PL235877B1 - Sposób wytwarzania siarkobetonu o zwiększonej wytrzymałości na ściskanie i zwiększonej odporności na promieniowanie jonizujące - Google Patents

Sposób wytwarzania siarkobetonu o zwiększonej wytrzymałości na ściskanie i zwiększonej odporności na promieniowanie jonizujące Download PDF

Info

Publication number
PL235877B1
PL235877B1 PL427505A PL42750518A PL235877B1 PL 235877 B1 PL235877 B1 PL 235877B1 PL 427505 A PL427505 A PL 427505A PL 42750518 A PL42750518 A PL 42750518A PL 235877 B1 PL235877 B1 PL 235877B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
sulfur
weight
concrete
radiation
temperature
Prior art date
Application number
PL427505A
Other languages
English (en)
Other versions
PL427505A1 (pl
Inventor
Piotr Szajerski
Andrzej Gąsiorowski
Joanna Celińska
Radosław Walendziak
Dziak Radosław Walen
Michał Lewandowski
Piotr Dziugan
Zbigniew Tyneński
Teresa Adamska
Original Assignee
Centrum Wdrozeniowo Innowacyjne Spolka Z Ograniczona Odpowiedzialnoscia
Politechnika Lodzka
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Centrum Wdrozeniowo Innowacyjne Spolka Z Ograniczona Odpowiedzialnoscia, Politechnika Lodzka filed Critical Centrum Wdrozeniowo Innowacyjne Spolka Z Ograniczona Odpowiedzialnoscia
Priority to PL427505A priority Critical patent/PL235877B1/pl
Publication of PL427505A1 publication Critical patent/PL427505A1/pl
Publication of PL235877B1 publication Critical patent/PL235877B1/pl

Links

Landscapes

  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)

