Opis Technologii A.D. 2013

Transkrypt

1 Opis Technologii A.D. 2013

2 Opis technologii SiNaN. Współczesne betony wykazują wraz z upływem czasu coraz szybsze oznaki korozji i erozji. Jednak nie zawsze tak było. Znamy z historii wiele przykładów architektury, które pomimo upływu setek lat (a niekiedy nawet i tysięcy) nadal trwają w całości. Dziś, już po kilku latach, niektóre nowe budowle wymagają remontu co najmniej zewnętrznej warstwy. To właśnie spowodowało zainteresowanie się autorów technologii SiNaN dawnymi technologiami wytwarzania i obróbki betonów i zapraw, jak również ich napraw. Po przeanalizowaniu skutków stosowania poszczególnych rozwiązań, najbardziej trafne okazało się stosowanie naturalnych środków mineralnych i organicznych. Dawniej stosowane rozwiązania były dla autorów technologii SiNaN inspiracją do dokładnego studium nad tym, jak stworzyć optymalne środowisko do powstania najlepszej dla danego przeznaczenia trwałej struktury. W zachodzących reakcjach chemicznych podczas wiązania betonu wykorzystywane są katalizatory organiczne umożliwiające powstanie specyficznej struktury. Czasami potrzebna jest struktura hydrofobowa, a innym razem struktura o dużej wytrzymałości mechanicznej, a jeszcze innym razem potrzebna jest struktura dająca dobre parametry termoizolacyjne, bywa, że wymagane jest łącznie różnych parametrów. Nie ma jednej uniwersalnej struktury pozwalającej spełniać wszelkie oczekiwania. Dlatego twórcy SiNaN przygotowali cała gamę produktów i nie jest ona w pełni wyczerpana. W przypadku napotkania problemu wcześniej nieuwzględnianego w tworzonych produktach technologii SiNaN twórcy są gotowi podjąć się rozwiązania nowego jakościowo zadania. Jest to możliwe dzięki opanowaniu inżynierii materiałowej dotyczącej wiązań mineralnych pozwalających osiągać zadane właściwości i ich parametry. Stosując SiNaN osiągamy poprawę odporności chemicznej i mechanicznej betonów i zapraw. Uzyskujemy to głównie poprzez sterowanie procesami krystalizacji i rekrystalizacji niezwiązanych wcześniej wiązań, jak i przepływów energii pomiędzy poszczególnymi komponentami struktur betonów i zapraw. Dzięki zaprogramowaniu na poziomie nano- i mikroskopowym procesów zachowań poszczególnych grup krystalitów i szybkością penetracji inhibitorów powstawania nowych wiązań z niezwiązanych komponentów wewnątrz struktur mineralnych w technologii SiNaN procesy wiązania wody są możliwe do sterowania. Są przewidywalne i ukierunkowane zgodnie z założeniami twórców. Dzięki temu możemy wykonywać struktury skutecznie odporne na wiele czynników takich jak mróz, sole, kwasy, zasady, oleje, które w normalnych betonach mają duży wpływ na ich przyspieszoną korozję i erozję. Technologia SiNaN pozwala na regulację obiegu i dostępności wody podczas tworzenia się wiązań, jak i po ich powstawaniu (w przypadku napraw struktur powstałych bez użycia technologii SiNaN). Dzięki temu produkty SiNaN potrafią skutecznie łączyć ze sobą niezależne rodziny już związanych struktur betonów oraz zwiększać ich wytrzymałość (tzw spawanie betonów). Wiąże się to m.in. z tym, że podczas powstawania wiązań (krystalizacji) w klasycznym betonie powstaje wysoka temperatura, która znacznie utrudnia (a niekiedy nawet lokalnie uniemożliwia) dostępność wody w całej objętości. W wyniku tych trudności w klasycznych betonach po zakończeniu czasu wiązania powstaje od kilkunastu do kilkudziesięciu procent niezwiązanych wiązań krystalicznych, które wpływają na to, że w strukturze powstają mikro i makropory oraz mikrokapilary, którymi klasyczny beton może być penetrowany przez m.in. wodę. W przypadku technologii SiNaN woda będąc w stanie związanym w postaci żel/zolowej jest uwalniania stopniowo i w momencie, w

