PL59398B1 - - Google Patents

Description

1.YI.1966 Francja Opublikowano: 25.111.1970 59398 KI. 80 b, 1/05 MKP C 04 b W/16 UKD Wspóltwórcy wynalazku: Bernard Bonnel, Pierre Allemand, Pierre Ver- smee Wlasciciel patentu: Sociste Progil, Paryz (Francja) Sposób wytwarzania mieszanin cementowych Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarza¬ nia mieszanin cementowych na bazie cementu por¬ tlandzkiego z dodatkiem pochodnych akrylowych.W celu uzyskania mieszanin cementowych, ta¬ kich jak zaprawy i betony, charakteryzujacych sie krótkim czasem wiazania, stosowano jako spoiwo szybkosprawny cement portlandzki, który zarabia¬ no woda i mieszano ewentualnie z wypelniaczami.Poczatek wiazania tak otrzymanych zapraw lub be¬ tonów nastepowal w czasie od 2 do 5 minut, w zaleznosci od ilosci wprowadzonego do nich cemen¬ tu. Mieszaniny te posiadaly stosunkowo dobre pa¬ rametry wytrzymalosciowe, jak wytrzymalosc na zginanie, na sciskanie i na rozciaganie, jednak wlasnosci tych nabywaly dopiero po uplywie zbyt dlugiego dla niektórych zastosowan czasu.W celu otrzymania mieszanin cementowych szybkowiazacych proponowano równiez wprowa¬ dzanie do mieszaniny zwyklego cementu portlan¬ dzkiego, wody i ewentualnie wypelniaczy, specjal¬ nych dodatków. Jako te dodatki stosowano mie¬ szaniny kopolimeryzujace *"alkilidenowego amidu kwasu dwuakrylowego i innego komonomeru ety¬ lenowego w polaczeniu z ukladem katalitycznym polimeryzacji. Uzyskiwano znaczne przyspieszenie czasu wiazania, lecz tylko niewielkie zwiekszenie wytrzymalosci na sciskanie po uplywie 28 dni. Do wyzej opisanych mieszanin cementowych na bazie zwyklego cementu portlandzkiego wprowadzano równiez jako dodatek wielowartosciowe sole me- 10 15 20 25 30 taliczne kwasu akrylowego i kwasu metakrylowe¬ go, ewentualnie przy udziale katalizatora polime¬ ryzacji. Zaleznie od stosunku soli akrylowej doda¬ nej do cementu, proporcji która dochodzila do 1,5- -krotnego ciezaru cementu, otrzymywano zaprawy twarde lub plastyczne. Podobnie jak w rozwiaza¬ niu opisanym poprzednio, odzyskiwano znaczne zmniejszenie czasu wiazania i twardnienia miesza¬ nin, które jednak charakteryzowaly sie niska wy¬ trzymaloscia mechaniczna.Stwierdzono, ze moznai otrzymac mieszaniny ce¬ mentowe charakteryzujace sie krótkim czasem wia¬ zania i duza wytrzymaloscia mechaniczna uzyski¬ wana w stosunkowo krótkim czasie, gdy postepuje sie sposobem wedlug wynalazku.Sposób wedlug wynalazku polega na wprowadze¬ niu do szybkowiazacego cementu portlandzkiego wodnego roztworu mieszaniny monomeru amidu kwasu akrylowego i formaldehydu i katalizatora polimeryzacji mieszaniny akrylowej.Do mieszaniny tej mozna wprowadzac równiez znane wypelniacze, jak piasek, zwir, glina lub ich mieszaniny oraz znane regulatory wiazania cemen¬ tu, jak na przyklad siarczan wapniowy. Mieszani¬ ne amidu kwasu akrylowego i formaldehydu otrzy¬ muje sie przez zmieszanie w temperaturze 20 do 70°C, wodnego roztworu formaldehydu z amidem kwasu akrylowego, w ilosci 0,5 do 1,5 moli for¬ maldehydu na jeden mol amidu kwasu akrylowe- 5939859398 go. Najkorzystniej jest stosowac roztwór o zawar¬ tosci 40—70% wody.Jako katalizator stosowac mozna dowolny, zna¬ ny katalizator tego procesu polimeryzacji, jak na przyklad nadtlenki organiczne (nadtlenek benzo¬ ilu), nadsole (nadsiarczan potasowy), uklady re- doksy (kwas solny — kwasny siarczyn alkaliczny), ewentualnie z dodatkiem kwasów organicznych lub nieorganicznych lub