overfor vann og for materialer som ifølge oppfinnelsen inneholder svovel og mineralaggregat. Når imidlertid innholdet av svellende leire med hensikt brukes ved tilsetning av bentonitt, vil den lave mengde råolje ikke lenger virke fullt effektivt for oppnåelse av motstandsdyktighet overfor vann.

Det synes også som om nytten av "Vårsol" kan skyldes tilstedeværelsen av forurensninger, lignende maltenfraksjonen i råolje. Det anvendte "Vårsol" synes ikke å forbedre duktiliteten, men det fører til motstandsdyktighet overfor vann dersom aggregatet inneholder en svellende leire.

Petroleumstilsetningsmidlet kan med fordel anvendes i en mengde av 0,1 - 50, fortrinnsvis 0,5 - 20, og helst 0,5 - 10, vekt%, basert på vekten av svovel. Høyere mengder av petroleumstilsetningsmidlet enn de angitte kan anvendes, men de fører ikke til noen ytterligere forbedring hverken av motstandsdyktighet overfor vann eller av duktiliteten.

Mengder av råolje som tilsetningsmiddel opp til ca. 50 vekt% av svovel er blitt anvendt med fremgang for fremstilling av materialer med lignende spennings-deformasjons-egenskaper som asfaltholdige betonger (se fig. 1, kurve 8).

Som angitt ovenfor anses petroleumstilsetningsmidlet å utgjøre en del av svovelkomponenten når betraktning tas til de relative mengder av svovel og mineralaggregat i svovelmaterialene.

b) Polyoltilsetningsmidler

Det foretrukne polyoltilsetningsmiddel er glycerol,

men andre polyoler kan anvendes som oppviser lav flyktighet ved de temperaturer som mineralaggregatet utsettes for ved fremstillingen av svovelmaterialet.

For å innføre glycerolen i mineralaggregatet som inneholder svellende leire, bløtes aggregatet i en blanding av glycerol og vann. Det er vanskelig å anvende glycerol alene på grunn av at den er en siruplignende væske med forholdsvis høy viskositet.

Det således bløtede aggregat blir deretter oppvarmet for å avdrive vannet.

Bløtleggingstiden for å oppnå en tilstrekkelig vannmotstandsdyktighet for svovelbetongen eller -mørtelen er avhengig av forholdet mellom vann og glycerol i bløtleggings-blandingen. Forhold mellom vann og glycerol av 1:10 - 100:1 er blitt anvendt med tilfredsstillende resultat for oppnåelse av vannmotstandsdyktighet for cementer og mørtler ifølge oppfinnelsen.

Et forhold mellom vann og glycerol av 1:2 - 65:1 er vanligvis foretrukket. Glycerolen forbedrer både motstandsdyktigheten overfor vann og duktiliteten.

Glycoler er også nyttige for å forbedre motstandsdyktigheten overfor vann for svovelmaterialer som inneholder svellende leire i mineralaggregatet, selv om de ikke synes å forbedre duktiliteten. I dette tilfelle er det gunstig å oppvarme aggregatet for deretter å tilsette glycolen til dette og oppvarme blandingen for å avdrive overskudd av glycol.

Motstandsdyktighet overfor vann

Selv om det her ikke er ønsket å være bundet til noen teori hva gjelder den mekanisme hvorved motstandsdyktigheten overfor vann oppnås, antas det at når glycerol anvendes, trenger glycerolmolekylene inn mellom det svellende leire-minerals silicatlag, og når de gjør dette, binder de avstanden mellom disse lag slik at den ytterligere separering av lagene som ville ha forekommet ved ukontrollert svelling i vann, ikke finner sted.

Den mekanisme hvorved petroleumstilsetningsmidlene forbedrer motstandsdyktigheten overfor vann er mindre sikker, men det er mulig at tilsetningsmidlene, på samme måte som ved anvendelse av glycerol, binder avstanden mellom lagene slik at en ytterligere separering som ville ha ført til nedbrytning, ikke finner sted. Tilsetningsmidlene kan også adsorbe-res på utvendige overflater og gjøre mineralet hydrofobt.

Det synes imidlertid som om disse tilsetningsmidler effektivt hindrer den svellende leire fra å svelle på grunn av vann opp til nedbrytningspunktet, og forsøk utført med svovelbetonger og -mørtler ifølge oppfinnelsen hvori disse tilsetningsmidler er blitt anvendt, viser at motstandsdyktigheten overfor vann oppnås selv under kraftige betingelser.

I spesielle tilfeller ble betongprøvegjenstander formet fra svovelbetonger ifølge oppfinnelsen fullstendig neddykket i vann og i vandige saltoppløsninger i lengre tid uten at prøve- stykket ble brudt ned. Som en sammenligning kan det nevnes at tilsvarende gjenstander hvori intet tilsetningsmiddel var blitt anvendt, hurtig ble brudt ned i løpet av noen få minutter da de ble neddykket i vann.

