PL241378B1 - Sposób wytwarzania siarkobetonu o właściwościach anizotropowych - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest sposób wytwarzania siarkobetonu o właściwościach anizotropowych, który charakteryzuje się tym, że obejmuje etapy w których: tworzy się mieszaninę proszków mineralnych i mineralnych dodatków zbrojących, którą podgrzewa się, a następnie; dodaje się zbrojenie polimerowe; siarkę topi się, po czym siarkę i podgrzaną mieszaninę ze zbrojeniem miesza się; z ciekłego siarkobetonu formuje się granulki, którymi wypełnia się formę; formę podgrzewa się i ściska; ścianki formy chłodzi się do otrzymania gotowego produktu.

Description

PL 241 378 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania siarkobetonu o właściwościach anizotropowych.

Znana jest technologia wytwarzania betonu siarkowego i jej zastosowanie w budownictwie (Mohamed A.M.O., Gamal M.M., Sulfur Concrete for the Construction Industry: A Sustainable Development Approach. J. Ross Publishing; Stany Zjednoczone 2010) oraz przygotowywany na gorąco beton z kruszywa mineralnego i spoiwa siarkowego, charakteryzujący się odpornością na agresywne czynniki korodujące. Beton ten jest wytwarzany według znanych metod, z dodatkiem elementarnej stopionej siarki.

Problemem tej technologii wytwarzania betonu siarkowego jest przechodzenie siarki ze struktury jednoskośnej w rombową, co powoduje liniowy skurcz produktu dochodzący do 10-12% oraz jego pękanie.

Rozwiązaniem tego problemu jest stosowanie siarki z dodatkiem modyfikatorów (Przemysłowy Zmodyfikowany Beton Siarkowy). Modyfikatory dodaje się do siarki w celu hamowania przechodzenia siarki ze struktury jednoskośnej w rombową. Modyfikatorami mogą być zarówno substancje organiczne, jak i nieorganiczne. Modyfikatory nieorganiczne, takie jak arsen czy fosfor, działają w kierunku kopolimeryzacji liniowej. Natomiast modyfikatory organiczne łączą się w procesie polimeryzacji rodnikowej. Do modyfikatorów organicznych można zaliczyć: dwucyklopentadien, metylocyklopentadien, dwuwinylobenzen, cyklooktadien, cyklododekatrien, oktadien, mercen, dwupenten, styren, winylotoluen, pinen, okten, winylocykloheksan, cykliczny kopolimer olefinowy, bitumy, 5-etylideno-2-norbornen. W ten sposób wytwarza się siarkę plastyfikowaną (polimery lub kopolimery siarki).

Typowy skład betonu siarkowego to siarka elementarna w ilości od 20% do 40%, siarka plastyfikowana - polimery lub kopolimery siarki w ilości od 1% do 10%, wypełniacze mineralne w ilości od 30% do 70% oraz kruszywo w ilości od 30% do 70%.

Z polskiego zgłoszenia P.384198 A1 i opisu EP2100862A2 znany jest sposób wytwarzania spoiwa siarkowego, spoiwo siarkowe, siarkobeton i sposób jego wytwarzania oraz zastosowanie produktu ciekłego pochodzącego z pirolizy polistyrenu.

Z polskiego ‘ zgłoszenia P.384199A1 i opisów EP2085366A2 i EP2128107A2 znany jest sposób wytwarzania spoiwa hydraulicznego w postaci aktywowanego popiołu lotnego, aktywowany popiół lotny, spoiwo hydrauliczne, beton siarkowy lub cementowy, mieszanka mineralno-asfaltowa oraz zastosowanie aktywowanego popiołu lotnego.

Znany jest sposób zestalania pyłu z pieca cementowego za pomocą spoiwa siarkowego (Mohamed A.M.O, El Gamal M.M., Solidification of cement kiln dust using sulfur binder. Journal of Hazardous Materials 2011; 192, 576-84). Ograniczeniem rozwiązania jest konieczność mieszania stopionej siarki, modyfikowanej siarki i piasku z dodatkiem włókna szklanego, w kontrolowanej temperaturze przekraczającej 120°C.