z dodatkiem substancji alka¬ licznych, na przyklad wodorotlenków lub wegla¬ nów, rozpuszczalnych w wodzie. Korzystnie jest stosowac katalizator staly, rozpuszczalny w wodzie lub mieszanine katalityczna z dwóch skladników, z których jeden jest staly a drugi ciekly, na przy¬ klad nadsiarczan alkaliczny, aktywowany cieklym nitrylem kwasu dwualklloamimoproipionowego.Ilosc katalizatora wynosi 0,1—3% w stosunku do ciezaru calej mieszaniny cementowej.Stwierdzono, ze korzystnie jest stosowac takie ilosci -wodnego roztworu mieszaniny monomeru, amidu kwasu akrylowego i formaldehydu, aby w koncowej, stwardnialej mieszaninie, ilosc produk¬ tu polimeryzacji wynosila 3—10% wagowych w sto¬ sunku do calej mieszaniny. Ponizej 3% zawartosci otrzymuje sie mieszaniny cementowe praktycznie nie posiadajace wyzszych parametrów wytrzyma¬ losciowych niz mieszaniny znane. Natomiast po¬ wyzej 10% wagowych produktu polimeryzacji w stwardnialej mieszaninie wytrzymalosci sa tak wy¬ sokie, ze stosowanie ich jest konieczne tylko w bardzo szczególnych przypadkach. Mieszanine ce¬ mentowa sposobem wedlug wynalazku wytwarza sie w nastepujacy sposób.Czesc komponentów, a mianowicie szybkospraw- ny cement, portlandzki staly skladnik katalizatora polimeryzaeji, ewentualnie wypelniacz i regulator wiazania cementu, przygotowuje sie jako miesza¬ nine w postaci proszku. W przypadku stosowania wypelniacza i regulatora wiazania, ilosc cementu w tej mieszaninie powinna wynosic 50—90% wa¬ gowych, bez uwzglednienia skladnika katalitycz¬ nego.Druga czesc komponentów, jak wodny roztwór mieszaniny amidu kwasu akrylowego i formalde¬ hydu, ciekly skladnik katalizatora polimeryzacji i ewentualnie, jesli zachodzi koniecznosc, woda, przygotowana jest jako ciekla mieszanina.Kazda z tak przygotowanych mieszanin moze byc przed uzyciem przechowywana oddzielnie, w okresie kilku miesiecy. Wymaga sie jedynie, aby czesc ciekla nie zawierala podczas przechowywa¬ nia pelnego ukladu katalitycznego, powodujacego polimeryzacje mieszaniny na bazie amidu kwasu akrylowego i formaldehydu.Czesc ciekla, intensywnie mieszajac, wprowadza sie do czesci sypkiej, otrzymujac jednorodna ma¬ se. Masa ta daje sie latwo formowac jeszcze przed zwiazaniem. Warunkiem uzyskania dobrej plasty¬ cznosci jest utrzymanie odpowiedniej temperatury masy, korzystnie w granicach 10—25°C. Ponizej 10°C masa nie wiaze sie, natomiast powyzej 25°C czas wiazania staje sie zbyt krótki, aby nadac ma¬ sie odpowiedni zadany ksztalt.Rózne reakcje zachodzace po zmieszaniu proszku z ciecza, jak hydratacja, nastepnie stwardnienie spoiwa i polimeryzacja mieszaniny amidu kwasu akrylowego z formaldehydem, wywieraja korzystne dzialanie jednych na drugie. Hydratacja cementu powoduje lekkie podwyzszenie temperatury miesza- 5 niny, co wywoluje po pewnym czasie polimeryza¬ cje mieszaniny akrylowej; z kolei wskutek duzego efektu egzotermicznego tej reakcji, nastepuje przy¬ spieszenie twardnienia cementu. Chociaz calosc mechanizmu reakcji nie zostala dotychczas zbada¬ lo na w calej rozciaglosci, nalezy przypuszczac, ze wlasnie ta obustronna akcja pozwala na otrzymy¬ wanie mieszanin cementowych o duzej wytrzyma¬ losci mechanicznej. Mieszanina cementowa wyko¬ nana sposobem wedlug wynalazku charakteryzuje 15 sie krótszym czasem wiazania, dajacym po 15 mi¬ nutach juz o 26% wyzsza wytrzymalosc mechanicz¬ na, a po 24 godzinach — powyzej lOO4)^ Qd wytrzy¬ malosci mechanicznej, po tym samym' czasie, za¬ praw