PL205697B1

PL205697B1 - Kompozycja zdolna do wiązania i sposób jej wytwarzania

Info

Publication number: PL205697B1
Application number: PL366844A
Authority: PL
Inventors: Jaroslaw Kazimierz Drozd; Roderick Macdonald Smart
Original assignee: Minova Int Ltd; Minova International Limited
Priority date: 2001-04-12
Filing date: 2002-04-10
Publication date: 2010-05-31
Also published as: US6926769B2; ES2344252T3; CN101348359A; AU2002244861B2; ZA200307312B; EP1377532B1; CN1602286A; DE60236501D1; GB0109173D0; PT1377532E; WO2002083593A1; ATE469107T1; RU2003132869A; US20040107874A1; RU2301205C2; EP1377532A1; PL366844A1; AU2002244861B8

Description

Opis wynalazku

Wynalazek dotyczy kompozycji zdolnej do wiązania i sposobu wytwarzania kompozycji zdolnej do wiązania. Bardziej szczegółowo wynalazek dotyczy materiałów nadających się do stosowania przy powlekaniu powierzchni, a zwłaszcza powierzchni skał oraz sposobu ich wytwarzania. Wynalazek znajduje zastosowanie w dziedzinie konstrukcji do traktowania budynków, obejmujących ściany zewnętrzne i wewnętrzne, podłogi i sufity. Podczas stosowania do wzmacniania w kopalniach, na przykład jako substytutu dla siatki metalowej, produkt jest elastyczną powłoką na powierzchni skały. Przez określenie elastyczny rozumie się zdolność powłoki do deformowania się i umożliwiania poruszania się kawałkom skały i zachowywania zdolności do przenoszenia obciążenia przez powłokę.

Proponowano już wcześniej nakładanie powłoki na powierzchnię skał w kopalniach dla uzyskania wzmocnienia lub jako bariery dla gazu, poprzez natrysk wodnych emulsji, polimeru organicznego i spowodowania koagulacji emulsji, w celu wytworzenia elastycznej powł oki, w postaci, bł ony lub skórki na powierzchni. Polimery, które ujawniono do tego celu obejmowały poliuretany i polichloropren. Ten ostatni został opisany w opisie patentowym Afryki Południowej Nr 8203384.

Ostatnio, w opisie patentowym WO 98/58886 opisano kompozycję zawierającą dwie części. Jedną z nich jest wodna emulsja organicznego polimeru, takiego jak kopolimer etylenu z octanem winylu. Drugą część stanowi kompozycja cementowa zdolna do zaabsorbowania wody w ilości przynajmniej równej swej własnej masie. Opisana tam kompozycja cementowa jest kompozycją tworzącą ettryngit. Dobrze znanym sposobem tworzenia ettryngitu jest wytwarzanie go z siarczanu wapnia, źródła wapna i cementu glinowego. W opisie WO 98/58886 stosuje się cement glinowy i wapno obok zwykłego cementu portlandzkiego i siarczan wapnia obok anhydrytu.

Podczas stosowania, te dwie części natryskuje się na powierzchnię skały w kopalni, w celu wytworzenia powłoki. Ten opis patentowy ujawnia także suchą mieszaninę substancji stałych wytworzoną z kompozycji cementowej i wysuszonej emulsji polimeru, do której następnie dodaje się wodę.

W japońskim zgłoszeniu patentowym nr JP 05 170496A opisano wodoodporny, elastyczny materiał na nawierzchnię chodnikową, zawierający cement glinowy i 5 do 50 części włókien, 30 do 300 części polimeru i 50 do 300 części kruszywa na 100 części wagowych cementu. Polimer dodawany jest do cementu w postaci wodnej dyspersji. W opisie tym podaje się, że gdy dodaje się mniej niż 50 części kruszywa lub mniej niż 5 części włókien nie otrzymuje się wystarczającej wytrzymałości.

Powłoki, a szczególnie powłoki nakładane na ściany w kopalni muszą być elastyczne i muszą wykazywać wystarczającą wytrzymałość na rozciąganie. Powłoki, które zostały wytworzone z kompozycji opisanych w wyżej cytowanym opisie WO98/58886 wykazują stopniową utratę elastyczności w czasie. Produkty, które są początkowo elastyczne, mają tendencję do wzrostu kruchości po upływie kilku miesięcy. Utrata długotrwałej elastyczności jest niepożądaną własnością, szczególnie w przypadku powłok, które zostały nałożone na ściany w kopalni, dla których to powłok potrzebne jest zwiększenie długotrwałej elastyczności.

Wynalazek dostarcza rozwiązania tego problemu przez dostarczenie nowej kompozycji opartej na glinianie wapnia. W przeciwieństwie do oczekiwań stwierdzono, że długotrwała elastyczność powłok uzyskanych z kompozycji zwiększa się poprzez ograniczenie ilości siarczanu wapnia i wapna, w stosunku do kompozycji opisanych w opisie WO98/58886 lub w przypadku siarczanu wapnia, przez jego zupełne pominięcie w kompozycjach.

