PL108708B1 - Cementless concrete with binder of unsaturated poliester resins - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest bezcementowy beton o spoiwie z nienasyconych zywic poliestrowych, znajdujacy zastosowanie jako tworzywo ^konstrukcyjne, zwlaszcza szybowych obudów górniczych.Beton ten nadaje sie szczególnie do budowy szybów o duzych srednicach, rzedu dziesiatków metrów i duzych glebokosci •do 1 km i wiecej.Stan techniki. Z czasopism NRD: H. Schirmer: Einsatz von Polyester in Verbindung mit Beton. Die ^Bauwirtschaft 1963, zeszyt 30, str. 276—971 i H. Liesegang: Polyestrharze im Beton — und Stahlbetonbau. Kunststoff — Rundschau 1962, zeszyt 10, str. 482—488, znany jest bezcementowy beton o spoiwie poliestrowym, stosowany na rury, zbiorniki o znacznej odpornosci na srodowiska agresywne oraz fundamenty. Beton ten wytwarzany jest z wypelniaczy mineralnych, do których jest dodawane spoiwo z nienasyconych zywic poliestrowych w ilosci od 5% wagowych do 15% wagowych wypelniacza.W sklad spoiwa wchodza dwa gatunki nienasyconych zywic poliestrowych w lacznej ilosci 67% wagowych i styren w ilosci 33% wagowych oraz po wymieszaniu ze soba wymienionych skladników — dodatkowo w ilosci 3,5% wagowych tamtych skladników — nadtlenek benzoilu w postaci 50% pasty.Wypelniacze mineralne stanowia: -Zwir o uziarnieniu 7—15mm — 40% wagowych Piasek kwarcowy o uziarnieniu 3—15mm — 20% wagowych Piasek kwarcowy o uziarnieniu. 1—3mm —20% wagowych 10 15 20 25 Piasek kwarcowy o uziarnieniu Piasek kwarcowy o uziarnieniu Piasek kwarcowy o uziarnieniu 0,2 —l,2mm — 10% wagowych 0,15—0,3mm — 5% wagowych 0,05—0,2mm — 5% wagowych Beton ten wytwarzany jest w sposób nastepujacy. Wy¬ pelniacze najpierw miesza sie ze soba, dodaje spoiwo i poddaje wymieszaniu w przeciwbieznej betoniarce, a nastepnie formuje, zageszczajac na stole wibracyjnym przy 1000 drgan na minute, najpierw przez czas okolo 40 sekund, bez obciazenia dodatkowego, nastepnie przez czas 1,5 minuty z obciazeniem dodatkowym. Dla uzyskania wyzszych wytrzymalosci beton ten dodatkowo wygrzewa sie przez czas okolo 15 godzin w temperaturze okolo 80°C.W opisie patentowym nr 82932 pt: Material budowlany oparty na zywicy poliestrowej, znane jest spoiwo uzyskane w wyniku zemulgowania z woda nienasyconej zywicy po¬ liestrowej, zawierajacej 15—40% wody. Spoiwo emulsyjne ma wlasnosci odmienne od nienasyconych zywic poliestro¬ wych, a przede wszystkim kilkakrotnie nizsza wytrzymalosc na sciskanie, charakteryzuje sie mozliwoscia utwardzania do kilkudziesieciu kilogramów oraz mozliwoscia obróbki i ma stosunkowo niska przyczepnosc do materialów ka¬ miennych.Material wedlug wynalazku zawiera ponadto inicjator, aktywator np. dwumetyloaniline i ewentualnie inhibitor polimeryzacji, np. p-chinon. Jako zywice zawiera on nie- 30 nasycona zywice poliestrowa konstrukcyjna i ewentualnie 108 708108 708 modyfikowana zywice elastyczna, zywice poliuretanowa lub monomer sieciujacy w r/ostaci styrenu.Jako wypelniacze nieorganiczne i organiczne material wedlug tego wynalazku zdwiera kruszywo albo wlókna poliamidowe, szklane lub roslinne. 