3 którym jest to wymagane przez powstające wiązania krystaliczne. Uwalnia się tam, gdzie jest potrzebna, ponieważ jest obecna w całej objętości (uzyskuje się to poprzez dobór wielkości parametrów fizykochemicznych, anizotropowych makroskopowo struktur o odpowiednich potencjałach chemicznych). Dzięki temu rozwiązaniu temperatura betonu z dodatkami SiNaN nie ulega wahaniom (poza krótkimi i niewielkimi odchyłami opis w dalszej części opracowania). Dodatkową cechą jest taka konfiguracja wiązań wody i pozostałych komponentów, że są one sitem molekularnym w całej objętości. Odpowiednia konfiguracja postaci żel/zolowej pozwala programować szybkość i jakość powstałych struktur molekularnych, co decyduje o końcowych parametrach fizykochemicznych i zachować względem środowiska naturalnego w sposób neutralny. To dlatego możemy uzyskiwać wodoszczelność, odporność na kwasy i zasady, oleje jak i zwiększać wytrzymałość struktur mineralnych (nawet tych już istniejących). Ponieważ woda jest w stanie związanym, to betony z dodatkami SiNaN można wiązać w temperaturze ujemnej (nawet do -25 C), bez jakiejkolwiek utraty parametrów, a w niektórych przypadkach (jak np. wytrzymałość końcowa) można zauważyć nawet ich polepszenie. Temperatura ujemna, ma jedynie wpływ na szybkość krystalizacji wiązań. Najnowsze opracowania SiNaN pozwalają cieszyć się również możliwością połączenia klasycznej technologii wiązań mineralnych jak i wiązań polimerowych. Pozwala to uzyskiwać jeszcze lepsze parametry zwłaszcza w dziedzinie inplantacji w strukturę dodatkowych składników. Dzięki elastycznej recepturze możemy doprowadzić do użycia klasycznych betonów (z dodatkami SiNaN) jako separatorów i/lub ochrony przed zagrożeniami, w tym przed skutkami promieniowania neutronowego. Klasyczne betony (w tym tzw. betony ciężkie np z dodatkiem barytu) nie wyczerpywały w pełni pokładanych w nich oczekiwań, zwłaszcza w dedykowanych zastosowaniach do pracy w ekstremalnie trudnych warunkach. Technologia SiNaN jako dedykowany produkt przewyższa dziś dostępne na rynku produkty. Zwiększona wytrzymałość betonów i struktur powstałych przy użyciu technologii SiNaN dotyczy zarówno wytrzymałości na ściskanie jak i na rozciąganie. Ma to ogromne znaczenie zwłaszcza w rejonach, w których często występują trzęsienia ziemi, bowiem w krótkim czasie rozciągania betonów podczas wstrząsów dochodzi do największych ich zniszczeń. Dzięki SiNaN konstrukcje będą bardziej odporne. Ostatnio przeprowadzone badania promieniotwórczości naturalnej wykazały, niższy od stosowanych w budownictwie poziom radiacji materiałów SiNaN. Badania przeprowadzono w NCBJ w Świerku (Narodowe Centrum Badań Jądrowych). Uzyskane wyniki f1 i f2 to f1 = 0,3 (norma do 1) oraz f2=40 Bq/kg (norma do 200). We wnioskach z tych badań umieszczono opis: Na podstawie badania próbki stwierdza się, że stosowanie dodatku do betonu nie spowoduje zwiększenia radioaktywności powstałej warstwy ochronnej. W przypadku utylizacji struktur ochronnych nie stanowią one odpadów radioaktywnych w świetle obowiązującego prawa. Na podstawie badania próbki stwierdza się, że zawartość naturalnych nuklidów w próbce leży poniżej średniej zawartości dla tego typu materiałów (kruszywa stosowane do produkcji betonów).

4 Inne przeprowadzone badania. Przeprowadzono wiele badań, zarówno pod względem parametrów fizycznych i chemicznych jak i pod względem przemian w samej strukturze betonu związanej ze znajdująca się tam wodą. Wybrane badania: Przeprowadzone w IPJ (Instytucie Energii Atomowej) obecnie od września 2011 roku NCBJ (Narodowe Centrum Badan Jądrowych) w Świerku. Badania miały na celu sprawdzenie, co się dzieje z wodą związaną w strukturze betonów z dodatkami SiNaN oraz jak przebiegają reakcje krystalizacji w ujęciu energetycznym (zmiana typu z egzotermiczności na endotermiczność). Poniżej znajdują się zdjęcia ukazujące stopień penetracji wody w strukturze. Zdjęcie 1a Zdjęcie 1b Zdjęcie 1 (a i b) przedstawia obraz uzyskany metodą neutronografii. W kolorze niebieskim (a) oznaczone są próbki przed wygrzewaniem 12h w temperaturze 200 C, a w kolorze czerwonym (b) po wygrzewaniu. Betony związane przez 4 tygodnie znajdowały się całkowicie pod wodą (były zanurzone na głębokości około 10cm pod powierzchnią wody). Pozwoliło to na uznanie ich za całkowicie nasączone wodą, co potwierdziło obrazowanie neutronowe. Próbki zawierały odpowiednio: - próbka 1 związaną strukturę betonu bez dodatków SiNaN (po czterech tygodniach od momentu nałożenia do rozpoczęcia wiązania) - próbka 2 niezwiązaną strukturę betonu bez dodatków SiNaN (bezpośrednio po wmieszaniu składników betonu) - próbka 3 związaną strukturę betonu z dodatkami SiNaN (po czterech tygodniach od rozpoczęcia wiązania) - próbka 4 niezwiązaną strukturę (bezpośrednio po wymieszaniu składników betonu + SiNaN)

