CZ304227B6

CZ304227B6 - Způsob přípravy urychlovače pro stříkaný beton

Info

Publication number: CZ304227B6
Application number: CZ2002-2339A
Authority: CZ
Inventors: Thomas Hofmann
Original assignee: Construction Research & Technology Gmbh
Priority date: 1999-12-08
Filing date: 2000-12-01
Publication date: 2014-01-15
Also published as: DE60002918T3; ES2199894T5; DE60002918D1; CA2393458A1; JP2003516303A; CN100363290C; HU223748B1; WO2001042165A3; BR0016261A; MXPA02005709A; PL205689B1; SK287541B6; DE60002918T2; HRP20020519B1; HRP20020519A2; SK9772002A3; ATE240913T1; UA72288C2; BR0016261B1; NO20022662D0

Abstract

Je popsán způsob přípravy urychlovače pro stříkaný beton, který spočívá v podstatě v těchto krocích: (i) rozpouštění síranu hlinitého a hydroxidu hlinitého ve vodě, která popřípadě obsahuje nejméně jeden v ní rozpuštěný amin, za vzniku čirého roztoku a (ii) popřípadě přidání nejméně jednoho stabilizátoru a nejméně jednoho odpěňovacího prostředku, přičemž výsledný produkt obsahuje od 3 až do 12 % hmotnostních síranu hlinitého, měřeno jako oxid hlinitý, do 30 % hmotnostních amorfního hydroxidu hlinitého, do 15 % hmotnostních aminu, do 3 % hmotnostních odpěňovacího prostředku a do 0,06 mol.kg.sup.-1 .n.stabilizátoru, kdy tento stabilizátor je vybrán ze skupiny zahrnující hydroxykarboxylové kyseliny, kyseliny fosforečné a nealkalické soli kyselin fosforečných.

Description

Oblast techniky

Uvedený vynález se týká cementových prostředků a urychlovačů pro použití v nich, zvláště pro stříkaný beton.

Dosavadní stav techniky

Nanášení betonu na podklad pomocí stříkání z trysky (běžně označované jako „torkretování“ neboli stříkání betonu) je dobře zavedená technologie, která je široce používána v takových aplikacích, jako je obezdívání tunelů. Je důležité, že nastřikovaný beton na podkladu rychle tuhne a toho se dosahuje přidáním urychlovače do betonu v nastřikovacím zařízení. Tyto urychlovače jsou velmi odlišné od těch, které jsou používány v běžných betonech a tradičně zahrnují takové látky, jako jsou hydroxidy alkalických kovů, hlinitany a silikáty.

Vysoce alkalická povaha těchto materiálů způsobuje problémy při manipulaci s nimi. Totéž znamená, že jejich použití v uzavřených prostorech, jako jsou tunely, způsobuje velmi nepříjemné pracovní prostředí. Pokusy, prováděné v poslední době, vyloučit takové materiály zahrnují využití sloučenin hliníku a typické příklady se naleznou v evropských patentech EP 0 076 927, EP 0 775 097 a EP 0 742 179, australském patentu AU 706 917 a také v evropských patentech EP 0 812 812 a EP 0 946 451.

Nyní bylo nalezeno, že je možno jednoduchým způsobem připravit urychlovač pro stříkaný beton, přičemž tento uiychlovač funguje zvláště dobře.

Podstata vynálezu

Předmětem tohoto vynálezu je způsob přípravy urychlovače pro stříkaný beton, jehož podstata spočívá v tom, že zahrnuje v podstatě tyto kroky:

(i) rozpouštění síranu hlinitého a hydroxidu hlinitého ve vodě, která popřípadě obsahuje nejméně jeden v ní rozpuštěný amin, za vzniku čirého roztoku a (ii) popřípadě přidání nejméně jednoho stabilizátoru a nejméně jednoho odpěňovacího prostředku, přičemž poměry přítomných složek jsou takové, že výsledný produkt obsahuje od 3 až do 12 % hmotnostních síranu hlinitého, měřeno jako oxid hlinitý, do 30 % hmotnostních amorfního hydroxidu hlinitého, do 15 % hmotnostních aminu, do 3 % hmotnostních odpěňovacího prostředku a do 0,06 mol-kg¹ stabilizátoru, kde tento stabilizátor je vybrán ze skupiny zahrnující hydroxykarboxylové kyseliny, kyseliny fosforečné a nealkalické soli kyselin fosforečných.