Znane jest plastyfikowane spoiwo siarkowe Sulphlex (Opracowanie drugiej generacji plastyfikowanego siarkowego spoiwa Sulphlex). Ograniczeniem rozwiązania jest konieczność wykonania spoiwa w ściśle kontrolowanych warunkach temperatury, czasu i ciśnienia, ponieważ warunki te decydują o właściwościach produktu końcowego.

Znany jest z opisu patentowego US4164428A skład siarki plastyfikowanej. Siarka plastyfikowana według US4164428A zawiera co najmniej 50% wagowych siarki, plastyfikator siarki, mineralny środek zawieszający i organosilanowy środek stabilizujący. Stosowanie organosilanów wymaga połączenia z drobnoziarnistymi, rozdrobnionymi mineralnymi substancjami zawieszającymi.

Znane są cementy siarkowe, sposób ich wytwarzania i sposób wytwarzania z nich betonów siarkowych.

Znane są z opisu patentowego US4058500A cementy siarkowe, proces ich wytwarzania i wytwarzania z nich betonów siarkowych. Produkty te zawierają olefiny, polimery oraz stabilizator, dodany jako taki, albo wstępnie przereagowany z siarką, np. popiół lotny.

Znany jest z opisu patentowego US4348313 A preparat betonowy zawierający polimer będący produktem reakcji oligomeru siarki/cyklopentadienu/dicyklopentadienu.

Znana z tych rozwiązań siarka plastyfikowana stanowi niewielki dodatek do betonu i nie ma znaczącego wpływu na właściwości produktu końcowego.

Dodatkowo modyfikowanie siarki przebiega w różnych procesach, najczęściej mieszania, których skuteczność jest bardzo różna.

PL 241 378 B1

Siarka elementarna jest dodawana do siarkobetonu w dużych ilościach. Naturalną właściwością siarki jest jej zmiana struktury jednoskośnej w rombową. Siarka rombowa jest odmianą trwałą w temperaturze pokojowej, dlatego zmiana struktury jest nieunikniona. Proces ten można spowolnić, ale nie zatrzymać. Zmianie struktury siarki jednoskośnej w rombową towarzyszy liniowy skurcz, który powoduje pękanie gotowego produktu.

Znane są kopolimery siarkowo-organiczne, które mogą zostać wykorzystane do wytwarzania bardziej wytrzymałych siarkobetonów czy asfaltów odpornych na koleinowanie.

Znany jest z polskiego zgłoszenia P.326569A1 sposób wytwarzania spoiwa siarkowego i spoiwo siarkowe. W sposobie tym konieczne jest zmodyfikowanie siarki środkami modyfikującymi - mieszaninami olefin, które zostały zdyspergowane na wyjściu z pierwszego etapu.

Znany jest z polskiego zgłoszenia P.389668A1 polimer siarkowy otrzymywany w modyfikacji rozpuszczalnikowej siarki oraz sposób jego produkcji. W rozwiązaniu tym asfalt drogowy jest mieszany z fosfogipsem odpadowym, następnie po odpowiednim uformowaniu w postaci granulek, otrzymuje się lepiszcze drogowe. Modyfikację siarki odpadowej prowadzi się w rozpuszczalniku, w którym rozpuszczono uprzednio ciekły modyfikator.

Znany jest z opisu patentowego PL209810 B1 sposób produkcji masy siarkowej. W sposobie stosowane są: siarka odpadowa w ilości 40-60% wagowych, fosfogips odpadowy. Siarka jest modyfikowana, a po uzyskaniu płynnej masy wylewana jest do form lub na podłoże.

Znany jest z opisu patentowego PL346847 B1 sposób wykorzystania odpadów płynnych, w szczególności tych, które są toksyczne i szkodliwe. Ograniczeniem rozwiązania jest rozpylanie polimeru siarki, które kończy się po całkowitym pokryciu odpadów granulowanych polimerem siarki.

Znany jest z opisu patentowego PL195033 B1 sposób wytwarzania mieszanek na bazie spoiwa siarkowego do napraw dróg. Ograniczeniem rozwiązania jest konieczność rozpylenia i całkowitego powleczenia kruszywa mineralnego spoiwem siarkowym. Rozpylanie spoiwa siarkowego jest niebezpieczne ze względu na jego palność. Dodatkowo trudno uzyskać całkowite powleczenie powierzchni kruszywa przez rozpylanie.

