CN1171378A - 喷射混凝土外加剂 - Google Patents

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Abstract

一种与水泥组合物一起使用的促凝外加剂,特别是喷射混凝土,包含硫酸铝和至少一种链烷醇胺。优选的外加剂也包含一种稳定剂,其优选地选自含水的稳定聚合物分散液和海泡石硅酸镁。

Description

喷射混凝土外加剂
本发明涉及喷射水泥组合物和用于其中的促凝剂。
喷射混凝土，即喷射到基体上的混凝土，必须极快地硬化；一般它的初凝时间必须小于3分钟。按照常规，这是通过使用高效促凝剂如铝酸钠、氢氧化钠、氢氧化钾和某些氯化物来完成的。在常规喷射混凝土促凝剂(如上述物质)提供满意性能的同时，它们使混凝土遭受碱性腐蚀。这使得人们进行喷射混凝土操作时非常不舒服，因为这样可能导致眼睛、皮肤和肺部反应过敏，特别是在密闭空间如坑道中时，而且在许多条件下使本身穿起来就不舒服的保护服磨损。
人们试图提供一种非碱性促凝剂。最近的发展是使用非晶形的氢氧化铝和/或氢氧化硫酸铝，而且这些已经提供了良好的结果。
现在发现某些材料的混合物可以提供一种不仅是非碱性的而且也是非常有效的促凝剂。因此本发明提供一种包括硫酸铝和至少一种链烷醇胺的水泥组合物的促凝外加剂。
本发明还提供一种促使喷射水泥组合物硬化的方法，包括向处于喷嘴处的组合物中加入上述外加剂。
虽然硫酸铝被认为是促凝剂组合物的组份，但是它总是与其中硫酸铝是少量组份的氢氧化铝有关。在这种情况下，硫酸铝用作主要组份并缺少加入的氢氧化铝。在本发明中使用的硫酸铝是选自本领域熟知的一些材料。优选的材料是可得到许多工业级别的水化硫酸铝。
在另一个优选的具体方案中，硫酸铝可以包括一定比例的至少一种外加的水溶性盐。这种外加剂能延长凝结时间和提高最终强度。优选的盐是硫酸铁，但也可使用其他盐如硝酸铁和硝酸铝。盐的比例最大可达到20％(优选最大10％)(以硫酸铝和盐的重量为基准)。
用于本发明的链烷醇胺可以是本领域熟知的一些材料。优选的链烷醇胺包括二乙醇胺、三乙醇胺和甲基二乙醇胺。可以使用一种以上的这种链烷醇胺。
虽然可能向喷嘴处分别加入外加剂的两组份(对于本发明的目的来说“外加剂”的意思包括这些)，但是从设备、处理的便利性和性能来看作为单一的组合物来加入它们是更方便的。例如通过把硫酸铝以适当的含量溶解在水中(优选制成饱和溶液)然后与链烷醇胺混合可以制备该外加剂。使用常规的设备进行混合。在促凝外加剂中硫酸铝与链烷醇胺的比例是1.7～170∶1，优选2.85～11.4∶1，最优选大约5.7∶1，这些比例是以无水硫酸铝为基准。在通常情况下使用工业材料例如所谓的“17％”硫酸铝(意思是17％的AL2O3，或大约57％的AL2(SO4)3)，其比例是3∶1～300∶1，优选5∶1～20∶1，最优选大约10∶1(重量)。
在本发明的优选具体方案中，外加剂还包括稳定剂。这有助于延长储存期限和增强性能，而且它可以选自本领域熟知的任何适合的稳定剂。例如稳定剂可以是选自本领域熟知的种类繁多的这种材料的表面活性剂。其他(且优选)的稳定剂是液体的、稳定聚合分散液和海泡石硅酸镁。
“稳定”意思是分散液长期存放不明显沉淀。按照这种习惯，使用单词“分散液”用于描述材料的物理状态(其中分散相均匀分布于连续相中的两相体系)无法解释其形成机理。因此使用术语“分散液”包括常常称之为乳化液的材料(字面上是一种液体分散于另一种液体中，但是常常用来指利用微胞的乳化聚合原理制备的小颗粒尺寸的聚合材料分散液)。单词“乳胶”常常是用来描述这种体系。
在本发明中聚合物水分散液性能较好的事实是令人惊奇的，因为这种材料通常不被认作稳定剂。可以使用任何这种聚合物水分散液。特别适合的类型是含水丁苯乳胶。典型的例子是以商标“Synthomer”9523液体出售的乳胶(ex Synthomer Chemie GmbH，Frankfurt)。这种分散液是以固体比例为0.5～10％，优选1～8％的用量使用(以外加剂的重量为基准)。