Description

Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania siarkobetonu o zwiększonej wytrzymałości na ściskanie i zwiększonej odporności na promieniowanie jonizujące, z surowców odpadowych.
Prowadzone dotychczas badania nad zastosowaniem kompozytów siarkobetonowych jako materiałów konstrukcyjnych w realizacji procesów przemysłowych z zastosowaniem technologii jądrowych i radiacyjnych (elektrownie jądrowe, instalacje radiacyjne, składowiska odpadów promieniotwórczych, instalacje przeznaczone do prowadzenia badań materiałowych) pokazały, że kompozyty te charakteryzują się dobrymi parametrami mechanicznymi, niską porowatością i wodochłonnością (report No. EUR-12303, 1989). Podobnych wyników dostarczyły badania prowadzone przez United States Department of the Interior, które wyraźnie potwierdziły zalety cementów siarkowych w postaci dużo wyższej odporności na korozję chlorkową i siarczanową w porównaniu z kompozytami wytworzonymi w oparciu o cement portlandzki, oraz porównywalną lub niższą w stosunku do nich przepuszczalność wody (Report of Investigations 9157, 1988, Pittsburgh). Co więcej, raport ten wskazuje na potencjalnie wysokie możliwości zastosowania siarkobetonów zamiennie z tradycyjnymi betonami, a w warunkach korozyjnych i agresywnych na szersze możliwości aplikacyjne w porównaniu z kompozytami opartymi na cemencie portlandzkim. Bardzo często kluczowym parametrem decydującym o możliwości zastosowania materiałów w technologiach jądrowych i radiacyjnych jest ich odporność na degradację radiacyjną. Dostępne w literaturze informacje jednoznacznie wskazują na wyższość kompozytów siarkobetonowych w warunkach silnej ekspozycji na promieniowanie jonizujące, głównie w odniesieniu do przenikliwego promieniowania gamma i promieniowania beta, w porównaniu z dotychczas stosowanymi materiałami.
W raporcie No. EUR-12303, 1989 ujawniono, że modyfikacja radiacyjna siarkobetonów zawierających jako napełniacze niektóre popioły powstałe po spalaniu odpadów promieniotwórczych oraz boranowe osady powyparne, prowadziła do wzrostu ich wytrzymałości na ściskanie, ale efekt ten był uzależniony od rodzaju stosowanego napełniacza, gdyż dla modyfikowanych radiacyjnie próbek kompozytów siarkowo-mineralnych, w których jako napełniacze zastosowano Pbl2 i CaCO3 uzyskiwane wyniki badań wytrzymałościowych były niejednoznaczne.
Z czasopism: Journal of Hazardous Materials 192 (2011), s. 234-235, Natural Sciences 5 (2013), s. 646-652, Journal of Environmental Management 128 (2013), s. 625-630 jest znany sposób wytwarzania siarkobetonu, polegający na wstępnym wygrzewaniu składników mineralnych, jak kruszywo drobne, kruszywo grube i fosfogips lub szlamy odpadowe, stanowiących wypełniacze, w temperaturze 130-135°C w czasie 4 godzin, mieszaniu wygrzanych wstępnie wypełniaczy z siarką niemodyfikowaną w mieszalniku w czasie 10 minut w temperaturze 135-140°C do uzyskania homogenicznej, lepkiej masy, dodaniu do zarobu w trakcie mieszania siarki modyfikowanej i mieszaniu zarobu jeszcze przez 4-5 minut w temperaturze 140-145°C aż do całkowitego wymieszania wszystkich frakcji. Próbki stopionego kompozytu odlewa się następnie do form ze stali nierdzewnej ogrzanych do temperatury 120°C.
Z opisu zgłoszenia patentowego P. 422745 są znane mieszaniny na siarkobeton zawierające siarkę zanieczyszczoną bitumami, substancję odpadową z przemysłu chemicznego, korzystnie fosfogips, substancję odpadową z przemysłu energetycznego, jak pyły i popioły lotne krzemianowe, żużle. Siarkobetony te otrzymuje się w drodze zmieszania w temperaturze 130-140°C polimerów siarkowych z wypełniaczami mineralnymi lub/i innymi, w tym z odpadami z energetyki, przemysłu petrochemicznego.
W opisie zgłoszenia patentowego P. 422069 ujawniono sposób otrzymywania stabilnej siarki polimerycznej, zawierającej 90-94% wagowych siarki technicznej o czystości 99,9%, 0-5% wagowych węglowodoru nienasyconego w postaci dicyklopentadienu, 0-5% wagowych terpentyny zawierającej minimum 50% alfa- i beta - pinenu lub 0-5% wagowych furfuralu o czystości 99% lub mieszaninę terpentyny i furfuralu o dowolnym udziale w ilości 1-10% wagowych składu mieszanki komonomeru organicznego, przy czym siarka techniczna o czystości 99,9% może być zastąpiona siarką odpadową z przemysłu petrochemicznego, zanieczyszczoną bitumami w ilości około 2,5%.
Sposób wytwarzania siarkobetonu o zwiększonej wytrzymałości na ściskanie i zwiększonej odporności na promieniowanie jonizujące, polegający na modyfikacji siarki w drodze wprowadzenia do stopionej siarki co najmniej jednego komonomeru z grupy komonomerów zawierającej styren, terpentynę, dicyklopentadien i furfural, w ilości 5-10% wagowych łącznej masy siarki i komonomeru lub komonomerów i utrzymywania tej mieszaniny w temperaturze 130-140°C w czasie do 6 godzin, następnie
