7. hét: Műanyagok. Jellemzői. Előállítása

Átírás

1 7. hét: Műanyagok. Jellemzői. Előállítása 7. MŰANYAGOK. JELLEMZŐI. ELŐÁLLÍTÁSA A műanyagok egyre inkább átszövik életünket. Már nem csak helyesítő anyagként használjuk, hanem közvetlen megoldásként is. Lehetséges műanyag tetőszerkezeteket mutat a 7.1. ábra. A műanyagok térhódítása a jövőben még jelentősebb lehet. Ma már ott tartunk, hogy az acélbetétek korróziója miatt fölmerült (egyes speciális alkalmazások esetén) nagy szilárdságú, polimer betétek alkalmazása a betonban. (Ezt részletesen az Új anyagok és technológiák című tárgyban mutatjuk be részletesen.) 7.1. ábra: Műanyagból készült tetők 7.1. MŰANYAGOK ÁLTALÁNOS JELLEMZŐI A műanyagok olyan szerves polimerek, amelyek kis móltömegű anyagokból, mesterséges úton készülnek. Az óriásmolekulákban elsősorban C, Si és S atomok vannak. Hővel szembeni viselkedésük szerint megkülönböztetünk: hőre lágyuló (termoplasztikus) műanyagokat, amelyeknél megerseztésés a lehűlés folyamata anélkül megy végbe, hogy az anyagtulajdonságok változnának (pl. PVC, PS, PE) hőre keményedő (duroplasztikus) műanyagok, amelyek térhálósodás után csak hidegen alakíthatóak, és tűzben elszenesednek (pl. bakelit, epoxigyanta, PEgyanta) 54

2 7. hét: Műanyagok. Jellemzői. Előállítása A műanyagok előnyei a műanyagok sűrűsége általában kicsi ( kg/m 3 ), ami önsúlycsökkenést jelenthet mechanikai tulajdonságaik tág határok között változnak - vannak kemény rideg műanyagok (pl kemény PVC) és - vannak nagy nyúlóképességűek (pl. lágy PVC) jó elektromos szigetelők: elektromos vezetékek szigetelésére használták vegyszerállóképségük jó szigetelőképességük szerint - zárt pórusú műanyagok jó hőszigetelők - nyílt pórusú műanyagok jó hőszigetelők színezhetőek könnyen megmunkálhatóak A műanyagok hátrányai tűzzel szemben viselkedésük kedvezőtlenebb a fáénál (a hőre lágyuló anyagok csepegése, füst és korom képződése nehezíti a tájékozódást) öregedésük viszonylag gyors (időjárásnak, UV sugárzásnak kitett helyen élettartamuk rövid) hajlító-merevségük kicsi ezért nagy alakváltozásokat elviselnek (szokványos műanyagok rugalmassági modulusa az acélbetéteknek kb. 70 %-a) nyomásérzékenyek (kis felületen való erőátadódást kerülni kell) környezetvédelmi szempontból hátrányos, hogy a műanyagok lassan bomlanak le Műanyagok általános tulajdonságai Lineáris fonalmolekulájúak megfelelő oldószerben oldhatóak nagy rugalmassági modulusuak nagy szakítószilárdságúak hőre lágyulók Elágazó fonalmolekulájúak jobban oldódnak oldószerben, mint a lineárisak kisebb a szakítószilárdságuk hőre lágyulók Térhálós szerkezűtek oldószerben nem oldhatók hőre keményedők kis alakváltozó képességűek (ridegek). 55

3 7. hét: Műanyagok. Jellemzői. Előállítása Polimerek előállítása A műanyagok szerkezetüktől függő tulajdonságait meghatározzák: - monomer nagysága, kémiai szerkezete és tulajdonságai - polimermolekula szerkezete - polimerizáció foka - relatív molekulatömeg-eloszlás. M onomerek legalább két reakcióképes csoportot tartalmazó (bifunkciós) szerves vegyületek, amelyeken keresztül a monomerek egymással (pl. C-C, C-N, C-O típusú) kémiai kötések formájában kapcsolódnak. A monomerek összekapcsolódása során oligomerek (bimer, dimer stb.), végül polimerek keletkeznek. Az óriásmolekulák létrehozásának folyamata szerint három féle előállítási módot különböztetünk meg: 1. polimerizáció 2. polikondenzáció 3. poliaddició Polimerizáció Polimerizáció során telítetlen monomerek (pl. etilén, propilén, sztirol, vinilklorid) a kettős kötés felhasadásával, melléktermék keletkezése nélkül kapcsolódnak makromolekulákká (pl.: PE, PP, PS, PVC): na (A)n Közben kémiai összetételük nem változik csak tulajdonságaik. Pl.: monomer VC polimer: PVC A láncreakcióhoz aktiválási energia szükséges, pl.: - hősugárzás (fizikai), - szerves és szervetlen iniciátorok, - ionképzők (kémiai). Bifunkciós monomerekből lineáris polimerek keletkeznek, melyek hőre lágyulók. A közel párhuzamos molekulákat hidrogénkötések alakítják térhálós szerkezetté. Ezek kis energiájú kötések, de a sok kötés kötőereje elérheti a C-C kötések energiatartamát.ha trifunkciós csoportból indulnak ki vagy utólag visznek be újabb bifunkciós monomert, akkor hőre keményedő polimerek keletkeznek pl.: bakelit, epokitt. Ipari polimerizációs folyamatok a következők: tömbpolimerizáció: a folyékony monomer zsaluzatban katalizátor hatására rel. molekulatömegű, szilárd polimerré alakul. oldószeres polimerizáció: a monomert oldószerrel hígítják. Kis molltömegű (10 3 ) termékek keletkeznek. Ragasztó, lakk, impregnálóanyag. emulziós polimerizáció: a monomert felületaktív emulgátorokkal vízben diszpergálják, majd vízben oldódó katalizátorokkal vízben melegítve polimerizálják. Rel. moltömeg Mülatexek. 56

4 7. hét: Műanyagok. Jellemzői. Előállítása Szuszpenziós polimerizáció: a monomert mechanikai módszerrel, nem ionos (védőklorid) jelenlétében vízben diszpergálják, majd monomerben oldódó katalizátor jelenlétében térhálósítják. A polimer vízben lebegő cseppek alakjában keletkezik Polikondenzáció A monomerekből (pl. etilén-glikol, adipinsav, ftálsav, karbamid, fenol, formaldehin) kis molekulájú vegyületek (főként víz belépése közben kovalens kötésű makromolekulák keletkeznek (poliészter, poliamidok, aminoplasztok, fenolplasztok): n(a-a)+n(b-b) (A-B) n +nab A polimer összetétele nem azonos a monomerével. A térhálósító sav, lúg katalizátor Poliaddició A monomerek (pl alkoholok, izocianátok) un. hidrogénvándorlás útján kapcsolódnak na+nb (AB)n Hasonlít a polimerizációhoz, mert nincs melléktermék. Hasonlít a polikondenzációhoz, mert az óriásmolekulák lépcsős mechanizmus szerint keletkeznek pl.: polieszterek (epoxigyanta), poliuretánok. kemény PVC hőre lágyuló amorf lágyított PVC amorf klórozott PVC amorf PS amorf PMMA amorf Szulfoklórozott amorf polimerizációs PE PP amorf PIB amorf PTTE-teflon amorf PK-heoprén amorf PVA amorf PU poliaddiciós térhálós amorf epoxigyanta térhálós amorf telítetlen PÉ polikondenzációs térhálós amorf Fenol- térhálós amorf formaldehid aminoplasztok térhálós amorf szilikonok térhálós, amorf láncmolekulás furángyanták térhálós amorf PA láncmolekulás láncmolekulás hajlítva kritikus nagy mólsúlyú nyújtható szálkristályos vulkanizálttérhálós szálkristályos 57