Dalszym problemem jest potrzeba zwiększenia początkowej wytrzymałości na rozciąganie, czyli wytrzymałości uzyskiwanej po 2 lub 4 godzinach dla powłok stosowanych w kopalniach. Inna postać wykonania dostarcza rozwiązania tego problemu. Stwierdzono, że wytrzymałość na rozciąganie po 2 i 4 godzinach zwiększa się znacznie przez wprowadzenie do materiału powłokowego małych ilości włókien wzmacniających, typowo w ilościach mniejszych niż 5% wagowych.

Zgodnie z wynalazkiem przedmiotem wynalazku jest kompozycja zdolna do wiązania zawierająca:

(i) składnik cementowy, zawierający przynajmniej 25% glinianu wapnia, w którym przynajmniej 40% stanowi monoglinian wapnia, przy czym składnik cementowy zawiera ewentualnie jeden lub więcej wypełniaczy w postaci rozdrobnionych cząstek lecz zawierających mniej niż 10% wagowych siarczanu wapnia, przy czym % wagowy oparty jest na masie składnika cementowego i (ii) wodną emulsję homopolimeru lub kopolimeru etylenowo nienasyconych monomerów lub polimerów występujących naturalnie, przy czym ilość (ii) w stosunku do (i) jest taka, aby zapewnić stosunek wagowy substancji stałej polimeru do masy składnika (i) wynoszący od 0,5:1 do 10:1, korzystnie od 0,6:1 do 2,5:1, lub

PL 205 697 B1 (iii) homopolimer lub kopolimer etylenowo nienasyconych monomerów lub polimerów występujących naturalnie, zdolne do dyspergowania, przy czym ilość zdolnego do dyspergowania polimeru jest taka, aby zapewnić stosunek wagowy polimeru do masy składnika (i) wynoszący od 0,5:1 do 10:1, korzystnie od 0,6:1 do 2,5:1, charakteryzująca się tym, że składnik cementowy (i) zawiera ilość włókien wzmacniających, nie przekraczającą 5% wagowych składnika cementowego (i).

Korzystnie kompozycja zdolna do wiązania według wynalazku zawiera wodę w ilości równej przynajmniej 50% wagowych, korzystnie od 70% do 250% w stosunku do ilości składnika cementowego (i).

Korzystnie włókna wytworzone są z materiału w postaci syntetycznego tworzywa sztucznego, szkła lub stali, przy czym materiałem z syntetycznego tworzywa sztucznego jest korzystniej polimer węglowodorowy lub poliamid.

Według korzystnej postaci wykonania włókna mają od 1 do 30 mm długości i od 10 do 40 mikrometrów średnicy, a glinian wapnia dostarczany jest w postaci cementu glinowego.

Przedmiotem wynalazku jest także sposób wytwarzania kompozycji zdolnej do wiązania, zdefiniowanej powyżej, obejmujący dostarczanie składnika cementowego (i), zawierającego przynajmniej 25% glinianu wapnia, w którym przynajmniej 40% stanowi monoglinian wapnia, przy czym składnik cementowy zawiera ewentualnie jeden lub więcej wypełniaczy w postaci rozdrobnionych cząstek lecz zawiera mniej niż 10% wagowych siarczanu wapnia, przy czym % wagowy oparty jest na masie składnika cementowego i mieszaninie składnika cementowego (i) z wodną emulsją homopolimeru lub kopolimeru etylenowo nienasyconych monomerów lub polimerów występujących naturalnie (ii), przy czym ilość (ii) w stosunku do (i) jest taka, żeby zapewniała stosunek wagowy stałego polimeru do masy składnika (i) wynoszący od 0,5:1 do 10:1, korzystnie od 0,6:1 do 2,5:1 lub ze (iii) zdolnym do dyspergowania homopolimerem lub kopolimerem etylenowo nienasyconych monomerów lub polimerów występujących naturalnie, przy czym ilość zdolnego do dyspergowania polimeru jest taka, aby zapewnić stosunek wagowy polimeru do masy składnika (i) wynoszący od 0,5:1 do 10:1, korzystnie od 0,6:1 do 2,5:1, polegający na tym, że dodaje się ilość włókien wzmacniających w ilości nie przekraczającej 5% wagowych składnika cementowego (i).

Korzyść ze stosowania kompozycji zawierających glinian wapnia o małej zawartości siarczanu wapnia polega na dostarczeniu powłok o zwiększonej długotrwałej elastyczności a korzyść z kompozycji o małej zawartości siarczanu wapnia, lecz zawierających włókna wzmacniające polega na dostarczeniu powłok wykazujących nie tylko długotrwałą elastyczność, lecz także zwiększoną początkową wytrzymałość na rozciąganie.

Określenie glinian wapnia jest pomyślane jako obejmujące nie tylko postać glinianu wapnia, która określana jest często w technologii cementu jako CA, lecz także i inne cementy zawierające gliniany, które oznacza się jako CA2, C3A, C12A7, C4AF i C12A7CaF2 oraz dodatkowo sulfoglinian wapnia i żelazo-glinian wapnia.

Określenie zdolne do wiązania obejmuje kompozycje, które nie zawierają wody, lecz które będą wiązane przez dodanie wody. Sucha kompozycja zawierająca części (i) i (iii) jak wyżej może być mieszana z wodą w kopalni.