Duktilitet

Visse av de ifølge oppfinnelsen anvendte tilsetningsmidler forbedrer svovelbetongers-, mørtlers og andre svovelbundne sammensatte materialers duktilitet med eller uten en svellende leire i mineralaggregatet. Det har spesielt vist seg at petroleumstilsetningsmidlene og glycerol forbedrer duktiliteten, idet petroleumstilsetningsmidlene er spesielt foretrukne..

De forholdsvise små mengder av de ifølge oppfinnelsen anvendte tilsetningsmidler fører til en betydelig forbedring av duktiliteten. Elastisitetsmodulen blir lavere, og det fås større forlengelser ved svikt. Under prøvebetingel-ser med kontrollert forlengelse kan en tilsvarende nedadra-gende gren som for Portland-cementbetonger oppnås.

Ved maksimal belastning fortsetter materialene iføl-ge oppfinnelsen å deformeres slik at de svikter. Dette står i motsetning til svovelholdige materialer som ikke inneholder tilsetningsmidlet og som brytes istykker ved maksimal belastning .

Umodifiserte svovelmaterialer svikter typisk og brytes istykker ved en forlengelse opp til ca. 2000 mikroforlengelser ('microstrains") mens svovelmaterialene ifølge oppfinnelsen bevarer sine bélastningstålende egenskaper ved forlengelser over 2000 mikroforlengelser og opp til så meget som 10 000 mikroforlengelser.

I dette henseende ligner svovelbetongen ifølge oppfinnelsen noe på asfaltbetongene ved at begge bevarer bélastningstålende egenskaper ved høye forlengelser eller deforma-sjoner. Asfaltbetongene kan imidlertid bare tåle lave maksi-mumsbelastninger sammenlignet med svovelbetongene ifølge oppfinnelsen. De foreliggende svovelbetongers evne til å tåle høyere belastninger ligner noe på belastningståleevnen til Portland-cementbetong, men de er imidlertid som regel ikke like sterke og stive som Portland-cementbetonger og utgjør derfor en gruppe av materialer som hva gjelder spennings/ deformasjonsoppførsel varierer mellom Portland-cementbetonger og asfaltholdige betonger. Svovelbetonger med lignende og høyere styrke enn Portland-cementbetong kan også fremstilles ved hjelp av et egnet blandeprogram.

Svovelbetongene ifølge oppfinnelsen oppviser ønskede egenskaper både for Portland-cementbetonger og asfaltholdige betonger og utgjør derved et materiale som kan anvendes for en lang rekke formål.

Det antas at den forbedrede duktilitet kan skyldes en forandring i bindingen eller bin-dingsoppførselen mellom svovelet og aggregatet og/eller mellom svovelkrystaller.

De forbedrede egenskaper for svovelmaterialet ifølge oppfinnelsen er illustrert på tegningene, hvorav fig. 1 er et diagram som viser typiske avsetninger for spen-ning i forhold til deformasjon for svovelbetonger ifølge oppfinnelsen med forbedret duktilitet, en svovelbetong uten det duktilitetsforbedrende tilsetningsmiddel, en Portland-cementbetong og en asfaltbetong,

fig. 2 er et diagram som viser det tilnærmede forhold mellom glycerolkonsentrasjonen og bløtleggingstiden i den vandige glycerolblanding for et mineralaggregat som inneholder svellende leire, og

fig. 3a, 3b, 3c og 3d viser grafisk en rekke avsetninger av trykkfasthet og bruddgrense pr. prøvegjenstand ifølge oppfinnelsen i avhengighet av tiden og ved eksponering for forskjellige omgivelser.

Eksempel 1

Et mineralaggregat som omfattet 10,0 kg grovt aggregat og 6,7 kg findelt aggregat, ble oppvarmet i minst 4 timer i en ovn ved en temperatur av 125° C.

Det således oppvarmede aggregat ble fyllt i et 4 2,5 dm 3 blandeapparat som var utvendig oppvarmet til ca. 125° C, og aggregatet ble blandet i ca. 4 minutter.

Til det oppvarmede og blandede aggregat ble 4,5 kg smeltet svovel tilsatt ved en temperatur av ca. 125° C, 1,5 kg flyaske og 0,09 kg råolje, og blandingen ble fortsatt i ytterligere 2 minutter for omhyggelig å blande bestanddelene.

Den erholdte varme blanding ble støpt i en rekke stålformer ved værelsetemperatur, og formene ble vibrert på

et rystebord.