5 Műanyagok felhasználási területei: 7. hét: Műanyagok. Jellemzői. Előállítása padlóburkolat falburkolat homlokzat burkolat tetőszigetelés tetőfedés tető felülvilágító víz-lefolyó víz-nyomó gázvezeték elektromos vezeték ablak ajtó redőny tapéta saru hab PVC, ep, PE, PV, üvegszövetes PVC PVC, PVC PVC, PVC PVC, PIB, bitumenkaucsuk PVC keménylemez, PVC hullámlemez, ÜP PMMA, ÜP PVC PVC KPE PVC ütésálló PVC ütésálló PVC PVC idom papír, PVC neoprén Polisztirol, PV 7.2. A témakörhöz tartozó fő kifejezések angolul plastic, polymer PVC PE PS PÉ PIB műanyag polivinil klorid polietilén polistirol poliészter poliizo butilén 7.3. Felhasznált irodalom Balázs Gy.: Építőanyagok és kémia, Tankönyv, Műegyetemi Kiadó 1994, J94493, pp Gyakorlati segédlet 58

6 8. hét: Műanyagok tulajdonságai a hőmérséklet függvényében. Öregedés. Üvegszálerősítésű műanyagok 8. MŰANYAGOK TULAJDONSÁGAI A HŐ MÉRSÉKLET FÜGGVÉNYÉBEN. ÖREGEDÉS. ÜVEGSZÁLERŐSÍTÉSŰ MŰANYAGOK 8.1. MŰANYAGOK TULAJDONSÁGAI A HŐMÉRSÉKLET FÜGGVÉNYÉBEN A műanyagok húzószilárdsága, rugalmassági modulusa és szilárdsági tulajdonságai szemben a legtöbb építőanyaggal- már 100 C alatti hőmérséklet esetén is lényegesen függenek a hőmérséklettől (8.1 ábra) és a terhelés tartalmától (8.2. ábra) ábra: a) műanyagok húzószilárdsága, b) rugalmassági modulusa a hőmérséklet függvényében 59

7 8. hét: Műanyagok tulajdonságai a hőmérséklet függvényében. Öregedés. Üvegszálerősítésű műanyagok 8.2. ábra:a terhelés tartama és a hőmérséklet együttes hatása a PVC hajlítási rugalmassági modulusára 8.2. MŰANYAGOK ÉGHETŐSÉGE A műanyagok közös tulajdonsága, hogy óriásmolekulák alapja a szénlánc. A műanyagok közötti különbséget az adja meg, hogy a szénláncra, illetve a szénláncba milyen más atomok épülnek. Minden műanyag éghető. A szénláncra épülő egyéb elemek és elemcsoportok határozzák meg az éghetőség mértékét. A műanyagokat éghetőség szempontjából a következő három csoportba soroljuk: 1. éghető műanyag 2. önkioltó műanyagok (a hőforrást eltávolítva a láng kialszik) 3. nem éghető műanyagok. A műanyagok éghetőségét a laboratóriumi gyakorlaton bemutatjuk MŰANYAGOK ÖREGEDÉSE Öregedésnek azokat a változásokat nevezik, amelyek különböző, az anyagban adott idő alatt nem teher jellegű hatások eredményeként jönnek létre. Ide sorolják a hőmérséklet, a víz, a fény hatását, valamint a klimatikus hatásokat. 60

8 8. hét: Műanyagok tulajdonságai a hőmérséklet függvényében. Öregedés. Üvegszálerősítésű műanyagok A műanyagok öregedése során megindul a polimerek bomlása, megváltozik a polimerek kémiai szerkezete, megváltoznak tulajdonságai. A tönkremeneteli folyamat során végbemenő változások szerint megkülönböztetünk: depolimerizációt, amikor is a polimer monomerekre bomlik (PMMA, PS, PIB); degradálódást, amely során csökken a polimerizáció foka, de a polimer nem bomlik monomerekre (pl. hő hatására a PP és PE polimerláncában bárhol szakadás következhet be); eliminációs bomlást, amely során a polimerről kis móltömegű anyag hasad le (pl. PVAc bomlásakor víz, PVC bomlásakor HC1 hasad le). Hőöregedés során a műanyagok oxidatív lebomlása megy végbe. A hőöregedés leghamarabb az anyagok külső megjelenésén észlelhető. Egyes üvegszálerősítésű gyanták már 60 C hőmérsékleten sárgulnak. 150 C-on pedig már igen rövid idő alatt sárgulást, majd feketedést tapasztalunk. Ezzel egyidejűleg felületi repedések keletkeznek. Megállapítható, hogy az elszíneződések a szilárdságcsökkenést jóval megelőzik, így a termikus túligénybevételre figyelmeztetnek. A víz hatására kémiai folyamatok játszódnak le, a tönkremenetel mértéke a vízfelvétel függvénye. Az üvegszállal erősített műgyanták vízfelvétele az alábbi tényezőktől függ: a porozitás, víznyomás, a felület és térfogat aránya, a műgyanta teljes felülete ki van-e téve a víz hatásának, hőmérséklet, hatásidő, vízben található esetleges vegyszerek, valamint a gyanta fajtája. A vízfelvétel erőteljesen megváltoztatja az üvegszállal erősített műgyanták szilárdsági tulajdonságait. A mechanikai tulajdonságok és a vízfelvétel közvetlen összefüggését a kísérletek bizonyítják, ezért a vízfelvétel közvetlenül alkalma a lemezanyagok minősítésére is. Ha a víz a lemezeket csak egyoldalról éri, akkor a mérések szerint a szilárdság csökkenése azonos idő alatt jóval kisebb. A gyanták fény hatására fellépő öregedésének külső optikai jele a gyanta elszíneződése. Színtelen gyanták esetében sárgulás, színezett anyagok esetében kifakulás lép fel. Ezt a jelenséget nem teherviselő szerkezetek esetében minősítési jellemzőként szokták használni. Ezzel gyakorlatilag közvetlenül összefügg a fényáteresztés változása. A sárgulási hajlamot befolyásolja a gyanta felépítése, a térhálósítás módja és a polimerizációfok. A színváltozást elsősorban az UV sugárzás hozza létre. Ez esetben fotooxidációs folyamatokról van szó. A sárgulási folyamatokban az ultraibolya sugárzáson kívül a nedvességnek és hőhatásnak is fontos szerepe van. A sárgulást ultraibolya sugárzást elnyelő anyagok (0,l 0,25 m%) hozzáadásával csökkentik. Ezek az anyagok a károsító fotonokat felfogják. Előfeltétel, hogy a fénystabilizátorok színtelenek legyenek és gyantában jól oldódjanak. Az időjárásállóság összetett fogalom, amely magában foglalja az ultraibolya sugárzást, az infravörös sugárzást, a szél, az eső hatását, valamint ezek által közvetített mechanikai és kémiai hatásokat. Vannak felépítésüknél fogva időjárásálló műanyagok (p1. akril-gyanták). Többségük azonban nem időjárásálló. A polimerláncban bekövetkező szakadás ellen felhasznált anyagokat ultraibolyafény-elnyelőnek (p1. cink-oxid, színes pigmentek), az oxidálódást gátló elemeket antioxidánsoknak (p1. szerves nikkel- vegyületek) nevezik. Az öregedés elleni védelem fontos eszköze a felületek bevonása, p1. akrilgyantával. 61

9 8. hét: Műanyagok tulajdonságai a hőmérséklet függvényében. Öregedés. Üvegszálerősítésű műanyagok 8.4. ÜVEGSZÁLERŐSÍTÉSŰ MŰANYAGOK Az üvegszálerősítésű műanyag műgyantába ágyazott üvegszálakat jelent. A gyanta rugalmassági modulusa nagyon kicsi ( MPa), tartószerkezetnek ezért alig használha tó. Az üvegszál teherbírása, rugalmassági modulusa ( MPa) nagy, de az üveg hajlítva törékeny. A két anyagból előállított üvegszállal erősített műanyag minden eddigi építőanyagtól eltérő lehetőségeket biztosító formákat igénylő tartószerkezeti anyag. Műanyagok erősítésére csak vékony üvegszálakat szabad felhasználni. Az üvegszálak szakítószilárdsága- mint minden anyagé- döntően függ a szálátmérőjétől. Az összefüggést a 8.3. ábrán mutatjuk be, két határértéket adva meg. Az üvegszálak szokásos átmérője 13, 9, 7, 5 valamint kb. 3 µm. A műanyagok erősítésére 9 µm- nél vastagabb szál nem alkalmas. Az üvegszál termékeket a üveg fejezetben ismertetjük ábra: Az üvegszál A teljesen rugalmas üvegszál, mint alkotókomponens, elsősorban arra hivatott, hogy az üvegszállal erősített műanyag szilárdságát biztosítsa. Erre feljogosítják rendkívül kedvező szilárdsági tulajdonságai, valamint az előállítás gazdaságossága. Ezen kívül módosítja az üveg az erősítetlen gyantaanyag viselkedését a hőmérséklet hatására, hat a szilárdság-terhelés összefüggésre stb. Az üvegszál rugalmassági modulusát a szálátmérőtől függetlennek tekintik, a szakadó nyúlás csökken a szálátmérő növekedésével (8.3. ábra). Az üvegszálakat körülvevő műgyantának több szerepe van: a szálak védelme vegyi anyagokkal szemben és teherhordó szerep a szálak között. Üvegszálakkal kombinálva a következő műgyanták használhatók: epoxi gyanta, telítetlen poliészter gyanta, fenolgyanta, furángyanta, melamingyanta, szilikongyanta. 62