另一种优选类型的稳定剂是海泡石硅酸镁。海泡石是一种粘土矿物，其不同于具有独特结构的其他类型(蛭石、绿土、滑石、高岭土和云母)的粘土材料，该独特结构基本上包含一系列象滑石的螺旋链(在两层二氧化硅四面体之间有一层镁八面体，每六单元有一个二氧化硅四面体反向)。海泡石其特征是外部高度不规则的表面，针状形态，内部高孔隙率和非膨胀结构。
已经发现在本发明中海泡石作用特别好。它优选以0.1～10％(以外加剂重量为基准)的比例使用。
可以有效地使用许多其他成分。其中之一是甘油，不仅用作硫酸铝的共溶剂而且其也增强稳定和硬化特性。它优选以不大于15％(以外加剂重量为基准)的比例加入。
也可以加入其他成分。一种有用的材料是防腐剂，抑制酸性外加剂对泵送设备造成的损坏。它们可以选自范围广泛的材料，但发现对于本发明的目的来说优选为阳离子四元铵基材料。典型的例子包括含脂肪链，优选与含脂肪酸链的非离子材料一起使用的四元铵盐。在这种情况下，脂肪链优选是椰子，而且这种典型的工业产品是“Dodigen”(商标)95(ex Hoechst)。另一种有用的材料是“Anticor”(商标)VV 328(ex TensoChema AG)，乙氧基化的氯苄烷铵(bonzalkonium chloride)。这种材料可以以0.1～2.0％，优选0.2～1％(以外加剂重量为基准)的比例使用。
按照常规将外加剂成分加入到喷射水泥组合物中(例如在喷嘴处，以水溶液或分散液的形式)。用量一般是5～15％(优选6～10％)(以水泥为基准的固体重量)。
本发明的外加剂产生极好的效果。一个显著的特点是加速硬化达到正常标准的过程，但是减少了最终强度的下降。由于在喷射混凝土中使用的高效促凝剂总是减小最终强度；用量越高，下降越大。在这种情况下，这种效果减至最小。因此本发明也向基体提供一种使用上述促凝外加剂来加速其硬化的的喷射水泥层。本发明外加剂具有无碱的附加优点。还有一个而且是令人惊奇的优点是本发明外加剂可与许多品种的水泥良好地使用，包括一些被认为是“困难”的水泥；常规的喷射混凝土的促凝剂并不是这样。这种水泥包括在地下应用中使用的石膏含量非常低的水泥，含不大于5％的石灰的廉价水泥和低熟料水泥。
参考下面的实施例进一步描述本发明。制备实施例1
将各成分依次加入混合机中进行下列材料的混合：
硫酸铝(17％AL2O3)  60.0份
二乙醇胺             6.5份
海泡石硅酸镁1        1.5份
甘油                 0.2份
水                31.8份
1. Pangel”S9 ex Tolsa
所得到的浆料被用作在下面描述的许多喷射混凝土的实施例中的“标准”组成。制备实施例2
将各成分依次加入混合机中进行下列材料的混合：
水                20份
二乙醇胺          10份
硫酸铝            63份
丁苯乳胶2         7份
2.“Synthomer”9532液体ex Synthomer Chemie制备实施例3
将各成分依次加入混合机中进行下列材料的混合：
水                20份
二乙醇胺          10份
硫酸铝            63份
防腐剂3           2份
3.“Dodigen”95，ex Hoechs t应用实施例1
在这个实施例中，在喷射混凝土中使用的水泥是具有低熟料含量的Cem IV型“困难”水泥。
喷射混凝土组合物是由下面材料制成；
水泥：            400份
砂子(0～5mm)      1600份
砂子(0～15mm)     170份