Det ble derved oppnådd en rekke sylindriske prøvt1"stykker av svovelbetonger, idet prøvestykkesylindrene hadde en lengde av 15,2 cm og en diameter av 7,6 cm.

Fremgangsmåten ble gjentatt, men tilsetningen av råoljen ble sløyfet slik at det ble oppnådd prøver for sammenligning med prøvene fremstilt ifølge oppfinnelsen.

Svovelbetongprøvene som inneholdt råoljetilsetnings-midlet, oppviste en tydelig forbedret duktilitet samnenlignet med sammenligningsprøvene som ikke .inneholdt tilsetningsmidlet.

Det for dette eksempel anvendte svovel kom fra anlegget i Balzac, Alberta, det grove og findelte aggregat fra Consolidated Aggregate Pit, Bearspaw, Calgary, og flyasken fra Western Plant, Edmonton, alle i Alberta, Canada.

Eksempel 2

Fremgangsmåten ifølge eksempel 1 ble gjentatt, men ved anvendelse av et aggregat som inneholdt en liten mengde svellende leire. Duktilitetsresultatene var lignende resultatene erholdt ifølge eksempel 1.

Eksempel 3

Et mineralaggregat som omfattet 5,0 kg grovt aggregat og 3,3 kg findelt aggregat ble i minst 4 timer oppvarmet i en ovn ved en temperatur av 125° C.

Det således oppvarmede aggregat ble fyllt i et 4 2,5 dm 3 blandeapparat som var utvendig oppvarmet til ca. 125° C, og aggregatet ble blandet i ca. 4 minutter.

Til det oppvarmede og blandede aggregat ble 2,3 kg smeltet svovel tilsatt ved en temperatur av ca. 125° C og 0,8 kg flyaske, og blandingen ble blandet. Til den erholdte blanding ble 0,023 kg råolje tilsatt, og blandingen ble fortsatt ytterligere i 2 minutter.

Den erholdte varme blanding ble støpt i en rekke stålformer ved værelsetemperatur, og formene ble vibrert på et vibreringsbord.

Det ble derved oppnådd en rekke sylindriske prøve-stykker av svovelbetonger, idet prøvestykkesylindrene hadde en lengde av 15,2 cm og en diameter av 7,6 cm.

Fremgangsmåten ble gjentatt, men ved anvendelse av 0,057 kg av råoljen for å oppnå ytterligere prøver.

Fremgangsmåten ble gjentatt, men ved å sløyfe tilsetningen av råoljen slik at det ble oppnådd, prøver for sammenligning med prøvene fremstilt ifølge oppfinnelsen.

Den forbedrede duktilitet for svovelbetongprøve-.stykkene ifølge oppfinnelsen sammenlignet med for sammenlig-ningsprøvene og lignende prøvestykker av Portland-cementbetong og asfaltbetong er vist grafisk på fig. 1

På fig. 1 representerer kurven 1 resultatene for sammenligningsprøvene av svovelbetong som ikke inneholdt et tilsetningsmiddel, kurven 2 er for en typisk Portland-cementbetong, kurve 3 er for en typisk asfaltbetong, kurve 4 er for svovelbetongen ifølge oppfinnelsen med 0,023 kg tilsatt råolje, og kurve 5 er for svovelbetongen ifølge oppfinnelsen med 0,057 kg tilsatt råolje.

Den for eksemplet anvendte svovel kom fra anlegget i B alzac Alberta, det grove og fine aggregat fra Consolidated Aggregate Pit, Bearspaw, Calgary, og flyasken fra Western Plant, Edmonton, alle i Alberta, Canada.

Råoljen var en "Lloydminster Crude" fra Gulf Oil, Calgary, men sammenlignbare resultater ble erholdt ved anvendelse av hhv. "Truck Crude", "Princess Crude" og "Light Refining Crude", alle fra Gulf Oil, Calgary, "Gach Sarancrude"

(Iran), med en API av 30, fra Gulf Oil, Calgary, "Lagomar"

(Venezuela) fra Shell Oil og "Cevta" (Venezuela) med en API av 31, fra Gulf Oil.

Eksempel 4

Et mineralaggregat som omfattet 5,0 kg grovt aggregat (kalksten fra Exshaw) og 3,3 kg findelt aggregat (Ottawa C-190 sand), ble bløtet med 0,057 kg råolje i 6 timer og deretter oppvarmet i en ovn i 16 timer ved 150° C.

Det således oppvarmede aggregat ble fyllt i et

4 2,5 dm 3 blandeapparat av typen Monarch som var utvendig oppvarmet til ca. 125° C, og aggregatet ble blandet i ca. 4 minutter.

Til det oppvarmede og blandede aggregat ble tilsatt 2,3 kg smeltet svovel ved en temperatur av ca. 125° C og 0,8 kg flyaske, og blandingen ble fortsatt i ytterligere 2 minutter.

