200511. lajstromszámú szabadalom • Cementklinker alapú, gipszkőmentes, stabilizált sajátosságú kötőanyagkészítmény
1 HU 200511 B 2 A találmány tárgya szilikátalapú, különösen cementklinker-alapú, hatóanyagként szilícium-dioxidot (Si02-t) tartalmazó, gipszkőmentes kötőanyagkészítmény. A gipszkőmentes cementek új típusú szervetlen kötőanyagok, amelyek egy szervetlen elektrolit (különösen alkáli-karbonát, alkáli-hidrogén-karbonát vagy alkáli-hidroxid) és egy anionaktív lágyítószer (például lignoszulfonán, szulfonált lignin vagy szulfonált polifenolát) keverékének szinergetikus hatásán alapulnak. Ezeknek a cementeknek a sajátságait ismertetik például P. Skvára és M. Rybinová: The Gypsum-free Portland Cement; Cement and Concrete Research 1985, 6. szám; lásd továbbá a 198 053, 203 212 és 225 066 számú CS szerzői tanúsítványokat. Ezeknek a cementeknek egyik jellemző sajátsága, hogy alacsony víz-cement-tényező esetében is kedvező Teológiai sajátságaik megtartásával megmunkálhatók. A szilárd cement csekély pórusüregessége következtében a gipszkőmentes cementek nem csupán a rövid és hosszú időtartamú szilárdságukkal, hanem nagy korrózió-állóképességükkel, keményedési képességükkel (alacsony és negatív hőmérsékleten is), valamint magasabb hőmérsékleten mutatott nagy hőálló képességükkel tűnnek ki (lásd: F. Skvára és munkatársai: The Gypsum-free Portland Cement Hydration and its Thermal Properties; Proceedings of the 8. Intem. Conf. Thermal Analysis 1985, 566-570. oldal, Bratislava). Gipszkőmentes cementek esetében rövid időn belüli nagyfokú szilárdulást (1-24 órán belül) csak olyan cementekkel tudtak elérni, amelyek fajlagos felülete 500 m2/kg-nál nagyobb. Gipszkőmentes, ennél kisebb fajlagos felületű cementekkel a jelenlegi portlandcementnél nagyobb szilárdulást csak 3-7 napos hidratációval értek el. A gipszkőmentes, 500 m2/kg fajlagos felületűnél finomabbra őrölt cementek egyik hátránya, hogy technológiailag viszonylag nagyon nehezen valósíthatók meg: előállításuk céljából különleges, meglehetősen nagy energiaigényű, osztályozó berendezéssel ellátott örlőberendezéseket kell létesíteni (lásd a 194 892 számú CS szerzői tanúsítványt). A 450-500 m2/kg-nál kisebb fajlagos felületű, gipszkőmentes cementek vizsgálata során megállapították, hogy minőségük gyakorlatilag ugyanúgy függ a fajlagos felülettől, mint nagyobb fajlagos felületű, gipszkőmentes cementek esetében. A 450-500 m2/kgnál kisebb fajlagos felületű gipszkőmentes cementek esetében azonban a cementek reaktivitásának periódikus ingadozását figyelték meg. Ezek a periodikus változások mindenekelőtt abban mutatkoztak meg, hogy a kötésidő a tárolás idejétől függően periódikusan (az időtől függően) jelentősen ingadozott; és ennek során az ingadozást nem a tárolási körülmények (például a cement nedvesedése) idézték elő. Ez a jelenség az ilyen típusú, gipszkőmentes cementek vizsgálata során nehézségeket okozott, mivel ezeknek a gipszkőmentes cementeknek a keverékei a tárolás idejétől függően változtatták a megmunkálási időt. Ennek következtében beható kutatásokat végeztek a gipszkőmentes cementek területén a fenti, nemkívánt jelenség kiküszöbölésére. A találmány alapja az a felismerés, hogy ha 0,05-20 tömeg % igen finom, amorf, 5000-200000 m2/kg fajlagos felületű szilícium-dioxidot adunk gipszkőmentes