PL 235 877 Β1 stopniowym wprowadzeniu do otrzymanego w wyniku tej modyfikacji spoiwa polimerowego zawierającego siarkę, o temperaturze 130°C, zestawu napełniaczy zawierającego oprócz kruszywa drobnego co najmniej jeden z grupy napełniaczy zawierającej kruszywo grube, popiół lotny, fosfogips i miał gumowy, podgrzanego do temperatury 140°C, wymieszaniu składników masy zarobowej przez 10 minut w temperaturze 135-140°C, wylaniu masy zarobowej do podgrzanych form i rozformowaniu po 24 godzinach siarkobetonu, według wynalazku charakteryzuje się tym, że po rozformowaniu siarkobeton poddaje się w temperaturze pokojowej modyfikacji radiacyjnej w drodze napromieniania promieniowaniem gamma do pochłonięcia dawki całkowitej 500-1000 kGy, przy zapewnieniu równomiernego rozkładu pochłanianej dawki promieniowania w całej objętości siarkobetonu. Siarkobeton sporządza się stosując 20-30% wagowych spoiwa polimerowego, 6,4-62,5% wagowych kruszywa drobnego, do 60% wagowych kruszywa grubego, po 9,1-12,5% wagowych każdego z pozostałych wymienionych wyżej napełniaczy.
Kompozyty siarkobetonu otrzymane sposobem według wynalazku charakteryzują się większą o 2-35% wytrzymałością na ściskanie w porównaniu z siarkobetonami niemodyfikowanymi radiacyjnie otrzymywanymi znanymi sposobami, przy czym wytrzymałość na ściskanie rośnie wraz ze wzrostem zaabsorbowanej dawki promieniowania gamma, co wskazuje na zwiększoną odporność siarkobetonu otrzymanego sposobem według wynalazku na promieniowanie jonizujące (nie następuje pogarszanie parametrów mechanicznych pod wpływem tego promieniowania). Siarkobeton otrzymany sposobem według wynalazku znajduje zastosowanie jako materiał konstrukcyjny w warunkach ekspozycji na promieniowanie jonizujące (w instalacjach jądrowych, składowiskach odpadów promieniotwórczych, stacjach napromieniania).
Sposób według wynalazku ilustruje poniższy przykład z powołaniem się na rysunek przedstawiający wykresy ilustrujące wytrzymałość na ściskanie kompozytów otrzymanych w przykładzie, niemodyfikowanych i modyfikowanych radiacyjnie.
Przykład
Otrzymano cztery spoiwa polimerowe z siarką - spoiwa SP1 - SP4. W celu wytworzenia tych spoiw do stopionej siarki (temperatura około 120°C) wprowadzono w % w/w łącznej masy siarki i komonomeru lub komonomerów:
- styren w ilości 10% - spoiwo SP1,
- styren w ilości 2,5% i terpentynę w ilości 2,5% - spoiwo SP2,
- dicyklopentadien w ilości 5,0% - spoiwo SP3,
- dicyklopentadien w ilości 5,0% i furfural w ilości 5,0% - spoiwo SP4 i utrzymywano tę mieszaninę w temperaturze 130-140°C w czasie 6 godzin.
W poniższej tablicy 1 podano składy kompozytów polimerowych z siarką, użytych następnie do wytworzenia siarkobetonu Tablica 1.
Tablica 1
Składnik udział (% w/w):
SP1 SP2 SP3 SP4
siarka(S) 0,900 0,950 0,950 0,900
styren(STY) 0,100 0,025
tcrpcntyna(TRP) 0,025
dicyklopentadien (DCPD) 0,050 0,050
furfural (FUR) 0,050
Z w/w spoiw o temperaturze 130°C oraz z podgrzanych stopniowo do temperatury 140°C napełniaczy, jak kruszywo drobne, kruszywo grube, fosfogips PG-S1, fosfogips PG-S2 oraz miał gumowy sporządzono kompozyty siarkobetonu w drodze mieszania spoiw i napełniaczy w temperaturze 135— 140°C w czasie 10 minut, stosując od 20-30% w/w spoiwa polimerowego, 6,4-62,5% w/w kruszywa drobnego, kruszywa grubego do 60% w/w oraz 7,8-12,5% w/w pozostałych napełniaczy. Otrzymaną
PL 235 877 Β1 mieszaninę wylano następnie do form ze stali nierdzewnej podgrzanych do temperatury 140°C. Otrzymano w ten sposób 7 kompozytów siarkobetonu o różnych składach ilościowych i jakościowych - siarkobetony SB_03.01, SB_03.03, SB_03.16, SB_07.26, SB_08.05, SB_08.08, SB_08.12.
W tablicy 2 podano udziały w % spoiw polimerowych oraz napełniaczy w otrzymanych kompozytach siarkobetonu.
Otrzymane siarkobetony poddano modyfikacji radiacyjnej dawkami 500 i 1000 kGy promieniowania gamma 60Co.
W tablicy 3 podano wytrzymałości na ściskanie natywnych (niemodyfikowanych radiacyjnie) kompozytów siarkobetonowych oraz kompozytów siarkobetonowych modyfikowanych dawkami 500 i 1000 kGy promieniowania gamma 60Co, przy czym w tablicy 3 oznaczają: Pn - wytrzymałość na ściskanie kompozytu natywnego (niemodyfikowanego radiacyjnie), P500 - wytrzymałość na ściskanie kompozytu modyfikowanego dawką 500 kGy, P1000 - wytrzymałość na ściskanie kompozytu modyfikowanego dawką 1000 kGy, ΔΡ500 i ΔΡ1000 - procentową zmianę wytrzymałości na ściskanie dla serii 500 i 1000 kGy. Wyniki podane w tablicy 3 przedstawiono także w postaci wykresów na rysunku.
Tablica 2
Składnik Udział w kompozycie (w/w), SB ...
03.01 03.03 03.16 07.26 08.05 08.08 08.12
SP1 0,250 0,250
SP2 0,250
SP3 0,258
SP4 0,222 0,258 0,258
kruszywo drobne 0,625 0,610 0,625 0,064 0,200 0,131 0,131
kruszywo grube 0,587 0,578 0,520 0,520
popiół lotny 0,125 0,125 0,125 0,091
PG-SI (fosfogips) 0,091
PG-S2(fosfogips) 0,091
miał gumowy 0,015
PL 235 877 Β1
Tablica 3
Próbka Kompozyt niemodyfikowany Seria 500 kGy Seria 1000 kGy
Pm, MPa Psoo, MPa AP500, % Pi ono, MPa APiooo, %
SB_ 03.01 14,5 17,4 ± 1,9 20,2 18,0 ± 0,8 24,1
SB_ 03.03 12,1 14,4 ±0,6 18,7 14,0 ± 0,2 15,7
SB_ 03.16 11,2 14,1 ± 1,6 26,2 15,1 ± 1,0 34,5
SB_ 07.26 45,8 55,2 ±0,7 20,5 54,4 ± 2,4 18,8
SB_ 08.05 13,4 16,1 ±2,1 19,9 15,7 ±3,1 17,2
SB_ 08.08 41,9 47,0 ± 5,4 12,3 47,9 ± 1,2 14,3
SB_ 08.12 49,6 53,4 ±4,5 7,6 50,5 ± 2,0 1,8
Wyniki badań wytrzymałościowych otrzymanych kompozytów siarkobetonowych, podane w tablicy 3, wyraźnie wskazują na znaczący wzrost ich wytrzymałości na ściskanie w wyniku ekspozycji na promieniowanie gamma, co świadczy o ich wytrzymałości na to promieniowanie.