z samego cementu szybkosprawnego, przy 20 czym parametry wytrzymalosci na zginanie oraz na sciskanie sa duzo wyzsze w jednakowych cza¬ sach wiazania, co wykazano w zestawieniach po¬ równawczych w tablicach 2 i 3.Mieszaniny cementowe, wytworzone sposobem 25 wedlug wynalazku mozna stosowac pomyslnie do szybkiego sklejania róznych czesci, miedzy innymi czesci z betonu, lub do wyrobu zlaczy. Z miesza^ nin tych produkuje sie twardniejace bardzo szyb¬ ko cienkie warstwy i wykladziny podlogowe, ce- 30 gly, dachówki, plytki, ewentualnie barwione przez dodanie pigmentów, które nie wymagaja wypala¬ nia. Z mieszaniny cementowej wytwarzanej spo¬ sobem wedlug wynalazku mozna produkowac ele¬ menty konstrukcyjne o duzej wytrzymalosci, glów- 35 nie na rozciaganie. Zastosowaniem dajacym szcze¬ gólnie pomyslne wyniki jest uzycie zapraw otrzy¬ mywanych wedlug wynalazku do czynnosci kot¬ wienia, zwlaszcza kotwienia zerdzi kotwi sluzacych do obudowy terenów kopalni. Mozna równiez sto- 40 sowac mieszaniny otrzymywane wedlug wynalaz¬ ku do reperaciji pekmiec, uskoków, umacniania terenów itd.We wszystkich tych przypadkach postepuje sie w ten sam sposób jak w przypadku uzycia zapraw 45 klasycznych, to. jest wstrzykuje sie, odlewa, desku¬ je ciasto przygotowane w warunkach omówionych poprzednio.Ponizsze przyklady, nie ograniczajace wynalaz¬ ku, pozwalaja na podkreslenie wyjatkowych wla- 50 snosci mieszanin otrzymanych wedlug sposobu wy¬ nalazku.Przyklad I. Zastosowano dwa typy nastepuja¬ cych zestawów, przechowywanych w temperatu- 55 rze 20°C: Zestaw sypki: Cement szybkosprawny (odpowiednik „Vicat80") — 320 g Piasek suchy z Fontainebleau — 70 g 60 Siarczan wapniowy CaS04 • 2H20 — 10 g Nadsiarczan amonu — 2 g Zestaw ciekly: Wodny 44% roztwór monomeru amidu kwasu akrylowego i formaldehydu — 94 g 65 Woda — 20 g59398 Nitryl kwasu dwuetyloaminopropiono- wego — 0,2 g Zestaw ciekly dodano do zestawu sypkiego i zmieszano intensywnie w ciagu kilku sekund. Z masy uformowano niewielkie ksztaltki. Czas wia¬ zania mierzony za pomoca igly Vicata'a wynosil 4 minuty.Wyniki przeprowadzonych badan wytrzymalosci na rozciaganie podano w tablicy 1.Tablica 3 Wytrzymalosc na sciskanie (kG/cm2) T a b 1 i c a 1 Czas wiazania 5 minut 15 minut 30 minut 50 minut 1 godzina 24 godziny i 7 dni Wytrzymalosc na roz¬ ciaganie w kG/cm2 12 26 44 50 52 62 90 Dla porównania, nalezy podkreslic, ze zaprawa 40% wagowych cementu szybkosprawnego i nie za¬ wierajaca mieszaniny akrylowej, ma wytrzymalosc na rozciaganie po uplywie 28 dni zaledwie okolo 20 kG/cm2. W tym samym czasie wytrzymalosc dla zaprawy opartej na normalnym cemencie wy¬ nosila 35 kG/cm2.Przyklad II. W tych samych warunkach co w przykladzie I, przygotowano probówki zapraw, wy¬ chodzac z masy otrzymanej przez zmieszanie dwóch typów nastepujacych zestawów przechowywanych w temperaturze 15°C.Zestaw sypki: Cement szybkosprawny odpowiednik („Vicat80") — 330 g Piasek suchy z Fontainebleau — 70 g Siarczan wapniowy CAS04 • 2H20 — 15 g Nadsiarczan amonowy — 2 g Zestaw ciekly: Wodny roztwór monomeru amidu kwa¬ su akrylowego i formaldehydu o zawar¬ tosci 50% aldehydu — 86 g Woda dodatkowa — 36 g Nitryl kwasu dwuetyloaminopropiono- wego — 1 2 Czas wiazania wynosil 5 minut.Wytrzymalosci na zginanie i na sciskanie przed¬ stawiono kolejno ponizej w tablicach 2 i 3.Tablica 2 Wytrzymalosc na zginanie (w kG/cm2) Czas wiazania 15 minut 30 minut 1 godzina 24 godziny 7 dni Zaprawa wedlug wynalazku 50 