PL199991B1

PL199991B1 - Tężejąca kompozycja zawierająca kompozycję cementową, sucha kompozycja zawierająca kompozycję cementową i sposób nakładania na powierzchnię powłoki zawierającej kompozycję cementową

Info

Publication number: PL199991B1
Application number: PL354654A
Authority: PL
Inventors: Peter Shelley Mills; David Neil Degville; A.J. Rohaly
Original assignee: Minova Int Ltd
Priority date: 1999-10-19
Filing date: 2000-10-19
Publication date: 2008-11-28
Also published as: ZA200201910B; DE60006853T2; EP1230191B1; AU772447B2; ATE255077T1; PL354654A1; CA2384853C; RU2255068C2; CA2384853A1; PT1230191E; US6869987B2; EP1230191A1; AU1151901A; ZA200201909B; ES2211638T3; DE60006853D1; WO2001028955A1; US20020161071A1

Abstract

Tezej aca kompozycja, któr a mo zna na lozy c przez rozpylanie tworz ac pow lok e na po- wierzchni takiej, jak sciana kopalni, zawieraj aca (i) kompozycj e cementow a zawieraj ac a nast e- puj ace sk ladniki: (a) od 25 do 95% glinianu wapniowego, (b) od 0 do 10% wapna i (c) od 0 do 50% siarczanu wapniowego, w której suma sk ladników (b) i (c) wynosi przynajmniej 5% wagowych w stosunku do lacznego ciezaru sk ladników (a), (b) i (c), oraz (ii) wodn a emulsj e polimeru organicznego, ewentualnie (iii) dys- pergowalny polimer organiczny. Sucha kompo- zycja zawieraj aca cz esci (i) i (iii), któr a mo zna wymiesza c z wod a w kopalni. Sposób nak lada- nia na powierzchni e pow loki zawieraj acej teze- j ac a kompozycj e zawieraj aca kompozycj e ce- mentow a. PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Wynalazek dotyczy tężejącej kompozycji zawierającej kompozycję cementową, suchej kompozycji zawierającej kompozycję cementową i sposobu nakładania na powierzchnię powłoki zawierającej kompozycję cementową.

W szczególności wynalazek dotyczy materiałów stosowanych do pokrywania powierzchni, zwłaszcza powierzchni skalnych i sposobu obróbki powierzchni przy użyciu materiałów według wynalazku.

Proponowano już stosowanie warstw powlekających na powierzchniach skalnych w kopalniach, polegające na rozpylaniu wodnej emulsji polimeru organicznego, która następnie koaguluje i tworzy na powierzchni podatną warstwę w postaci błony lub powłoki.

Polimery stosowane do tego celu są to poliuretany i polichloropren. Polichloropren opisany został w opisie patentowym RPA nr 8203384.

Niedawno opisano w publikacji WO 98/58886 kompozycję składającą się z dwóch części. Jedną z nich jest wodna emulsja polimeru organicznego, takiego jak kopolimer etylenu i octanu winylu, drugą część stanowi kompozycja cementowa zdolna do absorbcji wody w ilości równej przynajmniej swojemu własnemu ciężarowi. Opisaną kompozycją cementową jest kompozycja tworząca Ettringit, zawierająca cement o dużej zawartości glinianu, zwykły cement portlandzki i anhydryt. Obie części rozpyla się na powierzchnię skalną w kopalni tworząc powłokę. W publikacji tej ujawniono również suchą mieszankę substancji stałych utworzoną z kompozycji cementowej i wysuszonej emulsji polimerowej, do której na miejscu, w kopalni dodaje się wodę.

Kompozycje opisane w wymienionej publikacji WO 98/58886 potrzebują znacznej ilości czasu aby osiągnęły odpowiednią wytrzymałość wczesną, zazwyczaj jest to nie mniej niż 24 godziny. W czasie, gdy powłoka uzyskuje tę wytrzymałość, pracownicy nie są wpuszczani na dany obszar ze względu na bezpieczeństwo i ten obszar kopalni jest wyłączony z działania. Korzystne więc byłoby ograniczenie czasu koniecznego do osiągnięcia przez powłokę właściwej wytrzymałości wczesnej.

Celem wynalazku jest rozwiązanie tego problemu przez opracowanie kompozycji cementowej tworzącej Ettringit, o większej zawartości glinianu wapniowego, niż kompozycje opisane wyżej i dającej większą wytrzymałość wczesną powłoki.

Tężejąca kompozycja według wynalazku zawiera:

(i) kompozycję cementową zawierającą następujące składniki:

(a) od 25 do 95% glinianu wapniowego, (b) od 0 do 10% wapna i (c) od 0 do 50% siarczanu wapniowego, w której suma składników (b) i (c) wynosi przynajmniej 5% wagowych w stosunku do łącznego ciężaru składników (a), (b) i (c).