Składnik cementowy zawiera korzystnie od 30 do 99% wagowych glinianu wapnia. Uzupełnienie składnika cementowego do całości może obejmować wypełniacz, na przykład mielony granulowany żużel wielkopiecowy lub wapień, korzystnie w postaci subtelnie rozdrobnionych cząstek, korzystnie w postaci czą stek o wymiarach podobnych do wielkoś ci cząstek handlowego cementu portlandzkiego.

Jeśli w składniku występuje wypełniacz, zawarty jest on korzystnie w ilości mniejszej niż 100% wagowych w stosunku do monoglinianu wapnia lub (w przypadku, gdy glinian wapnia jest dostarczany w postaci cementu glinowego) w iloś ci mniejszej niż 50% wagowych cementu glinowego.

Jeśli to potrzebne, w kompozycji cementowej mogą być zawarte substancje tiksotropujące lub środki regulujące wiązanie.

Składnik cementowy dogodnie zawiera mniej niż 5% wagowych siarczanu wapnia, korzystnie mniej niż 1% siarczanu wapnia a jeszcze bardziej korzystnie wcale nie zawiera siarczanu wapnia.

Jeśli w kompozycji znajduje się siarczan wapnia, może on być dostarczany w postaci materiału zawierającego siarczan wapnia, takiego jak beta-anhydryt, gips lub gips modelarski.

W korzystnej postaci wykonania wynalazku, składnik cementowy, obok włókien wzmacniających, jeśli występują i mniejszych ilości dodatków, takich jak opóźniacz wiązania, przyspieszacz wiązania i środki dyspergujące, takie jak żywice, może składać się zasadniczo z cementu glinowego typu handlowego.

PL 205 697 B1

Glinian wapnia

Korzystnie przynajmniej 60%, bardziej korzystnie przynajmniej 75%, a najbardziej korzystnie przynajmniej 80% glinianu wapnia stanowi monoglinian wapnia (CA).

Glinian wapnia może być dostarczany w postaci cementu glinowego, czasami określanego jako cement Fondu, który zwykle zawiera około 50 do 80% wagowych faz glinianu wapniowego (lub 30 do 65% monoglinianu wapnia (CA)).

Handlowe cementy glinowe typowo zawierają do 60% materiałów innych niż monoglinian wapnia. Te inne materiały typowo obejmują 5 do 10% gelenitu C2AS, około 2% C12A7, około 1% C2S, około 3 do 5% materiałów szklistych i pozostałość stanowiącą mieszane glinianoferryty wapnia.

Chociaż te inne materiały ulegają uwodnieniu, reagują one stosunkowo wolno w porównaniu z monoglinianem wapnia i nie przyczyniają się w większym stopniu do uzyskania dużej wytrzymałości początkowej.

Cement glinowy

Przez cement glinowy rozumiemy określenie, które obejmuje dowolny cement, zgodny z definicją cementu glinowego według normy British Standard 915 część 2, czyli cement, który zawiera nie mniej niż 32% wagowych tlenku glinu i wykazuje stosunek tlenku glinu do tlenku wapnia między 0,85 a 1,3:1. Odpowiednimi cementami są cement Lafarge Fondu opisany w brytyjskim opisie patentowym nr GB 1,505,417, a typowa analiza takiego cementu przedstawia się następująco w przeliczeniu wagowym:

38,5% tlenku wapnia

9,0% tlenku glinu

16,5% tlenku żelaza(III)

4,0% dwutlenku krzemu.

Cement ten będzie zawierał typowo około 40% wagowych monoglinianu wapnia (CA).

Szczególnie odpowiednim cementem glinowym jest cement sprzedawany przez firmę Lafarge pod nazwą Secar 71 o następującej analizie:

< 31% tlenku wapnia > 68,5% tlenku glinu < 0,3% tlenku ż elaza(III) < 0,3% dwutlenku krzemu.

Cement ten zawiera około 65% wagowych monoglinianu wapnia (CA).

Określenie kopalnia w opisie pomyślane jest jako oznaczające kopalnię odkrywkową, kamieniołomy i wszystkie prace podziemne włącznie z tunelami.

Wynalazek znajduje zastosowanie w dziedzinie konstrukcji do traktowania budynków, obejmujących ściany zewnętrzne i wewnętrzne, podłogi i sufity.

Podczas stosowania do wzmacniania w kopalniach, na przykład jako substytutu dla siatki metalowej, produkt jest elastyczną powłoką na powierzchni skały. Przez określenie elastyczny rozumie się zdolność powłoki do deformowania się i umożliwiania poruszania się kawałkom skały i zachowywania zdolności do przenoszenia obciążenia przez powłokę.

Emulsja polimeru

Wodna emulsja polimeru organicznego, która czasem jest określana w technice jako lateks polimerowy, może zawierać jako polimer jeden lub więcej spośród szerokiej gamy homopolimerów lub kopolimerów etylenowo nienasyconych monomerów lub polimerów występujących naturalnie. Przykłady obejmują polimery styrenu, kopolimery styren-butadien, polimery diwinylo-styrenu, metakrylanu metylu, kopolimery styrenu i metakrylanu metylu lub bezwodnika maleinowego, żywice akrylowe i z estrów metakrylowych, polimery octanu winylu i jego kopolimery z etylenem i innymi olefinami (np. etylen-octan winylu), plastyfikowane kopolimery chlorku winylu. Odpowiednie polimery są ujawnione w opisie patentowym US 4,849,018, który włączamy jako odniesienie. Można stosować mieszaninę polimerów lub kopolimerów.

