PL174957B1 - Sposób wytwarzania kompozycji proszkowej do otrzymywania spienionych tworzyw mineralnych - Google Patents

Abstract

Sposób wytwarzania kompozycji proszkowej do otrzymywania spienionych tworzywmineralnych stosowanych zwłaszczaw podziemiachkopalń, znamienny tym, żemiesza się ze sobąod 20 do 60% wagowych cementów wysokoglinowych, od 10 do 40% wagowych cementu portlandzkiego, od 2 do 30% wagowych bentonitu lub iłu bentonitowego składającego się głównie z krzemianów warstwowych, od 10 do 50% wagowych gipsu ze środkiem powierzchniowo czynnym na nośniku mineralnym w ilości od 0,1 do 5% wagowych oraz ze środkiem stabilizującym pianę i wiążącym nadmiar wody w ilości od 0,1 do 10% wagowych.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania kompozycji proszkowej przeznaczonej do otrzymywania spienionych tworzyw mineralnych, stosowanych zwłaszcza w podziemiach kopalń.

Znanych jest wiele sposobów wytwarzania cementowych tworzyw piankowych występujących pod nazwą: pianobetonu, gazobetonu, betonu komórkowego i inną. I tak np. Z opisu polskiego patentowego nr 145333 znany jest sposób wytwarzania pianobetonu polegającym na tym, że do wodnego roztworu substancji pianotwórczych, zawierających etoksylowany nonylofenol, sulfobursztynian etoksylowanych wyższych alkoholi tłuszczowych, sól sodową karboksymetylocelulozy etoksylowany monoetanoloamid wyższych kwasów tłuszczowych dodaje się ciągle mieszając cement i piasek a uzyskaną zaprawę łączy się z pianą wytworzoną z wodnego roztworu środka pianotwórczego. Znany jest też sposób wytwarzania pianobetonu z opisu polskiego patentu nr 160970. Sposób ten · polega na tym, że do mieszaniny składającej się z cementu, mielonego wapna palonego, popiołów lotnych, dodatków aktywizujących i wody dodaje się pianę wykonaną z mieszaniny hydrolizatu białkowego, alkilobenzenosulfonianu sodu, siarczanu żelazowego, ługów posulfitowych, mocznika, kwasu octowego, kopolimeru metakrylanu metylu oraz wody. Inny sposób znany jest z opisu polskiego patentu nr 139702. W sposobie tym autoklawizowany gazobeton wytwarzany jest z drobno mielonej mieszaniny wapna palonego, cementu, piasku, popiołu lotnego, gipsu, wody oraz pyłu metalicznego glinu lub cyklu, które to metale reagując w mieszaninie zarobowej powodują wydzielanie się wodoru i spulchnianie masy. Wyrastającą masę gazobetonu poddaje się obróbce w temperaturze około 80°C w parze wodnej pod wysokim ciśnieniem. Jako regulatory wiązania świeżej masy gazobetonowej stosuje się mieszaninę wielosoli i/lub soli mieszanych zawierających siarczan żelazawy oraz siarczany i chlorki metali alkalicznych sodu i/lub potasu.

Według opisu polskiego patentu nr 141747 spulchnianie i stabilizację wytworzonej struktury komórkowej masy gazobetonowej uzyskuje się przez dodanie do drobno zmielonej

174 957 mieszaniny surowców mineralnych wody, proszków metalu, soli sodowej sulfobursztynianu dwuoktylowego.

Natomiast według opisu polskiego patentu nr 138431 beton komórkowy uzyskuje się na bazie popiołów lotnych zawierający ciasto wapienne, do 14 do 17% żywicy acetonowo-formaldehydowej, sól sodową kwasu benzenoalkilosulfonowego w ilości od 1 do 2% oraz wodorotlenek sodu w ilości od 1,7 do 2%, chlorek sodu w ilości od 0,3 do 0,5%.

Wadą pianobetonów wytwarzanych według znanych dotychczas metod między innymi jest konieczność osobnego wytwarzania piany i zaprawy betonowej a następnie łączenia tych dwóch składników ze sobą. Podczas mieszania zarówno piany z zaprawą jak i piany z poszczególnymi składnikami zaprawy następuje częściowa degradacja piany jak i pogarszają się struktury i jakość uzyskiwanego pianobetonu. Dużą niedogodnością tych sposobów jest również konieczność stosowania licznych dodatków stabilizujących strukturę piany. Jednak istotną wadą znanych sposobów wytwarzania gazobetonu jest konieczność stosowania pyłu metali glinu lub cynku do wywiązywania gazu spulchniającego zaprawę betonowąjak i sam fakt wydzielania się do atmosfery gazowego wodoru. Ponadto autoklawizowanie gazobetonów parą wodną pod wysokim ciśnieniem powoduje znaczny koszt wytwarzanego gazobetonu. Stosowane dodatki takie jak regulatory wiązania masy gazobetonowej w postaci węglanów, krzemianów, chlorków i siarczanów metali I i II grupy układu okresowego chociaż znacznie przyspieszają czas wiązania jak i zwiększają wytrzymałość mechaniczną, to w późniejszym okresie powodują znaczną korozję metalowych elementów konstrukcyjnych jak i korozję samego betonu. Produkcja betonów komórkowych na bazie lotnych popiołów wymaga stosowania żywic np. octanowoformaldehydowej, uretanowych rozpuszczalnych w octanie etylu w ilościach kilkunastu procent oraz stosowania złożonych układów katalizujących polimeryzację żywic.