Tężejąca kompozycja według wynalazku charakteryzuje się tym, że zawiera również:

(ii) wodną emulsję polimeru organicznego, przy czym ilość (ii) w stosunku do (i) jest taka, że stosunek wagowy składników stałych polimeru do łącznego ciężaru składników (a), (b) i (c) wynosi od 1:1 do 10:1.

Korzystnie, ilość wody jest równa przynajmniej 50% wagowych ciężaru kompozycji cementowej (i), korzystnie od 70% do 250%.

Również korzystnie, procent wagowy składników stałych polimeru do łącznego ciężaru składników (a), (b) i (c) wynosi od 1:1 do 2,5:1.

Według odmiany wynalazku, tężejąca kompozycja zawiera: (i) kompozycję cementową zawierającą następujące składniki:

(a) od 25 do 95% glinianu wapniowego, (b) od 0 do 10% wapna i (c) od 0 do 50% siarczanu wapniowego, w której suma skł adników (b) i (c) wynosi przynajmniej 5% wagowych w stosunku do łącznego ciężaru składników (a), (b) i (c), i charakteryzuje si ę tym, ż e zawiera również (iii) dyspergowalny polimer organiczny, przy czym ilość dyspergowalnego polimeru jest taka, że stosunek wagowy polimeru do łącznego ciężaru składników (a), (b) i (c) wynosi od 1:1 do 10:1.

PL 199 991 B1

Sucha kompozycja według kolejnej odmiany wynalazku zawiera:

(i) kompozycję cementową zawierającą następujące składniki:

(a) od 25 do 95% glinianu wapniowego, (b) od 0 do 10% wapna i (c) od 0 do 50% siarczanu wapniowego, w której suma skł adników (b) i (c) wynosi przynajmniej 5% wagowych w stosunku do łącznego ciężaru składników (a), (b) i (c).

Sucha kompozycja według wynalazku charakteryzuje się tym, że zawiera również:

(iii) dyspergowalny polimer organiczny, przy czym ilość dyspergowalnego polimeru jest taka, że stosunek wagowy polimeru do łącznego ciężaru składników (a), (b) i (c) wynosi od 1:1 do 10:1, oraz środek żelujący polimer.

Korzystnie, środkiem żelującym jest boran.

Sposób nakładania powłoki na powierzchnię, według wynalazku obejmuje wytwarzanie mieszanki kompozycji cementowej (i) zawierającej następujące składniki:

Sposób według wynalazku charakteryzuje się tym, że do powyższej mieszanki dodaje się (ii) wodną emulsję polimeru organicznego, przy czym ilość (ii) w stosunku do (i) jest taka, że stosunek wagowy składników stałych polimeru do łącznego ciężaru składników (a), (b) i (c) wynosi od 1:1 do 10:1, w takich ilościach, że ilość wody jest przynajmniej równa 50%, korzystnie od 70 do 250% wagowych kompozycji cementowej (i), a następnie rozpyla się mieszankę na powierzchnię tworząc powłokę o gruboś ci przynajmniej 2 mm.

Sposób nakładania powłoki na powierzchnię według odmiany wynalazku obejmuje wytwarzanie mieszanki kompozycji cementowej (i) zawierającej następujące składniki:

(a) od 25 do 95% glinianu wapniowego, (b) od 0 do 10% wapna i (c) od 0 do 50% siarczanu wapniowego, w której suma skł adników (b) i (c) wynosi przynajmniej 5% wagowych w stosunku do łącznego ciężaru składników (a), (b) i (c), i charakteryzuje się tym, że do powyż szej mieszanki dodaje się (iii) dyspergowalny polimer organiczny, przy czym ilość dyspergowalnego polimeru jest taka, że stosunek wagowy polimeru do łącznego ciężaru składników (a), (b) i (c) wynosi od 1:1 do 10:1, łącząc mieszankę z wodą w ilości przynajmniej 50%, korzystnie od 70 do 250% wagowych kompozycji cementowej (i) i rozpyla się mieszankę na powierzchnię tworząc powłokę o grubości przynajmniej 2 mm.

Korzystnie, dodaje się środek żelujący taki, jak boran, który przyczynia się do żelowania polimeru, zaś czas działania powłoki kontroluje się dostosowując rozpuszczalność środka żelującego.

Szybkość tężenia korzystnie kontroluje się dostosowując pH przez dodanie zasady lub kwasu.

Zaletą zastosowania zdefiniowanej powyżej kompozycji zawierającej glinian wapniowy jest możliwość osiągnięcia wyższej wytrzymałości wczesnej. Jednym z zastosowań tej kompozycji jest użycie jej zamiast spawanej siatki drucianej i szybsze osiągnięcie takich własności nośnych, jakie osiąga się w przypadku siatki.

