Opublikowano: 21.XI.1966 52251 Ki. 80b, 1/05 MKP C 04 b UKD v/3//^ :.. .... i C f i£ tv *~< Wspóltwórcy wynalazku wlasciciele patentu Stanislaw Bastian, Gdansk (Polska), Malgo¬ rzata Gruener, Gdansk (Polska) Urzedu Potentow«gc Sposób otrzymywania tworzywa do robót uszczelniajacych w bu¬ downictwie, szczególnie w budownictwie podziemnym Patent nr 44558 dotyczy sposobu otrzymywania tworzywa do robót uszczelniajacych w budownic¬ twie. W celu otrzymania tego tworzywa miesza sie na sucho i miele pyly lotne z elektrofiltrów, wapno hydratyzowane, ziemie krzemionkowa i oc¬ tan glinu, a otrzymany proszek miesza sie z ce¬ mentem w ilosci okolo 25%. Oddzielnie przygoto¬ wuje sie roztwór soli rozpuszczajac w niewielkiej ilosci wody weglan sodowy, siarczan miedziowy, chlorek sodowy i fluorokrzemian sodowy. Roztwór powyzszy po przereagowaniu skladników rozcien¬ cza sie woda zarobowa i miesza z suchymi skla¬ dnikami tworzywa, po czym otrzymuje sie pro¬ dukt, który nadaje sie do wtloczenia w miejsce poddawane uszczelnieniu, szczególnie tam, gdzie trzeba stosowac rzadkie zaczyny o stosunku wo- do-cementowym okolo 1,0.Dalsze badania przeprowadzone nad tworzywami do prac cementacyjnych wykazaly, ze mozna jesz¬ cze znacznie poprawic uzyskiwane wyniki oraz rozszerzyc zakres stosowania takich tworzyw w pracach uszczelniajacych metoda zastrzyków ce¬ mentowych w budownictwie podziemnym, jak rów¬ niez rozszerzyc stosowanie tych tworzyw na dzie¬ dziny budownictwa, w których dotychczas ich sto¬ sowanie nie dawalo efektów, na przyklad do ce¬ mentacji kanalów w kablobetonach, przy betono¬ waniu podwodnym, do wykonywania prefabryka¬ tów, betonów jednofrakcyjnych itp., jezeli do two¬ rzywa wedlug patentu nr 44 558 wprowadzi sie 10 15 20 25 30 szereg nowych skladników oraz odpowiednio do¬ bierze sie optymalny sposób wytwarzania skladni¬ ków tworzywa. Stwierdzono takze, ze obok wpro¬ wadzenia do skladu tworzywa wedlug patentu nr 44558 dodatkowych skladników, nadajacych two¬ rzywu specyficzne optymalne cechy, celowe jest równiez usuniecie z tworzywa octanu glinu. Jako dodatkowe skladniki tworzywa wytwarzanego spo¬ sobem wedlug wynalazku wprowadza sie wapno palone, bentonit, zuzel wielkopiecowy, siarczan me¬ talu alkalicznego, chlorek i fluorokrzemian glinu, oraz korzystnie, a dla niektórych zastosowan ko¬ niecznie, srodki pochodzenia organicznego z grupy srodków powierzchniowo czynnych o dzialaniu hydrofilowym oraz z grupy polimerów winylowych, substancje gazotwórcze oraz ewentualnie wypel¬ niacz obojetny.Sposób otrzymywania tworzywa wedlug wyna¬ lazku polega na wprowadzeniu do niewielkiej ilosci wody weglanu metalu alkalicznego, siarczanu gli¬ nowego, metalu alkalicznego i metalu dwuwartos- ciowego, chlorku glinowego i metalu alkalicznego oraz czesci stosowanych fluorokrzemianów metalu alkalicznego i glinu, i ewentualnie srodków po¬ wierzchniowo czynnych o dzialaniu hydrofilowym oraz polimerów winylowych. Temperature reagu¬ jacej chemicznie mieszaniny utrzymuje sie w gra¬ nicach 25—50 °C w czasie 8—16 godzin, nastepnie produkt reakcji poddaje sie dojrzewaniu przy swo¬ bodnym dostepie powietrza w czasie nie krótszym 5225152251 tliz 72 godziny. Bezposrednio przed stosowaniem na budowie dojrzaly produkt rozciencza