混合物与水混合使水/水泥(W/C)比为0.4。混合物还包含2％(水泥重量)的BNS(β-萘磺酸盐)超塑化剂。使用不同数量的在制备实施例1中描述的浆料按不同厚度喷射并测量28天的压强。结果在表1表示。
                                             表1
    数量(％以水泥为基准)     6     8     10
    厚度(cm)     20     30     40
    压强(28天)(N/mm2)     42.7     42.4     45.8
应用实施例2混合下面的成分制备喷射混凝土混合物：
水泥(OPC*)         425份
砂子(0-8mm)         1713份
*普通波特兰水泥
加入水使W/C比为0.45。向混合物中外加1.5％(水泥重量)的BNS超塑化剂。
将混合物喷射多次，每次使用不同的促凝外加剂和/或不同数量的外加剂而且测量喷射混凝土的最终强度。使用的外加剂是
A：硫酸铝+三乙醇胺(以200∶1的重量比例)
B：硫酸铝+二乙醇胺(以10∶1的重量比例)
C：硫酸铝+二乙醇胺(以5∶1的重量比例)
D：标准(如上面描述的)
结果在表2中表示。
                                                  表2
    外加剂     A     A     B     B     C     C     D     D
    数量1     7     9     9     7     7     9     7     9
    压强2(28天)(N/mm2)     44.8     33.9     34.9     44.1     31.7     34.2     44.1     43.1
1.％以水泥活性成分的重量计
2.在喷射混凝土核芯处测量
应用实施例3
喷射混凝土是由下面材料制成：
水泥(OPC)           425份
砂子(0-8mm)         1713吩
BNS超塑化剂         1.5％(水泥)
使用的W/C比是0.47。用两种不同的促凝外加剂喷射混合物，一种是前面应用实施例(上面称之为D)的标准样，而另一个是硫酸铝、硫酸铁和二乙醇胺以9∶1∶1的重量比混合的外加剂(称之为E)。按照前面描述的方法测量最终压强(28天)。结果在表3中表示。
                                          表3
    外加剂     D     D     E     E
    数量     7     9     7     9
    压强(28天)(N/mm2)     36.4     35.6     41.2     38.5

Claims (8)

1.一种水泥组合物的促凝外加剂包含硫酸铝和至少一种链烷醇胺。
2.按照权利要求1的促凝外加剂，其中将硫酸铝和链烷醇胺混合形成添加到水泥组合物的单一外加剂。
3.按照权利要求1或2的促凝外加剂，其中外加剂另外还包含稳定剂。
4.按照权利要求1-3任何一项的促凝外加剂，其中稳定剂是选自含水的、稳定的聚合物分散液，优选为丁苯乳胶。
5.按照权利要求1-3任何一项的促凝外加剂，其中稳定剂是海泡石硅酸镁。
6.按照权利要求1-5任何一项的促凝外加剂，其中外加剂另外还包含防腐剂，优选为阳离子四元铵基材料，更优选为包含椰子脂肪链的材料。
7.加速喷射水泥组合物硬化的方法，包含在喷嘴处将权利要求1-6任何一个的外加剂加入到组合物中。
8.一种在基体上的喷射水泥层，是用权利要求1-6的任何一个的促凝外加剂来加速其硬化的。
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