Den erholdte varme blanding ble støpt i en rekke stålformer ved værelsetemperatur, og formene ble vibrert på et vibreringsbord.

Det ble derved oppnådd en rekke sylindriske prøve-stykker av svovelbetonger med en lengde av 15,2 cm og en diameter av 7,6 cm.

Fremgangsmåten ble gjentatt, men ved anvendelse av hhv. 0,23 kg råolje og 1,055 kg råolje.

Svovelbetongenes forbedrede duktilitet er vist grafisk på fig. 1.

På fig. 1 gjelder kurven 6 for svovelbetongen iføl-ge oppfinnelsen med 0,057 kg tilsatt råolje, kurven 7 for svovelbetongen med 0,23 kg tilsatt råolje og kurven 8 for svovelbetongen med 1,055 kg tilsatt råolje.

Flyasken kom fra Western Plant, Edmonton, Alberta, Canada.

Eksempel 5

Fremgangsmåten ifølge eksempel 2 ble gjentatt, men med den forandring at blandingen ble støpt til 7,6 x 15,2 cm sylindre og til 29,2 x 29,2 x 25,4 cm prismer for oppnåelse av svovelbetongprøvestykker ifølge oppfinnelsen.

De sylindriske prøvestykkers trykkfasthet ble bestemt mens de ble utsatt for fire forskjellige omgivelser, i avhengighet av tiden.

Bruddgrensen for de prismatiske prøvestykker ble bestemt på lignende måte i avhengighet av tiden.

På fig. 3a er resultatene i en omgivelse av luft ved en temperatur på 22° C gjengitt grafisk.

På fig. 3b er resultatene ved neddykking av prøve-stykkene i en 5 %-ig vandig oppløsning av natriumklorid gjengitt grafisk.

På fig. 3c er resultatene ved neddykking av prøve-stykkene i en 5 %-ig vandig oppløsning av calciumklorid gjengitt grafisk.

På fig. 3d er resultatene ved neddykking av prøve-stykkene i en mettet oppløsning av magnesiumsulfat gjengitt grafisk.

Det fremgår av resultatene at ingen målbar forrin-gelse av trykkfastheten eller bruddgrensen fant sted og at prøvestykkene holdt seg intakte og derved beviste at de var motstandsdyktige overfor vann og varidige saltoppløsninger.

I motsetning hertil ble lignende prøvestykker fremstilt som beskrevet i eksempel 2, men uten tilsetning av råolje, brudt ned i løpet av noen få minutter ved neddykking i vann. Eksempel 6

10,0 kg grovt aggregat og 6,7 kg findelt aggregat, idet aggregatet inneholdt en liten mengde svellende leire, ble ført sammen i en beholder, og blandingen ble dekket med en vandig glycerolblanding av 3000 g vann og 1500 g glycerol. Aggregatet ble bløtet i blandingen i 24 timer, hvoretter aggregatet ble fjernet og oppvarmet i minst 4 timer i en ovn som ble holdt ved en temperatur av 125° C.

Deretter ble den i eksempel 1 gjengitte fremgangsmåte fulgt, men med utelatelse av råoljetilsetningen.

De derved erholdte prøvestykker ble neddykket i

vann i lang tid uten synlig nedbrytning.

Spennings-tøyningsoppførselen for betongen var lignende den for betongene ifølge eksemplene 1, 2, 3 og 4. Eksempel 7

3,4 kg sand som inneholdt en liten mengde svellende leire, ble oppvarmet i en ovn til 125° C, og 4,4 kg svovel ble adskilt oppvarmet til 125° C i en 8,8 1 smeltegryte.

2,2 kg flyaske ble tilsatt det smeltede svovel og omhyggelig blandet med dette til en kremlignende, glatt blanding ble erholdt. Den oppvarmede sand og 0,09 kg råolje ble tilsatt til smeltegryten, og innholdet i gryten ble omhyggelig blandet mens temperaturen ble opprettholdt. Et 9,5 mm håndbor med et festet blandeblad ble anvendt for blandingen.

Den oppvarmede varme blanding ble støpt i en stål-form som hadde værelsetemperatur, og formen ble vibrert på et yibreringsbord.

Det ble derved oppnådd en svovelmørtel som oppviste duktilitets- og vannmotstandsdyktighetsegenskaper lignende de tilsvarende egenskaper for svovelbetongene ifølge eksempel 1-4. Den støpte svovelmørtel kunne lett påny opparbeides for formning eller belegning ved oppvarming til en temperatur til hvilken svovel er smeltet.

Svovelet kom fra anlegget i Balzac, Albarta, sanden var "Ottawa Silica C190" sand, og flyasken kom fra Western Plant, Edmonton, Alberta.