10 8. hét: Műanyagok tulajdonságai a hőmérséklet függvényében. Öregedés. Üvegszálerősítésű műanyagok A tapasztalat azt mutatja, hogy az ágyazóanyag szerepét betöltő gyanta nem tud kellő védelmet biztoítani a beton alkalikus hatásával szemben. A szokásos üvegszálak betonnal érintkezve részben vagy teljesen roncsolódhatnak és szilárdságuk nullára csökken. Az üveggyártók ezért erőfeszítéseket tesznek alkáli álló üvegszálak kifejlesztésére. Az üvegszálerősítésű műanyag szilárdsági tulajdonságai az alkotók tulajdonságaitól az üveg tömegarányától, az erősítés módjától, valamint a szálátmérőtől függenek. Rovingerősítés esetén a σ-ε diagram a szakadásig lineáris és meredeksége nő az üvegtartalommal. Akkor választjuk meg helyesen az összetételt, ha a gyanta szakadó nyúlása egyenlő az üvegével vagy annál nagyobb. Tehát a 8.4. ábra szerinti esetekből a b) ábra a helyes megoldás. Az üvegszálerősítésű műanyag húzó- nyomó- (8.4. ábra) és hajlítóhúzószilárdsága, valamint rugalmassági modulusa 60 m% üvegszál tartalomig az üveg mennyiségével közel lineárisan nő ábra: Az üvegszál kihasználható szilárdsága az üvegszál-erősítésű poliészterben a) ε gy < ε ü esetén σ ü ; b) ε gy > ε ü esetén R t, ü 8.5. A témakörhöz tartozó fő kifejezések angolul 8.5. ábra: Üvegszövettel erősített PÉ és epoxigyanta nyomószilárdsága az üvegtartalom függvényében aging glass fibre glass fibre reinforced polimer öregedés üvegszál üvegszál erősítésű polimer 8.6. Felhasznált irodalom Balázs Gy.: Építőanyagok és kémia, Tankönyv, Műegyetemi Kiadó 1994, J94493, pp

11 9. hét: Üveg. Alkotóanyagai. Gyártása. Tulajdonságai 9. ÜVEG. ALKOTÓANYAGAI. GYÁRTÁSA. TULAJDONSÁGAI Ki ne ismerné a velencei üveg, pontosabban a muránói üveg fogalmát? Vagy ki ne gyönyörködött volna még templomok festett üvegablakaiban. Az üveg nagyon fontos térelhatároló funkciót töltött be az időjárás elleni védelem céljából, miközben fényáteresztő képességet és díszítést is biztosított. Az üveg közkedvelt homlokzati burkoló anyag. Függőleges alkalmazás esetén a teljes homlokzat burkolható üveggel. Ezzel egyszerű, de elegáns homlokzati megjelenést biztosíthatunk. A nagy üvegfelületeken esetenként visszatükröződnek a szomszédos épületek (9.1. ábra). Ma már ezen a felhasználáson túlléptünk és keressük az üveg tartószerkezeti alkalmazási lehetőségeit. Kitaláltunk már szépen kialakított lépcsőkorlátokat sétálhatunk üveg födémeken a múzeumokban, és láthatunk üvegszerkezetű gerendát is ábra: Magas ház üveg homlokzattal és a benne tükröződő szomszédos templom, Toronto, Kanada Az üveg alkalmazási köre tehát fokozatosan bővül. Mindezek mellett új és új speciális üvegtermékek jelentek meg (mint pl. tűzálló üveg). Jelen fejezet az üveggel kapcsolatos alapeseteket taglalja kitérve a lehetséges alkalmazásokra. 64

12 9. hét: Üveg. Alkotóanyagai. Gyártása. Tulajdonságai 9.1. AZ ÜVEG ALKOTÓANYAGAI ÉS GYÁRTÁSA Az üveg alapanyagait (oxidos alkotóit), azok szerepét és az üveg gyártása során felhasznált természetes anyagokat a 9. 1 táblázat mutatja táblázat: Az üveg alkotói és azok szerepe Az üveget üvegolvasztó kemencékben olvasztják, melyek működésüket tekintve lehetnek szakaszosak és folyamatosak. Az üvegolvasztó kemencék feladata, hogy a megfelelő minőségű keverékből hőkezeléssel formázásra alkalmas, képlékeny üvegolvadékot állítsanak elő. A nyersanyagkeverékből a feldolgozásra kész üvegolvadék kémiai és fizikai folyamatok eredményeként alakul ki. E folyamatok nem egyidejűleg mennek végbe és nem választhatók külön. Szilikát képződés a következő egyenletek szerint: Na CO + SiO Na SiO + CO CaO + SiO 2 CaSiO 3 2Na 2 SO 4 + C + 2SiO 2 2Na 2 SiO 3 + 2SO 2 + CO 2 65

13 9. hét: Üveg. Alkotóanyagai. Gyártása. Tulajdonságai A szilikátképződés hőmérséklettartománya kb C. Az üvegesedés folyamata C hőmérsékleten megy végbe, és akkor tekinthető befejezetnek, mikor az oldatban kvarcszemcse nincs. A tisztulási folyamat C-on megy végbe. Célja a légzárványok eltávolítása az üvegolvadékból. Homogenizálás az a folyamat, amely során a diffúziós és áramlási folyamatok eredményeként az üvegolvadék kémiailag egyneművé válik. Az utolsó folyamat a kidolgozási viszkozitás beállítása ábra: Fourcault-eljárás 1-samottcsónak, 2-húzóberenedzés és hűtőkamra Üveghúzás: Húzási eljárással készítik a síküveget, az üvegcsövet és az üvegszálat. Húzott síküveg előállításának legrégibb iparosított módszere a Fourcault-eljárás. A gyártási eljárás legfontosabb eleme az üveg felszínén nyugvó, hosszirányú nyílással ellátott samottcsónak (9.2. ábra), amit az egész húzási eljárás alatt a folyékony üvegbe benyomva tartanak. A nyíláson át az anyag hidrosztatikai nyomásnak megfelelően felfelé türemkedik. Ezután vasfésű segítségével a nyílás teljes hosszában elkezdik emelni az üveget, amelyben hűtőtáskák, valamint szélfogók segítségével megakadályozzák a felületi feszültség összehúzó hatását. Hengerléssel állítják elő a nyers hengerelt, a mintás és a huzalbetétes üvegeket. Az előállítás folyamán a folyékony üveg a hengerek közti préselés hatására veszi fel a síküveg alakot. Hátrány a húzott üveggel szemben, hogy nem átlátszó, mivel oldalapjai nem síkok. Sajtolás: a lapos üreges testeket sajtolással állítják elő. Lényegében az előállításra szolgáló berendezés minden estben formából vagy matricából és bélyegből áll. Az egymásra helyezett forma és bélyeg között üreget hagynak, amelyben a képlékeny üveg megdermed és megadja a gyártandó üveg alakját. A habüveget habosítási eljárással készítik. Ennek kétféle módja ismertes: 1. az üvegolvadékba levegőt vezetnek be és az buborék formájában megmarad. Az üveget irányított hűtéssel szilárdítják. 2. Az üveget porrá őrlik é gázfejlesztő anyaggal (szén, mészkő) keverik és úgy olvasztják. A gyakorlatban az utóbbi eljárás terjedt el EDZETT ÜVEG Az edzés vagy hőkezelés biztonsági üvegek előállítási módja. Ebben az esetben a méretre vágott üveget kemencében néhány percig nagyobb hőmérsékleten tartják úgy, hogy az üveg felületi rétege kissé meg is lágyul. Majd hirtelen levegővel vagy olajmártással lehűtik. A hőkezelt üveg szélén nagy nyomó-, belül húzófeszültségek lépnek fel ( 9.3. ábra). 66