Określenie glinian wapniowy oznacza nie tylko taką postać glinianu wapniowego, jaka jest często wymieniana jako CA, lecz także inne postaci cementów zawierających gliniany, oznaczanych CA2, C3A, C12A7, C4AF i CnA7CaF2 i dodatkowo sulfoglinian wapniowy i żelazoglinian wapniowy.

Glinian wapniowy może pochodzić z cementu o dużej zawartości glinu, określanego czasami jako „Ciment Fondu, który normalnie zawiera około 40 do 80% wagowych faz glinianu wapniowego (lub 40 do 50% glinianu wapniowego (CA)). Wapno może być w postaci wapna niegaszonego (CaO) lub wapna gaszonego (Ca(OH)2) lub może to być zwykły cement portlandzki, z którego wapno otrzymuje się po uwodnieniu.

Siarczan wapniowy może pochodzić z materiału zawierającego siarczan wapniowy, takiego jak beta-anhydryt, gips, lub tynk paryski.

PL 199 991 B1

Jako sulfoglinian wapniowy w niniejszym tekście określa się czysty sulfoglinian wapniowy o wzorze C4A3S*, gdzie C oznacza CaO, A oznacza Al2O3, zaś S* oznacza SO3. Jest to związek znany jako związek Klein'a i można go również zapisać jako 3CaO^3Al₂O₃^CaSO₄.

Ettringit jest to trisulfoglinian wapniowy mający 32 cząsteczki wody krystalizacyjnej, o wzorze 3CaOAl₂O₃OCaSO<32H₂O. Ettringit wytwarza się przez uwodnienie materiałów cementowych zawierających glinian wapniowy i siarczan wapniowy. Aby zwiększyć ilość Ettringitu, można dodać tlenku wapnia i/lub wodorotlenku wapnia pochodzącego ze zwykłego cementu portlandzkiego, aby zapewnić obecność wystarczającej ilości 3CaOAl₂O₃ dla powstania Ettringitu w trakcie uwodnienia.

W niniejszym tekście określenie Ettringit obejmuje również jego analogi, chyba że z kontekstu wynika, że jest inaczej. Analogi te opisano w publikacji „Cement Chemistry autorstwa H. F. Taylor'a, drugie wydanie z 1997 r., opublikowane przez Thomas'a Telforda.

Przygotowanie Ettringitu zawierającego kompozycje opisane w opisie patentowym GB 2,123,808, dotyczącym kompozycji cementowych absorbujących wodę w proporcji przynajmniej 2,5 części wody na część substancji stałych, a nawet do 5:1, bez oddzielania się wody.

Tworzenie kompozycji zawierających Ettringit opisano również w europejskim opisie patentowym nr 286396, w którym ujawniono sposób ich wytwarzania z mieszanek cementowych o dużej zawartości tlenku glinowego i siarczanu wapniowego, w których dodatek rozpuszczalnego w wodzie fluorku powoduje szybkie tężenie kompozycji i nabieranie przez nią wysokiej wytrzymałości wczesnej nawet w przypadku, gdy kompozycja mieszana jest z wodą przy wysokim stosunku woda/substancje stałe.

Przez cement o wysokiej zawartości tlenku glinowego rozumiemy każdy cement, który mieści się w definicji cementu o wysokiej zawartości tlenku glinowego według brytyjskiej normy 915 Część 2, tzn. cement, który zawiera nie mniej niż 32% wagowych tlenku glinowego, zaś stosunek tlenek glinowy/tlenek wapniowy wynosi w nim od 0,85 do 1,3 :1. Odpowiednimi cementami są cementy Lafarge Fondu opisane w opisie patentowym GB 1,505,417, zaś ich typowy skład wagowy jest następujący:

38,5% tlenku wapniowego

39,0% tlenku glinowego

16,5% tlenku żelazowego i

4,0% krzemionki.

Określenie kopalnia oznacza w niniejszym opisie wszelkie budowle podziemne, w tym także tunele i kamieniołomy.

Wynalazek znajduje zastosowanie w przemyśle budowlanym, do wykańczania budynków, w tym ich ścian wewnętrznych i zewnętrznych, podłóg i sufitów.

W przypadku zastosowania jako podkład w kopalni, na przykład zamiast siatki stalowej, produkt ten jest podatną powłoką na powierzchnię skalną. Określenie „podatna oznacza, że powłoka ma zdolność odkształcania się i umożliwia elementom skalnym przemieszczanie się i przenoszenie obciążeń.

Wodna emulsja polimeru organicznego, czasami określana w stanie techniki jako emulsja lateksowa, może zawierać jako polimer jeden lub więcej z szerokiego zakresu homopolimerów lub kopolimerów z etylenowo nienasyconych monomerów, lub polimerów występujących w warunkach naturalnych. Przykładami mogą tu być styren, kopolimery styren/butadien, diwinylostyren, metakrylan metylu, kopolimery styrenu i metakrylanu metylu lub bezwodnika meleinowego, żywice akrylowe lub z estrów akrylowych, octan winylu lub jego kopolimery z etylenem lub innymi olefinami (np. kopolimer etylenu z octanem winylu), plastikowane kopolimery chlorku winylu. Odpowiednie polimery opisano w opisie patentowym US 4,849,018. Można też zastosować mieszaninę polimerów lub kopolimerów.