5 Z przykladu III podanego w opisie patentowym nr 82932 znany jest material sporzadzony z emulsji zywicy poliestro¬ wej, nadtlenku benzoilu w tostaci 50% pasty we ftalanie dwubutylu, dwumetyloaniliny w postaci 10% roztworu w styrenie, cementu portlandzkiego 350, wody do cementu, 10 kruszywa w postaci zwiru lub tlucznia bazaltowego i piasku lub maczki kwarcowej. Rozwiazanie podane w przykladzie III, w którym stosuje sie bazalt i maczke kwarcowa dotyczy s^i^a|^pptae^-^emeltoWego. Cement jako skladnik afcaliczny powoduje zmtdlahie wiazan estrowych w zywicy 15 poliestrowej, co prowadzi db szybkiego starzenia sie kóm- p|zytBjHiuvtolrdrifr duza poWierzchnie wlasciwa i przez to ejminuje mozliwosc zastosowania innego mikrowypelnia- cza, poniewaz ogranicza zwilzanie wypelniacza dla okreslo¬ nej, elttnómicziiie uzasadnionej, ilosci zywicy i ze wzgledu zó na swoja higroskopijnosc przy niedostatecznym zwilzeniu i otuleniu zywica powoduje, Ze powstaly kompozyt jest wzglednie malo odporny na dzialanie Wilgotnosci.Istota wynalazku. Przedmiotem wynalazku jest bez- cementowy beton o spoiwie z nienasyconych zywic polie- 25 strowych, skladajacych sie z zywicy konstrukcyjnej o wy¬ trzymalosci mechanicznej 600—1300 kG/cm2 i elastycznej o wytrzymalosci mechanicznej 20—300 kG/cm2, zawiera¬ jacy wypelniacze mineralne. Beton ten sklada sie od 84% wagowych do 88% wagowych wypelniaczy i od 12% 30 wagowych do 16% wagowych spoiwa, w którym stosunek zywic konstrukcyjnych do zywic elastycznych nie przekra¬ cza 9:1. Spoiwo zawiera ponadto od 1,5% wagowych do 3,5% wagowych wodoronadtlenku cykloheksanonu, od 0,5% wagowych do 3,0% wagowych jednoprocentowego 35 roztworu parachinonu w styrenie, od 0,6% wagowych do i»3% wagowych dwuprocentowego roztworu naftenianu kobaltu oraz od 0,2% wagowych do 0,4% wagowych dziesiecioprocentowego roztworu dwumetyloaniliny w sty¬ renie. W sklad wypelniaczy mineralnych wchodzi od 35% 40 wagowych do 55% wagowych bazaltu o uziarnieniu od 10 do 20mm, od 25% wagowych do 35% wagowych bazaltu o uziarnieniu od 2 do lOmm oraz od 10% wagowych do 40% wagowych maczki kwarcowej.Rozwiazanie wedlug wynalazku jest nowe i nieoczywiste 45 zarówno jakosciowo jak tez ilosciowo. O nowosci roz¬ wiazania oraz o tym, ze nie wynika ono w sposób oczywisty ze stanu techniki swiadczy to, ze wprowadzenie kruszywa bazaltowego do handlowego gatunku nienasyconej zywicy poliestrowej i utwardzanie dowolnym ukladem utwardza- 5o jacym nie daje jeszcze materialu o wysokiej wytrzymalosci ze wzgledu na dzialanie karbów wytworzonych w spoiwie przez ostre ziarna kruszywa. Dopiero zastosowanie kompo¬ zycji o odpowiednim skladzie zywic konstrukcyjnych i elastycznych daje nieoczekiwanie material o wysokiej 55 wytrzymalosci na sciskanie.Zastosowanie wodoronadtlenku cykloheksanu i naftenia¬ nu kobaltowego w podanych ilosciach dla ukladu: bazalt- -maczka kwarcowa-zywica poliestrowa konstrukcyjna i ela¬ styczna — daje nieoczekiwanie znacznie lepsze mechani- 60 cznie tworzywo, niz zastosowanie jakiegokolwiek innego znanego ukladu utwardzajacego. Uzycie maczki kwarcowej jako skladnika uszczelniajacego stos okruchowy bazaltu nieoczekiwanie nadaje betonowi bazaltowo-poliestrowemu wyzsza wytrzymalosc, niz jakikolwiek inny mikrowypelniacz, 65 np. piasek, tlenek glinu, mielony koks, cement, pyl stalowy aluminiowy, maczka wapienna, bazaltowa lub granitowa,, andezytowa, talk oraz mieszanina tych skladników.Rozwiazanie wedlug wynalazku zawiera scisle sprecyzo¬ wani daile odnosnie jakosci i ilosci skladników, a zmiany tych parametrów poza granice podane w rozwiazaniu powoduja istotny spadek wlasnosci mechanicznych betonu.Znane rozwiazania dotyczace