cementekhez, akkor azok hasznos sajátságai javulnak, és e sajátságaik - különösen a kötésidő kezdetén - stabilizálódnak. Az igen finom, amorf szilícium-dioxid hozzáadása következtében továbbá nagymértékben javul a keveréssel végzett megmunkálhatóság (például csőkké^ a pép viszkozitása), a gép szilárdsága, különösen a rövid időtartamon belül bekövetkező szilárdulása növekszik. Igen finom, amorf szilícium-dioxidot portlandcementekben vagy betonban történő alkalmazását számos szabadalmi leírásban és közleményben ismertették. Ennek az igen finom, amorf szilícium-dioxidnak forrásaként szolgál a fémkohászati eljárások - például az Si, FeSi, FeCrSi vagy SiMn ötvözetek előállítása - során keletkező szállóhamu (pernye), amidőn a magas hőmérsékleten végbemenő folyamatokban SiO képződik, amely Si02-vé oxidálódik. Az ilyen nagyon finom, és túlnyomórészt amorf szilícium-dioxid fajlagos felülete 5000-30000 m2/kg, vagy ennél is több [lásd P. Aitcin és munkatársai: Physical and Chemical Characterization of Condensed Silica Fumes; Am. Ceram. Bull. 63, 1487-1491 (1985)]. A szilicium-dioxidot ezeknek az eljárásoknak a során mint a szállóhamut - amely régebben a kohászati művek környezetét igen erősen szennyezte - kötik meg. A szilícium-dioxid szállóhamu az amorf szilícium-dioxid megfelelő forrása; hasonlóképpen az úgynevezett pirogén szilícium-dioxid is, amely például szilíciumtetraklorid oxidációja során képződik. A pirogén szilícium-dioxid fajlagos felülete csaknem 200000 m2/kg, tehát még a szállóhamuban lévő szilícium-dioxid fajlagos felületénél is nagyobb. A szállóhamuban lévő szilícium-dioxid részecskék mérete mintegy százszor kisebb a szokásos cement részecskeméreténél. Tekintettel a részecskeméretre és a fizikai állapotra (amorf alak), a szállóhamu szilícium-dioxid igen reakcióképes, és a cementben vagy betonban nagy hatású adalékként szolgál. A képzőanyaggal kalcium-hidroxid jelenlétében vagy a kalcium-hidroxiddal hidra- szilikátok képződése közben reagál, és aktívan részt vesz a hidratációs folyamatban. Reakcióképessége következtében a szilícium-dioxidos szállóhamut gyakran tekintik a legreakcióképesebb „Puzzolan”-adaléknak. J. Jahren szerint [Use of Silica Fume in Concrete; Am. Concr. Inst. Spec. Public. 79-32, 627-642 (1982)] a szilícium-dioxid adalék a betonban javítja annak megmunkálhatóságát, növeli szilárdságát, és lehetővé teszi a cementmennyiség csökkentését a betonban. A szilícium-dioxidos szállóhamu alkalmazását szabadalmi leírások ismertetik (lásd például az 574 880 számú CH és 312 490 AT szabadalmi leírást), ahol portlandcementből, homokból és kőkeverékből álló betonkeveréket írnak le, amelyek ezenkívül 20 tömeg % szilícium-dioxid szállóhamut és lágyítószer-adalékot tartalmaznak. A 79 104321.9, 81 103363.8 és 81 105310.7 alapszámú EP szabadalmi bejelentésekben közük fehér vagy portlandcement alkalmazását, amelynek részecskeméret-eloszlása állandó, részecskéinek mérete 0,5 mikrométerig terjed, és 5 nm-től 0,5 mikro-méterig terjedő részecskéit szilícium-dioxid szállóhamu alkotja. Ezt a cementet betonban lágyítószerek hozzáadásával alkalmazzák. Lágyítószerként például szulfonált melamin-formaldehid- gyantákat, kombinált ligninszármazékokat és szulfonált naftaünokat ismertetnek. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