Korzystne jest stosowanie polimeru o temperaturze zeszklenia, oznaczanej jako Tg wynoszącej od -50°C do 50°C, korzystnie od -10°C do 10°C.

W celu polepszenia elastyczności można dodawać plastyfikatory, takie jak Cereclor (chlorowana parafina), ftalan dibutylu i glikol dietylenowy.

Odpowiednie zawartości stałego polimeru w emulsji wynoszą od 5 do 80%, korzystnie przynajmniej 25%, np., od 30 do 70%, bardziej korzystnie 45 do 65% wagowych w przeliczeniu na masę emulsji.

PL 205 697 B1

Gdy stosuje się postać polimeru organicznego zdolnego do dyspergowania, polimer zdolny do dyspergowania otrzymuje się dogodnie przez suszenie, np., suszenie rozpyłowe wodnej emulsji polimeru. Wysuszone polimery są dostępne w handlu.

Włókna

Włókna mają dogodnie od około 1 do 30 mm długości i dogodnie średnicę od około 10 do 40 mikrometrów. Nie zaleca się długości przekraczającej 30 mm ponieważ istnieje ryzyko blokowania się dysz podczas natrysku kompozycji. Włókna mogą być wytworzone z syntetycznego materiału z tworzyw sztucznych, takich jak poliamid lub polimer węglowodorowy, taki jak polipropylen czy polietylen. Można stosować włókna szklane, w przypadku, gdy włókna powinny być włóknami szklanymi odpornymi na alkalia. Można stosować włókna stalowe, lecz nie jest to zalecane.

Ilość włókien może wynosić dogodnie od około 0,01 lub korzystnie od 0,02 do 5% w stosunku do masy kompozycji cementowej. Należy unikać ilości przekraczających 5%, ponieważ takie ilości powodują trudności podczas natrysku kompozycji.

Zgodnie z inną postacią wykonania wynalazku, sposób wytwarzania kompozycji zdolnej do wiązania obejmuje wytwarzanie składnika cementowego (i), zawierającego przynajmniej 25% glinianu wapnia, w którym przynajmniej 40% stanowi monoglinian wapnia, przy czym wspomniany składnik cementowy zawiera ewentualnie jeden lub więcej wypełniaczy w postaci rozdrobnionych cząstek, lecz zawiera mniej niż 10%, korzystnie mniej niż 5% wagowych siarczanu wapnia, bardziej korzystnie nie zawiera siarczanu wapnia, przy czym % wagowy oparty jest na masie składnika cementowego i mieszanie wspomnianego składnika cementowego (i) z wodną emulsją organicznego polimeru (ii), przy czym ilość (ii) w stosunku do (i) jest taka, żeby zapewniała stosunek wagowy stałego polimeru do masy (i) wynoszący od 0,5:1 do 10:1, korzystnie od 0,6:1 do 2,5:1 lub ze (iii) zdolnym do dyspergowania polimerem organicznym, przy czym ilość zdolnego do dyspergowania polimeru jest taka, aby zapewniać stosunek wagowy polimeru do masy składnika (i) wynoszący od 0,5:1 do 10:1, korzystnie od 0,6:1 do 2,5:1.

Sposób powlekania

Zgodnie z inną postacią wykonania wynalazku sposób powlekania powierzchni, takiej jak powierzchnia skały, obejmuje natryskiwanie na powierzchnię:

(a) kompozycji zdolnej do wiązania, zawierającej składnik cementowy (i) i wodną emulsję organicznego polimeru (ii), jakie określono wyżej lub (b) kompozycji zdolnej do wiązania, zawierającej glinian wapnia (i) i wysuszony polimer (iii), jakie określono wyżej, do której dodano wodę i kontynuowanie natrysku w celu uzyskania powłoki na powierzchni o grubości przynajmniej 2 mm i umożliwienie związania powłoki.

Gdy stosuje się emulsję polimeru organicznego (ii), wodą może być woda już zawarta w emulsji (ii), przez co woda z emulsji wodnej jest wykorzystywana do uwodnienia składników cementowych. Jeśli to potrzebne można dodać dodatkową wodę.

Gdy stosuje się wysuszoną emulsję polimeru (iii) z glinianem wapnia (i), należy dodać wodę w iloś ci wymaganej do uwodnienia skł adników cementowych.

Niezależnie od tego, czy stosuje się emulsję, czy wysuszoną emulsję polimeru, masa wody wynosi korzystnie przynajmniej 50% masy składnika cementowego (i), bardziej korzystnie przynajmniej 70% lub 90%. Można stosować większe ilości wody niż wynosi masa składnika cementowego (i), na przykład dwukrotne, trzykrotne lub nawet pięciokrotne.

Wartość pH korzystnie reguluje się przez dostosowanie ilości zasady/kwasu, przez co nastawia się czas wiązania.