Korzystne jest zastosowanie polimeru o temperaturze zeszklenia, oznaczonej Tg, wynoszącej od -50°C do 50°C, korzystnie od -10°C do 10°C. Dla polepszenia elastyczności można dodawać plastifikatory takie, jak Cereclor (chlorowana parafina), ftalan dibutylu i glikol dietylenowy.

Właściwa zawartość polimerowych składników stałych emulsji wynosi od 5 do 80% wagowych, korzystnie przynajmniej 25%, np. od 30 do 70%, najlepiej 45 do 65% wagowych w stosunku do ciężaru emulsji.

Dyspergowalny polimer organiczny korzystnie uzyskuje się przez suszenie np. suszenie przez rozpylanie wodnej emulsji polimeru. Suszone polimery dostępne są w handlu.

W przypadku użycia emulsji polimeru organicznego (ii) wystarcza woda znajdująca się już w tej emulsji, gdyż powoduje ona uwodnienie składników cementu. W razie potrzeby lub życzenia można dodać więcej wody.

W przypadku użycia emulsji suchego polimeru organicznego (iii) z kompozycją cementową (i), należy dodać wodę potrzebną do hydratacji składników cementu.

PL 199 991 B1

Niezależnie od tego, czy użyto emulsji, czy wysuszonej emulsji polimeru, ciężar wody wynosi korzystnie przynajmniej 50% wagowych kompozycji cementowej (i), najlepiej przynajmniej od 70% do 90%. Ciężar dodanej wody może być większy od ciężaru użytej kompozycji cementowej (i) np. do dwóch, trzech lub nawet pięciu razy.

Korzystnie kontroluje się pH dostosowując stosunek zasada/kwas, a co za tym idzie, czas tężenia. Można również dodać inne substancje przyspieszające lub opóźniające tężenie cementu.

W przypadku, gdy należy zainicjować lub przyspieszyć tężenie, można tego dokonać dodając alkalia. Dodatek ten wprowadza się w dyszy lub w pobliżu dyszy, podczas rozpylania mieszanki. Dodanie silnych alkaliów może spowodować prawie natychmiastowe stężenie.

Dodanie środka żelującego takiego, jak boran może przyspieszyć żelowanie polimeru. Prędkość żelowania można regulować wybierając boran o odpowiedniej rozpuszczalności. Na przykład boran wapniowy jest gorzej rozpuszczalny niż boran cynkowy i daje dłuższy czas żelowania, a więc działa wolniej.

Zaletą sposobu jest to, że urządzenia mieszającego nie trzeba okresowo czyścić np. po 2 do 3 użyciach i można stosować urządzenia do nakładania działające w sposób ciągły.

Sposób według wynalazku umożliwia wykończenie powierzchni skalnej w kopalni przez rozpylenie na niej mieszanki cementowej i emulsji polimeru organicznego, która tworzy na powierzchni błonę o grubości przynajmniej 2 mm.

Powłoka może być powłoką nośną. Stwierdzono, że powłoka o grubości około 4 mm (np. od 3 do 7 mm) może zastąpić siatkę drucianą stosowaną aby zapobiec odpadaniu odprysków i fragmentów skalnych ze ścian kopalni, np. siatkę nazywaną w USA spawaną siatką drucianą nr 7. Powłoki według wynalazku można stosować w kopalniach określanych jako „twarde np. kopalnie niklu lub złota, jak również w kopalniach węgla.

Powłoki można stosować przy wydobywaniu węgla metodą komorowo-filarową, w celu zmniejszenia wielkości filarów, które pozostają jako słupy nośne, dzięki czemu wydobywa się więcej węgla. Efekt ten osiąga się rozpylając powłokę na filary, które uzyskują w ten sposób większą nośność.

Powłokę można również zastosować do stabilizacji żeber i do reperacji oraz uszczelniania konstrukcji wentylacyjnych. Powłoki nadają się również do redukcji wpływów atmosferycznych, tzn. erozji świeżo odsłoniętych powierzchni skalnych przez powietrze w kopalni lub tłumienia wydzielania się radonu w kopalniach uranu, ewentualnie do stabilizacji nabrzeży kamieniołomów, sufitów tuneli itp.

W publikacji WO 98/58886 stwierdzono, ż e w korzystnym przypadku kompozycja cementowa zawiera od 40 do 52% zwykłego cementu portlandzkiego, 18 do 28% cementu o wysokiej zawartości tlenku glinowego i od 27 do 31% anhydrytu.