Celem wynalazku jest zmniejszenie zużycia surowców do produkcji pianek cementowych poprzez uzyskanie od 2,5 do 8 krotnego spienienia w stosunku do początkowej objętości proszkowej kompozycji i możliwość ciągłej produkcji pianki cementowej i możliwość podawania jej na odległość około 300 m. Cel ten został osiągnięty za pomocą sposobu będącego przedmiotem niniejszego wynalazku. Istotą tego sposobu jest to, że miesza się ze sobą od 20 do 60% wagowych cementów wysokoglinowych, od 10 do 40% wagowych cementu portlandzkiego, od 2 do 30% wagowych bentonitu lub iłu bentonitowego składającego się głównie z krzemianów warstwowych, od 10 do 50% wagowych gipsu ze środkiem powierzchniowo czynnym na nośniku mineralnym w ilości od 0,1 do '5% wagowych oraz ze środkiem stabilizującym pianę i wiążącym nadmiar wody w ilości od 0,1 do 10% wagowych. Jako środek powierzchniowo czynny stosuje się wysokopienny, korzystnie alkilobenzenosulfonian sodu na nośniku krzemianowym, korzystnie na krzemionce naturalnej lub syntetycznej, ziemi okrzemkowej, bentonit lub inne, stanowiące co najmniej 10% wagowych w stosunku do nośnika. Natomiast jako środek stabilizujący pianę i wiążący nadmiar wody stosuje się kopolimer kwasu akrylowego lub soli metali alkalicznych tego kwasu i akryloamidu, w którym stosunek wagowy kwasu akrylowego lub soli metali alkalicznych tego kwasu do akryloamidu wynosi od 300 do 0,001, naniesiony na nośnik w postaci wodorozpuszczalnych metali trój lub dwuwartościowych, korzystnie siarczanu glinu lub siarczanu żelaza trójwartościowego tak, że stosunek wagowy kopolimeru do nośnika wynosi od 0,1 do 10. Tak wytworzona kompozycja proszkowa przeznaczona jest do wytwarzania lekkich szybkowiążących pianek cementowych przez wymieszanie z odpowiednią ilością wody. Kompozycja ta nie wymaga autoklawizacji, nie wydziela szkodliwych substancji do otoczenia i nie powoduje korozji konstrukcji metalowych ani betonu.

Wytworzoną zgodnie z wynalazkiem kompozycję proszkową miesza się z wodą o temperaturze nie niższej niż 10°C, a korzystnie 20°C, w stosunku wagowym od 1:1 do 1:2,5, po czym za pomocą znanych pomp, zasysających dodatkowe powietrze, tłoczy się do miejsca przeznaczenia. Miejscem takim może być tama przeciwpożarowa lub przeciwwybuchowa, pustka powstała wskutek obwału względnie zroby, które należy odizolować od wyrobisk czynnych kopalni.

Podczas pompowania mieszaniny w przewodzie tłocznym pompy tworzy się i stabilizuje piana cementowa. Czas podawania piany na odległość nie może być krótszy niż 2 min i nie dłuższy niż 10 min, w zależności od stosunku wody do kompozycji proszkowej. Wytworzona

174 957 piana cementowa jest wysoce tiksotropowa, a jej czas żelowania po opuszczeniu przewodu tłocznego mieści się w granicach od 5 do 60 sekund, w zależności od stosunku kompozycji proszkowej do wody. Powstające w wyniku hydrolizy cementu wysokoglinowego wodorotlenki glinu i żelaza w połączeniu z gipsem zagęszczają masę i nadają jej właściwości tiksotropowe. Natomiast porowatą, drobnodyspersyjną i trwałą strukturę pian cementowych zapewnia zastosowany środek powierzchniowo czynny, którym jest alkilobenzenosulfonian sodu naniesiony na ziemię okrzemkową lub mikrokrzemionkę naturalną lub syntetyczną w stosunku wagowym 1:1, a następnie wysuszony. Zastosowane w kompozycji proszkowej według wynalazku kopolimery kwasu akrylowego i akryloamidu, naniesione uprzednio na siarczan glinu i poddane suszeniu, reagują w masie zarobowej z utworzonymi wodorotlenkami glinu i/lub żelaza, sieciują i wiążą wodę niezwiązaną oraz stabilizującą strukturę piany, polepszając jej tiksotropowość, a przy tym zwiększają dość znacznie wytrzymałość mechaniczną wytworzonych pian cementowych. Dzięki zastosowaniu iłów bentonitowych lub bentonitów warstwowych uzyskano korzystny wpływ na strukturę oraz stopień zagęszczenia i tiksotropowość pian cementowych.