14 9. hét: Üveg. Alkotóanyagai. Gyártása. Tulajdonságai Ennek eredményeként elsősorban a hajlító-húzószilárdsága nő meg jelentékenyen. Ha az edzett üveg eltörik, akkor apró darabokra esik szét nem szilánkosodik ábra: Az edzett biztonsá gi üvegben kialakuló húzó- és nyomófeszültségek 9.3. AZ ÜVEG TULAJDONSÁGAI Fizikai tulajdonságok: Ablaküveg (A-üveg) sűrűsége 2,5 g/cm 3. Az üveg lineáris hőtágulási együtthatója az alkotók arányából kiszámítható, átlagosan /K. A fényátbocsátó képesség az üvegeknek igen fontos tulajdonsága, amely függ az üveg anyagától, színétől, vastagságától és a fény beesési szögétől (9. 4. ábra). A helyiségek megvilágítását ezenkívül az ablaknyílás nagysága, helyzete és az ablakkeretek elosztása is befolyásolja. Merőleges fénybeesés esetén a szokásos vastagságú üvegtábla fényátbocsátó képessége kb. 90%-os, színtelen ornament üvegeké 70-80%-os, huzalbetétes üvegeké 55-65%-os, homok fúvott síküvegeké 75%- os. Színezett üvegek nehézfémoxid alkotói a látható fény meghatározott tartományában csökkentik az üveg fényátbocsátó képességét. Az üvegeknek nincs lényeges hangszigetelése, de jelentősen javul az üvegezések közti légrésekkel, különösen, ha a táblák vastagsága különböző. Az üveg szobahőmérsékleten gyakorlatilag nem vezeti az elektromosságot, inkább szigetelőanyagnak tekinthető. 67

15 9. hét: Üveg. Alkotóanyagai. Gyártása. Tulajdonságai Mechanikai tulajdonságok: az üveg rideg, törésig lineárisan rugalmas. Hajlítóhúzószilárdsága a nyomószilárdságnak mintegy 1/10-e. 2 üveg nyomószilárdsága: N/mm üveg hajlító-húzószilárdsága: N/mm 2 üvegszál húzószilárdsága: N/mm 2 üveg rugalmassági modulusa: N/mm 2 üveg Poisson tényezője: 0,25. Az üvegek kémiai tulajdonságai: Az üvegek tájékozató kémiai összetétele ablaküveg (A-üveg) esetében: 71,2 m% SiO 2, 0,7 m% Al 2 O 3, 9,7 m% CaO, 4,3 m% MgO, és 13 m% Na 2 O. Az E-üveg 54 m% SiO 2, 14,5m% (Al 2 O 3 + Fe 2 O 3 ), 17,5 m% CaO, 5 M% MgO, és 8 m% B 2 O 3. Az üvegek kémiai ellenálló képessége: Az építészeti üvegnek nedvesség, víz és légkör hatásaival szemben ellenállónak kell lenni. A bebetonozott üvegszálak roncsolódhatnak a beton erős alkalikus hatása miatt. Ennek érdekében szálerősítésű betonhoz, vagy bebetonozott betéthez lehetőleg alkáli álló üvegszálat kell felhasználni vagy védelemmel kell ellátni a betonnal való közvetlen érintkezés elkerülésére. Az üvegszál σ-ε diagramját mutatja a 9.4. ábra, összehasonlítva más szerkezeti anyagok σ-ε diagramjával ábra: Szálas anyagok σ-ε diagramja 68

16 9. hét: Üveg. Alkotóanyagai. Gyártása. Tulajdonságai 9.4. ÜVEGTERMÉKEK Síküveg termékek lehetne k: húzott síküveg, öntött vagy hengerelt síküveg, színes síküveg préselt síküvegek lehetnek: üvegtábla, üveg födémtest, üveg tetőcserép egyéb üvegtermékek lehetnek: biztonsági üveg, U-alakú üvegprofil, hőszigetelő ablaküveg, hőszigetelő üveg, habüveg, burkolóüveg, hullámüveg, zománcozott üveg, üvegszáltermékek. Néhány üvegterméket mutatnak a ábrák ábra: Hőszigetelő ablaküveg: b) hegesztett termopanüveg, c) Cudo-üveg, d) egertherm-üveg 1-üvegtáblák, 2-aluminiumtávolságtartó, 3,4-páraelnyelő, 5-ragasztó-tömítő anyag, 6-élvédő szalag 9.6. ábra: Hőszigetelő födémtest 9.6. ábra: Hőszigetelő födémtest 69

17 9. hét: Üveg. Alkotóanyagai. Gyártása. Tulajdonságai 9.7. ábra: Üvegszövet Üveg szál felhasználásával már fényáteresztő betont is tudunk készíteni. Az üvegszál segítségével a betonfal másik oldalán kirajzolódik az alak (9.8. ábra) és a kibocsátott fény színe is látható (9.9. ábra) ábra: Fényáteresztő (áttetsző) beton fal 9.9. ábra: Áttetsző beton fal átengedi a (Losonczi Áron szabadalma) piros színű fényt 9.5. A témakörhöz tartozó fő kifejezések angolul glass üveg 9.6. Felhasznált irodalom Balázs Gy.: Építőanyagok és kémia, Tankönyv, Műegyetemi Kiadó 1994, J94493, pp

18 10. hét: Bitumen és aszfalt. Előállítása. Tulajdonságai 10. BITUMEN ÉS ASZFALT. ELŐÁLLÍTÁSA. TULAJDONSÁGAI A bitumen az ásványolaj lepárlása után visszamaradó fekete, termoplasztikus szénhidrogénelegy, ill. a természetes aszfaltok szénkénegben, benzolban, kloroformban stb. oldható része, mely melegítés hatására meglágyul, majd lehűtve megszilárdul és a hozzákevert egyéb anyagokat összeragasztja. A kőolaj lepárlásából származó bitument ásványolaj-bitumennek nevezzük. Hazánkban a bitument kizárólag az ásványolaj lepárlása útján állítják elő. A bitumenek tulajdonságait az előállításukra felhasznált ásványolajok összetétele nagymértékben meghatározza. Elsősorban a kőolajban lévő paraffinok, aszfaltgyanták, olajok és aszfaltének mennyisége és minősége játszik szerepet. Ezenkívül a bitumen tulajdonságait az előállítás technológiája befolyásolja. A kátrány a szén és a fa lepárlásakor keletkező ragadós, fekete, erősszagú folyadék. Útépítés és szigetelés területén általában csak a feketekőszén feldolgozásakor keletkező, ún. kőszénkátránynak van jelentősége, míg a fa-, tőzeg- és barnaszénkátrányok használata nem terjedt el. A kátrány az útépítésben és vízszigetelő iparban ugyanazt a szerepet tölti be, mint a bitumen. A kátrányok általában több telítetlen gyűrűs szénhidrogén-vegyületet tartalmaznak, mint a bitumenek, ezért tapadó-, ragasztó-, ill. nedvesítőképességük jobb, viszont levegővel érintkezve könnyebben oxidálódnak, öregednek, ridegednek. A bitument és a kátrányt fekete kötőanyagoknak is szokás nevezni. Az aszfalt ásványi adalékanyagból és fekete kötőanyagból készített pályaszerkezeti réteg. A meleg aszfaltot útépítő bitumennel, a hideg aszfaltot higított bitumennel, bitumenemulzióval vagy úti kátránnyal készítik. Az aszfalt összetételét tekintve a betonhoz hasonlít, csak a kötőanyaga nem cement, hanem fekete kötőanyag A BITUMEN ELŐÁLLÍTÁSA Hazánkban a bitument, az alapanyagoknak megfelelően, kétféle eljárással állítják elő. A nagylengyeli ásványolajat vákuumdesztillációs eljárással dolgozták fel, a volt Szovjetunió utódköztársaságaiból származó ásványolaj feldolgozás során a vákuumdesztilláció és a fúvatás együttes módszerét alkalmazzák. a) A vákuumdesztillációs eljárás (10.1. ábra) első szakaszában az ásványolajból atmoszferikus lepárlással elpárologtatják az un. fehéráruk (könnyűbenzin, benzin, petróleum, gázolaj) legnagyobb részét és visszamarad a fűtőolaj vagy más néven pakura. Az eljárás második szakaszában a pakurát C hőmérsékletűre felmelegítik és az un. vákuumdesztillációs toronyban, Pa nagyságú vákuumban elpárologtatják és olajféleségeket (gázolaj, motorolaj, nehezebb olajok) és visszamarad a bitumen. A bitumen keménységét bizonyos mértékig befolyásolni lehet a vákuum nagyságával és a belépő olaj hőmérsékletével. Mindkét módon az elpárologtatható olajmennyiséget fokozzák. A hőmérsékletet azonban csak bizonyos határig szabad növelni, mert a bitumenben káros vegyületek keletkeznek. 71