sie dodatkowo woda i miesza z pozostalymi suchymi skladnikami tworzywa, tzn. z popiolem lotnym, ziemia krze¬ mionkowa, bentonitem, zuzlem wielkopiecowym, wapnem palonym i hydratyzowanym oraz ewen¬ tualnie ze srodkiem gazotwórczym i obojetnym wypelniaczem. Cement wprowadza sie do cieczy nie pózniej niz wyzej wymienione suche skladniki.Tworzywo o szczególnie korzystnych wlasciwos¬ ciach uzyskuje sie, jezeli do wody wprowadza sie kolejno fluorokrzemiany, weglany, siarczany i chlorki, przy czym kazdy nastepny skladnik wpro¬ wadza sie po rozpuszczeniu skladnika poprzedniego nastepnie wprowadza sie substancje organiczne po¬ wierzchniowo czynne oraz polimery winylowe.Wynalazek dotyczy takze czterech odmian spo¬ sobu postepowania. Odmiana pierwsza polega na zastapieniu bentonitu i (lub) zuzla wielkopiecowe¬ go popiolem lotnym, wedlug drugiej odmiany za¬ miast chlorku metalu alkalicznego wprowadza sie chlorek glinu lub tez eliminuje sie je. Trzecia od¬ miana polega na zastapieniu siarczanu i (lub) fluo¬ rokrzemianu glinowego siarczanem i (lub) fluoro¬ krzemianem metalu alkalicznego, zas odmiana czwarta polega na zastapieniu wapna palonego wapnem hydratyzowanym lub stosowaniu ich lacz¬ nie.Badania wykazaly, ze najlepsze wyniki uzyskuje sie, jezeli na 100 czesci wagowych cementu stosuje sie 10,0—50,0 czesci wagowych dodatków hydrau¬ licznych, 2,0—10,0 czesci wagowych spoiwa po¬ wietrznego, 2,0—5,0 czesci wagowych weglanów, 1,0—4,0 czesci wagowych siarczanów, 0—2,0 czesci wagowych fluorokrzemianów, 0—2,0 czesci wago¬ wych chlorków metali o wartosciowosci od 1 do 3, 0—0,5 czesci wagowych srodków pochodzenia or¬ ganicznego z grupy zwiazków powierzchniowo czynnych o dzialaniu hydrofilowym, 0—10,0 czesci wagowych srodków pochodzenia organicznego z grupy polimerów winylowych, 0—0,05 czesci wago¬ wych substancji gazotwórczych, 50,0—200,0 czesci wagowych wody oraz 0—200,0 czesci wagowych wypelniacza obojetnego.W sposobie wedlug wynalazku jako cement sto¬ suje sie w szczególnosci wysokoalitowy cement portlandzki, niezawierajacy domielonych skladni¬ ków ubocznych, a zawierajacy gips w ilosci nie wiekszej niz 2% w przeliczeniu na S03, jako srodki pochodzenia organicznego z grupy zwiazków po¬ wierzchniowo czynnych o dzialaniu hydrofilowym stosuje sie pochodne kwasów lignosulfonowych, jako srodki pochodzenia organicznego z grupy po¬ limerów winylowych stosuje sie zemulgowany po¬ lioctan lub polichlorek winylu, zas jako substancje gazotwórcze — sproszkowany glin metaliczny.Tworzywo otrzymane sposobem wedlug wynalaz¬ ku wyróznia sie uregulowanymi warunkami wia¬ zania, umozliwiajacymi przygotowanie go i do¬ prowadzenie na miejsce stosowania, gdzie wiaze i twardnieje w krótkim czasie. Dalszymi zaletami tworzywa sa: brak sedymentacji, wysoka wytrzy¬ malosc oraz szybki jej przyrost, szczelnosc, niena- siakliwosc, odpornosc na agresje chemiczna, lek¬ kie pecznienie. W zaleznosci od specyficznych wy¬ magan w róznych zastosowaniach dobiera sie; skladniki tworzywa wedlug wynalazku ilosciowo i jakosciowo w ten sposób, zeby uzyskac specjal¬ nie korzystne wyniki pod wzgledem wymaganej 5 w danym przypadku cechy technologicznej. Przy¬ kladowo modyfikacja cech technologicznych w za¬ leznosci od wymagan konkretnego przypadku