Znany jest modyfikator asfaltu Shell Thiopave zawierający siarkę (Nicholls J.C., Review of Shell Thiopave™ sulphur-extended asphalt modifier). Modyfikator stanowi tylko mały dodatek do asfaltu, dodawany jest w małych ilościach.

Znany jest z opisu patentowego PL205151 B1 sposób utylizacji niebezpiecznych odpadów, zwłaszcza popiołów ze spalarni.

Ograniczeniem tych rozwiązań jest stosowanie olefin, które są trudne do wymieszania z siarką. Dlatego modyfikatory są wcześniej dyspergowane lub rozpuszczane w rozpuszczalnikach organicznych. Połączenie rozpuszczalnika organicznego i siarki zwiększa palność produktu.

Dodatkowo zastosowanie lotnego popiołu zagęszcza ciekły siarkobeton, przez co konieczne jest zwiększenie ilości płynnej siarki. Zwiększenie ilości siarki w produkcie mocno wpływa na jego właściwości. Dodatkowo lotny popiół nie tworzy trwałych wiązań z siarką, gotowy produkt również nie jest trwały.

Produkt ma postać granulek o nieregularnym wymiarze. Zastosowanie granulek wymaga ich całkowitego stopienia, a więc dużej ilości energii.

Kolejnym ograniczeniem rozwiązań jest stosowanie cementu oraz fosfogipsu, które mają właściwości hydrofilowe i zawierają wodę. Siarkobeton, ze względu na dużą zawartość siarki, ma właściwości hydrofobowe. Połączenie tych dwóch substancji o sprzecznych właściwościach nie pozwala uzyskać spójnej, trwałej struktury produktu.

Znany jest z opisu patentowego PL213520B1 sposób wytwarzania polimerowego materiału budowlanego na bazie żużla odpadowego z wytopu miedzi i siarki odpadowej. Ograniczeniem rozwiązania jest modyfikacja siarki odpadowej zawartej w żużlu odpadowym z wytopu miedzi metalami, w tym miedzi, oraz fosforu, ich siarczkami i tlenkami metali. Sposób jest realizowany w urządzeniach ogrzewanych przeponowo. Ze względu na niską przewodność cieplną siarki jest to proces czasochłonny.

Znany jest z opisu patentowego PL213690 B1 sposób utylizacji odpadów zawierających azbest, zwłaszcza płyt cementowo-azbestowych. W rozwiązaniu od 0 do 10% wagowych stanowi popiół powstały ze spalenia niebezpiecznych odpadów, od 0 do 10% wagowych stanowią rozproszone zbrojenia z odpadowej krótkiej strzyży różnych włókien naturalnych i syntetycznych. Ograniczeniem rozwiązania jest mała anizotropia siarkobetonu. Duże wyroby przygotowane sposobem według wynalazku wykazują skurcz i pękanie.

PL 241 378 B1

Znany jest z opisu patentowego PL213685B1 sposób wytwarzania polimerowego spoiwa budowlanego na bazie żużla wielkopiecowego i siarki odpadowej. Ograniczeniem rozwiązania jest modyfikacja siarki zawartymi w żużlu metalami, w tym selenu, arsenu, ich siarczkami i tlenkami oraz fosforem.

Znany jest z polskiego zgłoszenia P.326569A1 sposób otrzymywania spoiwa siarkowego oraz spoiwo siarkowe. Ograniczeniem rozwiązania jest konieczność modyfikacji siarki poprzez mieszanie siarki i olefin do ujednolicenia mieszaniny.

Znana jest technologia produkcji polimeru siarkowego Sulstar. W technologii tej prowadzi się polimeryzację płynnej siarki odpadowej przy wykorzystaniu odpadów poflotacyjnych i zastosowaniu jej jako spoiwa do produkcji betonu siarkowego. Proces prowadzi się w obecności rozpuszczalnika.

Większość znanych metod sprowadza się do modyfikowania siarki w celu uzyskania zwiększonej elastyczności, tworzenia kompozytowej lub częściowo anizotropowej struktury gotowego betonu z równomiernie rozłożonymi naprężeniami. Jednakże efekty otrzymane w wyniku modyfikacji siarki są często niestabilne, a po pewnym czasie zachodzi niepożądana depolimeryzacja lub rekrystalizacja siarki. Powstają naprężenia wewnątrz materiału, które powodują mikropęknięcia i materiał staje się kruchy. Maksymalny niepożądany efekt występuje po okresie krystalizacji siarki, czyli 10-12 miesięcy po wytworzeniu produktu.