Według jednego z wariantów niniejszego wynalazku, korzystne jest zastosowanie kompozycji o dużo niższej niż 20% zawartości zwykłego cementu portlandzkiego.

Stwierdzono, że dzięki przyspieszeniu tworzenia się ettringitu i innych uwodnionych glinianów, własności nośne siatki nr 7 można uzyskać w czasie poniżej 24 godzin. Wytwarzając wielkie ilości ettringitu i innych uwodnionych glinianów stwierdzono, że powłoka przechodzi z powodzeniem testy ogniowe US ASTM(E162) i Underwriters Laboratory of Canada CAN ULC S102, bez potrzeby dodawania chemicznego środka zmniejszającego palność.

Na fig. 1 i 2 przedstawiono urządzenie stosowane do mieszania i rozpylania powłok według wynalazku.

Jak widać na fig. 1, trzy linie 2, 4 i 6 połączone są z komorą 7, która łączy się z dyszą rozpylającą 8. Emulsja wymieszana z cementem dostarczana jest linią 2, powietrze dostarczane jest linią 4, gdzie jest ono mieszane z przyspieszaczem (w przypadku, gdy jest on stosowany) z linii 6, przed zetknięciem się z mieszanką emulsji i cementu. Z dyszy rozpylającej emitowany jest rozpylony strumień 10 zawierający cement/emulsję, powietrze i przyspieszacz.

Na fig. 2 widać, że suchy proszek 19 zawierający cement i suchą emulsję polimeru znajduje się w leju załadowczym 20, z którego podawany jest on za pomocą poziomej ś ruby 22 do przewodu 24. Do przewodu 24 podawana jest także kontrolowana za pośrednictwem miernika 25 ilość wody, która mieszana jest z proszkiem wskutek działania śruby 22. Z przewodu 24 mieszanka przemieszcza się grawitacyjnie do zbiornika 26, z którego podawana jest pompą Moyno 27 do dyszy (nie pokazanej). Pompa 27 pracuje szybciej, niż mieszanka podawana jest do zbiornika 26, tak więc czas przebywania mieszanki w zbiorniku 26 jest bardzo krótki. Układ taki znany jest pod nazwą podajnika ciągłego.

Wyżej opisana kompozycja tężejąca może być dostarczana w postaci dwóch mas, które po wymieszaniu dają powyższą kompozycję tężejącą.

PL 199 991 B1

Wspomniane dwie pasty jest to pierwsza pasta zawierająca glinian wapniowy, siarczan wapniowy i emulsję polimeru oraz drugą pastę zawierającą wapno i emulsję polimeru.

Pierwsza pasta może zawierać opóźniacz reakcji cementu, zaś druga pasta może zawierać przyspieszacz reakcji cementu.

Zasadniczo cały glinian wapniowy i zasadniczo cały siarczan wapniowy, które potrzebne są do wytworzenia wyżej opisanej kompozycji tężejącej może znajdować się w pierwszej paście, natomiast całe wapno może znajdować się w drugiej paście. Każda z past zawiera dostateczną ilość emulsji polimeru, aby zapewnić płynność.

Wynalazek zostanie przedstawiony w następujących poniżej przykładach. Powłoki uzyskane we wszystkich przykładach osiągnęły wymaganą wytrzymałość w czasie krótszym, niż 24 godziny.

P r z y k ł a d 1

Przygotowanie kompozycji cementowej

Przygotowano kompozycję cementową zawierającą następujące składniki:

Składnik Ilość części wagowych cement Rockfast* 50 beta-anhydryt 32 zwykły cement portlandzki 16 węglan litowy 0,3 polisacharyd i środek przeciw zaciekom 0,6 wapno gaszone 0,5 włókna nylonu 0,1

Powyższe składniki, wszystkie w postaci suchych proszków zostały wymieszane w mieszarce bębnowej.

*Rockfast 450 jest dostępny w handlu w postaci materiału firmy Blue Circle-plc, który zawiera około 60% wagowych sulfoglinianu wapniowego **rozpuszczalny w wodzie biopolimer polisacharydowy sprzedawany przez firmę Kelco International Ltd jako guma Welan.

***włókna włoskowate o długości około 1,27 cm (0,5 cala), znane jako dodatek wzmacniający do cementu. Dodatki te stosowane są w celu poprawy własności wzmacniających i wytrzymałości na rozrywanie.

Dodanie emulsji i zastosowanie na ścianę w kopalni w celu utworzenia powłoki o wysokiej wytrzymałości wczesnej.