Eksempel 8

3,5 kg grovt aggregat og 7,1 kg findelt aggregat ble oppvarmet over natten i en ovn til 125° C. Aggregatene kom fra Trail, British Colombia, og ble levert av Cominco Ltd. Det findelte aggregat lå innenfor ASTM C33-spesifikasjoher for findelte aggregater og det grove aggregat innen grensene for SPR 8 (ASTM C33) for grovt aggregat. Aggregatene ble blandet med 2,3 kg smeltet svovel, og 0,045 kg "Lloydminster" råolje ble tilsatt til blandingen.

Etter at de var blitt støpt i stålformer, vibrert og fjernet fra formene og trimmet, ble prøvestykker undersøkt og ga lignende resultater som resultatene for svovelbetongene vist på fig. 1 med forbedret duktilitet.

Lignende resultater ble oppnådd da "Princess" råolje ble anvendt.

Eksempel 9

2 0,0 kg grovt aggregat som var forurenset med svellende leire, ble oppvarmet til 130° C. Dette ble delt i fire like satser av 5,0 kg. Hver sats ble behandlet med en forskjellig mengde polyethylenglycol, som følger: Den første sats ble fyllt i. et på forhånd oppvarmet blandeapparat sammen med 3,3 kg findelt aggregat også forvarmet til 130° C. 2 5 ml glycol ble tilsatt og blandet i 2 minutter. 2,3 kg smeltet svovel og 0,8 kg flyaske ble tilsatt. Blandingen ble fortsatt i ytterligere 2 minutter, hvoretter prøvestykker med en diameter av 7,6 cm og en lengde av 15,2 cm ble støpt. Den samme metode ble gjentatt for de øvrige satser av grovt aggregat, men med den forandring at i hvert tilfelle ble den til-satte glycolmengde variert, dvs. 50 ml, 100 ml og 150 ml.

Da prøvestykket ble neddykket i vann, sprakk blan-dingene hvortil bare 25 eller 50 ml glycol ble tilsatt, i løpet av 1 dag mens de blandinger hvortil 100 eller 150 ml glycol var blitt tilsatt, holdt som intakte.

Eksempel 10

5,0 kg grovt aggregat som inneholdt en liten mengde svellende leire, og 3,3 kg sand ble oppvarmet over natten til 125° C, og det oppvarmede aggregat ble tilsatt til et 42,5 dm<*>^

betongblandeapparat. Deretter ble 500 ml "Vårsol", 2,3 kg smeltet svovel og 0,8 kg flyaske tilsatt, og blandingen ble omhyggelig blandet.

Blandingen ble støpt på samme måte som ifølge eksempel 5. De oppnådde prøver ble ikke brudt ned da de ble neddykket i vann i lang tid.

Eksempel 11

I dette eksempel er en rekke blandinger beskrevet, hvorav hver inneholder 5,0 kg grovt aggregat forurenset med svellende leire (fra Consolidated Aggregate Co., Calgary), 3,3 kg Ottawa sand, 0,8 kg flyaske og 2,3 kg smeltet svovel..

For hver blanding ble det grove aggregat og sanden forvarmet til 130° C. For den første gruppe av blandinger ble 0,023 kg råolje tilsatt til blandingen enten (a) straks etter at aggregatene var blitt tilsatt (dvs. før flyasken og svovelet) eller (b) etter at alle komponenter for blandingen var blitt tilsatt. I hvert tilfelle fant blandingen sted i 1 minutt eller i 10 minutter før tilsetningen av ytterligere komponenter (for alternativet (a)) eller før støpningen (for alternativtet (b)). Etter at prøvestykkene var blitt støpt, ble de neddykket i vann. Alle prøvestykker sprakk i løpet av noen få dager.

For den annen gruppe av blandinger ble 0,113 kg råolje anvendt på samme måte som de 0,023 kg råolje for den første gruppe. Med 0,113 kg tilsatt råolje holdt prøvestyk-ker av typen (a) blandet i 1 minutt eller i 10 minutter seg intakte ved neddykning i vann. Prøvestykket av typen (b) som var blitt blandet i 1 minutt, sprakk etter neddykking i 1 dag, men prøvestykker som var blitt blandet i 10 minutter, sprakk etter 1 uke.

Disse eksempler viser at en tilstrekkelig blanding og et tilstrekkelig innhold av råolje er nødvendige for å oppnå en god motstandsdyktighet overfor vann.

Det vil forstås at neddykkingsforsøket representerer betingelser som muligens er kraftigere enn de betingelser som vanligvis vil bli påtruffet.

Eksempel 12

En rekke eksempler ble utført hvori forskjellige variable ble forandret. Duktilitetsresultatene er oppsummert

i den nedenstående tabell I.

