188089. lajstromszámú szabadalom • Eljárás szálaerősítésű épületelemek előállítására
1 1 « 089 2 A találmány tárgya eljárás hidrogél bevonatú erősítő szálakat tartalmazó, fokozott ütő- és hajlítószilárdsággal tartósan rendelkező hidraulikus kötésű épületelemek előállítására. Az építőiparban világszerte a különböző cementféleségeket alkalmazzák a legelterjedtebben szerkezeti anyagokként, illetve kötőanyagokként. A tisztán cementalapú, valamint gipszalapú építőanyagok tulajdonsága azonban az, hogy ridegek és húzószilárdságuk csekély. A cementalapú, illetve cementkötésű építőanyagok ridegségének csökkentése és húzószilárdságának növelése céljából ezekbe az anyagokba különböző szálas anyagokat, így elsősorban üvegszálakat, továbbá azbesztszálakat, műanyagszálakat (polipropilén-, poliamid- stb. rostokat), acélszálakat stb. építenek be. A szállal erősített, cementalapú, illetve cementkötésű építőanyagok előállításáról és fizikai jellemzőiről részletes áttekintést ad többek között a Cement and Concrete Research című szakkönyv 4. kötetének 247-266 oldala (Pergamon Press, 1974). Jóllehet az üvegszál erősítéssel a cementalapú és cementkötésü építőanyagok rugalmassága, illetve húzószilárdsága többszörösére növelhető, komoly hátrányt jelent azonban, hogy ezek az üvegszál erősítésű építőanyagok tulajdonságaikat tartósan nem képesek megőrizni. A közönséges üvegrostok vagy az üvegszál erősítésű műanyagokhoz kifejlesztett ún. E-üvegek az időjárás viszontagságainak kitett, nedvességgel szabadon érintkező cementkötésű anyagokban hidratáció következtében fellépő, erősen lúgos (12-14 pH-értékű) környezetben eróziót szenvednek, és rövid idő alatt megszűnik erősítő hatásuk. A lúgálló erősítő szálas anyagok, illetve a csökkentett lúgosságú cementalapú kötőanyagok széles választéka ismert, de ezen anyagok kombinációjával sem sikerült olyan szálerősítésű cementalapú (cementkötésü) építőanyagokat előállítani, amelyek kedvező kezdeti rugalmassági, illetve szilárdsági jellemzőiket elfogadhatóan hosszú időn át megtartanák. Ez a gyakorlati tapasztalat arra utal, hogy a szálerősítésű cementanyagok meçhanikai és szilárdsági jellemzőinek időbeli romlását nem csupán az erősítő szálak eróziója okozza. A műanyagszálak közül a polipropilén (PP) szálak alkalmazása vált elterjedtté. A PP-szálakat fóliából kialakított fibrillált szálak ill. húzott szálak formájában alkalmazzák. A szálak adagolásával a cement-mátrix ridegségét kitűnően lehet javítani és igen magas, 35-40 kJ/m2 értékű ütőszilárdságot lehet elérni. (Walton-Majumdar: Cement-based composites with mixtures of different types of fibres, COMPOSITES 1975/9.) Tartós vizsgálatokkal igazolták, hogy a PP-szálak a cement mátrixban sem a nedvesség, sem az időjárás hatására nem károsodnak és a kompozíció fizikai jellemzői hosszú időn belül változatlanok maradnak. Megállapították azonban azt is, hogy a PP-szálak adagolásával a kompozíció hajlító-repesztő szilárdsága igen mérsékelten növelhető. Ennek oka a PP-szálak alacsony rugalmassági moduluszára vezethető viszsza. Vizsgálataink során azt tapasztaltuk, hogy a szálerősítésű cementalapú építőanyagok mechanikai és szilárdsági jellemzőinek időbeli romlása annak is tulajdonítható, hogy az anyagban olyan fizikai-kémiai folyamatok (például átkristályosodás, anyagtranszport stb.) zajlanak le, amelyek hatására az üvegszál-kötegek nagyon szorosan beágyazódnak a cementkötésű mátrixba. Minthogy az üvegszálak hossztengelyük mentén nagyon sok helyen mereven befogódnak, terhelés hatására már nem képesek rugalmasan elcsúszni. Ez összhatásában annyit jelent, hogy az üvegszálak erősítő és rugalmasságfokozó hatása a cementkötésű mátrix átalakulási sebességétől függően általában néhány év alatt teljesen elvész még akkor is, ha egyébként az üvegszálak nem korrodeálódnak. Azbesztszálak alkalmazása esetében (azbesztcement) az anyag rugalmassága már kezdettől (a gyártást követően) igen alacsony értékű; az anyag rendkívül rideg és törésérzékeny. A maximális hatás, a tartós rugalmasság biztosítása céljából tehát nem elegendő az erősítő szálak korrózióját kiküszöbölni, hanem a szálak körül olyan burkolatot kell kialakítani, amely megvédi a szálakat a szoros befogódástól. Azt tapasztaltuk, hogy ha az erősítő szálakon a cementalapú anyagba való beágyazás előtt és/vagy alatt speciális, vízben oldhatatlan, de vízben jelentős mértékben duzzadni képes, ritka térhálós polimer bevonatot (ún. hidrogél burkolatot) alakítunk ki, olyan átmeneti réteget képezhetünk az erősítő szál és a cementalapú anyag szemcséi között, amely a legszélsőségesebb időjárási, tárolási, illetve felhasználási körülmények között is biztosítja a szálak szükséges mozgékonyságát. Ez a bevonat ezen túlmenően a szálak korróziós-eróziós hajlamát is csökkenti, ami többek között annak tulajdonítható, hogy a gélburok minimálisra csökkenti a szálak mentén a felületből a mátrixba jutó víz mennyiségét, és igy visszaszorítja a mátrixban a szál környezetében lezajló hidratációs folyamatokat. A gélburok kialakításával tehát egyrészt fokozhatjuk a termék ütőszilárdságát, hajlítószilárdságát és az elérhető maximális deformációt, másrészt ezek a jellemzők az idő függvényében alig változnak. A találmány szerinti eljárás fokozott hajlítószilárdságú, szálerősítésű építőelemek előállítására gipsz vagy hidraulikus kötésű cement-mátrixba ágyazott erősítőszálak felhasználása útján azzal jellemezhető, hogy reaktív felületű erősitőszálak, így üvegszálak, alkálirezisztens üvegszálak, azbesztszálak, acélszálak vagy inaktiv felületű erősítőszálak, így poliamidszál, polialkilén-, poli-akril-nitril- vagy cellulózszál felületét olyan vízoldható akril-monomerek, mint akril-nitril és/vagy akrilamid, és/vagy metakrilamid és/vagy akrilamid- vagy metakrilamid-származékból készült polimerek hidrolizált származékaival vagy az előbbi monomerek akrilsavval és/vagy metakrilsawal és/vagy itakonsawal készült kopolimerjeivel kezeljük, amelyek legfeljebb 5 monomeregységnek megfelelő méretű elágazásokat tartalmazó (dágazottsági fokuk 5-nél kisebb) lineáris láncokból állnak, móltömegük 100 000-2 000 000, funkciós csoportjaik 1-90, célszerűen 1-15%-át —COOH és/vagy —COOX csoportok alkotják - amely képletben X egy vegyértékű kation - adott esetben inaktív felületű 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