zapraw lub betonów opartych na nienasyconych zywicach poliestrowych nie przewiduja stosowania lamanego kruszywa bazaltowego.Beton wedlug- wynalazku ma nastepujace wlasnosci fizykomechaniczne i parametry techniczne: - Modul sprezystosci materialu - Wytrzymalosc na sciskanie - Wytrzymalosc na rozciaganie - Wytrzymalosc na zginanie - Wodoszczelnosc absolutna - Gazoszczelnosc - Wielkosc skurczu - Wspólczynnik rozsze¬ rzalnosci termicznej Ec od 2,5 do 3 x 105 kG/cm* Rc powyzej 1000 kG/cm2 Rr powyzej 110 kG/cm2 Rg powyzej 300 kG/cm2 do 200 kG/cm2 rzedu od 10-3 do 10-5 ml/min maksimum 0,25% od 16,5-10-6TI-1 do20-10-6°C-1.Charakteryzuje sie on ponadto odpornoscia na chemiczne aktywne podziemne wody kopalniane, duza przyczepnosc do stali i betonu tradycyjnego, prawidlowym przebiegiem polimeryzacji w niskich temperaturach, do 25°C, bez spadku wytrzymalosci, prawidlowym przebiegiem polimery¬ zacji, bez spadku wytrzymalosci, przy kruszywie o wilgot¬ nosci wzglednej do 0,3% mozliwosci regulowania czasu wiazania przez zmiane ilosci dozowanego inhibitora, którym jest para-chinon, odpornoscia na dzialania mikrobiologi¬ czne i procesy starzeniowe. Beton ten moze takze byc uzu¬ pelniony zbrojeniem rozproszonym np. w postaci drutów stalowych w ilosci do 4%, dzieki czemu uzyskuje sie wzrost wytrzymalosci o okolo 20%.Wymienione wlasnosci pozwalaja na stosowanie tego betonu zwlaszcza do wykonywania szybowych obudów górniczych o dowolnych srednicach, eliminujacych wieksza liczbe obudów o srednicach mniejszych, budowanych ze stali lub zeliwa, o ograniczonym promieniu deformacji.Istnieje takze mozliwosc upodatniania rur szybowych, dzieki wymienionym parametrom technicznym, co pozwala na odzyskiwanie kopalin uzytecznych, uwiezionych do¬ tychczas w filarach ochronnych. Wysoka szczelnosc betonu zapewnia obnizenie doplywu wód do szybów, pozwalajac na lepsze wykorzystanie transportu i polepszenie warunków otoczenia, zmniejszenia korozji itp. Korzystne parametry wytrzymalosciowe pozwalaja na wykonywanie z tego be¬ tonu obudów o okolo trzykrotnie mniejszych grubosciach niz z betonu tradycyjnego.Przyklady realizacji. Przedmiot wynalazku jest przed¬ stawiony w trzech przykladach wykonania.Przyklad I. Pierwszy przyklad dotyczy nastepuja¬ cego skladu surowcowego w odniesieniu do 1 m3 betonu.Nienasycona zywica poliestrowa konstrukcyjna — 279 kg Nienasycona zywica poliestrowa elastyczna — 31 kg Jednoprocentowy roztwór para-chinonu w sty¬ renie, stanowiacyinhibitor — 6,2 kg.108 708 3 Wodorotlenek cykloheksanonu stanowiacy ini¬ cjator — 7,75 kg Dziesiecioprocentowy roztwór dwuetyloaniliny w styrenie, stanowiacy inicjator — 0,93 kg Dwuprocentowy roztwór naftenianu kobaltu, stanowiacy przyspieszacz — 2,48 kg Bazalt o uziarnieniu od 10 do 20 mm — 1000 kg Bazalt o uziarnunii od 2 do 10 mm — 655 kg Maczkakwarcowa — 390 kg Jako zywice konstrukcyjna stosuje sie zywice, która jest styrenowym roztworem nienasyconego poliestru otrzymane¬ go w wyniku polikondensacji 100 czesci wagowych glikolu 1,2-propylenowego, 43 czesci wagowych bezwodnika ma¬ leinowego i 57 czesci wagowych bezwodnika ftalowego, o zawartosci styrenu 36% i ciezarze molowym, przypada¬ jacym na jedno podwójne wiazanie wynoszacym 430.Jako zywice elastyczna stosuje sie zywice, która jest styreno¬ wym roztworem nienasyconego poliestru otrzymanego w wyniku polikondensacji 100 czesci wagowych glikolu 