Można dodawać inne przyspieszacze lub opóźniacze wiązania. Gdy jest potrzebne, przez dodanie alkaliów można uzyskać rozpoczęcie lub zwiększenie szybkości wiązania. Dodawanie można dogodnie realizować w pobliżu dyszy, podczas natryskiwania mieszaniny. Dodanie silnych alkaliów może dawać prawie natychmiastowe wiązanie.

Dodawanie środków żelujących, takich jak borany może przyspieszać żelowanie polimeru. Można nastawić szybkość żelowania przez wybór boranu o odpowiedniej rozpuszczalności. Na przykład, boran wapnia jest mniej rozpuszczalny niż boran cynku i daje dłuższe żelowanie a więc i dłuższy czas przeróbki.

Korzyści z tego sposobu postępowania polegają na tym, że sprzęt do mieszania nie musi być czyszczony okresowo, przykładowo po 2 do 3 procesach mieszania i można stosować ciągle urządzenia do nakładania w danym miejscu (placer).

PL 205 697 B1

Wynalazek dostarcza także sposobu obróbki powierzchni skał w kopalni, który obejmuje natryskiwanie na powierzchnię mieszaniny cementowej i emulsji polimeru organicznego, w celu wytworzenia na powierzchni warstwy o grubości, przynajmniej 2 mm.

Powłoka może być nakładana w celu zapewnienia wzmocnienia. Stwierdzono, że powłoka o gruboś ci okoł o 4 mm (tzn. okoł o 3 do 7 mm) moż e być stosowana jako substytut dla siatki drucianej stosowanej w celu zapobieżenia spadania odprysków i luźnych fragmentów skał w kopalni, np., siatki, określanej w USA jako zgrzewana siatka druciana Nr 7. Powłoki mogą być stosowane w kopalniach, znanych jako kopalnie „z twardymi skałami, takich jak kopalnie niklu czy złota oraz także w kopalniach węgla.

Powłoki można nakładać, na przykład, gdy węgiel wydobywa się metodą komorową i filarową, w celu zmniejszenia wymiarów filarów pozostawianych dla zapewnienia podtrzymywania spągu i uzyskania przez to większej ilości węgla. Uzyskuje się to przez natrysk powłoki na filary, zwiększając dzięki temu ich zdolność do przenoszenia obciążenia.

Powłoki mogą być stosowane także do stabilizowania żeber i do naprawy i uszczelnienia konstrukcji do regulacji wentylacji. Powłoki można także nakładać w celu zmniejszenia lub zapobieżenia przed starzeniem atmosferycznym, to znaczy erozji świeżo odkrytej skały przez powietrze w kopalni, lub do ograniczenia wydzielania gazowego radonu w kopalniach uranu, lub do stabilizowania, na przykład, obwałowań w kamieniołomach, do stabilizacji stropów w tunelach lub podobnych.

Fig. 1 i 2 pokazują aparaturę stosowaną do mieszania i natrysku, w celu nałożenia powłoki według wynalazku.

Zgodnie z fig. 1, trzy przewody 2, 4 i 6 podłączone są do komory 7 przylegającej do dyszy do natrysku 8. Wstępna mieszanina emulsja/cement zasilana jest przewodem 2, powietrze zasilane jest przewodem 4, gdzie mieszane jest z przyspieszaczem (gdy jest on stosowany) z przewodu 6 przed kontaktowaniem z mieszaniną cement/emulsja. Z dyszy natryskowej wydobywa się strumień natrysku 10 zawierający mieszaninę emulsja/cement, powietrze i przyspieszacz.

Zgodnie z fig. 2, suchy proszek 19, zawierający cement i wysuszoną emulsję polimeru zawarty jest w leju zasypowym 20, z którego pobierany jest za pomocą poziomego ślimaka 22 do przewodu podawczego 24. Z miernika 25 do przewodu 24 wprowadzana jest regulowana ilość wody, którą miesza się z proszkiem za pomocą ślimaka 22. Z przewodu 24 mieszanina zasilana jest grawitacyjnie do zbiornika 26, z którego jest pobierana za pomocą pompy Moyno 27 a następnie przekazywana do stacji natrysku (nie pokazano). Pompa 27 pracuje szybciej niż zasilanie do zbiornika 26, tak, że czas przebywania w zbiorniku 26 jest bardzo krótki. Takie ustawienie znane jest jako urządzenie do nakładania w danym miejscu pracujące ciągle (placer).

Zgodnie z inną postacią wykonania wynalazku, kompozycja zdolna do wiązania określona wyżej może być dostarczana w postaci układu dwuskładnikowego, którego części po zmieszaniu ze sobą dostarczają kompozycji, jaką określono wyżej.

Dwie części mogą obejmować pierwszą część zawierającą glinian wapnia i emulsję polimeru i drugą część obejmującą przyspieszacz reakcji wiązania cementu i emulsję polimeru.

Pierwsza część może zawierać opóźniacz reakcji wiązania cementu a druga część może zawierać przyspieszacz reakcji wiązania cementu.

Zasadniczo wszystkie rodzaje glinianu wapnia wymagane do wytworzenia wyżej określonej kompozycji zdolnej do wiązania mogą być włączone do pierwszej części a zasadniczo cała emulsja polimeru może być zawarta w drugiej części.