Sposób wytwarzania kompozycji proszkowej do otrzymywania spienionych tworzyw mineralnych według wynalazku jest dokładniej zilustrowany za pomocą następujących przykładów:

Przykład 1. Kompozycję proszkową wykonano stosując:

cement glinowy o zawartości Al2 O3 min. 400% 4(0) kg, cement portlandzki klasy 250 200 k|g, gips szybkowiążący 288 kg, ił bentonitowy 100 kg, alkilobenzenosulfonian sodu na mikrokrzemionce 6 kg, kopolimer 20 produkcji EKOCHEM, będący kopolipolimerem kwasu akryloamidu naniesionym na siarczan glinu 6 kg.

Tak wytworzoną kompozycję proszkową spieniono przez zmieszanie z 1000 kg wody stosując znanąpompę górniczą. Uzyskano 2,6 cm³ piany cementowej żelującej w czasie 5 sekund o gęstości objętościowej 0,77 t/m3 w stanie mokrym i 0,092 t/m3 w stanie suchym.

Przykład 2. Wykonano kompozycję proszkową stosując:

cement glinowy o zawartości Al2 O3 min. 00% 200 kg, cement glinowy o zawartości AI2O 3 min. 70% 200 kg, cement portlandzki klasy 250 200 kg, gips szybkowiążący 286 kg, ił bentonitowy 100 kg, alkilobenzenosulfonian sodu na mikrokrzemionce 6 kg, kopolimer 20 z przykładu 1 8 kg.

Tak wytworzoną kompozycję spieniono jak w przykładzie 1 stosując 2000 kg wody. Otrzymano 6 m3 piany cementowej żelującej w czasie około 00 sekund, o gęstości objętościowej 0,52 t/m3 w stanie mokrym i 0,22 t/m3 w stanie suchym.

Przykład 3. Wykonano kompozycję proszkową stosując: cement glinowy o zawartości min. θ0% AI2O3 150 kg, cement glinowy o zawartości AbO;? min. 70% 250 kg, cement portlandzki klasy 250 220 kjg, gips szybkowiążący 228 kg, ił bentonitowy 110 kg, alkilobenzenosulfonian sodu na mikrokrzemionce 6 kg, kopolimer 20 z przykładu 1 9 kg.

Tak sporządzoną kompozycję spieniono jak w przykładach poprzednich stosując 2000 kg wody i otrzymano 8 mi piany cementowej żelującej w czasie 60 sekund, o gęstości objętościowej 0,073 t/m3 w stanie mokrym i 0,173 t/m³ w stanie suchym.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 2,00 zł

Claims (3)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób wytwarzania kompozycji proszkowej do otrzymywania spienionych tworzyw mineralnych stosowanych zwłaszcza w podziemiach kopalń, znamienny tym, że miesza się ze sobą od 20 do 60% wagowych cementów wysokoglinowych, od 10 do 40% wagowych cementu portlandzkiego, od 2 do 30% wagowych bentonitu lub iłu bentonitowego składającego się głównie z krzemianów warstwowych, od 10 do 50% wagowych gipsu ze środkiem powierzchniowo czynnym na nośniku mineralnym w ilości od 0,1 do 5% wagowych oraz ze środkiem stabilizującym pianę i wiążącym nadmiar wody w ilości od 0,1 do 10% wagowych.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako środek powierzchniowo czynny stosuje się wysokopienny, korzystnie alkilobenzenosulfonian sodu na nośniku krzemianowym, korzystnie na krzemionce naturalnej lub syntetycznej, stanowiące co najmniej 10% wagowych w stosunku do nośnika.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako środek stabilizujący pianę i wiążący nadmiar wody stosuje się kopolimer kwasu akrylowego lub soli metali alkalicznych tego kwasu i akryloamidu, w którym stosunek wagowy kwasu akrylowego lub soli metali alkalicznych tego kwasu do akryloamidu wynosi od 300 do 0,001 naniesiony na nośnik w postaci wodorozpuszczalnych metali trój lub dwuwartościowych, korzystnie siarczanu glinu lub siarczanu żelaza trójwartościowego tak, że stosunek wagowy kopolimeru do nośnika wynosi od 0,1 do 10.