19 10. hét: Bitumen és aszfalt. Előállítása. Tulajdonságai ábra: A vákuumdesztillációs bitumenkészítési eljárás folyamatábrája b) A fúvatott bitument úgy nyerik (10.2. ábra), hogy a desztillációval előállított bitumenen C hőmérsékleten levegőt fúvatnak át, ez növeli a bitumen lágyuláspontját és keménységét, javítja fizikai tulajdonságait, elvégzi a bitumen részleges oxidációját, ezáltal megváltoztatja összetételét. A túlzott fúvatás rontja a bitumen kötőképességét és fáradási tulajdonságait. Ezért a bitumengyártás során rendszerint keverik a gyengén fúvatott bitument olyan más módon gyártott bitumenekkel, amelyekkel együtt el lehet érni a kívánt bitumenminőséget. c) Végül megemlítjük az extrakciós bitument. Az előállítás során az első desztilláció után visszamaradt pakurából propánnal, butánnal, etánnal vonatják ki a bitument. Az e csoportba tartozó Duo-Sol eljárás során a propán mellett szelektív oldószert (fenol-kresol elegy) is használnak, amely a bitumenen kívül az olaj, kenéstechnikai szempontból nem kívánatos gyantás részeit is eltávolítja ábra: A fúvatott bitumen készítési eljárás folyamatábrája 72

20 10. hét: Bitumen és aszfalt A BITUMEN TULAJDONSÁGAI A bitumen vegyi összetétele: C = m%, H = 9-10 m%, O = 2-8 m%, S = 0,1-7,0 m%, N 1m%-nál kisebb. A bitument alkotó vegyületek, a nagy molekulatömegű szénhidrogének jellemzője a gázokkal és folyadékokkal szemben tanúsított kis reakcióképesség, kémiai közömbösség, a vízáteresztő képesség, vízben, híg savakban és lúgokban való oldhatatlanság. Ezek a tulajdonságok teszik a bitument alkalmassá arra, hogy építményeinket vele szigetelve megvédjék a levegő és víz okozta hatások ellen. A gázokkal és folyadékokkal szemben tanúsított vegyi közömbösség a bitumen kémiai szempontból legértékesebb tulajdonsága. Ha e tulajdonságok kisebb vagy nagyobb mértékben hiányoznak, akkor a bitumen öregedéséről beszélünk. Fizikai szempontból a bitumen kisebb molekulatömegű szénhidrogénekből álló kolloid diszperz rendszer, nagy viszkozitású folyadék. A bitumen folyékony részből, a malténből és benne finom szecséjű aszfalténből áll. Az aszfalténszemcséket a rendszer állandóságát létrehozó gyantaréteg veszi körül. Az aszfaltén a gyantaréteggel együtt micellát alkot. A kolloid anyagok általános jellegzetessége, hogy viszkozitásuk folyamatosan változik a hőmérséklettel. A bitumen kis hőmérsékleten a micellák közötti kohézió hatására kvázi szilárd, a hőmérséklet növelésével folyamatosan képlékeny, majd nehezen folyós, végül hígfolyós lesz, ugyanis minél nagyobb a hőmérséklet, a micellák annál könnyebben elmozdulnak egymáshoz képest. A bitumen fő fizikai tulajdonságai: penetráció, a lágyuláspont, a Fraass-féle töréspont és a duktilitás. A penetráció a bitumen konzisztenciájának a jellemzésére szolgáló tulajdonság, amelynek a mértéke 100 g összterhelésű tű 25 C hőmérsékletű bitumenbe hatolása 5 s alatt, 0,1 mm-ben kifejezve (10.3. ábra) ábra: A bitumen penetrációjának mérése 73

21 10. hét: Bitumen és aszfalt. Előállítása. Tulajdonságai A lágyuláspont a bitumennek a meleggel szembeni viselkedésére jellemző anyagtulajdonság. Gyűrűs-golyós módszerrel vizsgálják. A vizsgálat során adott tömegű és méretű fémgolyót helyeznek gyűrűbe öntött bitumenre. Ezt vízfürdőbe teszik és a víz hőmérsékletét előírt mértékben növelik. A lágyuláspont az a hőmérséklet, amelynél a bitumen annyira meglágyul, hogy az alatta meghatározott távolságban elhelyezett lemezt eléri (10.4. ábra) ábra: A bitumen lágyuláspontjának mérése A töréspont arról tájékoztat, hogy hogyan viselkedik a bitumen a hideggel szemben. A töréspontot Fraass-készülékkel határozzák meg. A bitumen Fraass szerinti töréspontja az a hőmérséklet, amelyen szabványos méretű acéllemezre olvasztott, egyenletes vastagságú bitumen réteg megadott mértékben, egyirányban hajtogatva rideggé válik és megreped (10.5. ábra) ábra: A bitumen Fraas-féle töréspontjának mérése 74

22 10. hét: Bitumen és aszfalt. Előállítása. Tulajdonságai A duktilitás (nyújthatóság) az a megnyúlás (cm), amelynél a 25 C-os vízfürdőbe helyezett, adott sebességgel húzott piskóta alakú bitumen próbatest elszakad. A konzisztenciajellemzők, nevezetesen a penetráció, lágyuláspont, duktilitás, töréspont azonos nyersolajból, azonos technológiával előállított bitumenek esetében jól definiálható függvényviszonyban állnak egymással. Így ha egyetlen konzisztencia-mérőszámot meghatározunk, akkor abból a többi konzisztencia-mérőszámra a gyakorlat igényeit kielégítő pontossággal következtetni lehet. A lágyuláspont (l) és a penetráció (p), ill. a penetráció és a duktilitás (d) közötti tapasztalati összefüggés log l = a log p + b, log p = c log d + e. A képletben a, b, c, d, e, kísérleti állandók. Az első összefüggést a ábra szemlélteti ábra: Összefüggés a bitumen lágyuláspontja és penetrációja között Különböző módon előállított bitumen tulajdonságait a táblázatban mutatjuk be az összehasonlíthatóság érdekében táblázat: Különböző módon előállított romaskinói bitumenek tulajdonságai 75