2 etylenowego, 20 czesci wagowych bezwodnika maleino¬ wego i 80 czesci wagowych bezwodnika ftalowego, o zawar¬ tosci styrenu w roztworze 30% i ciezarze molowym, przy¬ padajacym na jedno podwójne wiazanie wynoszacym 1100.Beton z przykladowego skladu wytwarza sie w sposób nastepujacy. Najpierw przygotowuje sie jednoprocentowy roztwór parachinonu w styrenie i dziesiecioprocentowy roztwór dwumetyloaniliny w styrenie, po czym przystepuje sie dD wlasciwego przygotowania spoiwa. Spoiwo przygoto¬ wuje sie przez zmieszanie zywic w naczyniu i kolejne do¬ dawanie wodorotlenku cykloheksanonu, potem roztworu para-chinonu, nastepnie roztworu dwumetyloaniliny w sty¬ renie i wreszcie roztworu naftenianu kobaltu. Przed do¬ daniem spoiwa miesza sie suche skladniki wypelniaczy i dodaje do nich przygotowane spoiwo, a nastepnie calosc miesza sie az do uzyskania jednolitej masy. Mase ta poddaje sie formowaniu w formach, w których pozostaje ona do czasu ostatecznego stwardnienia.Podstawowe parametry betonu z wymienionego skladu sa nastepujace: — Modul sprezystosci materialu Ec = 2,8,105 kG/cm2 — Wytrzymalosc na sciskanie Rc = 1000 kG/cm2 — Wytrzymalosc na rozciaganie Rr = 115 kG/cm2 — Wytrzymalosc na zginanie Rg = 310 kG/cm2 — Wielkosc skurczu 0,23% — Wodoszczelnoscabsolutna 200 kG/cm2 — Gazoszczelnosc — 10-4 ml/min Prawidlowy przebieg polimeryzacji w temperaturach ujemnych, do —25 °C, bez spadku wytrzymalosci.Prawidlowy przebieg polimeryzacji, bez spadku wytrzy¬ malosci, dla wilgotnosci wzglednej kruszywa do 0,3%.Odpornosc na chemicznie aktywne podziemne wody kopalniane.Przyklad II. Drugi przyklad dotyczy nastepujacego skladu surowcowego w odniesieniu do 1 m3 betonu.Nienasycona zywica poliestrowa konstrukcyjna — 248 kg Nienasycona zywicapoliestrowa elastyczna — 27,6 kg Jednoprocentowy roztwór para-chinonu w sty¬ renie — 1,38 kg Wodorotlenek cykloheksanonu — 4,14 kg Dziesiecioprocentowy roztwór dwumetyloaniliny wstyrenie — 0,55 kg Dwuprocentowy roztwórnaftenianu kobaltu — 1,65 kg Bazalt o uziarnieniu od 10 do 20mm — 700 kg Bazalt o uziarnieniu od 2 do 10 mm — 700 kg Maczka kwarcowa — 600 kg 10 15 23 20 35 49 Jako zywice konstrukcyjna stosuje sie ta sama zywice, która uzywa sie w skladzie surowcowym dotyczacym przy¬ kladu pierwszego. Jako zywice elastyczna stosuje sie zywice otrzymana w wyniku polikondensacji 100 czesci wagowych glikolu 2 etylenowego, 30 czesci wagowych bezwodnika maleinowego i 70 czesci wagowych bezwodnika ftalowego, o zawartosci styrenu w roztworze 35%. Wytwarzanie betonu z powyzszego skladu przeprowadza sie analogicznie jak w pierwszym przykladzie.Podstawowe parametry betonu z wymienionego skladu sa nastepujace: — Modul sprezystosci materialu Ec = 2,4.105 kG/cm2 — Wytrzymalosc na sciskanie Rc = 910 kG/cm2 — Wytrzymalosc na rozciaganie Rr = 92 kG/cm2 — Wytrzymalosc na zginanie — Wielkosc skurczu — Wodoszczelnosc absolutna Rg = 295 kG/cm2 0,20% 200 kG/cm2 Przyklad III. Trzeci przyklad dotyczy nastepuja¬ cego skladu surowcowego w odniesieniu do 1 m3 betonu.Nienasycona zywica poliestrowa konstrukcyjna —331,2 kg Nienasycona zywica poliestrowa elastyczna — 36,8 kg Jednoprocentowy roztwór para-chinonu w sty¬ renie — 7,36 kg Wodorotlenekcykloheksanonu — 11,04 kg Dziesiecioprocentowy roztwór dwumetyloani¬ liny — 1,1 kg Dwuprocentowy roztwór naftenianu kobaltu — 3,68 kg Bazalt o uziarnieniu od 10 do 20 mm — 966 kg Bazalt o