Det fremgår at rekkefølgen og lengden av blandetiden ikke ga noen tilsynelatende forskjell i den forbedrede duktilitet. Forskjellige råoljer forbedret duktiliteten på samme måte som de tyngre fraksjoner og residuet, men de lettere fraksjoner med et hovedsakelig paraffininnhold forbedret ikke duktiliteten. Enkle aromatiske oppløsningsmidler alene forbedret ikke duktiliteten.

Eksempel 13

En rekke betongprøvestykker ble fremstilt under anvendelse av den generelle fremgangsmåte som er beskrevet i eksempel 1, inneholdende 3 vekt% bentonitt, basert på vekten av aggregatet.

Blandingen omfattet svovel, flyaske, findelt aggregat og grovt aggregat i et vektforhold av 1:0,34:1,46:2,20.

Da intet tilsetningsmiddel var tilstede, ble prøve-stykkene fullstendig brudt ned i løpet av 24 timer da de ble anbragt i vann. Prøvestykker som inneholdt 5 vekt%, basert på vekten av svovelet, av tilsetningsmidlet ("Lloydminster" råolje), viste ingen synlige sprekker etter 2 måneder i vann. Styrkeforsøk viste imidlertid at prøvestykkene hadde tapt noe i styrke og også at aggregatets eksponeringstid overfor rå-oljetilsetningsmidlet er av betydning.

Råoljen ble tilsatt til blandingen før og etter svovelet ved de forskjellige forsøk, og blandingen ble deretter utført i varierende tid av fra 2 til 60 minutter. Tilset-ningstrinnet for råoljen (dvs. før eller etter at svovelet var blitt tilsatt) viste seg ikke å være av betydning, men en blandetid av 3 0 minutter eller lengre var nødvendig for å sikre at styrketapet var rimelig lavt. For blandetider av 2, 5 og 10 minutter var styrken mindre enn 50 % av styrkeverdier. for prøvestykker som ikke ole neddykket i vann. For blandetider av 3 0 og 6 0 minutter var styrkene lignende styrkene for prøvestykker som ikke ble neddykket i vann.

Det vil forstås at materialene ifølge oppfinnelsen kan forandres ved innføring av andre bestanddeler for å oppnå spesielle virkninger, f.eks. at et brann- eller flammehemmende middel kan innarbeides i materialet.

Claims (41)

1. Varmformbart, overfor vann motstandsduktig materiale, karakterisert ved at det omfatter en blanding av mineralaggregat forurenset med svellende leire, svot vel i en tilstrekkelig mengde til effektivt å binde aggregatet og et petroleums-, eller polyol-tilsetningsmiddel i en mengde som er effektivt til å hindre nedbrytning av. materialet i nærvær av vann.

2. Betongmateriale ifølge krav 1, karakterisert ved at det omfatter 5-20 vekt% svovel, 15-80 vekt% grovt aggregat, 5-85 vekt% findelt aggregat og 5 - 15 % finstoff opp til en samlet mengde av 100 vekt%, idet aggregatet omfatter 0,1 - 5 vekt%, basert på vekten av det samlede aggregat, av svellende leire og tilsetningsmidlet omfatter råolje i en mengde av 0,1 - 50 vekt%, basert på vekten av svovel, som del av svovelkomponenten.

3. Betongmateriale ifølge krav 2, karakterisert ved at råoljen er tilstede i en mengde av 0,5 - 10 vekt%, basert på vekten av svovel, som del av svovelkomponenten .

4. Betongmateriale ifølge krav 1, karakterisert ved at tilsetningsmidlet omfatter en fraksjon av råolje fraksjonert ved en temperatur over 250° C.

5. Betongmateriale ifølge krav 1, karakterisert ved at tilsetningsmidlet er en råolje med en karak-ter iseringsf aktor av opp til ca. 12.

6. Betongmateriale ifølge krav 1, karakterisert ved at tilsetningsmidlet omfatter glycerol.

7. Overfor vann motstandsdyktig, formet betonggjenstand med forbedret duktilitet, karakterisert ved at den omfatter et partikkelformig mineralaggregat forurenset med svellende leire, idet aggregatets partikler er bundet til hverandre ved hjelp av svovel, og et petroleums- eller polyol-tilsetningsmiddel i en mengde som effektivt hindrer nedbrytning av betong i nærvær av vann og for å gjøre betongen duktil.