Dodatkowo siarka ma niskie przewodnictwo cieplne. Stopienie dużej ilości siarki jest trudne, zachodzi sklejanie i zbrylanie, konieczne jest ciągłe mieszanie.

Wskazane byłoby zatem usprawnienie sposobu wytwarzania, celem uzyskania optymalnego produktu i optymalnego procesu jego wytwarzania.

Optymalny produkt charakteryzowałby się następującymi parametrami:

Wytrzymałość na ściskanie 60-90 MPa,

Wytrzymałość na zginanie 7-14 MPa,

Wytrzymałość na rozciąganie 7-9 MPa,

Gęstość 1500-2200 kg/m³,

Nasiąkliwość (max) 0,1%.

Optymalny proces charakteryzowałby się wydajnością zwiększoną o 30%, o 20% mniejszym zużyciem energii, rozwiązanym problemem palności siarki.

Przedmiotem wynalazku jest siarkobeton o właściwościach anizotropowych i sposób jego wytwarzania charakteryzujący się tym, że tworzy się mieszaninę proszków mineralnych i mineralnych dodatków zbrojących, którą podgrzewa się, następnie dodaje się zbrojenie polimerowe, siarkę topi się, następnie siarkę i podgrzaną mieszaninę ze zbrojeniem miesza się, po czym z ciekłego siarkobetonu formuje się granulki, którymi wypełnia się formę, a następnie formę podgrzewa się i ściska, po czym ścianki formy chłodzi się do otrzymania gotowego produktu.

Korzystnie, mieszanina proszków mineralnych i dodatków zbrojących zawiera od 48% do 49% wagowo żwiru dolomitowego o frakcji 0-2 mm, od 48% do 49% wagowo żwiru dolomitowego o frakcji 2-6 mm, od 1% do 2% wagowo wollastonitu, oraz od 0,5% do 1% wagowo włókien bazaltowych.

Korzystnie, do mieszaniny proszków mineralnych o temperaturze otoczenia jako mineralny dodatek zbrojący stosuje się wollastonit o współczynniku anizotropii 10 : 1, średniej długości 200 μm oraz włókna bazaltowe o długości od 5 do 15 mm.

Korzystnie, włókna bazaltowe dysperguje się w mieszaninie proszków mineralnych poprzez mieszanie włókna bazaltowego z mieszaniną proszków, do momentu równomiernego zdyspergowania włókna bazaltowego w mieszaninie.

Korzystnie, mieszaninę proszków mineralnych i mineralnych dodatków zbrojących podgrzewa się do temperatury od 170°C do 240°C.

Korzystnie, do podgrzanej mieszaniny jako zbrojenie polimerowe dodaje się od 0,5% do 1% wagowo włókien z polipropylenu o długości od 30 do 70 mm.

Korzystnie, siarkę, w ilości od 12% do 17% wagowo, i mieszaninę proszków mineralnych, w ilości od 83% do 88% wagowo, miesza się w temperaturze od 130°C do 150°C.

Korzystnie, z ciekłego siarkobetonu tworzy się granulki o średnicy od 10 do 12 mm.

Korzystnie, granulki umieszcza się w formie i podgrzewa do temperatury od 130°C do 145°C i ściska, do powierzchniowego, częściowego stopienia granulek, do uzyskania anizotropii naprężeń w strukturze wyrobu.

Korzystnie, formę chłodzi się od dołu, przy czym różnica temperatur między dołem a górą formy nie może być większa niż 30°C.

PL 241 378 B1

Przedmiot wynalazku został przedstawiony w przykładzie wykonania za pomocą rysunku, na którym fig. 1 przedstawia szczegółowo sposób wytwarzania siarkobetonu o właściwościach anizotropowych według wynalazku.

W sposobie według wynalazku tworzy się mieszaninę proszków mineralnych i mineralnych dodatków zbrojących. Mieszanina proszków mineralnych i mineralnych dodatków zbrojących zawiera od 48% do 49% wagowo żwiru dolomitowego o frakcji 0-2 mm, od 48% do 49% wagowo żwiru dolomitowego o frakcji 2-6 mm, od 1% do 2% wagowo wollastonitu, oraz od 0,5% do 1% wagowo włókien bazaltowych.