5 Rozmycie na zdjęciu 1a próbki 2 i 4 wynika z faktu umieszczenia w badanej próbce niezwiązanej struktury przez co zawierały one dużo początkowo niezwiązanej wody. Na zdjęciu 1b widać wyraźnie, że próbki betonu (związanego i niezwiązanego podczas umieszczania w próbce (1 i 2)) bez dodatków SiNaN wyschły (woda odparowała). Oznacza, to że taki beton nie ma w sobie wolnej wody. Jednak taki stan wcale nie jest dobry, bowiem w miejsca po odparowanej wodzie w miarę dostępności wody w otoczeniu (po jej pojawieniu się) wniknie nowa woda z zewnątrz i doprowadzi do szybszego procesu erozji/korozji. W przypadku betonów z dodatkami SiNaN woda jest cały czas obecna w objętości betonu, ale w formie związanej i dzięki temu nie ma możliwości, aby woda z zewnątrz mogła spenetrować przestrzeń betonów z SiNaN. Ta związana woda jest skuteczną zaporą dla wody na zewnątrz i nie ulega mieszaniu się z nią. Rys. 2. Układ testowy przesiąkliwości. Aby sprawdzić, czy woda umieszczona w betonach z dodatkami SiNaN jest trwale związana przeprowadzono drugi test. Polegał on na umieszczeniu w wodzie wszystkich próbek. Próbki ustawiono tak, że wszystkie były zanurzone dokładnie 2 cm pod woda, a woda miał dostęp do całej podstawy próbki (bez możliwości nasiąkania bokami). Widok układu testowego przedstawia poniższa wizualizacja (z powodów tajemnicy autorów, pracujących nad ochroną produktów SiNaN oraz zwiększenia czytelności, na obecnym etapie prac rozwojowych to doświadczenie będzie przedstawione graficznie jedynie w postaci wizualizacji). Ponieważ betony z dodatkami SiNaN nie pozwalają na penetrację wody (bo stanowią dla niej blokadę), dlatego, aby doświadczenie było miarodajne usunięto pewną ilość betonów z dodatkami SiNaN (kolor niebieski), a powstałą w ten sposób przestrzeń wypełniono materiałami o bardzo dużej higroskopijności z włóknami ułożonymi w sposób pozwalający na wystąpienie zjawiska osmozy (kolor biały nad kolorami niebieskim i czerwonym). Dokładnie tak samo uczyniono z betonami bez dodatków SiNaN (kolor czerwony). Wysokość na jaką mogła dojść woda w sączkach jest wyznacznikiem jej dostępności na górnej powierzchni betonów w ilości możliwej do przesiąknięcia przez zadaną grubość betonów (testowano grubość 4 cm). Badania wykazały, że po niespełna 48 godzinach przez zwykły beton (bez dodatków SiNaN) o grubości około 4 cm przejdzie woda (pojawi się na powierzchni). Przez beton o grubości 4 cm powstały w wyniku wygrzewania w komorze termicznej z mokrej zaprawy betonowej, woda była wstanie spenetrować w czasie niecałych 5 godzin. Prawdopodobnie jest to spowodowane zbyt szybkim osuszaniem w komorze termicznej (wiązania w tak powstałym betonie są nieregularne i stanowią łatwy do pokonania opór).