uziarnieniu od 1 do 10 mm — 580 kg Maczka kwarcowa — 386 kg Jako zywice elastyczna stosuje sie te sama zywice, która uzywa sie w skladzie surowcowym dotyczacym przykladu pierwszego. Jako zywice konstrukcyjna stosuje sie zywice otrzymana z 20 czesci wagowych bezwodnika kwasu ma¬ leinowego, 30 czesci wagowych bezwodnika kwasu ftalo¬ wego i 50 czesci wagowych glikolu 1,2 propylenowego.Wytwarzanie betonu z powyzszego skladu przeprowadza sie analogicznie jak w pierwszym przykladzie.Podstawowe parametry betonu z wymienionego skladu sa nastepujace: — Modul sprezystosci materialu Ec = 2,7.105 kG/cm2 — Wytrzymalosc na sciskanie Rc = 940 kG/cm2 — Wytrzymalosc na rozciaganie Rr = 100 kG/cm2 — Wytrzymalosc na zginanie — Wielkosc skurczu — Wodoszczelnosc absolutna Rg = 300 kG/cm2 0,35% 200 kG/cm2 Zastrzezenie patentowe 50 Bezcementowy beton o spoiwie z nienasyconych zywic poliestrowych, skladajacych sie z zywicy konstrukcyjnej o wytrzymalosci mechanicznej 600—1300 kG/cm2 i elasty¬ cznej o wytrzymalosci mechanicznej 20—300 kG/cm2, 55 z ukladem inicjujaco-utwardzajacym zawierajacym roz¬ twory para-chinonu i dwumetyloaniliny w styrenie, w sklad którego wchodza wypelniacze mineralne, znamienny tym, ze sklada sie z od 84% wagowych do 88% wagowych wypelniaczy i od 12% wagowych do 16% wagowych 60 spoiwa, przy czym stosunek zywic konstrukcyjnych do zywic elastycznych nie przekracza 9:1 i zawiera ponadto w stosunku do masy spoiwa od 1,5% wagowych do 3,5% wagowych wodoronadtlenku cykloheksanonu, od 0,5% wagowych do 3,0% wagowych jednoprocentówego roztworu 65 para-chinonu w styrenie, od 0,6% wagowych do 1,3% wa-108 708 7 8 gowych dwuprocentowego roztworu naftenianu kobaltu oraz wych do 55% wagowych bazaltu o uziarnieniu od 10 do od 0,2% wagowych do 0,4% wagowych dziesiecioprocen- 20 mm, od 25% wagowych do 35% wagowych bazaltu towego roztworu dwumetyloaniliny w styrenie, natomiast o uziarnieniu od 2 do 10 mm oraz od 10% wagowych do w sklad wypelniaczy mineralnych wchodzi od 35% wago- 40% wagowych maczki kwaicowej.LZG Z-d 3, z. 291(1400/81, n. 115+20 egz.Cena 45 zl PL

Claims (1)

1. Zastrzezenie patentowe 50 Bezcementowy beton o spoiwie z nienasyconych zywic poliestrowych, skladajacych sie z zywicy konstrukcyjnej o wytrzymalosci mechanicznej 600—1300 kG/cm2 i elasty¬ cznej o wytrzymalosci mechanicznej 20—300 kG/cm2, 55 z ukladem inicjujaco-utwardzajacym zawierajacym roz¬ twory para-chinonu i dwumetyloaniliny w styrenie, w sklad którego wchodza wypelniacze mineralne, znamienny tym, ze sklada sie z od 84% wagowych do 88% wagowych wypelniaczy i od 12% wagowych do 16% wagowych 60 spoiwa, przy czym stosunek zywic konstrukcyjnych do zywic elastycznych nie przekracza 9:1 i zawiera ponadto w stosunku do masy spoiwa od 1,5% wagowych do 3,5% wagowych wodoronadtlenku cykloheksanonu, od 0,5% wagowych do 3,0% wagowych jednoprocentówego roztworu 65 para-chinonu w styrenie, od 0,6% wagowych do 1,3% wa-108 708 7 8 gowych dwuprocentowego roztworu naftenianu kobaltu oraz wych do 55% wagowych bazaltu o uziarnieniu od 10 do od 0,2% wagowych do 0,4% wagowych dziesiecioprocen- 20 mm, od 25% wagowych do 35% wagowych bazaltu towego roztworu dwumetyloaniliny w styrenie, natomiast o uziarnieniu od 2 do 10 mm oraz od 10% wagowych do w sklad wypelniaczy mineralnych wchodzi od 35% wago- 40% wagowych maczki kwaicowej. LZG Z-d 3, z. 291(1400/81, n. 115+20 egz. Cena 45 zl PL