8. Betonggjenstand ifølge krav 7, karakterisert ved at den inneholder 1-5 vol% hulrom. r

9. Betonggjenstand ifølge krav 7, karakterisert ved at den omfatter 5-20 vekt% svovel, 15 - 80 vekt% grovt aggregat, 5-85 vekt% findelt aggregat og 5 - 15 vekt% finstoff til en samlet mengde av 100 vekt%, idet aggregatet omfatter 0,1 - 5 vekt%, basert på det samlede aggregat, av svellende leire og tilsetningsmidlet omfatter råolje i en. mengde av 0,1 - 50 vekt%, basert på vekten av svovel, som del av svovelkomponenten.

10. Betonggjenstand ifølge krav 9, karakterisert ved at råoljen er tilstede i en mengde av 0,5 - 10 vekt%, basert på vekten av svovelet, som del av svovelkomponenten.

11. Betonggjenstand ifølge krav 7, karakterisert ved at tilsetningsmidlet omfatter glycerol.

12. Gjensmeltbar, overfor vann motstandsdyktig mørtel med forbedret duktilitet, karakterisert ved at den omfatter et partikkelformet mineralaggregat forurenset med svellende leire, idet aggregatets partikler er bundet til hverandre ved hjelp av svovel, og et petroleums- eller polyol-tilsetningsmiddel i en mengde som effektivt vil hindre nedbrytning av mørtel i nærvær av vann og for å gjøre mørtelen duktil.

13. Mørtel ifølge krav 12, karakterisert ved at aggregatet består av findelt aggregat med en partikkel-størrelse av fra 150 ym til 4,75 mm og av finstoff med en par-tikkelstørrelse under ca. 150 ym, idet aggregatet inneholder 0,1 - 5 vekt% svellende leire og tilsetningsmidlet omfatter råolje i en mengde av 0,1 - 50 vekt%, basert på vekten av svovel.

14. Mørtel ifølge krav 13, karakterisert ved at råoljen er tilstede i en mengde av 0,5 - 10 vekt%, basert på vekten av svovel, som del av svovelkomponenten.

15. Mørtel ifølge krav 13, karakterisert ved at den omfatter 20 - 60 vekt% svovel og 40 - 80 vekt% mineralaggregat, idet aggregatet omfatter 30 - 70 vekt% av det findelte aggregat og 30 - 70 vekt% av finstoffet opp til en samlet mengde av 100 vekt%, basert på den samlede vekt av mineralaggregatet.

16. Veibelegningsstruktur eller del derav, k a r a k - terisert ved at den er formet fra et materiale ifølge krav 1•

17. Varmformbart konstruksjonsmateriale, karakterisert ved at det omfatter et mineralaggregat, svovel i en tilstrekkelig mengde til effektivt å binde aggregatet og et petroleum-polyoltilsetningsmiddel i en tilstrekkelig mengde til effektivt å gjøre materialet duktilt.

18. Materiale ifølge krav 17, karakterisert ved at det har evne til å bære belastninger ved tøy-ninger over 2000 mikrotøyninger.

19. Varmformbart, duktilt konstruksjonsmateriale, karakterisert ved at det omfatter et mineralaggregat, svovel i en tilstrekkelig mengde til effektivt å binde aggregatet og et tilsetningsmiddel fra gruppen råolje, den pentanoppløselige maltenfraksjon av råolje, residuet fra fraksjonert destillasjon av råolje og råoljefraksjoner som destillerer ved en temperatur over 250° C, idet tilsetningsmidlet er tilstede i en mengde av 0,1 - 50 vekt%, basert på vekten av svovel.

20. Materiale ifølge krav 19, karakterisert ved at tilsetningsmidlet er tilstede i en mengde av 0,5 - 10 vekt%, basert på vekten av svovel, som del av svovelkomponenten.

21. Materiale ifølge krav 19, karakterisert ved at det omfatter 5-20 vekt% svovel, 15-80 vekt% grovt aggregat, 5-85 vekt% findelt aggregat og 5 - 15 vekt% finstoff opp til en samlet mengde av 100 vekt%, idet tilsetningsmidlet utgjør en del av svovelkomponenten.

22. Materiale ifølge krav 21, karakterisert ved at det uten å gå istykker er istand til å motstå belastning ved tøyninger av 2000 - 10 000 mikrotøyninger.

23. Materiale ifølge krav 22, karakterisert ved at tilsetningsmidlet omfatter råolje med en karakteriseringsfaktor opp til ca. 12 i en mengde av 0,5 - 10 vekt%, basert på vekten av svovel.

24. Materiale ifølge krav 19, karakterisert ved at tilsetningsmidlet omfatter råolje med en karakteriseringsfaktor av opp til ca. 12.

