195460. lajstromszámú szabadalom • Eljárás polimer-betonnal erősített könnyített acélszerkezetek előállítására
1 195 460 2 A találmány tárgya eljárás olyan polimerbetonnal erősített, könnyített acélszerkezetek előállítására, amelyek statikus és dinamikus igénybevételre egyaránt alkalmazhatók. A polimerbetonok alkalmazása építőipari célra már több mint 20 éve ismert. Ezeknél az alkalmazásoknál a polimerbetont általában vékony, legfeljebb 30 mm rétegvastagságban használják elsősorban a hagyományos beton korrózióelleni védelmére, beton javítására, beton műtárgyak vízzáróságának biztosítására és más területeken. A polimerbetonok önálló szerkezeti anyagként való alkalmazására csak szórványos próbálkozások történtek. Ezek közül főleg a gépalapként való felhasználás ismert, ahol előnyösen használják ki a polimerbetonok rövid kötési idejét és rezgéscsillapító hatását. Az önálló szerkezeti anyagként való felhasználás legfőbb akadálya, hogy a hagyományos betonoknál ismert erősítési móddal a polimerbetonok egyébként kiváló szilárdsági tulajdonságai tovább már nem, illetve csak nagyon szűk üzemeltetési körben fokozhatok. Ennek oka a fémek és a polimerbetonok hötágulási együtthatójában megmutatkozó jelentős, adott esetben nagyságrendi eltérésben keresendő. Például egy átlagos minőségű acél lineáris hőtágulási együtthatója 0,0115 mm/mK, a polimerbetonok lineáris hőtágulási együtthatója pedig típustól függően 0,170—0,150 mm/mK. Ismert körülmény, hogy a polimerbetonok keményedése közben jelentős hőmennyiség szabadul fel, aminek következménye a rendszer kötés közbeni felmelegedése, majd kihűlése (Int. J. Adhesion, and Adhesives 1982/April, 77). Könnyen belátható, hogy az ebből fakadó nem-kívánatos hőkitágulás, illetve — kontrakció ugrásszerűen megnő a rétegvastagság és az alkalmazott tömeg növekedésével (Kunststoffe im Bau 16 (3, 126) 1981). A következmény az, hogy az építőiparban szokásos belső acélerősítés alkalmazása esetén — az eltérő hőtágulási együtthatók miatt — a polimerbeton az acélból elválik, és ezért az erősítőanyag és a polimerbeton homogén mechanikai kontinuumként való viselkedése lehetetlenné válik, az erősítő anyag szerepe nem érvényesül. Ennek kiküszöbölésére próbálkoztak az erősítő acél bordázásával. Ez azonban nem hozta meg a várt eredményt, vagy pedig csak akkor, ha különböző szerves és szervetlen szálasanyagot alkalmaztak erősítő- anyagként. Az utóbbi eljárás hibája az, hogy bár a mechanikai jellemzők általában javulnak, a rugalmassági modulusz az ilyen rendszerek esetében kedvezőtlenül alacsony értékű. A találmány célja a fenti hátrányok kiküszöbölésével olyan eljárás kidolgozása, melynek alkalmazásával szerkezeti anyagként felhasználható, olyan acélerősítésű polimerbeton szerkezetek állíthatók elő, amelyek megfelelnek a legváltoztatosabb alaki és terhelési követelményeknek. A találmány alapja az a felismerés, hogy ha az ismert — főleg az építőiparban elterjedten alkalmazott — szerkezeti vasalások beton mátrixba foglalásával ellentétben, a polimerbetont olyan acél héjszerkezetbe foglaljuk, amelybe zártszelvényű üreges testek vannak hegesztve, akkor a hőtágulás szempontjából a polimerbeton azonos módon viselkedik, mint az acél héjszerkezet. Ennek feltehetően az a magyarázata, hogy a levegővel telt üreges testek az idomtest belsejében „puffer’ -ként viselkednek és az eltérő hőtágulási együtthatók révén keletkező belső feszültséget kikompenzálják. Emiatt tapasztalható az a meglepő tény, hogy a nagyságrenddel nagy hőtágulási együtthatójú polimerbeton az acélszerkezettel széles hőmérsékleti intervallumban együtt dolgozik. A találmány szerint előállított anyagkombináció ezáltal alkalmas pl. nagy bonyolultsági fokú öntött és hegesztett gépszerkezeti elemek kiváltására. A fentiek alapján a találmány eljárás polimerbetonnal erősített acélszerkezetek előállítására főként statikus és dinamikus igénybevételű gépszerkezeti elemekhez. A találmány értelmében úgy járunk el, hogy az erősítő anyagként használt acélból oldható és/vagy oldhatatlan kötésekkel kialakítjuk a szerkezeti elemnek megfelelő héjszerkezetet, amelybe beerősítjük az üreges testeket, a szerkezetet polimerbetonnal kitöltjük, és a polimerbetont megkeményedni hagyjuk. A polimerbeton kötőanyagként epoxi-, poliuretán-, poliészter-, furán-, fenol-formaldehid gyantát vagy ezek kombinációját, töltőanyagként pedig különböző ásványi eredetű anyagokat, zúzalékokat, őrleményeket stb. alkalmazunk. A találmány szerinti eljárással a legkülönbözőbb gépszerkezeti elemek — amelyek eddig öntéssel, hegesztéssel készültek - egyszerű módon előállíthatok, így gépek vázszerkezete, asztala, hidraulikus nyomógépek nyomófeje, gépágyazatok stb. A találmány szerinti eljárással készített próbatestek mind a statikus, mind a dinamikus igénybevételt jól elviselik. Eljárásunkra tehát az a jellemző, hogy a zárt acélprofilt — amelyben zártszelvényű üreges testeket rögzítettünk — polimerbetonnal kitöltünk és azt kikeményedni hagyjuk. A találmány szerinti eljárás legfőbb előnyei a következők: — A találmány szerint előállított anyagkombináció alkalmazásával új szerkezeti kialakításokra, kisebb anyag-, energia- és élőmunkaigényű szerkezetek előállítására, új méretezési módszerek kidolgozására nyílik lehetőség. — A találmány szerinti eljárást alkalmazva a szerkezeti igénybevételeknek kitett szerkezetekbe nem szükséges többletanyagot beépíteni, és a lokális, kritikus terhelési szempont miatt túlméretezni. — Az új anyagkombináció alkalmazásához háttéripari fejlesztés nem szükséges, öntödei öntési- és formakészítési kapacitásra nincs igény és az erősítőként alkalmazott acél héjszerkezet előállításának élőmunka-, anyag- és energiaigénye is alacsony. A találmány szerinti eljárást az alábbi kiviteli példákkal mutatjuk be. A szerkezeti kialakítást pedig az I. ábra ismerteti, ahol az 1 fémprofilt, a 2 polimerbetont és a 3 zártszelvényű üreges testet jelöltük meg. 1. példa Nagy asztalfelületű, mechanikus- és hidraulikus erőátvitelű cipőipari kivágógép állvány-asztalát és kivágóhídját állítjuk elő az 1. ábra szerint kialakítva. Az acél héjszerkezetet és cellarendszert hegesztett kivitelben gyártjuk le. A héjszerkezetet poliészterbetonnal 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