Powyższą kompozycję wymieszano z emulsją polimeru w postaci Elvace 735 (emulsja kopolimeru etylenu z octanem winylu produkcji firmy Reichhold, zawierającego 54,5% wagowych stałych składników polimeru i o temperaturze zeszklenia Tg równej 0°C) w proporcji 2,5 części wagowych emulsji na jedną część kompozycji podane oddzielnie do naczynia mieszającego, następnie wymieszane przez czas 1 minuty, po czym mieszankę wydobyto z naczynia mieszającego za pomocą pompy o pojemności zmiennej np. pompy Moyno i umieszczono w urządzeniu pokazanym na fig. 1. Mieszankę rozpylono na powierzchnię skalną w kopalni tworząc na niej błonę o grubości około 4 mm. Mieszanka pracowała przez około 30 minut i przeszła z powodzeniem test wytrzymałości CANMET dla siatki nr 7 spawanej z drutu (2,2 tony obciążenia) po 4 godzinach.

P r z y k ł a d 2

Powolne tężenie kompozycji z dodatkiem przyspieszacza przy dyszy

Przygotowanie suchego proszku.

Przygotowano suchą kompozycję zawierającą następujące składniki:

Składnik Ilość części wagowych* suchy kopolimer etylenu z octanem winylu** 625 cement Rockfast 450*** 350 kwas cytrynowy (opóźniacz cementu) 5 węglan litowy (przyspieszacz) 2,5 zwykły cement portlandzki 50 boran cynkowy (środek żelujący) 5 * w kg (lub w funtach) ** polimer w proszku sprzedawany w firmie Wacker Vinnapas oznaczony RE 547Z o temperaturze zeszklenia -7°C. Proszek uzyskano przez suszenie przy rozpylaniu emulsji wodnej.

*** Rockfast 450 jest dostępny w handlu w postaci materiału firmy Blue Circle-plc, który zawiera około 60% wagowych sulfoglinianu wapniowego.

PL 199 991 B1

Powyższe składniki wymieszano w mieszarce bębnowej i do otrzymanej mieszanki dodano wody w takiej ilości, aby stosunek wagowy wody do składników stałych wynosi od 0,4 do 1, a następnie wymieszano w urządzeniu pokazanym na fig. 2.

Przygotowana w ten sposób mieszanka miała najpierw pH około 5 do 6, zaś jej czas tężenia wynosił kilka godzin. Wartość pH podwyższono do około 7 dodając nasyconego roztworu węglanu sodowego przy dyszy rozpylającej. Jednocześnie wapno uwolniło się ze zwykłego cementu Portlandzkiego, co również podwyższyło pH. Celem podwyższenia pH przynajmniej do 7 było zainicjowanie tężenia cementu i przyspieszenie żelowania polimeru. Powstała mieszanka tężała w czasie około 20 do 30 sekund.

Mieszankę nałożono na sufit w kopalni rozpylając ją w taki sposób, aby powstała błona o grubości około 4 mm.

Dzięki temu, że czas żelowania opisanej powłoki jest nadzwyczaj krótki, dała ona prawie natychmiast efekt wzmocnienia. Ma ona bardzo dobre własności wzmacniające i może być stosowana w warunkach bardzo wysokiej wilgotnoś ci, np. przy wilgotnoś ci powyż ej 95%. Czas ż elowania moż na regulować dostosowując pH i stężenie boranu, co pozwala przedłużyć czas działania mieszanki do przynajmniej jednej godziny. Zaletą suchej emulsji polimeru jest jej odporność na mróz.

P r z y k ł a d 3

Wysoka wytrzymałość wczesna i własności zmniejszające palność

Przygotowano kompozycję cementową zawierającą następujące składniki:

Składnik Ilość części wagowych cement o wysokiej zawartości tlenku glinowego 49,24 węglan litowy 0,1 włókna nylonu 0,1 kwas cytrynowy 0,12 polisacharyd 0,69 wapno gaszone 0,49 zwykły cement portlandzki 16,41 beta-anhydryt 32,85

Powyższe składniki wymieszano w mieszarce bębnowej.

Powstałą w ten sposób mieszankę wymieszano z emulsją Elvace 735 (54,5% składników stałych) w ilości wynoszącej 2,5 rażą ciężar mieszanki i rozpylono na suficie kopalni niklu tworząc powłoką o grubości około 4 mm.

Powłoka, która zawierała dużą ilość Ettringitu poddano testom i stwierdzono, że spełnia ona amerykański test zmniejszania palności ASTM(E162) i test Underwriters Laboratory of Canada CAN ULC S102. Jest to zaleta kompozycji według wynalazku w stosunku do kompozycji znanych ze stanu techniki, które wymagają dodania środka zmniejszającego palność. Powłoka miała wytrzymałość odpowiadającą wytrzymałości siatki nr 7 po 8 godzinach.

P r z y k ł a d 4

Przygotowano suchy proszek zawierający następujące składniki:

Składnik suchy kopolimer etylenu z octanem winylu*

Rockfast 450

Beta-anhydryt

Zwykły cement portlandzki

Węglan litowy

Kwas cytrynowy sproszkowany boran wapniowy*

Ilość części wagowych

0,2

0,5 * Vinnapas RE 547Z z firmy Wacker maj ą cy Tg równą -7°C ** kolemanit, który jest uwodnionym minerałem boranowym o wzorze Ca₃B₆O₁₁^5H₂O.

