182854. lajstromszámú szabadalom • Eljárás nagykötőképességű hidraulikus kötőanyagok előállítására üveges vulkáni kőzetekből
2 182 854 A találmány tárgya eljárás nagy kötőképességű hidraulikus kötőanyagok előállítására üveges vulkáni kőzetekből. Hidraulikus kötőanyagokat ismert módon úgy állítanak elő, hogy agyagot és meszet magas, 1300 CC 5 feletti hőmérsékleten égetnek és őrölnek (cementek), illetve puccolánokat mészhidráttal vagy égetett mésszel együtt őrölnek. (Talabér: Cementipari Kézikönyv, Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1966.) Az üveges vulkáni kőzetek hidraulikus kötőanya- 10 gok előállítására való felhasználását eddig az a körülmény korlátozta, hogy azok kötőképessége igen csekély. így például abban az esetben, ha az üveges vulkáni kőzetetcementfinomságúra, azazmintegy 3000cm2/g 15 (Blaine értékű) fajlagos felület eléréséig őrlik és mészszel összekeverik, az így kapott kötőanyag szilárdsága még a puccolánokból hasonló módon előállított mészpuccolánok szilárdságát sem éri el. Még kevésbé közelíti meg az ilyen kötőanyagok szilárdsága a mész- 20 puccolánok szilárdságánál jóval nagyobb cementszilárdságot. A mészpuccolánok felhasználásának áltaiánoskérdéseitakövetkezőszakirodalmihelyeken tárgyalják: Palotás L., Építőanyagok, Akadémiai Kiadó, Budapest (1959) és Palotás L., Mészpuccolán, 25 Mérnöki Kézikönyv (1956). Afentiekmiattazüvegesvulkánikőzetet,ígypéldául a pumicitot földtani készletükhöz képest alárendelt mennyiségben használják csiszolóhomokként vagy vakolóhomokként természetes szemcseeloszlású for- 30 mában. Mivel a szokásos cementfinomságú őrlemény formájában sem mészhidráttal, sem portlandcementtel nem képez nagyobb kötőerejű anyagot, ezért ilyen irányú felhasználása eddig szóba sem került. Meglepő módon azt találtuk, hogy üveges vulkáni 35 kőzetekből a szokásos hőkezelési eljárások nélkül a cementhez hasonló kötőképességgel rendelkező hidraulikus kötőanyagokat állíthatunk elő, ha a vulkáni üveget mechanikai úton aktiváljuk, és a kapott terméket mésszel és/vagy cementtel keverjük össze. 40 A találmány szerinti eljárásban nyersanyagként használható üveges vulkáni kőzetek (továbbiakban : vulkáni üvegek) közül megemlíthetjük a pumicitot, a riolit üvegfutát, a perlitet és a meddőperlitet, továbbá a horzsakövet és a horzsahomokot. A találmány szem- 45 pontjából előnyös, ha a vulkáni üveg minél több szerkezetben kötött vizet tartalmaz. 1 %-nál több szerkezetben kötött vizet tartalmazó vulkáni üveg már felhasználható az eljárásban, előnyös azonban, ha a nyersanyag ennél jóval több szerkezetben kötött vizet 50 tartalmaz. A találmány szerint oly módon járunk el, hogy (a) 1 %-nál nagyobb kötött víztartalmú, adott esetben alkálitartalmú mésszel — égetett mésszel, mészhidráttal vagy mészpéppel—és/vagy cementtel össze- 55 kevert vulkáni üveg üveges szilikát szerkezetét mechanokémiai aktiválás útján szétroncsoljuk, amorf oxidos szerkezetté alakítjuk át, vagy (b) 1 %-nál nagyobb kötött víztartalmú, adott esetben alkálitaríalmú vulkáni üveg üveges-sziiikát szer- 60 kezeiét mechanokémiai aktiválás útján szétroncsoljuk, amorf oxidos szerkezetté alakítjuk át, majd a kapott aktivált terméket mésszel — égetett mésszel, mészhidráttal vagy mészpéppel — és/vagy