25. Materiale ifølge krav 1, karakterisert ved at mineralaggregatet omfatter naturlig jord.

26. Fremgangsmåte ved fremstilling av en formet betonggjenstand, karakterisert ved at det dannes en blanding ved en temperatur under 159° C og omfattende et partikkelformig mineralaggregat, smeltet svovel i en tilstrekkelig mengde til effektivt å binde aggregatpartiklene og et petroleum- eller polyoltilsetningsmiddel i en mengde tilstrekkelig til effektivt å gjøre betongen duktil, hvoretter blandingen blandes omhyggelig til en i det vesentlige homogen tilstand, og den varme blanding støpes til en ønsket form.

27. Fremgangsmåte ifølge krav 26, karakterisert ved at det anvendes et aggregat som inneholder en svellende leire, og at tilsetningsmidlet anverides i en tilstrekkelig mengde til effektivt å hindre at betongen bryter sammen i nærvær av vann.

28. Fremgangsmåte ifølge krav 26, karakterisert ved at formingen omfatter blanding av grovt mineralaggregat og findelt mineralaggregat som del av det partikkelformige aggregat, hvoretter aggregatblandingen oppvarmes til en temperatur av 120 - 13 0° C og det oppvarmede aggregat blandes med smeltet svovel ved en temperatur under 159° C og fin stoff som del av det partikkelformige mineralaggregat, og råolje tilsettes som tilsetningsmidlet.

29. Fremgangsmåte ifølge krav 28, karakterisert ved at råoljen tilsettes i en mengde av 0,1 - 50 vekt%, basert på vekten av svovel.

30. Fremgangsmåte ifølge krav 29, karakterisert ved at råoljen tilsettes i en mengde av 0,5 - 10' vekt%, basert på vekten av svovel.

31.. Fremgangsmåte ifølge krav 29, karakteri-. sert ved at det tilsettes en råolje med en karakterise-ringsf aktor av opp til ca. 12.

32. Fremgangsmåte ifølge krav 29, karakterisert ved at betongen omfatter i vekt% basert på vekten av svovel og mineralaggregat opp til en samlet mengde av 10 0 vekt%:

33. Fremgangsmåte ifølge krav 26, karakterisert ved at petroleumstilsetningsmidlet omfatter en råolje-fraksjon som destillerer ved en temperatur over 250° C.

3.4. Fremgangsmåte ifølge krav 26, karakterisert ved at formingen utføres ved å blande grovt mineralaggregat og findelt mineralaggregat som del av det partikkelformige aggregat, den erholdte aggregatblanding bløtes i en blanding av vann og glycerol med et forhold vann:glycerol av 1:10 - 100:1, det således bløtede aggregat utvinnes og oppvarmes til en temperatur av 120 - 130° C for å drive av vannet, og det erholdte oppvarmede aggregat blandes med smeltet svovel ved en temperatur under 159° C og finstoff som en del av det partikkelformige mineralaggregat.

35. Fremgangsmåte ifølge krav 34, karakterisert ved at betongen omfatter i vekt% og basert på vekten av .svovel og mineralaggregat opp til en samlet mengde av 100 vekt%:

36. Fremgangsmåte ifølge krav 26, karakterisert ved at formingen utføres ved å bløte i det minste en del av aggregatet med en polyol, det således bløtede aggregat utvinnes og oppvarmes for å drive av overskudd av polyol, og det erholdte oppvarmede aggregat blandes med smeltet svovel ved en temperatur under 159° C.

37. Fremgangsmåte for å gjøre en syovelbetong med en sammensetning som omfatter svovel og et mineralaggregat inneholdende svellende leire vannmotstandsdyktig, karakterisert ved at det i materialet innarbeides et tilsetningsmiddel fra gruppen råolje, den pentanoppløselige maltenfraksjon av råolje, residuet fra fraksjonert destillasjon av råolje og råoljefraksjonen som destillerer ved.en temperatur over 250° C, i en mengde av 0,1 - 50 vekt%, basert på vekten av svovelet.

38. Fremgangsmåte ifølge krav 37, karakterisert ved at tilsetningsmidlet tilsettes i en mengde av 0,5 - 10 vekt%, basert på vekten av svovelet..

39. Fremgangsmåte ifølge krav 37, karakterisert ved at det anvendes et tilsetningsmiddel som er en råolje med en karakteriseringsfaktor av opp til ca. 12.

40. Materiale ifølge krav 1, 7, 12, 17, 19 eller 37, karakterisert ved at det dessuten omfatter minst ett tilsetningsmiddel fra gruppen bestående av et svovel-modifikasjonsmiddel som effektivt er istand til å gi svovelet en viss grad av plastisitet, og et flammehemmende middel.

41 Fremgangsmåte ifølge krav 26, karakterisert ved at blandingen dessuten omfatter minst ett tilsetningsmiddel fra gruppen bestående av et svovelmodifika-sjonsmiddel som effektivt er istand til å gi svovelet en viss grad av plastisitet, og et flammehemmende middel.