199758. lajstromszámú szabadalom • Eljárás szálerősítésű utószilárduló anyag előállítására
1 HU 199758 B 2 A találmány szálerősítésű utószilárduló anyag előállítására szolgáló eljárásra vonatkozik. Az építőiparban teherhordó szerkezetekként széles körben alkalmaznak szálerősítéses cementkötésű beton-, vasbeton és feszítettbeton-szerkezeteket. Ismeretesek polimerbeton, illetve polimerhabarcsszerkezetek is (például epoxigyanta-beton). Más megoldásoknál hidraulikus kötőanyag - alapvetően cement - mellett adnak műanyagot a keverékhez (például polivinilacetátos cementhabarcs). Az építőipari gyakorlatban maximálisan 50-60 MPa nyomószilárdságú és max. 4 MPa hajlító-szilárdságú betonszerkezeteket építenek, vagyis a húzószilárdság a nyomószilárdságnak mintegy tizenkettede. (Ezeket az értékeket laboratóriumokban természetesen túlhaladták.) A szakemberek világszerte a tartószerkezetek súlyának a csökkentésére törekszenek, amihez azonban a magas nyomószilárdság mellett magas hajlító-húzószilárdságra is szükség van. A hajlító- húzószilárdság növelésének az egyik lehetséges eszköze a szálerősítésű betonok fejlesztése, a másik terület pedig az ún. nagyszilárdságú, a 60-200 MPa nyomószilárdsági tartományba eső betonok alkalmazása. A 0 122 995. számú EPA szabadalmi leírás szerint valamely utószilárduló mátrix erősítésére olyan sík elemeket használnak, amelyek felülete viszonylag kicsi a mátrix felületéhez képest, és a mátrixba merevítő háló is be van ágyazva, amelynek több nyílása, szilárdan kötő csomópont-rendszere, nagy rugalmas visszaálló képessége, és a síkjában nagy méretstabilitása van. A szerkezetet elsősorban útpályák létesítésére alkalmazzák. A 3 913 295. számú USA szabadalmi leírásból is cement-kötőanyagú mátrix erősítésére szolgáló megoldás ismerhető meg. Eszerint előreformált vázszerű térbeli testecskéket intenzíven és hézagképző módon kevernek a képlékeny anyagba. A testecskék véletlenszerűen egymásba kapcsolódnak, és a betonanyaggal kitöltve megnövelhetik a beton húzószilárdságát. A 0 106 986. számú EPA szabadalmi leírás homlokzati habarcshéjalás erősítésére irányuló eljárásra vonatkozik. A szemcsés adalékanyagú utószilárduló vakolat-anyagba szappanosodást gátló nagyszemű szövedéket, vagy kötött hálót ágyaznak. A fent ismertetett megoldások közös jellemzője, hogy csak a szálak mennyiségét, minőségét, szerkezetét és alakját veszik figyelembe az anyag erősítésére irányuló törekvésekben, de a beton összetételével, a betontechnológiával kapcsolatban érdemi instrukciókat nem tartalmaznak. így legfeljebb egy-egy részterületen hozhatnak némi eredményt, komplex megoldásoknak azonban nem tekinthetők. Ismeretes, hogy a beton-, vasbeton- és feszítettbeton szerkezetek geometriájának, vasalásának, valamint a beton és betonacél minőségének megadása a tervezők feladata, ugyanakkor az építési szerkezet viselkedésére nagymértékben kiható „betontenjpzés” a gyártóra (kivitelezőre) tartozik. A „betontervezés” a betonnak a tervező által közölt fő jellemzői alapján történik idealizált alapanyag-paraméterekkel, ezekből létrehozott nomogramok, táblázatok vagy képletek alapján. Mindezek az ismeretek azonban csak a hagyományos szilárdsági tartományokra érvényesek, ezekből magas nyomó- és hajlító- húzószilárdságú betonok nem állíthatók elő. Ugyanakkor az is nyilvánvaló, hogy egy-egy betonszilárdsági értéket akár többezer- az anyagok származási helyét is figyelembe vevő- betonösszetétellel ki lehet elégíteni a hagyományos szilárdság- tartományában. A magas nyomó- és hajlító-húzószilárdságú betonok sávjában erősen szűkűl az alkalmazható betonösszetételek száma. Az is ismeretes, hogy a betonkészítés vonatkozásában rendkívül sok a változó: például a cement-paraméterek, adalék-paraméterek, segédanyagok minősége és mennyisége, víz-cement tényező, az adagolt szálak geometriai és mechanikai paraméterei stb. A találmány feladata, hogy olyan eljárást szolgáltasson szálerősítésű cementkötésű utószilárduló keverék - elsősorban betonok és habarcsok - előállítására, amely keverékekből készült szerkezetek, építőelemek egyidejűleg rendelkeznek magas nyomó- és húzó-hajlító szilárdsággal, nevezetesen nyomószilárdságuk a 60-200 MPa, hajlító-húzószilárdságuk pedig az 5—40 MPa tartományba esik, miáltal biztosítható, hogy a jelenleginél kedvezőbb szerkezeti teljesítmények kisebb önsúllyal, valamint - adott esetben - kevesebb, de magas folyáshatárú acéllal legyenek biztosíthatók. A találmány azon a felismerésen alapszik, hogy magas nyomó- és húzó-hajlítószilárdságot egyidejűleg biztosító utószilárduló anyagkeverék előállításának az az előfeltétele, hogy mind a makro-, mind a mikrostruktúrában biztosítva legyen az alkotók harmonikus aránya és térbeli rendezettsége. Felismertük továbbá, hogy a szálerősítésű keverékek jelenleg általánosan alkalmazott készítési módszere, miszerint hagyományos habarcshoz vagy betonhoz egyszerűen szálakat adagolnak, nem eredményezheti önmagában egyidejűleg a nyomó- és a hajlító-húzószilárdság jelentős növekedését, mivel az elemi szálak bevonásának többlet- kötőanyag igénye van, amit a betontervezésnél nem vesznek figyelembe, másrészt nincsenek tekintettel a szálak helyigényére sem, és a szálak egyenletes eloszlatását a mátrixban nem tudják biztosítani. Ennek alapján az alábbi következtetésekre jutottunk:- az elemi szálak egyenletes eloszlatása a mátrixban, vagyis a beton-, illetve habarcs-struktúrában azzal érhető el, ha a távtartásukat biztosítjuk, a szálak rendezése és a szükséges távtartás pedig a normál keverési művelet hatására mintegy automatikusan bekövetkezik a szálanyag mennyiségével harmonizáló mennyiségű szilárd adalékszemcse-komponens megfelelő megválasztásával, nevezetesen egyszemcsés frakció alkalmazásával;- az elemi szálak kötőanyag-péppel való maradéktalan bevonása csakis a tervezett szilárdsághoz szükségest meghaladó többletcement felhasználásával történhet, ami a száladagolás volumenének a függvénye;- az egyébként hajlékony szálak mellett is szükség van a szálak elrendeződéséhez többlet-hézagtérfogatra az egyszemcsés adalék- komponensen belül, és ezt a hézagot cementpéppel, vagy finomhomok-tartalmú cementpéppel kell kitölteni (a finomhomok szemnagysága célszerűen 1,0 mm alatti). A fenti felismerések alapján a kitűzött feladatot a találmány értelmében olyan eljárás segítségével 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