Claims (1)

1. Sposób wytwarzania siarkobetonu o zwiększonej wytrzymałości na ściskanie i zwiększonej odporności na promieniowanie jonizujące, polegający na modyfikacji siarki w drodze wprowadzeniu do stopionej siarki co najmniej jednego komonomeru z grupy komonomerów zawierającej styren, terpentynę, dicyklopentadien i furfural, w ilości 5-10% wagowych łącznej masy siarki i komonomeru lub komonomerów i utrzymywania tej mieszaniny w temperaturze 130-140°C w czasie do 6 godzin, następnie stopniowym wprowadzeniu do otrzymanego w wyniku tej modyfikacji spoiwa polimerowego zawierającego siarkę, o temperaturze 130°C, zestawu napełniaczy zawierającego oprócz kruszywa drobnego co najmniej jeden z grupy napełniaczy zawierającej kruszywo grube, popiół lotny, fosfogips i miał gumowy, podgrzanego do temperatury 140°C, wymieszaniu składników masy zarobowej przez 10 minut w temperaturze 135-140°C, wylaniu masy zarobowej do podgrzanych form i rozformowaniu po 24 godzinach siarkobetonu, znamienny tym, że po rozformowaniu siarkobeton poddaje się w temperaturze pokojowej modyfikacji radiacyjnej w drodze napromieniania promieniowaniem gamma do pochłonięcia dawki całkowitej 500-1000 kGy, przy zapewnieniu równomiernego rozkładu pochłanianej dawki promieniowania w całej objętości siarkobetonu, przy czym siarkobeton sporządza się stosując 20-30% wagowych spoiwa polimerowego, 6,4-62,5% wagowych kruszywa drobnego, do 60% wagowych kruszywa grubego, po 9,1-12,5% wagowych każdego z pozostałych wymienionych wyżej napełniaczy.
PL427505A 2018-10-23 2018-10-23 Sposób wytwarzania siarkobetonu o zwiększonej wytrzymałości na ściskanie i zwiększonej odporności na promieniowanie jonizujące PL235877B1 (pl)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL427505A PL235877B1 (pl) 2018-10-23 2018-10-23 Sposób wytwarzania siarkobetonu o zwiększonej wytrzymałości na ściskanie i zwiększonej odporności na promieniowanie jonizujące