6 Zdjęcie 2 Widać brak różnic w przenikaniu wody w betonie z dodatkami SiNaN po 28 dniach (1) i po kilku godzinach (2) od zmieszania składników. Poniżej znajdują się wykresy wykazujące zmiany charakteru powstawania wiązań egzotermiczności w endotermiczność (przed i po zadziałaniu SiNaN) i odwrotnie z upływem czasu z końcowym efektem w postaci typu reakcji endotermiczność (po zadziałaniu SiNaN) w przeciwieństwie do klasycznych betonów, których reakcje są egzotermiczne). Próby były przeprowadzone w temperaturach z zakresu od -30 C do +50 C. Poniżej przedstawiamy otrzymane wyniki dla temperatur 30 C, 40 C i 50 C. Wykresy zmiany temperatury w próbkach betonów z dodatkiem SiNaN podczas wiązania w trakcie procesu namakania prowadzonego przy temperaturze otoczenia wynoszącej 30 ºC (a), 40 ºC (b) i 50 ºC (c). Punkty pomiaru temperatury G. H, I, J znajdowały się odpowiednio 21, 31, 41 i 100 mm od dolnego (zanurzonego w wodzie) końca próbki.

7 Dwa powyższe badania wykazały, że zmieniają się parametry betonu już na etapie krystalizacji struktur (ich powstawania). A zmiany te mają bardzo duże znaczenie dla końcowo uzyskiwanych parametrów struktur. Poprawiają ich wytrzymałość nawet o kilkadziesiąt procent względem identycznych składów betonów, ale bez dodatku SiNaN. Zmienia się cała struktura, zarówno wewnątrz jak i na zewnątrz. Zwiększanie hydrofobowości powierzchni narażonych na kontakt z wodą i cieczami agresywnymi. Może to mieć zastosowanie w korytach prowadzących ciecze agresywne lub o znacznym stopniu toksyczności. Przy zastosowaniu SiNaN znacznie zmniejszamy porowatość struktury. Nawet bez warstwy wygładzającej osiągamy bardzo dużą gładkość. Poniższe zdjęcia przedstawiają powierzchnię betonu z dodatkiem SiNaN powstałą samoistnie (bez wygładzania) w normalnych warunkach środowiskowych. a) b) Zdjęcie 3. Widok powierzchni betonu z dodatkami SiNaN powiększony mikroskopem optycznym a) 100 razy, b) 200 razy Aby naprawić strukturę betonowych rur lub rynien należy użyć betonu z dodatkami SiNaN. Jeśli wcześniej nie użyto SiNaN jako dodatku do betonu z którego rury lub rynny zostały zbudowane (zdjęcie 4a) należy nanieść warstwę naprawczą SiNaN (zdjęcie 4b). Po upływie zadanego czasu cały beton ulegnie naprawie (zdjęcie 4c) w całej swojej objętości. a) b) c) Zdjęcie 4. Naprawa rur i rynien betonowych bez dodatku SiNaN.

8 Do szczególnie agresywnych lub niebezpiecznych (np. radioaktywnych) cieczy zaleca się zastosowanie specjalnego hydrofobizatora powierzchni również z rodziny SiNaN. W takim wypadku prowadnice i koryta prowadzące powinny zostać wykonane z betonu z dodatkami SiNaN a dodatkowo na tą strukturę należy nanieść specjalny dodatek SiNaN hydro-stop dodatkowo zwiększający zarówno gładkość (zdjęcie 5), jak i hydrofobowość powierzchni. Dzięki temu rozwiązaniu zyskamy optymalną wytrzymałość zarówno mechaniczną jak i chemiczną. a) b) Zdjęcie 5. Naprawa i/lub budowa rur i rynien Betonowych z przeznaczeniem do szczególnie agresywnych cieczy. Jeśli musimy naprawić popękaną strukturę mineralną (tzw. spawanie betonów) to najpierw należy uzupełnić szczeliny betonem z dodatkami SiNaN, a następnie nanieść warstwę hydrofobizującą SiNaN (podobnie jak na zdjęciu 5 najpierw (a) a potem (b)). Wówczas uzyskamy zarówno wzmocnioną ochronę powierzchni, jak i penetrację wewnątrz. Powstanie lita struktura o dużej wytrzymałości. Zespół naukowy SiNaN w przypadkach, w których pojawi się potrzeba dostosowania tej technologii do indywidualnych potrzeb dokona niezbędnych prac optymalizacyjnych. Doświadczenie naszego zespołu pozwala w dużym stopniu skalować technologię dostosowując ją do indywidualnych potrzeb. Jeżeli mają Państwo pytania, wątpliwości, lub konkretny problem do rozwiązania zapraszamy do kontaktowania się Telefon: Zapraszamy do współpracy sinan@sinan.pl