23 10. hét: Bitumen és aszfalt. Előállítása. Tulajdonságai BITUMENFAJTÁK Hígított bitumen A hígított bitumen ásványolaj-bitumen és megfelelő ásványolaj-párlat (gázolaj vagy petróleum keveréke) optimális mennyiségű tapadásjavító szer adagolásával készül. A hígítás a szállítás, a keverés és a beépítés megkönnyítését szolgálja, a hígítószer a beépítés után elpárolog és az anyag hígítatlan bitumenként fejti ki ragasztó hatását. Előnye, hogy a bedolgozás során csak C hőmérsékletűre kell felmelegíteni. Használata energiatakarékossági okokból háttérbe szorul. A hígított bitumeneket nagy penetrációjú bitum enekből úgy állítják elő, hogy azt könnyű gázolajjal (petróleummal) keverik és a tapadás elérésére megfelelő mennyiségű adalékszert (kb. 0,3 m% Evazin) kevernek hozzá. Bitumenemulzió A bitumenemulzió olyan diszperz rendszer, amelyben általában m% bitumen a m% vízben finomeloszlású cseppek alakjában lebeg. Mivel a víz még a folyékony bitumennel sem elegyedik, ezért emulgeátort kevernek a rendszerhez, olaj- és zsírsavakat vagy azok sóit. A rendszer stabilitását stabilizátorokkal lehet elérni. Tartalmaz védőkolloidot is. A bitumenemulzió előnye a bitumennel szemben, hogy melegítés nélkül használják fel. A bitumen a felhasználás után akkor kezd kötni, amikor a bevonandó anyaghoz érve megtörik, ami azt jelenti, hogy az emulzióból a bitumen kivált. A bitumenemulzió megtörése és a víz elpárolgása után összefüggő, víztaszító, többé-kevésbé olaj- és saválló a védőbevonat. Bitumenmáz Bitumenmáz ásványolajbitumen és benzol vagy lakkbenzin elegyítése útján előállított, alapmázolás és ideiglenes védőbevonatot kialakító készítmény. Megkülönböztetünk benzolos és lakkbenzines bitumenmázt aszerint, hogy milyen oldószert használtak fel. Elsősorban vízépítési műtárgyak víztaszító bevonataként használják fel. Bitumentapasz A bitumentapasz (kitt, ragacs, masztix) bitument vagy kátrányt, oldószert (pl. lakkbenzint, benzolt), esetleg oldószerben oldott bitumen helyett bitumenemulziót és ásványi anyagot tartalmazó anyag. Ásványi anyagként 2-3 mm-nél kisebb szemnagyságú kőlisztet, azbesztszálakat szokás felhasználni. Gumibitumen A gumibitumen 8-10 m% gumiőrleményt tartalmaz, oldott, felduzzadt állapotban. A gumiőrlemény csökkenti a bitumen folyósságát, növeli tapadóképességét és rugalmasságát. Szívósabb mint a bitumen és jól ellenáll ütőhatásoknak. Az előállítás során a bitumenhez kb. 8 m% gumilisztet adagolnak. Ennek jelentős része több órai C hőmérsékleten való főzés által beépül a bitumen szerkezetébe és javítja nyúlóképességét. A bitumen lágyuláspontja kb. 10 C-kal nő, viszont penetrációja nem csökken ezzel arányosan. 76

24 10. hét: Bitumen és aszfalt. Előállítása. Tulajdonságai A gumibeton jól használható betonburkolatok, kőburkolatok hézagainak kiöntésére és burkolatoknak villamosvasúti sínekhez való csatlakoztatására. Legfeljebb ±5-7% alakváltozásra képes A BITUMEN FELHASZNÁLÁSA Útépítési felhasználás aszfalthoz Magasépítési felhasználás padló- és falszigetelésekhez, burkolatokhoz A témakörhöz tartozó fő kifejezések angolul bitumen asphalt bitumen aszfalt Felhasznált irodalom Balázs Gy.: Építőanyagok és kémia, Tankönyv, Műegyetemi Kiadó 1994, J94493, pp

25 11. hét: Zárthelyi A vizsga zárthelyi az utolsó előadási órán kerül megírásra. Felkészüléshez az alábbi kérdések használhatók. A témakörök mellett meg vannak adva a Tankönyv vonatkozó fejezetei pontos oldalszámmal, amihez további segítségül a gyakorlatokhoz elektronikusan is rendelkezésre álló segédletek szolgálnak. A vizsgán segédeszköz nem használható. Számológépre szükség van. ÉPÍTŐANYAGOK II. (BSc, Kód: BMEEOEMAS04) Vizsgára és zárthelyire való felkészülést segítő kérdések Ajánlott irodalom: Dr. Balázs György, Építőanyagok és kémia, Műegyetemi Kiadó J gyakorlati anyagok és kiegészítések SZILÁRD ANYAGOK FŐ TÍPUSAI (Tankönyv o. + gyakorlati anyagok) Heterogén rendszerek, fázisok, komponensek, szabadsági fokok, állapotjellemzők, Gibbs-féle fázistörvény. Egy- és kétkomponensű rendszerek fázisdiagramjai. Likviduszgörbe, szoliduszgörbe. Kétkomponensű, egymással vegyületet alkotó rendszerek fázisdiagramjai. Háromkomponensű rendszerek fázisdiagramjai. REOLÓGIAI MODELLEK (Tankönyv o.) Időtől függő viselkedés alapmodelljei: Hooke, Newton, St. Venant. Viszkózus anyag, alakváltozási sebesség. Reológiai modellek: Maxwell-, Kelvin-Voigt- és Burgers-modellek. BETON (Tankönyv o. gyakorlati anyagok) A beton tulajdonságait befolyásoló tényezők. A nyomószilárdság és a cementtartalom összefüggése. Minimális cementtartalom. A nyomószilárdság a cementtartalom függvényében. A nyomószilárdság és a víz-cement tényező összefüggése. A nyomószilárdság növekedése a beton korának függvényében. A gőzölés hatása. A gőzölés folyamata. Autoklávolás. A fagy hatása. A beton kopásállóságát, vízzáróságát, fagyállóságát és sugárvédelmét befolyásoló tényezők. Esztétikus betonfelületek kialakításának módjai. Könnyűbetonok. Típusai. Könnyű adalékanyagok típusai. Összefüggés a könnyűbeton hővezetési tényezője és a könnyűbeton testsűrűsége között. Hő és tűzálló betonok. Könnyűbetonok alkalmazási lehetőségei. Szálerősítésű betonok. Típusai. Szálak anyaga, jellemzői. Szálak hatása a beton tulajdonságaira. Energia elnyelő képesség, törési összenyomódás, repedés áthidaló képesség, frissbeton képlékeny zsugorodása. Szálerősítésű betonok keverése. Betonkorrózió. Fogalma és típusai (A,B,C, D). A védekezés aktív és passzív módjai. FÉMEK (Tankönyv o o. + gyakorlati anyagok) Vas és acélgyártás. A nyersvasgyártás folyamata (redukciók, hőmérsékletek, koksz szerepe stb.).a fehér nyersvas és a szürke nyersvas jellemzői. Acélgyártási eljárások (Bessemer-, Thomas-, Siemens-Martin-, LD- és elektro-eljárás). A vas-szén ötvözetek állapotábrája. A széntartalomtól függő acélfajták. GSE-vonal. Grafitrendszer, karbid rendszer. Acél szövetelemek: ferrit, cementit, perlit, ausztenit, ledeburit. Kritikus lehűtési sebesség. Martenzit. Az acél alakítási módjai. Az acél hőkezelése: feszültségcsökkentés, normalizálás, újrakristályosítás lágyítással, edzés, nemesítés, megeresztés, izotermikus hőkezelési eljárások, kérgesítő hőkezelések, felületi edzések. 78