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL427505A PL235877B1 (pl) 2018-10-23 2018-10-23 Sposób wytwarzania siarkobetonu o zwiększonej wytrzymałości na ściskanie i zwiększonej odporności na promieniowanie jonizujące

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL427505A1 PL427505A1 (pl) 2020-05-04
PL235877B1 true PL235877B1 (pl) 2020-11-02

Family

ID=70466958

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL427505A PL235877B1 (pl) 2018-10-23 2018-10-23 Sposób wytwarzania siarkobetonu o zwiększonej wytrzymałości na ściskanie i zwiększonej odporności na promieniowanie jonizujące

Country Status (1)

Country Link
PL (1) PL235877B1 (pl)

Also Published As

Publication number Publication date
PL427505A1 (pl) 2020-05-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Gonzalez-Corominas et al. Properties of high performance concrete made with recycled fine ceramic and coarse mixed aggregates
Kim et al. Utilization of excavated soil in coal ash-based controlled low strength material (CLSM)
Fadiel et al. Use of crumb rubber to improve thermal efficiency of cement-based materials
Cheng Effect of incinerator bottom ash properties on mechanical and pore size of blended cement mortars
Babu et al. Feasibility of wastewater as mixing water in cement
Osei Experimental investigation on recycled plastics as aggregate in concrete
Tijani et al. Sustainable pervious concrete incorporating sorghum husk ash as cement replacement
AbdulKadir Effect of high temperature on mechanical properties of rubberized concrete using recycled tire rubber as fine aggregate replacement
Tumba et al. Effect of sulphate and acid on self-compacting concrete containing corn cob ash
Bawankule et al. Effect of partial replacement of cement by rice husk ash in concrete
Saravanakumar et al. Mechanical and durability properties of slag based recycled aggregate concrete
Pal et al. Effects of partial replacement of cement with marble dust powder on properties of concrete
Shanmugam et al. “Eco-Efficient” Concrete incorporating Ceramic Waste powder and Red brick dust as an effective replacement for Ordinary Portland Cement and Fine aggregate
Yellaiah et al. Tensile strength of fly ash based geopolymer mortar
PL235877B1 (pl) Sposób wytwarzania siarkobetonu o zwiększonej wytrzymałości na ściskanie i zwiększonej odporności na promieniowanie jonizujące
Rao et al. Experimental Investigation on Pozzolanic effect of fly ash in Roller compacted concrete pavement using Manufactured Sand as fine Aggregate
Olofinnade et al. Effects of different curing methods on the strength development of concrete containing waste glass as substitute for natural aggregate
Tuprakay et al. A study bakelite plastics waste from industrial process in concrete products as aggregate
Anjum et al. Production of soil-cement bricks using sludge as a partial substitute
Ahmed et al. Strength performance of concrete containing date seeds as partial replacement of coarse aggregates under the exposure of NaCl and Na2SO4
Desai et al. Application of recycled soil and sand in brick production over conventional clay Brick: A sustainable alternative
Olofinnade et al. The use of recycled concrete aggregate for concrete production incorporating calcined clay as pozzolanic admixture
Mandolia et al. Mechanical and Thermal Properties of Self-Compacting Concrete Containing Dimensional Limestone Slurry Waste
Ahirwar et al. Effective use of paper sludge (hypo sludge) in concrete
PL236663B1 (pl) Sposób zabezpieczania odpadów promieniotwórczych zwłaszcza zawierających izotopy cezu, strontu, kobaltu i ich analogów, aktynowców oraz lantanowców