Każda z części zawiera korzystnie wystarczającą ilość emulsji polimeru dla zapewnienia ruchliwości.

Wynalazek zapewnia uzyskanie powłoki otrzymywanej przez natrysk na podłoże wodnej kompozycji, zawierającej składnik cementowy, polimer organiczny i włókna, jak to opisano wyżej, przy czym wspomniana powłoka wykazuje wytrzymałość taką, że próbka o grubości 3 mm wykazuje wytrzymałość na rozciąganie mierzoną według normy ASTM D 412-98 wynoszącą przynajmniej 344,75 kPa (50 psi) po 2 godzinach.

Wynalazek zostanie opisany za pomocą następujących dalej przykładów.

We wszystkich następujących dalej przykładach najpierw wytwarzano kompozycję cementową przez mieszanie suchych proszków w postaci cementu glinowego, anhydrytu (jeśli był zawarty), węglanu litu, heptanianu sodu, włókien (jeśli były zawarte) i wypełniaczy (jeśli były zawarte).

Tak przygotowaną suchą kompozycję cementową dodawano, mieszając, w temperaturze pokojowej do wodnej emulsji polimeru zawartej w misie mieszalnika.

PL 205 697 B1

Powłoki wytwarzano przez nalewanie mieszaniny wodnej emulsji polimeru i składnika cementowego do form i pozostawianie do utwardzenia.

P r z y k ł a d y 1 do 4

Przykłady 1 do 3 nie są przykładami według wynalazku i zostały podane dla celów porównawczych. Przygotowano serię kompozycji powłokowych zdolnych do wiązania, w których zmieniano ilość siarczanu wapnia i te różne kompozycje nakładano jako powłoki.

Mierzono wytrzymałość na rozciąganie w przedziałach czasowych począwszy od 2 godzin po wytworzeniu powłoki.

Oznaczano także elastyczność po 6 miesiącach.

Szczegóły dotyczące kompozycji i wyniki pomiarów wytrzymałości na rozciąganie i elastyczności zostały zestawione w tabeli 1.

Wszystkie części podane są wagowo R.H. oznacza wilgotność względną

HAC oznacza cement glinowy.

T a b e l a 1

	Przykład 1	Przykład 2	Przykład 3	Przykład 4
Składnik A
HAC*	70,36	80,27	88,40	99,40
Anhydryt	29,31	19,13	11,00	0,00
Węglan litu	0,10	0,44	0,44	0,44
Heptanian sodu	0,23	0,16	0,16	0,16
Włókna	0,00	0,00	0,00	0,00
Łącznie	100,00	100,00	100,00	100,00
Składnik B
Emulsja polimeru Taevalon 705**	200	200	200	200
Stosunek składnika B do A	2:1	2:1	2:1	2:1
Czas przydatności do pompowania (minuty)	40	40	35	35
Wytrzymałość na rozciąganie (kPa)(psi)
po 2 godzinach	117 (17)	406 (59)	420 (61)	276 (40)
po 24 godzinach	1731 (251)	1593 (231)	1820 (264)	1869 (271)
po 7 dniach	2579 (374)	2655 (385)	2668 (387)	2096 (304)
po 28 dniach	2730 (396)	3110 (451)	3282 (476)	3179 (461)
Elastyczność po 6 miesiącach w 25°C i 65% R.H.	nie pęka	pęka przy zginaniu	pęka przy zginaniu	dobra, nie pęka przy zginaniu

* Secar 71 jest HAC zawierającym >68,5% tlenku glinu i o zawartoś ci monoglinianu wapnia około 65% wagowych ** Tevalon 705 otrzymywano z Air Products Korea i był on emulsją kopolimeru etylen-octan winylu w wodzie i zawierał około 54,5% wagowych substancji stałych.

Wykazywał on temperaturę zeszklenia T_g wynoszącą 0°C, jego lepkość wynosiła w zakresie od 1900 do 2800 mPa-s (cps), a pH wynosiło w zakresie 4,0 do 5,0.

Wyniki z tabeli 1 pokazują, że długotrwała elastyczność została polepszona przez zmniejszenie ilości siarczanu wapnia (anhydrytu) w kompozycji.

Najbardziej elastyczną kompozycją po składowaniu przez 6 miesięcy była kompozycja z przykładu 4, która nie zawierała siarczanu wapnia.

PL 205 697 B1

P r z y k ł a d y 5 i 6

Przykłady 5 i 6 stanowią przykłady według wynalazku. W przykładach 5 i 6 zawarte są różne ilości włókien.

Wytrzymałość na rozciąganie powłok otrzymanych z kompozycji mierzono w przedziałach czasowych począwszy od 2 godzin po wytworzeniu powłoki.

Szczegóły dotyczące kompozycji i wyniki pomiarów wytrzymałości na rozciąganie i elastyczności zostały zestawione w tabeli 2.