26 11. hét: Zárthelyi Alumínium. Alumínium ötvözetek. Az alumínium fő mechanikai jellemzői. Réz. Ólom. Ón. Horgany. Acélkorrózió elleni védekezés. Az acél korrózióját befolyásoló tényezők. A Pourbaixdiagram. A fémek normálpotenciálja, eltérő normálpotenciálú fémek összekapcsolása, katódos védelem. A korrózió megelőzési módjai: aktív módok, passzív módok. Karbonátosodási mélység, és klorid-ion meghatározásának módjai. MŰANYAGOK (Tankönyv o. + gyakorlati anyagok) A műanyag fogalma, előnyei, hátrányai. Az építőiparban használt műanyagok fő típusai. Polimerizációs műanyagok: polivinil-klorid, polisztirol, polietilén, polipropilén, poliizobutilén, neoprén, polivinil-acetát. Poliaddíciós műanyagok: poliuretán, epoxigyanta. Polikondenzációs műanyagok: telítetlen poliésztergyanta, fenoplasztok, aminoplasztok, szilikonok, furángyanták, poliamid. Természetes alapú műanyagok. Hőre keményedő és hőre lágyuló műanyagok formázása. Különleges műanyag feldolgozási technológiák: szinterezés, bevonatok, habosítás, vákumformázás, stb. Üvegszál-erősítésű műanyagok. Az üvegszálak mechanikai jellemzői, húzószilárdság a szálátmérő függvényében, σ-ε diagram. Ágyazógyanták. Hatékony üveghányad. Műanyagok fő mechanikai és hőtechnikai jellemzői. Műanyagok húzószilárdsága és rugalmassági modulusa a hőmérséklet függvényében. Viselkedés tartós terhelés alatt. Lépésállóság. Öregedés. Éghetőség. Vegyszerállóság. Építőipari felhasználás: lemezek, csövek, tartószerkezetek, épületszerkezeti elemek, neoprén saruk, dilatációk, munkahézagok. Festékek tapadása és fedőképessége. Ü VEG (Tankönyv o. + gyakorlati anyagok) Üveg fogalma. Az üveg anyagai és az általuk befolyásolt tulajdonságok. Üvegfajták: alkálikus üveg, boroszilikát üveg, kvarcüveg, zirkonüveg. Üveg olvasztása,formázása, utólagos megmunkálása. Üveg fizikai, mechanikai és kémiai tulajdonságai. Üvegtermékek: síküveg, préselt üveg, biztonsági üveg, huzalbetétes üveg, profilüveg, hőszigetelő üveg, habüveg, burkolóüveg, hullámüveg, üvegszál. BITUMEN, ASZFALT (Tankönyv o. + gyakorlati anyagok) Bitumen, kátrány és aszfalt fogalma. A bitumen előállítása, vákumdesztillációs, fúvatott és extrakciós bitumen. A bitumen tulajdonságai és vizsgálatuk: összetétel, kémiai ellenálló képessége, penetráció, lágyuláspont, töréspont, duktilitás, sűrűség, lobbanáspont. Bitumenfajták: útépítési és építőipari bitumenek, hígított bitumen, bitumenemulzió, bitumenmáz, bitumentapasz, gumibitumen. A bitumen felhasználása az útépítésben és a magasépítésben. S ZIGETELŐ ANYAGOK (Tankönyv o. + gyakorlati anyagok) Hőszigetelő anyagok. Fogalma, követelmények, terheléses vizsgálat. A hővezetési tényező és a testsűrűség összefüggése. Csoportosítás felhasználási módjuk. Felosztás összetételük alapján. Csoportosítás a felhasználhatósági hőmérséklettartomány szerint. Szervetlen hőszigetelő anyagok: szervetlen szálas hőszigetelő anyagok és fő jellemzői (salakgyapot, ásványi gyapot, kőzetgyapot, üveggyapot), habüveg, perlit, kovaföld, kőszivacs, alumíniumfóliás szigetelés. Szerves hőszigetelő anyagok és fő jellemzői: parafa gyártmányok (parafa, expanzit, szupremit), műanyag habok (zárt és nyitott cellás habok, polisztirol, poliuretán). 79

27 11. hét: Zárthelyi Hangszigetelő anyagok. Akusztikai anyagjellemzők: sűrűség, akusztikai porozitás, fajlagos áramlási ellenállás, szerkezeti tényező, dinamikai rugalmassági modulus. A hangszabályozás fogalmai: léghang, testhang, hangelnyelési fok, léghanggátlás, testhanggátlás, rezgésgátlás. A hangszabályozás anyagai. Vízszigetelő anyagok. Bitumenes vízszigetelő lemezek, műanyag fóliák, szórt szigetelések. M ÉRÉSTECHNIKA (Tankönyv o. + gyakorlati anyagok) Mértékegységek, SI alapegységek. Mérési pontosság, mérési hiba. Hőmérés: mechanikus, elektromos (nyúlás mérők, indikáció és kapacitív műszerek, rezgőhúros. Erőmérés: rugós, gyűrűs, folyadéknyomásos. Roncsolásmentes anyagvizsgáló berendezések. 80

28 12. hét: Szigetelőanyagok. Hő-, hang- és vízszigetelés 12. SZIGETELŐANYAGOK. HŐ-, HANG- ÉS VÍZSZIGETELÉS A tartószerkezeti tervezés mellett fontos szerepe van egy épület hő- és hangtechnikai tevézésének is. A hőtechnikai tervezés az energiahordozókkal való ésszerű gondolkodást szolgálja, a hangtechnikai tervezés pedig a nyugalmunkat igyekszik elősegíteni. Utóbbihoz tartozik a koncerttermek akusztikai tervezési is, ami kimondottan speciális feladat. Had említsek ehhez napjainkból egy érdekes példát. Az új Nemzeti Színház mellett van a Művészetek Palotájában lévő koncertterem (12.1 ábra) ábra: Művészetek Palotája koncertterem (az új Nemzeti Színház mellett), Budapest Ennek akusztikai tervezése során nem csak azt kellett elérniük a tervezőknek, hogy minimumra csökkentsék a visszaverődő hangokat, hanem még azt is, hogy a koncertterem közvetlen közelében haladó vasúti és közúti híd forgalma se hallatszódjon egyáltalán. Egy másik jó példa az akusztikai szempontok érvényesítésére (ráadásul gyakorlatilag ügyesen), hogy ha a lépcsőfokok nem érintkeznek közvetlenül a lépcsőfallal- vagyis a lépcsőfok légréssel van elválasztva a faltól-akkor a lépés zaja nem jut közvetlenül testhangként a szomszédos lakóhelyiségbe. A szigetelőanyagok három csoportját különböztetjük meg: hő- hang- és vízszigetelőanyagok HŐSZIGETELÉS A hőtechnikai tervezés valójában optimum keresési feladatot jelent (12.2. ábra). A hőszigetelő réteg vastagságának növelésével a beruházási költség nő, de a fűtési költség 81

29 12. hét: Szigetelőanyagok. Hő-, hang- és vízszigetelés csökken. A hőtechnikai előírások szigorú követelményeket szab az épületekre. A teherbíró fal hőszigetelő értékén túl sok esetben szükség van méretezett hőszigetelő rétegre is, amit a legészszerűbb a külső falakon kívül elhelyezni ábra: A hőszigetelés optimum keresési feladata Hőszigetelő anyagokkal szembeni követelmények A hőszigetelő anyagok kisebb részben a természetben előforduló túlnyomórészt mesterségesen előállított kevert szerkezetű, kis testsűrűségű, illetve halmazsűrűségű építőanyagipari termékek. A hőszigetelő anyagok szilárd vázból és statisztikusan egyenletes eloszlású pórusokból, kapillárisokból épülnek fel, amelyeket levegő tölt ki. A hőszigetelő anyagok tulajdonságait elsősorban szerkezei felépítésük határozza meg. A pórusszerkezet szerint megkülönböztetünk üreges szerkezetet, amelyet egyenletes elhelyezkedésű, közel gömb alakú pórusok jellemeznek (habüveg, műanyag hab, parafa stb.), az ömlesztett anyagokból felépített szemcsés szerkezetet (pl. perlit), amelynek a porozitását a szemcseméret és a szemcsék porozitása nagymértékben befolyásolja, szálas szerkezet (pl. szálerősítésű perlit beton). A pórusok lehetnek zártak és nyitottak. A hőszigetelés szempontjából a pórusok közül a zárt pórusok a kedvezőbbek. A hőszigetelőanyagok legfontosabb tulajdonsága hővezetési tényezője, melyet a kiszárított anyag testsűrűsége és a hőmérséklet függvényében adnak meg. Minél kisebb az anyag testsűrűsége, annál kisebb a hővezetési tényezője. A kettő között közel lineáris összefüggés áll fenn (12.3. ábra). 82