cementtel keverjük össze, 65 továbbá kívánt esetben az aktiválás előtt vagy az után a vulkáni üveghez színezőanyagokat, valamint a hidraulikus kötőanyagok készítésében szokásos adalékanyagokat, előnyösen kötésmódosító anyagokat és/vagy plaszticitást módosító anyagokat adunk. A találmány szerinti eljárás legfontosabb művelete a mechanikai aktiválás. Mechanikai aktiváláson olyan műveletet értünk, amelynek során a szilárd anyagok szemcsefelületi, illetve belső üveges-sziiikát szerkezete mechanikai energia elnyelése következtében megsérül, oxidos szerkezetté alakul, a diszlokációsűrűség megnövekszik, és az anyag a művelet előtti állapotához képest kémiai szempontból sokkal reakcióképesebb lesz. A mechanikai aktiválás koncentrált energiaközlésre alkalmas malmokkal való őrléssel hajtható végre, az aktiválás mértéke azonban nem csupán az anyag szemcseméretének, illetve fajlagos felületének változásával jellemezhető, hanem azzal is, hogy az aktiválás során az anyag reakcióképessége jelentősen megnövekszik. E változásokat az infravörös abszorpciós spektrum, a dielektromos állandó változása (általában növekedése) és a termikus analitikai görbék is jelzik. A szerkezetváltozás lényegében az összefüggő üveges szerkezet amorf oxidokra (ezek bensőséges keverékére) való szétesését jelenti. Ezt az átalakulást mutatja sematikusan az 1. ábra. A 2. ábrán feltüntetett diagrammról a pumicit néhány kémiai tulajdonságának az aktiválás során bekövetkező változása olvasható le. így például a lúgban való oldhatóság (1) az aktiválási idővel megnövekszik. Ugyancsak megváltozik a nátriumhidroxidban való oldás során az oldható részben mutatkozó Si/Al arány. A 2. ábrán feltüntetjük azt is, hogy az agglomeráció következtében egy kritikus őrlési (tA) eltelte után az őrléssel megnövelt felület (Sglaine) ismét csökken. A kémiai reakcióképesség változását tükrözi a 3. ábra is. Ezen annak az anyagnak az összetételét tüntetik fel az egyes pontok, amely a különböző menynyiségű mészhidrát hozzákeverése után sósavval oldható ki a megszilárdult kötőanyagból. A szilárdulást biztosító gélben a SÍO2, AI2O3, CaO megoszlása a hozzáadott Ca(OH)2 mennyiségtől és a pumicit előzetes aktiválási fokától függően változik. Az aktiváiatlan pumicit (P) kötőképessége ( o ) bármilyen mészhidrátmennyiségnél igen kicsi, az aktiválté (Pa) viszont magas. Optimálismészhidrát(kb.30 %)esetébenahidratált gél összetétele a SÍO2, AI2O3, CaO rendszerben a kohóalakok mezőjébe esik és ilyenkor legnagyobb a szilárdság is. Nagyobb Ca(OH)2 esetében a gélösszetétel megváltozik és a megszilárdult pép szilárdsága is kisebb. A mechanikai aktiválással előállított szerkezetben levő amorf oxidokból a kötőanyag szilárdságát biztosító gélszerkezettel jöhet létre. A szilárdságnak a2 aktiválási idő függvényében való változásáról a 4. ábra ad tájékoztatást. A vizsgált próbatestek összetétele: 30 % kötőanyag (70 % pumicit + 30 % mészhidrát) és 70 % normál homok. A találmány szerinti eljárás végrehajtása előtt célszerű meggyőződni a felhasználandó nyersanyag aktiválhatóságáról. Ezt egy rezgőmalomban végzett vizsgálattal végezhetjük el, és a találmány szerinti eljárás szempontjából azt a nyersanyagot tekintjük aktiválhatónak, amely 8 órás laboratóriumi rezgőmalmos 2