mo¬ ze byc nastepujaca.Jezeli robote cementacyjna prowadzi sie w wa- io runkach szybkiego przeplywu wody, która rozmy¬ wa wtlaczane tworzywo cementowe, wtedy tworzy¬ wo wedlug wynalazku modyfikuje sie w ten spo¬ sób, ze zwieksza sie ilosc dodatków hydraulicznych i spoiwa powietrznego oraz zwieksza ilosc akty- 15 wnych soli, zwlaszcza weglanów i fluorokrzemia¬ nów, a zmniejsza ilosc wody. W tym przypadku tworzywo charakteryzuje sie bardzo krótkim cza¬ sem wiazania rzedu kilku minut.Jezeli robote cementacyjna prowadzi sie w wa- 20 runkach podwodnych o normalnym przeplywie wody, ale tworzywo musi byc przetransportowane na duza odleglosc, jak to ma miejsce przy uszczel¬ nianiu bardzo glebokich szybów górniczych, wtedy stosuje sie wiecej siarczanów i chlorków oraz 25 wiecej wody, a mniej dodatków hydraulicznych i spoiwa powietrznego. Tworzywo to wykazuje przedluzony okres wstepnej cieklosci, umozliwiaja¬ cej pompowanie, po czym szybko wiaze i tward¬ nieje. 30 Jezeli metoda cementacyjna wykonuje sie prace cementacyjne przy ekranowaniu zapór, walów na¬ brzezy, wykopów w gruncie o nieduzej porowa¬ tosci i niklym przeplywie wody, wtedy tworzywo modyfikuje sie w ten sposób, ze obniza sie ilosc 35 dodatków hydraulicznych oraz uzupelnia sie je przez dodatek pochodnych kwasów lignosulfono¬ wych i znacznie zwieksza sie zawartosc wody, a w grupie aktywnych soli zamiast siarczanu glinu stosuje sie siarczan sodu. Tworzywo tak przygoto- 40 wane odznacza sie zwiekszona penetracja i dluz¬ szym okresem cieklosci, co pozwala na uzyskanie wiekszego zakresu jego rozchodzenia sie.Jezeli prace uszczelniajace prowadzone sa w wa¬ runkach silnej agresji chemicznej, wtedy dodatki 45 hydrauliczne wprowadza sie do tworzywa w zwiek¬ szonej ilosci i w grupie tej stosuje sie popiól lot¬ ny, ziemie krzemionkowa i bentonit jednoczesnie, a z substancji organicznych stosuje sie polimery winylowe. Tworzywo o tym skladzie charaktery¬ zuje sie wybitna odpornoscia na agresje chemiczna.Jezeli prowadzi sie roboty przy wypelnianiu ka¬ nalów w kablobetonach, wtedy tworzywo uzupel¬ nia sie przez wprowadzenie w grupie dodatków hydraulicznych obok popiolu lotnego i ziemi krze- 55 mionkowej takze duzej ilosci bentonitu, natomiast ilosc soli nieorganicznych jest zredukowana, z cal¬ kowitym wyeliminowaniem chlorków. Z dodat¬ ków organicznych do tworzywa wprowadza sie po¬ lioctan winylu oraz lignosulfonian amonu, z dal- 60 szych skladników proszek glinowy oraz wypelniacz obojetny, np. styropian. Tworzywo o powyzszym skladzie charakteryzuje sie calkowitym brakiem sedymentacji przy jednoczesnym dlugim okresie cieklosci. Lekkie pecznienie tworzywa oraz zawar- 65 tosc polioctanu winylu zwiekszaja przyczepnosc52251 tworzywa do kabli, wyeliminowanie zas chlorków zwieksza ochrone stali przed korozja.Przyklad I. Celem przygotowania tworzywa wedlug wynalazku w naczyniu reakcyjnym umiesz¬ czono 20 czesci wagowych wody, do której dosy¬ pano stopniowo i kolejno: 0,4 czesci wagowych fluorokrzemianu sodu, 0,3 czesci wagowych siarcza¬ nu miedzi, 2,8 czesci wagowych weglanu sodu, 0,5 czesci wagowych weglanu potasu, 1,2 czesci wago¬ wych siarczanu glinu, 0,5 czesci wagowych siar¬ czanu sodu i 0,3 czesci wagowych chlorku sodu.W czasie wsypywania