30 12. hét: Szigetelőanyagok. Hő-, hang- és vízszigetelés ábra: A Hővezetési tényező a testsűrűség függvényében 1 - égetett agyag, 2 - riolit, 3 - termalit, 4 - égetett kovaföld termék, 5 - nyers kovaföld, 6-azbeszt, 7 - mész-és cementkötésű szervetlen anyagok, 8 - fagyapottlemez, 9 - farostlemez, 10 parafa. Mivel a testsűrűséget könnyebb mérni, mint hővezetési tényezőt, üzemi körülmények között az anyagok hőszigetelő képessége a kiszárított anyag testsűrűségével jellemezhető. Terhelés hatására a hatásos hőszigetelő anyagok nagy része összenyomódhat, ezért ezeknél az erőhatással szembeni viselkedés szempontjából nem a szilárdság, hanem e terhelés alatti 10%-os összenyomódáshoz tartozó feszültség illetve a rugalmas alakváltozás a mértékadó követelmény A hőszigetelő anyagok csoportosítása A hőszigetelő anyagok anyagi összetételük szerint lehetnek: a) szervetlen eredetűek szilikátszálas (salakgyapot, ásványgyapot, kőzet vagy bazaltgyapot, üveggyapot) habüveg duzzasztott perlit kőszivacs vagy 83

31 12. hét: Szigetelőanyagok. Hő-, hang- és vízszigetelés b) szerves eredetűek: expandált parafa (természetes szerves) műanyag hab (mesterséges szerves). A hőszigetelő anyagok a következőképpen csoportosíthatóak felhasználási hőmérsékletük szerint: Hőmérséklettartomány Hőszigetelő anyag C (építészeti hőmérséklet tartomány) Finom üveggyapottermékek, ásvány-és kőzetgyapot termékek, műanyaghabok, duzzasztott perlit és perlittermékek, jó hőszigetelő egyéb építőanyagok: gázszilikátok, üreges és porózus kerámiák Melegipari hőmérsékleti tartomány max. 900 C-ig Finom üveggyapot termékek 450 C-ig, ásványi és kőzetgyapot termékek 700 C-ig, riolit idomok 900 C-ig, azbeszt 800 C-ig Félig tűzálló hőszigetelések-tartománya tűzálló riopiorit idomok, tűzálló kovaföld 1100 C-ig idomok, könnyű samott, könnyű szillimanit, féltűzálló szálak (pl. kaolingyapot) Tűzálló hőszigetelések tűzálló szilikát- és kerámiaszálak, könnyű hőmérséklettartománya max 1400 C samottok, könnyű szillimanitok stb. Hűtőházak -30 C-ig zárt pórusú műanyag hab, expandált parafa, zárt pórusú habüveg -30 C-nál kisebb hőmérséklettartomány zárt pórusú műanyaghab, zárt pórusú habüveg, hermetikusan zárt szilikátszálas anyagok Szervetlen kötőanyagok A következőkben néhány szerves hőszigetelő anyagot mutatunk be. a) szervetlen szálas hőszigetelő anyagok A kőzetgyapotok rendszerint tisztán kőzetekből gyártott szilikátszálas anyag. A felhasznált kőzet lehet bazalt, diabáz, gabbró, homokkő, márga, agyag stb. A szálak átlagos átmérője 4-7 µm, a szálak hossza 0,5-1,0 mm. A kőzetgyapot nemez hővezetési tényezője 0,040 W/(mK). 84

32 12. hét: Szigetelőanyagok. Hő-, hang- és vízszigetelés Az üveggyapotot rendszerint E-üvegből készítik. Az C-ra megolvasztott alapanyagból 5-6 µm-es szálakat húznak (lásd 9. hét anyaga) és azt szálhalmazzá alakítják. Hazánkban jelenleg nem gyártanak üveggyapot terméket. b) A habüveg előállítása során a speciális összetételű üveget finom porrá őrlik, pórusképző anyaggal (pl. szémpor) keveriki, majd hőálló acélsablonokban kb. 900 C-ra hevítik. A hevítés hatására keletkezett gáz (pl. CO 2 ) hatására az üveg szorosára megduzzad, miközben az üvegben 0,01-0,1 mm-es pórusok keletkeznek. A habüveg testsűrűsége kg/m 3, 2 hővezetési tényezője 0,0047 W/(mK), nyomószilárdsága 0,5-0,7 N/mm, vizet nem vesz fel, teljesen párazáró, a HF kivételével valamennyi savnak ellenáll, nagy a méretpontossága, éghetetlen. A szálas hőszigetelő anyagok összenyomhatatlanságát a 12.4.b ábra szerinti készülékkel kell meghatározni. Az összenyomó dás mértéke 5 perc alatt 10% lehet. A szálas hőszigetelő anyagok vastagság mérését segíti (beépített állapotban is) 12.4.a ábra szerint egyszerű vastagságmérő eszköz ábra: Szálas szigetelő anyag termékek vizsgálata a) vastagságmérő tű 1-tárcsa, 2-csövecske, 3-csavar, 4-rúd, 5-tű b) készülék az összenyomhatatlanság meghatározásához 1 - alaplap az állvánnyal, 2-100cm 2 felületű mérőlemez, 3 - mérőlemez szorítócsavarja, 4 - készülék mozgó része, 5 - mozgórész szorítócsavarja, 6-0,5 mm beosztású skála, 7-változtatható terhelés 85

33 12. hét: Szigetelőanyagok. Hő-, hang- és vízszigetelés ábra: A duzzasztott perlit hővezetési tényezője c) perlit és perlit termékek Hazánk perlit kőzetben gazdag. A perlit kis halmazsűrűsége és éghetetlensége miatt mid építőipari, mind ipari hőszigetelésre szívesen használják. A duzzasztott perlit hővezetési tényezőjét a hőmérséklet és a halmazsűrűség függvényében a ábra mutatja. Perlittermékek a következők: perlitpaplan, bitumen-perlit, vulkánhab, gipszperlit, perlithabarcs, Rioporit. d) Kovaföldgyártmányok: A kovaföld üledékes kőzet, mely egysejtű moszatoknak, a diatomáknak µ nagyságú kovapáncéljaiból van felépítve. A kovapáncél 1µm-nél kisebb méretű méhvisz lépsejthez hasonló elrendezésű pórusokkal van átszőve. A könnyű építőanyagok gyártása szempontjából azok a kovaföldféleségek érdekesek, amelyeknek a kovasavtartalma m%, tehát a szennyeződés 30 m%-nál kisebb. A 0,5 mm szemnagyságú őrlemény halmazsűrűsége lazán kg/m 3, a sűrűsége 2,1-2,35 kg/l. A m% kovasavtartalmú kovaföld olvadáspontja C, a 85 m%-nál több kovasavat tartalmazó kovaföldé pedig 1580 C felett van, tehát tűzálló. Hazánkban a Mátrában és a Tokaj-Hegyalján vannak nagyobb kiterjedésű kovaföld települések. Ezek jó minőségű kovaföldet adnak. e) Kőszivacs: A bekevert fűrészporral és szénporral porózussá tett kerámiákat kőszivacsnak nevezik. A kőszivacsból kétféle terméket állítanak elő: hőszigetelő kőszivacs lapot és kőszivacs pallót. A hőszigetelő kőszivacs lapot 10 m% fűrészporral és 15 m% szénporral 40, 60, 80 és 100 mm vastagságban max.20 V% üregtérfogattal készítik. A jól illeszthetőség miatt hosszoldala árkos vagy eresztékes. Pórustérfogata max. 75%, testsűrűsége 750 kg/m 3, a 40 mm vastag lapoké 1100 kg/m 3, hővezetési tényezője 0,21 W/(mK). Válaszfalnak használják. A teherbí ró kőszivacs pallólap nyersanyagában5 m% fűrészport és 10 m% szénport kevernek. 3 Testsűrűsége 1100 kg/m, hővezetési tényezője kb. 0,27 w(mk). Üregtérfogata legalább 20 V%. Műanyag habok: A műanyag habokat szerves monomerekből polimerizációval vagy polikondenzációval állítják elő pórusképző gázok vagy gőzök segítségével. A műanyaghabot a cellákba zárt, áramlást nem végző levegő- vagy gázbuborék teszi hőszigetelővé. A műanyag habok cellaszerkezete lehet zárt és nyitott. A zárt cellaszerkezetű habok igen jó hőszigetelők, számottevő a szilárdságuk, de rossz hangelnyelők. Vízfelvételük elhanyagolható. A nyitott cellaszerkezetű habok kev ésbé jó hőszigetelők a kapillárisok irányában, hőszigetelő képességüket rontja nagy vízfelvevő képességük. Kisebb a szilárdságuk is zárt cellaszerkezetűeknél. Ezzel szemben jó hangelnyelők. 86