Do mieszaniny proszków mineralnych o temperaturze otoczenia dodaje się zbrojenie mineralne. Wollastonit pełni rolę mikrozbrojenia. Stosuje się wollastonit o współczynniku anizotropii 10 : 1 oraz średniej długości 200 μm. Włókna bazaltowe pełnią rolę średniego zbrojenia. Stosuje się włókno bazaltowe o długości od 5 do 15 mm. Mieszanie proszków mineralnych i mineralnych dodatków zbrojących (11) prowadzi się do momentu równomiernego zdyspergowania włókna bazaltowego w całej objętości mieszaniny. Mieszaninę proszków mineralnych i mineralnych dodatków zbrojących podgrzewa się do temperatury z zakresu od 170°C do 240°C. Podgrzanie mieszaniny (12) pozwala upłynnić dodawane zbrojenie polimerowe. Następnie dodaje się zbrojenie polimerowe od 0,5% do 1% wagowo. Jako zbrojenie polimerowe stosuje się włókna polipropylenu o długości od 30 do 70 mm. Włókna polipropylenu pełnią rolę makrozbrojenia. Zastosowanie trzech typów zbrojeń o różnych wymiarach umożliwia rozprowadzenie skurczu betonu powodowanego krystalizacją siarki na różnych poziomach struktury krystalicznej gotowego produktu. Wollastonit jest zbrojeniem na poziomie mikrokryształów i kryształów siarki. Włókno bazaltowe pełni rolę zbrojenia aglomeratów kryształów siarki. Włókno polimerowe pełni rolę zbrojenia całego produktu.

Siarkę przed dodaniem do mieszaniny topi się. Topienie siarki (13) przeprowadza się reaktorze wypełnionym wodą, podgrzaną do temperatury 130-150°C i pod ciśnieniem od 0,5 do 0,6 MPa. Stopioną siarkę, w ilości od 12% do 17% wagowo, dodaje się do podgrzanej mieszaniny ze zbrojeniem, w ilości od 83% do 88% wagowo. Stopioną siarkę i mieszaninę proszków miesza się (14) w temperaturze od 130°C do 150°C, w wyniku czego powstaje ciekły siarkobeton.

Z ciekłego siarkobetonu tworzy się granulki (15) o średnicy od 10 do 12 mm, które następnie są chłodzone do temperatury od 110°C do 120°C. W temperaturze tej następuje zestalenie składników siarkobetonu, a granulki zyskują stabilny kształt.

Tak powstałe granulki umieszcza się w formie i ponownie podgrzewa do temperatury od 130°C do 145°C i ściska (16). Następuje powierzchniowe, częściowe stopienie granulek. Stopione częściowo i ściśnięte granulki zlepiają się, tworząc strukturę niejednorodną, co pozwala uzyskać anizotropię naprężeń w strukturze wyrobu. Formę z gotowym produktem chłodzi się od dołu. Chłodzenie (17) przebiega powoli, gwałtowny spadek temperatury powoduje obniżenie wytrzymałości na zginanie i wytrzymałości na rozciąganie. Różnica temperatury między dołem a górą formy nie może być większa niż 30°C.

Wszystkie inne procesy wytwarzania siarkobetonu o właściwościach anizotropowych według sposobu przedstawionego na fig. 1 mogą być wykonywane z wykorzystaniem urządzeń znanych ze stanu techniki.

Uzyskiwany według sposobu wytwarzania siarkobeton o właściwościach anizotropowych charakteryzuje się następującymi parametrami:

Wytrzymałość na ściskanie 60-90 MPa,

Wytrzymałość na zginanie 7-14 MPa,

Wytrzymałość na rozciąganie 7-9 MPa,

Gęstość 1500-2200 kg/m³,

Nasiąkliwość (max) 0,1%.

Rozwiązanie według wynalazku umożliwia uzyskanie co najmniej części z następujących korzyści technicznych.

Maksymalny efekt występuje po okresie krystalizacji siarki, 10-12 miesięcy po wytworzeniu produktu. Porównanie przeprowadzono z podobnymi produktami wytworzonymi znanymi metodami.

Wytrzymałość na ściskanie - wyższa o 20%.

Wytrzymałość na zginanie - wyższa o 20-30%.