mieszanine reagujaca stale mieszano i utrzymywano temperature w grani¬ cach 25—50°C, a skladniki dozowano partiami w ten sposób, zeby dodanie nastepnego skladnika nastapilo zawsze dopiero po rozpuszczeniu wzgled¬ nie przereagowaniu skladnika poprzedniego. Bez¬ posrednio przed stosowaniem na budowie dojrzaly produkt rozcienczano za pomoca 54 czesci wago¬ wych wody i mieszano ze 100 czesciami wagowymi cementu, 20 czesciami wagowymi popiolu lotnego, 5 czesciami wagowymi ziemi krzemionkowej, 0,4 czesciami wagowymi fluorokrzemianu sodu i 8 czesciami wagowymi wapna palonego. Wymiesza¬ ny produkt stanowi tworzywo gotowe do stoso¬ wania.Uzyskane w powyzszy sposób tworzywo charak¬ teryzowalo sie przede wszystkim bardzo duza szyb¬ koscia wiazania i twardnienia oraz bardzo duza wytrzymaloscia koncowa i szczelnoscia i nadawalo sie w szczególnosci do prac cementacyjnych, maja¬ cych na celu wypelnienie wiekszych kawern i szczelin w górotworze lub gruncie w warunkach szybkiego przeplywu wód gruntowych.Szczególowe zestawienie cech technologicznych tworzywa wytworzonego wedlug tego przykladu i wedlug przykladów dalszych przedstawiono w tabeli.Przyklad II. Przy prowadzeniu prac cemen¬ tacyjnych w srodowisku o malej porowatosci, jak np. grunty drobnoziarniste, przy niklym przeply¬ wie wody gruntowej, wzglednie przy bardzo dlu¬ gich odleglosciach tloczenia, cechy optymalne wy¬ kazalo tworzywo o nastepujacym skladzie: cement 100,0 czesci wagowych popiól lotny 10,0 „ „ ziemia krzemionkowa 2,0 „ „ wapno hydratyzowane 3,0 „ „ weglan sodu 3,0 „ „ siarczan scdu 1,5 „ „ siarczan miedzi 0,5 „ „ fluorokrzemian sodu 1,4 „ „ chlorek sodu 0,8 „ „ lignosulfonian amonu 0,3 „ „ woda 108,0 „ „ Celem przygotowania tworzywa postepowano ana¬ logicznie, jak w przykladzie I. Uzyskane tworzy¬ wo charakteryzowalo sie bardzo duza zdolnoscia penetracji i bardzo'dlugim okresem cieklosci.Przyklad III. Przy prowadzeniu prac cemen¬ tacyjnych, wypelniajacych blisko polozone kawer¬ ny o wiekszych wymiarach, przy istnieniu duzego przeplywu wód gruntowych, tworzywo o cechach optymalnych posiada sklad nastepujacy: cement 100,0 czesci wagowych popiól lotny 25,0 5 wapno palone 8,0 „ „ weglan sodu 4,0 „ „ weglan potasu 0,3 „ „ siarczan glinu 1,5 „ „ siarczan sodu 0,3 „ „ io fluorokrzemian glinu 0,2 „ „ chlorek sodu 0,7 „" „ chlorek glinu 0,3 „ „ woda 73,0 Tworzywo przygotowano analogicznie jak w przy- 15 kladzie I. Tworzywo powyzsze charakteryzuje sie krótkim okresem cieklosci, bardzo duza szybkoscia twardnienia i szczelnoscia.Przyklad IV. Przy wykonywaniu injekcji 20 kanalów kablowych w kablobetonach tworzywo o cechach optymalnych, otrzymane analogicznie jak w przykladzie I, uzyskano z nastepujacych ilosci poszczególnych skladników: cement 100,0 czesci wagowych 25 popiól lotny 10,0 ziemia krzemionkowa 3,0 „ „ bentonit 2,0 „ „ wapno hydratyzowane 10,0 „ „ weglan sodu 2,5 „ „ 30 siarczan miedzi 0,3 „ „ siarczan glinu 1,1 „ „ siarczan sodu 0,3 „ „ fluorokrzemian sodu 0,8 „ „ lignosulfonian amonu 0,2 „ „ 85 polioctan winylu 3,0 „ „ proszek glinowy 0,01 „ „ woda 64,0 „ „ wypelniacz obojetny 25,0 „ „ Tworzywo o wyzej podanym skladzie charaktery- 40 zowalo sie zwiekszona mrozoodpornoscia i przy¬ czepnoscia, bardzo duza szczelnoscia oraz lekkim