68 75 86 138 Zaprawa z samego cementu szybko- i sprawnego 12 15 17 23 — 10 15 20 80 35 40 50 55 60 65 Czas wiazania 15 minut 30 minut 1 godzina 24 godziny 7 dni Zaprawa wedlug wynalazku 80 100 138 205 288 Zaprawa; z samego cementu szybko¬ sprawnego 60 70 80 100 150 Jak widac, po uplywie 15 minut wiazania, za¬ prawy otrzymane sposobem wedlug - wynalazku maja wytrzymalosc o 25% wyzsza niz zaprawy z samego cementu szybkosprawnego; po uplywie go^ dziny wzrost wytrzymalosci wynosi 70%, a po 24 godzinach — powyzej 100%.Przyklad III. Przyklad ten ma na celu zilustro¬ wanie jednego z zastosowan mieszanin otrzyma¬ nych wedlug wynalazku, mianowicie kotwienia przy czynnosciach laczenia srubami do obudowy kopalni. Wiadomo, ze dla unikniecia usuwania sie przejsc podziemnych wprowadza sie do skal zer¬ dzie kotwi, na koncach których wkreca' sie nakret¬ ki. Czynnosc te nazywa sie „laczenie srubami".W celu jej skutecznosci trzeba, aby zerdzie byly dobrze umocowane pomimo silnych naprezen, któ¬ rym podlegaja. Dlatego musza byc kotwione w skale za pomoca zaprawy która ma równoczesnie czasy wiazania i twardnienia bardzo krótkie i bar¬ dzo duze wytrzymalosci.Wykonano próby wyrywania zerdzi zakotwio¬ nych za pomoca zaprawy opisanej w przykladzie I.W tym celu wydrazono otwór kotwy za pomoca rury ze stali dlugosci 1,30 m i srednicy 40 mm.Zaprawe wstrzyknieto do tego otworu sprezonym powietrzem i natychmiast zanurzono zerdz do kot¬ wienia-. Dotyczylo to zerdzi skreconej, o przekroju kwadratowym dlugosci 1,70 m. Wytrzymalosc za¬ kotwienia wypróbowano po uplywie godziny od spreparowania zaprawy. Próba polegala na wy¬ ciaganiu zerdzi za pomoca dzwignika polaczonego z pompa wykazujaca liczby cisnienia, które poz¬ wolily na oznaczenie sily wykonanego ciagnienia.Poslizg i wydluzenie zerdzi mierzono za pomoca komparatora skalowanego 1/1000 mm. Wyniki sa przedstawione na rysunku.Rysunek przedstawia na odcietej dlugosci po¬ slizgu i wydluzenie zerdzi, wyrazone w mm, a na rzednej sile rozciagiajaca, wyrazona w tonach.Strzalka skierowana ku dolowi wskazuje rozerwa¬ nie zerdzi.Podany wykres wykazuje, ze zakotwienie wyko¬ nane zaprawa wedlug przykladu I wytrzymuje bardzo wysokie sily rozciagajace, poniewaz przy obciazeniu 16 ton zerdz ulega zerwaniu nie dajac sie wyrwac z samego zakotwienia.7 59398 8 PL

Claims (1)

1. Zastrzezenia patentowe Sposób wytwarzania mieszanin cementowych na bazie portlandzkiego cementu szybkowiazacego, znamienny tym, ze do mieszaniny cementowej dodaje sie wodny roztwór amidu kwasu akry¬ lowego i formaldehydu i substancje katalizuja¬ ce polimeryzacje skladników tego roztworu. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze sto¬ suje sie 40—70%-owy wodny roztwór amidu kwasu akrylowego i formaldehydu o stosunku komponentów od 0,5 do 1,5 mola formeldehydu na 1 mol amidu kwasu akrylowego. Sposób wedlug zastrz. 1 i 2, znamienny tym, ze jako substancje katalizujace stosuje sie uklad skladajacy sie z nadsoli i aminonitrylu alifa¬ tycznego. Sposób wedlug zastrz. 1 — 3, znamienny tym, ze do mieszaniny cementowej wprowadza sie znany regulator wiazania cementu, taki jak siarczan wapnia. Sposób wedlug zastrz. 1 — 4, znamienny tym, ze do mieszaniny cementowej wprowadza sie wodny roztwór amidu kwasu akrylowego i for¬ maldehydu w takiej ilosci, aby ilosc produktu polimeryzacji wynosila 3—10% wagowych w sto¬ sunku do calej mieszaniny. rrtm. fig. 1 Zaklady Kartograficzne, Wroclaw, zam. C/1059, 290 PL