Wytrzymałość na rozciąganie - wyższa o 30-35%.

Wzrost wytrzymałości na rozkruszanie o 30%.

Podwyższona odporność na pękanie przy obciążeniu dynamicznym (udarność) siarkobetonu o 20-30%.

PL241 378 BI

Zastosowanie przegrzanej wody do stopienia siarki pozwala zwiększyć wydajność procesu o 30%, o 20% zmniejszyć zużycie energii, przy czym nie ma problemu z palnością siarki. Stopienie dużej ilości siarki jest prosty procesem, nie ma problemu mieszania, klejenia, zbrylania.

Ponadto, rozwiązanie pozwala na wyprodukowanie wyrobów o dużych wymiarach, które nie pękają.

PRZYKŁAD WYKONANIA WYNALAZKU

Wykonano produkt 1. Przygotowano siarkobeton sposobem według wynalazku przedstawionym na fig. 1.

Wytworzono mieszaninę proszków mineralnych i mineralnych dodatków zbrojących. Dozowano do zbiornika: 4,80 kg żwiru dolomitowego o frakcjach 0-2 mm, 4,90 kg żwiru dolomitowego o frakcjach 2-6 mm, 0,20 kg wollastonitu oraz 0,10 kg włókna bazaltowego.

Zastosowano wollastonit o współczynniku anizotropii 10:1, średniej długości 200 pm. Zastosowano włókno bazaltowe o długości 5 mm. Mieszanie proszków mineralnych i mineralnych dodatków zbrojących (11) prowadzono do momentu równomiernego zdyspergowania włókna bazaltowego w całej objętości mieszaniny. Mieszaninę proszków mineralnych i mineralnych dodatków zbrojących podgrzano (12) do temperatury 240°C. Następnie dodano 0,10 kg zbrojenia polimerowego. Jako zbrojenie polimerowe zastosowano włókna polipropylenu o długości 30 mm.

Siarkę przed dodaniem do mieszaniny stopiono. Topienie siarki (13) przeprowadzono w reaktorze wypełnionym wodą, podgrzaną do temperatury 140°C i pod ciśnieniem 0,6 MPa. Stopioną siarkę w ilości 1,70 kg dodano do podgrzanej mieszaniny ze zbrojeniem w ilości 8,30 kg. Siarkę i mieszaninę proszków mieszano (14) w temperaturze 140°C, w wyniku czego powstał ciekły siarkobeton.

Z ciekłego siarkobetonu uformowano granulki (15) o średnicy 12 mm, które następnie schłodzono do temperatury 120°C. Granulki uzyskały stabilny kształt.

Granulki umieszczono w formie i ponownie podgrzano do temperatury 140°Coraz ściskano (16). Zaobserwowano powierzchniowe, częściowe stopienie granulek. Stopione częściowo i ściśnięte granulki zlepiły się, tworząc strukturę niejednorodną.

Forma z gotowym produktem była chłodzona od dołu przez wymiennik ciepła. Chłodzenie (17) przebiegało powoli, przez 5 godzin. Różnica temperatury między dołem a górą formy wynosiła 20°C.

Parametry uzyskanego produktu:

Po 7 dniach

Parametr	, Wartość	Jedn.	Metody badań
Wytrzymałość na ściskanie	65	MPa	PN-EN 12390- 3:2011/AC:2012
Wytrzymałość na zginanie	11	MPa	PN-EN 12390-5
Wytrzymałość na rozciąganie	8	MPa	PN-EN 12390-6:2011
Wytrzymałość na rozkruszanie	12	%	Metodą bębnowania Micum
Odporność na pękanie przy obciążeniu dynamicznym (udarność)	200	ilość uderzeń	EN ISO 148:2008 PN-EN 10045-1
Pęknięcia	brak
Gęstość	1600	kg/m3	PN-EN 12390-7:2011
Nasiąkliwość	0,1	%	PN-88/B-06250

PL241 378 BI

Po 12 miesiącach

Parametr	Wartość	Jedn,	Metody badań
Wytrzymałość na ściskanie	62	MPa	PN-EN 12390- 3:2011/AC:2012
Wytrzymałość na zginanie	9	MPa	PN-EN 12390-5
Wytrzymałość na rozciąganie	7	MPa	PN-EN 12390-6:2011
Wytrzymałość na rozkruszanie	14	%	Metodą bębnowania Micum
Odporność na pękanie przy obciążeniu dynamicznym (udarność)	150	ilość uderzeń	EN ISO 148:2008 PN-EN 10045-1
Pęknięcia	brak
Gęstość	1600	kg/m3	PN-EN 12390-7:2011
Nasiąkliwość	OJ	%	PN-88/B-06250

Dla porównania sporządzono produkt 2. Przygotowano siarkobeton znanym sposobem.