pecznieniem.Przyklad V. Przy wypelnianiu spoin dylata- 45 cyjnych optymalne wlasciwosci wykazuje tworzy¬ wo o nastepujacym skladzie, otrzymane w sposób analogiczny jak w przykladzie I. cement 100,0 czesci wagowych popiól lotny 15,0 „ „ 50 bentonit 1,0 „ „ zuzel wielkopiecowy 5,0 „ „ wapno hydratyzowane 5,0 „ „ ^weglan sodu 2,0 „ „ weglan potasu 0,2 „ „ 55 siarczan miedzi 0,3 „ „ siarczanglinu 1,0 „ „ siarczan sodu 0,2 „ „ fluorokrzemian sodu 1,2 „ „ lignosulfonian amonu 0,1 „ „ 60 polioctan winylu 6,0 „ „ proszek glinowy 0,01 „ v „ woda 77,0 „ „ Tworzywo to posiadalo zwiekszona mrozoodpornosc i przyczepnosc, wykazuje lekkie pecznienie oraz 65 duza szczelnosc.52251 7 Przyklad VI. Przy wykonywaniu betonów jednofrakcyjnych optymalne wlasciwosci wykazalo tworzywo o nastepujacym skladzie, otrzymane ne wlasciwosci posiada tworzywo, otrzymane ana¬ logicznie jak w przykladzie I, a posiadajace na¬ stepujacy sklad: nalogicznie jak w przykl cement popiól lotny ziemia krzemionkowa wapno palone wapno hydratyzowane weglan sodu siarczan sodu chlorek glinu fluorokrzemian glinu woda wypelniacz obojetny adzie I. cement 100,0 czesci wagowych 5 popiól lotny 20,0 5,0 4,0 „ 4,0 „ 3,5 1,0 „ 0,5 0,5 „ 75,0 50,0 harakterystyczna dla powyzszego tworzywa „ wapno palone „ weglan sodu „ siarczan sodu „ siarczan miedzi 10 siarczan glinu , chlorek sodu , fluorokrzemian sodu lignosulfonian amonu , proszek glinowy 15 woda jest wypelniacz obojetny 100,0 czesci wagowych 25,0 „ 8,0 „ 2,6 1,0 „ 0,4 „ 1,8 „ 1,0 „ 1,2 „ 0,2 „ 0,01 „ 84,0 „ 100,0 „ ti , , f , duza wytrzymalosc koncowa przy malej cieklosci swiezej mieszanki.Przyklad VII. Przy betonowaniu podwodnym róznymi metodami, np. wypelnianiu stosu okrucho¬ wego zaprawa wtlaczana pod cisnieniem, optymal- Tworzywo powyzsze posiada przede wszystkim du¬ za cieklosc i dlugi okres cieklosci, szybki przyrost 20 wytrzymalosci oraz duza odpornosc na agresje.Tablica wlasnosci technologicznych tworzyw we¬ dlug przykladów I—VII.Cecha technologiczna I Zdolnosc penetra¬ cji (stopien cie¬ klosci) Okres cieklosci Szybkosc wiazania Szybkosc twardnienia Wytrzymalosc koncowa Szczelnosc Pecznienie Przyczepnosc Odpornosc na agresje | Mrozoodpornosc Tworzywo wedlug przypadku | I srednia sredni b. duza D. duza b. duza b. duza brak normalna duza zwiekszona 1 n b. duza b. dlugi srednia srednia srednia srednia brak normalna srednia normalna 1 m mala krótki duza b. duza duza b. duza brak normalna duza normalna 1 IV duza sredni | srednia srednia duza b. duza wystepuje zwiekszona srednia zwiekszona 1 v duza sredni srednia srednia srednia duza wystepuje zwiekszona duza zwiekszona 1 VI mala sredni srednia srednia duza srednia brak normalna srednia normalna 1 vn duza dlugi duza duza duza srednia wystepuje normalna duza normalna Z przytoczonych kilku przykladów sposobu wy¬ twarzania oraz zastosowan tworzywa, ilustruja¬ cych blizej sposób wedlug wynalazku wynika, ze jego sklad ilosciowy w zaleznosci od przeznaczenia i warunków istniejacych na budowie mozna i na¬ lezy modyfikowac w stosunkowo szerokim zakre¬ sie. Wspomniane przyklady ilustruja tylko podsta¬ wowe mozliwosci dobierania skladu tworzywa i praktycznego stosowania sposobu wedlug wyna¬ lazku, w nastepstwie czego nie ograniczaja jego istoty. PL