T a b e l a 2

Składnik A	Przykład 4	Przykład 5	Przykład 6
HAC	99,4	98,1	96,8
Anhydryt	0,00	0,00	0,00
Węglan litu	0,44	0,44	0,44
Heptanian sodu	0,16	0,16	0,16
Włókna* (+%)	0	1,3	2,6
Łącznie	100,00	100,00	100,00
Składnik B
Taevalon	200	200	200
Stosunek składnika B do A	2:1	2:1	2:1
Czas przydatności do pompowania (minuty)	35	35	30
Wytrzymałość na rozciąganie (kPa) (psi)
po 2 godzinach	276 (40)	710 (103)	958 (139)
po 4 godzinach	655 (95)	1765 (256)	2027 (294)
po 24 godzinach	1869 (271)	2351(341)	2868 (416)
po 28 dniach	3179 (461)	3220 (467)	3778 (548)

* włókna polipropylenowe o długości 4 mm sprzedawane pod nazwą handlową Fibryn 18. HAC był Secar 71 stosowany w przykł adach 1 do 4 .

Pomiar wytrzymałości na rozciąganie

Próbki do badań były odlewane w formach wiosełkowych o głębokości 3 mm, zgodnie z ASTM D 412-98a.

Próbki do badań rozformowywano po 2 godzinach (w przypadku badań po 2 godzinach badano natychmiast) lub pozostawiano do utwardzenia w 25°C przy R.H. 65%, aż do badania. Procedura badań przedstawiała się następująco: próbki rozrywano w dynamometrze Hounsfield'a wyposażonym w ogniwo obciążnikowe 5000 N z szybkoś cią 10 mm/minutę. Określano wytrzymałość na rozciąganie przez dzielenie maksymalnego naprężenia przez pole przekroju poprzecznego przy zerwaniu. Wydłużenie przy zerwaniu mierzono na podstawie poprzecznego ruchu głowicy.

P r z y k ł a d y 5 i 6 pokazują wpływ wprowadzenia włókien do receptury.

Wytrzymałość na rozciąganie znacznie się zwiększa, w szczególności wytrzymałość na rozciąganie po 2 i 4 godzinach.

Elastyczność po 6 miesiącach w 25 stopniach Celsjusza i przy 65% R.H produktów z przykładów 5 i 6 była zasadniczo taka sama jak produktu z przykładu 4.

P r z y k ł a d y 7 do 12

Wytworzono serie kompozycji, w których zmieniano ilość włókien i nakładano je jako powłoki.

HAC i włókna były takie jak stosowane w przykładach 5 i 6.

Wytrzymałość na rozciąganie powłok otrzymanych z kompozycji mierzono w przedziałach czasowych, począwszy od 2 godzin po wytworzeniu powłoki.

Mierzono także elastyczność po 6 miesiącach.

Szczegóły dotyczące kompozycji i wyniki pomiarów wytrzymałości na rozciąganie i elastyczności zostały zestawione w tabeli 3.

PL 205 697 B1

T a b e l a 3

Przykład nr	7	8	9	10	11	12
Składnik A	wag.	wag.	wag.	wag.	wag.	wag.
HAC	99,41	98,91	98,41	97,41	96,41	95,41
Węglan litu	0,43	0,43	0,43	0,43	0,43	0,43
Heptanian sodu	0,16	0,16	0,16	0,16	0,16	0,16
Włókna	0	0,5	1,0	2,0	3,0	4,0
Łącznie	100,00	100,00	100,00	100,00	100,00	100,00
Składnik B Taevalon 705	150	150	150	150	150	150
Stosunek składnika B do A	1,5:1	1,5:1	1,5:1	1,5:1	1,5:1	1,5:1
Czas przydatności do pompowania (minuty)	20	20	20	15	15	15
Wytrzymałość na rozciąganie (kPa) (psi)
po 2 godz.	145 (21)	152 (22)	414 (60)	827 (120)	1034 (150)	1158 (168)
po 4 godz.	1083 (157)	1103 (160)	1179 (171)	1648 (239)	1765 (256)	1820 (264)
po 2 4 godz.	2827 (410)	2724 (395)	2937 (426)	2841 (412)	3006 (436)	3068 (445)
po 7 dniach	3985 (578)	4006 (581)	4096 (594)	4351 (631)	4544 (659)	4682 (679)

Elastyczność po 6 miesiącach była zasadniczo taka sama jak produktów z przykładów 5 i 6.

Wyniki z tabeli 3 pokazują niespodziewany efekt: wprowadzenie włókien do kompozycji prowadzi do znacznie większego procentowego zwiększenia wytrzymałości na rozciąganie po 2 i 4 godzinach, niż po 24 godzinach.

P r z y k ł a d 13

Wytworzono kompozycję cementową ze składników wymienionych w pierwszych 6 linijkach w tabeli 4 i zmieszano z emulsją polimerową Taevalon, w celu uzyskania stosunku wagowego substancji stałych polimeru do kompozycji cementowej 1,5:1.

Oznaczano wytrzymałość na rozciąganie w przedziałach czasowych w 30°C i przy wilgotności względnej 65% i 100% a wyniki podano w tabeli 5.

Włókna i HAC były takie same jak stosowane w przykładach 5 i 6.