Stworzono mieszaninę proszków mineralnych i mineralnych dodatków zbrojących. Dozowano do zbiornika: 4,80 kg żwiru dolomitowego o frakcjach 0-2 mm, 4,90 kg żwiru dolomitowego o frakcjach 2-6 mm, 0,10 kg włókien bazaltowych.

Zastosowano włókna bazaltowe o długości 5 mm. Mieszanie proszków mineralnych i mineralnych dodatków zbrojących (11) prowadzono do momentu równomiernego zdyspergowania włókna bazaltowego w całej objętości mieszaniny. Mieszaninę proszków mineralnych i mineralnych dodatków zbrojących podgrzano (12) do temperatury 140°C. Następnie dodano 0,10 kg zbrojenia polimerowego. Jako zbrojenie polimerowe zastosowano włókna polipropylenu o długości 30 mm.

Siarka przed dodaniem do mieszaniny została stopiona. Topienie siarki (13) przeprowadzono w reaktorze podgrzanym do temperatury 140°C. Stopioną siarkę w ilości 1,70 kg dodano do podgrzanej mieszaniny ze zbrojeniem w ilości 8,30 kg. Siarkę i mieszaninę proszków mieszano w temperaturze 140°C, w wyniku czego powstał ciekły siarkobeton.

Z ciekłego siarkobetonu uformowano granulki (15) o średnicy 12 mm, które następnie schłodzono do temperatury 20°C. Granulki uzyskały stabilny kształt.

Granulki umieszczono w formie i ponownie podgrzano do temperatury 140°Coraz ściskano (16). Zaobserwowano pełne stopienie granulek. Stopione i ściśnięte granulki zlepiły się, tworząc strukturę jednorodną.

Formę z gotowym produktem pozostawiono do schłodzenia. Chłodzenie (17) trwało 3 godziny.

Parametry uzyskanego produktu:

Po 7 dniach

Parametr	Wartość	Jedn.	Metody badań
Wytrzymałość na ściskanie	60	MPa	PN-EN 12390- 3:2011/AC:2012
Wytrzymałość na zginanie	10	MPa	PN-EN 12390-5

PL241 378 BI

Wytrzymałość na rozciąganie	9	MPa	PN-EN 12390-6:2011
Wytrzymałość na rozkruszanie	14	%	Metodą bębnowania Micum
Odporność na pękanie przy obciążeniu dynamicznym (udarność)	200	ilość uderzeń	EN ISO 148:2008 PN-EN 10045-1
Pęknięcia	brak
Gęstość	1550	kg/m3	PN-EN 12390-7:2011
Nasiąkliwość	0,1	%	PN-88/B-06250

Po 12 miesiącach

Parametr	Wartość	Jedn.	Metody badań
Wytrzymałość na ściskanie	48	MPa	PN-EN 12390- 3:2011/AC:2012
Wytrzymałość na zginanie	6	MPa	PN-EN 12390-5
Wytrzymałość na rozciąganie	5	MPa	PN-EN 12390-6:2011
Wytrzymałość na rozkruszanie	20	%	Metodą bębnowania Micum
Odporność na pękanie przy obciążeniu dynamicznym (udarność)	100	ilość uderzeń	EN ISO 148:2008 PN-EN 10045-1
Pęknięcia	tak
Gęstość	1550	kg/m3	PN-EN 12390-7:2011
Nasiąkliwość	0,1	%	ΡΝ-88/ΒΌ6250

Stwierdzono uzyskanie korzyści technicznych w przygotowanym według wynalazku siarkobetonie (produkt 1) po 12 miesiącach sezonowania.

Wytrzymałość na ściskanie - wyższa o 20%.

Wytrzymałość na zginanie - wyższa o 20-30%.

Wytrzymałość na rozciąganie - wyższa o 30-35%.

Wzrost wytrzymałości na rozkruszanie o 30%.