Proszek wymieszano z wodą w urządzeniu pokazanym na fig. 2, uzyskując stosunek wody do składników stałych równy 0,5 i rozpylono na powierzchnię skalną tworząc powłokę o grubości około 4 mm. Mieszanka pracowała przez około 1 godzinę 40 minut lecz uzyskała wytrzymałość niedługo po stężeniu.

Kiedy powtórzono przykład bez dodatku boranu, czas pracy wynosił ponad 3 godziny.

PL 199 991 B1

W przypadku, gdy dodano boranu sodowego stwierdzono, że czas pracy powłoki był bardzo krótki. Wskazuje to, że długość czasu pracy powłoki można kontrolować wybierając boran o właściwej rozpuszczalności.

Można również dodać bardzo rozpuszczalny boran taki jak boran sodowy lub kwas borowy przy dyszy, ewentualnie dodać boranu o mniejszej rozpuszczalności np. boranu wapniowego w trakcie mieszania składników.

P r z y k ł a d 5

Przygotowano suchą kompozycję zawierającą następujące składniki:

% wagowy

Elvace 785 proszek EVA 18,47

Wacker RP547Z proszek EVA 43,32 cement Rockfast 450 CSA 23,09 beta-anhydryt 9,84 zwykły cement Portlandzki 4,62 kwas cytrynowy 0,05 węglan litowy 0,23 kolemanit 0,61 polisacharyd 0,74 włókna 0,03 wodorotlenek wapniowy brak

Powyższe składniki wymieszano w mieszarce bębnowej i zastosowano tak, jak w przykładzie 2. P r z y k ł a d 6

Przygotowanie suchego proszku

Przygotowano suchą kompozycję zawierającą następujące składniki:

% wagowy

Elvace 785 proszek EVA 48,58

Wacker 245 proszek EVA 19,69 cement Secar 51 o wysokiej zawartości tlenku glinowego 19,23 beta-anhydryt 5,11 zwykły cement Portlandzki 4,81 kwas cytrynowy 0,02 węglan litowy 0,20 kolemanit 0,51 polisacharyd 1,53 włókna 0,01 wodorotlenek wapniowy 0,31

Powyższe składniki wymieszano w mieszarce bębnowej i zastosowano tak, jak w przykładzie 2.

P r z y k ł a d 7

W przykładzie tym opisano sposób wytwarzania powłoki przez wymieszanie ze sobą dwóch past. Każdą z past wykonano z kompozycji w proszku i płynnej emulsji. Płynną emulsję można zastąpić polimerem suszonym przez rozpylanie i wówczas należy dodać odpowiednią ilość wody.

Sposób opisany w tym przykładzie ma tę wyższość nad sposobami z przykładów 1 do 4, że każda z past ma długotrwały czas składowania, dzięki czemu można przygotowywać duże partie lub wiele porcji bez potrzeby czyszczenia urządzeń mieszających. Po połączeniu obu past szybko następuje tężenie. Można to przeprowadzić przez włączenie do linii produkcyjnej statycznej mieszarki, umożliwiającej szybkie odprowadzanie materiału. Pasty zawierały następujące składniki w ilościach części wagowych:

Pasta 1		Pasta 2
cement o wysokiej		Elvace 735	50
zawartości tlenku glinowego	60
beta-anhydryt	40	węglan litowy	0,3
polisacharyd	0,75	wapno	3
Elvace 735	200	polisacharyd	0,2

kwas cytrynowy (dla regulacji czasu składowania) 0 do 0,3

PL 199 991 B1

Pasty wymieszano ze sobą w powyższych proporcjach w mieszarce statycznej.

Czas tężenia wynosił od 10 do 15 minut.

Wytrzymałość na rozciąganie po jednym dniu wynosiła 1,172 MPa (170 psi), a wytrzymałość na rozciąganie po 28 dniach wynosiła 4,275 MPa (620 psi).