T a b e l a 4

Składnik A	Ilość wagowo
Cement glinowy	97,13
Anhydryt	0,00
Węglan litu	0,49
Heptanian sodu	0,18
Żywica guarowa	0,25
Włókna	1,95
Łącznie	100,00
Składnik B
Taevalon	150,00
Stosunek składnika B do A	1,5:1

PL 205 697 B1

T a b e l a 5

Czas przydatności do pompowania (minuty)	45
Wytrzymałość na rozciąganie (kPa) (psi)	RH = 65%
po 2 godzinach	779 (113)
po 4 godzinach	2000 (290)
po 8 godzinach	2827(410)
po 24 godzinach	3192 (463)
po 7 dniach	4296 (623)

Elastyczność

Elastyczność po 6 miesiącach była dobra: nie występowały pęknięcia podczas zginania dokoła krzywej o średnicy 18 mm.

P r z y k ł a d 14

Wytworzono kompozycję zdolną do utwardzania w sposób opisany poprzednio ze składników podanych w tabeli 6.

T a b e l a 6

Składnik A	Ilość wagowo
Cement glinowy	78,38
Anhydryt	0,00
Węglan litu	0,32
Heptanian sodu	0,14
Żywica guarowa	0,24
Żywica Welan	0,12
Ggbfs	20,00
Włókna	0,8
Łącznie	100,00
Składnik B
Taevalon 705	200,00
Stosunek składnika B do A	2:1

Próbki badano jak to podano wyżej.

Stwierdzono, że elastyczność próbek po 6 miesiącach była dobra.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Kompozycja zdolna do wiązania zawierająca:

(i) składnik cementowy, zawierający przynajmniej 25% glinianu wapnia, w którym przynajmniej 40% stanowi monoglinian wapnia, przy czym składnik cementowy zawiera ewentualnie jeden lub więcej wypełniaczy w postaci rozdrobnionych cząstek lecz zawierających mniej niż 10% wagowych siarczanu wapnia, przy czym % wagowy oparty jest na masie składnika cementowego i (ii) wodną emulsję homopolimeru lub kopolimeru etylenowo nienasyconych monomerów lub polimerów występujących naturalnie, przy czym ilość (ii) w stosunku do (i) jest taka, aby zapewnić stosunek wagowy substancji stałej polimeru do masy składnika (i) wynoszący od 0,5:1 do 10:1, korzystnie od 0,6:1 do 2,5:1, lub (iii) homopolimer lub kopolimer etylenowo nienasyconych monomerów lub polimerów występujących naturalnie, zdolne do dyspergowania, przy czym ilość zdolnego do dyspergowania polimeru jest taka, aby zapewnić stosunek wagowy polimeru do masy składnika (i) wynoszący od 0,5:1 do 10:1, korzystnie

PL 205 697 B1 od 0,6 :1 do 2,5:1, znamienna tym, że składnik cementowy (i) zawiera ilość włókien wzmacniających, nie przekraczającą 5% wagowych składnika cementowego (i).
2. Kompozycja zdolna do wiązania według zastrz. 1, znamienna tym, że zawiera wodę w ilości równej przynajmniej 50% wagowych, korzystnie od 70% do 250% w stosunku do ilości składnika cementowego (i).
3. Kompozycja zdolna do wiązania według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że włókna wytworzone są z materiału w postaci syntetycznego tworzywa sztucznego, szkła lub stali.
4. Kompozycja zdolna do wiązania według zastrz. 3, znamienna tym, że materiałem z syntetycznego tworzywa sztucznego jest polimer węglowodorowy lub poliamid.
5. Kompozycja zdolna do wiązania według dowolnego z zastrz. 1 do 4, znamienna tym, że włókna mają od 1 do 30 mm długości i od 10 do 40 mikrometrów średnicy.
6. Kompozycja zdolna do wiązania według dowolnego z poprzednich zastrz., znamienna tym, że glinian wapnia dostarczany jest w postaci cementu glinowego.
7. Sposób wytwarzania kompozycji zdolnej do wiązania, zdefiniowanej w zastrzeżeniach 1-6, obejmujący dostarczanie składnika cementowego (i), zawierającego przynajmniej 25% glinianu wapnia, w którym przynajmniej 40% stanowi monoglinian wapnia, przy czym składnik cementowy zawiera ewentualnie jeden lub więcej wypełniaczy w postaci rozdrobnionych cząstek lecz zawiera mniej niż 10% wagowych siarczanu wapnia, przy czym % wagowy oparty jest na masie składnika cementowego i mieszaninie skł adnika cementowego (i) z wodną emulsją homopolimeru lub kopolimeru etylenowo nienasyconych monomerów lub polimerów występujących naturalnie (ii), przy czym ilość (ii) w stosunku do (i) jest taka, żeby zapewniała stosunek wagowy stałego polimeru do masy składnika (i) wynoszący od 0,5:1 do 10:1, korzystnie od 0,6:1 do 2.5:1 lub z (iii) zdolnym do dyspergowania homopolimerem lub kopolimerem etylenowo nienasyconych monomerów lub polimerów występujących naturalnie, przy czym ilość dającego się dyspergować polimeru jest taka, aby zapewnić stosunek wagowy polimeru do masy składnika (i) wynoszący od 0,5:1 do 10:1, korzystnie od 0,6:1 do 2,5:1, znamienny tym, że dodaje się ilość włókien wzmacniających w ilości nie przekraczającej 5% wagowych składnika cementowego (i).