Podwyższona odporność na pękanie przy obciążeniu dynamicznym (udarność) o 20-30%.

Zastosowanie przegrzanej wody do stopienia siarki pozwala zwiększyć wydajność procesu, zmniejszyć zużycie energii, przy czym nie ma problemu z palnością siarki. Stopienie dużej ilości siarki jest prostym procesem, nie ma problemu mieszania, klejenia, zbrylania.

Ponadto, rozwiązanie pozwala na wyprodukowanie wyrobów, które nie pękają.

Claims (11)

1. PL 241 378 B1

   Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób wytwarzania siarkobetonu o właściwościach anizotropowych obejmujący etapy, w których:

   - tworzy się mieszaninę proszków mineralnych i mineralnych dodatków zbrojących, którą podgrzewa się, a następnie;

   - dodaje się zbrojenie polimerowe;

   - siarkę topi się, po czym siarkę i podgrzaną mieszaninę ze zbrojeniem miesza się;

   - z ciekłego siarkobetonu formuje się granulki, którymi wypełnia się formę;

   - formę podgrzewa się i ściska;

   - ścianki formy chłodzi się do otrzymania gotowego produktu, znamienny tym, że:

   - tworzy się mieszaninę proszków mineralnych i mineralnych dodatków zbrojących zawierającą od 1% do 2% wagowo wollastonitu,

   - formę z granulkami podgrzewa do temperatury od 130°C do 145°C i ściska, do powierzchniowego, częściowego stopienia granulek, do uzyskania anizotropii naprężeń w strukturze wyrobu w formie.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że mieszanina proszków mineralnych i dodatków zbrojących zawiera od 48% do 49% wagowo żwiru dolomitowego o frakcji 0-2 mm, od 48% do 49% wagowo żwiru dolomitowego o frakcji 2-6 mm, oraz od 0,5% do 1% wagowo włókien bazaltowych.
3. 3. Sposób według dowolnego z wcześniejszych zastrzeżeń znamienny tym, że do mieszaniny proszków mineralnych o temperaturze otoczenia jako mineralny dodatek zbrojący stosuje się wollastonit o współczynniku anizotropii 10 : 1, średniej długości 200 μm oraz włókna bazaltowe o długości od 5 do 15 mm.
4. 4. Sposób według dowolnego z wcześniejszych zastrzeżeń znamienny tym, że włókna bazaltowe dysperguje się w mieszaninie proszków mineralnych poprzez mieszanie włókna bazaltowego z mieszaniną proszków, do momentu równomiernego zdyspergowania włókna bazaltowego w mieszaninie.
5. 5. Sposób według dowolnego z wcześniejszych zastrzeżeń znamienny tym, że mieszaninę proszków mineralnych i mineralnych dodatków zbrojących podgrzewa się do temperatury od 170°C do 240°C.
6. 6. Sposób według dowolnego z wcześniejszych zastrzeżeń znamienny tym, że do podgrzanej mieszaniny jako zbrojenie polimerowe dodaje się od 0,5% do 1% wagowo włókien z polipropylenu o długości od 30 do 70 mm,
7. 7. Sposób według dowolnego z wcześniejszych zastrzeżeń znamienny tym, że siarkę topi się w reaktorze wypełnionym wodą, podgrzaną do temperatury 130-150°C i pod ciśnieniem od 0,5 do 0,6 MPa.
8. 8. Sposób według dowolnego z wcześniejszych zastrzeżeń znamienny tym, że siarkę, w ilości od 12% do 17% wagowo, i mieszaninę proszków mineralnych, w ilości od 83% do 88% wagowo, miesza się w temperaturze od 130°C do 150°C do uzyskania ciekłego siarkobetonu.
9. 9. Sposób według dowolnego z wcześniejszych zastrzeżeń znamienny tym, że z ciekłego siarkobetonu tworzy się granulki o średnicy od 10 do 12 mm.
10. 10. Sposób według dowolnego z wcześniejszych zastrzeżeń znamienny tym, że granulki chłodzi się do temperatury od 110°C do 120°C, w której zyskują stabilny kształt.
11. 11. Sposób według dowolnego z wcześniejszych zastrzeżeń znamienny tym, że formę chłodzi się od dołu, przy czym różnica temperatur między dołem a górą formy jest nie większa niż 30°C.