Cechą charakterystyczną tego sposobu jest uzyskanie past o długotrwałym czasie składowania, ponad około 2 godziny.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Tężejąca kompozycja zawierająca (i) kompozycję cementową zawierającą następujące składniki:

(a) od 25 do 95% glinianu wapniowego, (b) od 0 do 10% wapna i (c) od 0 do 50% siarczanu wapniowego, w której suma składników (b) i (c) wynosi przynajmniej 5% wagowych w stosunku do łącznego ciężaru składników (a), (b) i (c), znamienna tym, że zawiera również (ii) wodną emulsję polimeru organicznego, przy czym ilość (ii) w stosunku do (i) jest taka, że stosunek wagowy składników stałych polimeru do łącznego ciężaru składników (a), (b) i (c) wynosi od 1:1 do 10:1.
2. Kompozycja według zastrz. 1, znamienna tym, że ilość wody jest równa przynajmniej 50% wagowych ciężaru kompozycji cementowej (i), korzystnie od 70% do 250%.
3. Kompozycja według zastrz. 2, znamienna tym, że procent wagowy składników stałych polimeru do łącznego ciężaru składników (a), (b) i (c) wynosi od 1:1 do 2,5:1.
4. Tężejąca kompozycja zawierająca (i) kompozycję cementową zawierającą następujące składniki:

(a) od 25 do 95% glinianu wapniowego, (b) od 0 do 10% wapna i (c) od 0 do 50% siarczanu wapniowego, w której suma skł adników (b) i (c) wynosi przynajmniej 5% wagowych w stosunku do łącznego ciężaru składników (a), (b) i (c), znamienna tym, że zawiera również (iii) dyspergowalny polimer organiczny, przy czym ilość dyspergowalnego polimeru jest taka, że stosunek wagowy polimeru do łącznego ciężaru składników (a), (b) i (c) wynosi od 1:1 do 10:1.
5. Kompozycja według zastrz. 4, znamienna tym, że ilość wody jest równa przynajmniej 50% wagowych ciężaru kompozycji cementowej (i), korzystnie od 70% do 250%.
6. Kompozycja według zastrz. 4, znamienna tym, że procent wagowy składników stałych polimeru do łącznego ciężaru składników (a), (b) i (c) wynosi od 1:1 do 2,5:1.
7. Sucha kompozycja zawierająca (i) kompozycję cementową zawierającą następujące składniki:

(a) od 25 do 95% glinianu wapniowego, (b) od 0 do 10% wapna i (c) od 0 do 50% siarczanu wapniowego, w której suma skł adników (b) i (c) wynosi przynajmniej 5% wagowych w stosunku do łącznego ciężaru składników (a), (b) i (c), znamienna tym, że zawiera również (iii) dyspergowalny polimer organiczny, przy czym ilość dyspergowalnego polimeru jest taka, że stosunek wagowy polimeru do łącznego ciężaru składników (a), (b) i (c) wynosi od 1:1 do 10:1, oraz środek żelujący polimer.
8. Sucha kompozycja według zastrz. 7, znamienna tym, że środkiem żelującym jest boran.
9. Sposób nakładania powłoki na powierzchnię, w którym wytwarza się mieszankę kompozycji cementowej (i) zawierającej następujące składniki:

(a) od 25 do 95% glinianu wapniowego, (b) od 0 do 10% wapna i (c) od 0 do 50% siarczanu wapniowego, w której suma skł adników (b) i (c) wynosi przynajmniej 5% wagowych w stosunku do łącznego ciężaru składników (a), (b) i (c), znamienny tym, że do powyższej mieszanki dodaje się

PL 199 991 B1 (ii) wodną emulsję polimeru organicznego, przy czym ilość (ii) w stosunku do (i) jest taka, że stosunek wagowy składników stałych polimeru do łącznego ciężaru składników (a), (b) i (c) wynosi od 1:1 do 10:1, w takich ilościach, że ilość wody jest przynajmniej równa 50%, korzystnie od 70 do 250% wagowych kompozycji cementowej (i), a następnie rozpyla się mieszankę na powierzchnię tworząc powłokę o grubości przynajmniej 2 mm.
10. Sposób nakładania powłoki na powierzchnię, w którym wytwarza się mieszankę kompozycji cementowej (i) zawierającej następujące składniki:

(a) od 25 do 95% glinianu wapniowego, (b) od 0 do 10% wapna i (c) od 0 do 50% siarczanu wapniowego, w której suma składników (b) i (c) wynosi przynajmniej 5% wagowych w stosunku do łącznego ciężaru składników (a), (b) i (c), znamienny tym, że do powyższej mieszanki dodaje się (iii) dyspergowalny polimer organiczny, przy czym ilość dyspergowalnego polimeru jest taka, że stosunek wagowy polimeru do łącznego ciężaru składników (a), (b) i (c) wynosi od 1:1 do 10:1, łącząc mieszankę z wodą w ilości przynajmniej 50%, korzystnie od 70 do 250% wagowych kompozycji cementowej (i) i rozpyla się mieszankę na powierzchnię tworząc powłokę o grubości przynajmniej 2 mm.
11. Sposób według zastrz. 10, znamienny tym, że dodaje się środek żelujący taki, jak boran, który przyczynia się do żelowania polimeru, zaś czas działania powłoki kontroluje się dostosowując rozpuszczalność środka żelującego.
12. Sposób według zastrz. 10 albo 11, znamienny tym, że szybkość tężenia kontroluje się dostosowując pH przez dodanie zasady lub kwasu.