Výhodné provedení tohoto vynálezu spočívá ve svrchu uvedeném způsobu, při kterém ve vodě je přítomen nejméně jeden ve vodě rozpustný amin.

Výhodné provedení tohoto vynálezu spočívá v některém ze svrchu uvedených provedení způsobu, při kterém se přidává nejméně jedna z následujících složek, kterými jsou nejméně jeden stabilizátor a nejméně jeden odpěňovací prostředek. Přitom je obzvláště výhodné, pokud se přitom přidává nejméně jeden stabilizátor nebo pokud se přitom přidává nejméně jeden odpěňovací prostředek.

-1 CZ 304227 B6

Obzvláště výhodné provedení tohoto vynálezu spočívá v provedení způsobu, při kterém odpěňovací prostředek neobsahuje silikon aje přítomen v množství nejvýše 3 %.

Obzvláště výhodné provedení tohoto vynálezu spočívá v některém ze svrchu uvedených provedení způsobu, při kterém stabilizátorem je nejméně jedna hydroxykarboxylová kyselina.

Jiné výhodné provedení tohoto vynálezu spočívá ve svrchu uvedeném způsobu, při kterém se čirý roztok připravuje kroky:

(i) rozpustí se síran hlinitý ve vodě, která popřípadě obsahuje nejméně jeden rozpuštěný amin a (iii) rozpouští se amorfní hydroxid hlinitý v roztoku (i) až do získání čirého roztoku.

Výhodné provedení tohoto vynálezu spočívá ve zde výše uvedeném způsobu, při kterém se k čirému roztoku přidává nejméně jedna z dále uvedených látek, kterými jsou (a) nejméně jeden odpěňovací prostředek a (b) nejméně jeden stabilizátor, vybraný ze skupiny zahrnující kyseliny hydroxykarboxylové, kyseliny fosforečné a nealkalické soli kyselin fosforečných, přičemž s výhodou se použijí kyseliny hydroxykarboxylové.

Dále se uvádějí údaje, které mají blíže ilustrovat předmětný vynález. Kromě toho se uvádějí doplňkové informace, sloužící pro objasnění vynálezu v celé jeho šíři.

Použitým síranem hlinitým může být kterýkoliv komerčně dostupný materiál toho druhu. Sírany hlinité se liší svojí čistotou a strukturou, nejběžnější jsou takzvané „17%“, protože obsahují 17 % oxidu hlinitého. Prakticky vzato, hmotnostní procenta „17% síranu hlinitého“, A1₂(SO₄)₃-14,3 H₂O, který může být použit při způsobu podle tohoto vynálezu, leží v rozsahu od 30 % až do 60 %, s výhodou od 40 % až do 48 %.

Hydroxidem hlinitým může být kterýkoliv komerčně dostupný amorfní hydroxid hlinitý. Ačkoliv všechny takové hydroxidy hlinité budou poskytovat uspokojující výsledky, obecně je pravda, že čím novější je datum výroby, tím lepší je výsledek. Hydroxidy hlinité, které navíc díky speciálnímu způsobu výroby obsahují malý podíl uhličitanu hlinitého (do 5 %), jsou snáze rozpustné ajsou výhodnými látkami. Toto chování nelze získat prostým přidáním uhličitanu hlinitého k čistému hydroxidu hlinitému. Ačkoliv se mohou použít velmi malá množství hydroxidu hlinitého (je možno méně než 0,1 %), významné zlepšení se pozoruje při množství 5 % nebo více. Výhodný rozsah hmotnostních poměrů je od 8 až do 25 %, s výhodou od 15 až do 25 %.

Ačkoliv síran hlinitý, hydroxid hlinitý a voda, pokud jsou použity dohromady při způsobu podle tohoto vynálezu, poskytují urychlovače s dobrými vlastnostmi, mohou být vlastnosti podstatně zlepšeny použitím jedné nebo více ze tří volitelných, ale výhodných složek.

První z nich je amin. Nejsou žádná jiná omezení ve volbě aminu s tou výjimkou, že musí být rozpustný ve vodě. Výhodné aminy jsou alkanolaminy, jako je diglykolamin, diethanolamin a triethanolamin, přičemž diethanolamin je obzvláště výhodný. Amin se může použít až do hmotnosti 10 %, výhodně od 4 do 7 % hmotnostních.

Druhou výhodnou složkou je stabilizátor, který se může přidat na konci postupu. Jde o látku, která zabraňuje tomu, aby se roztok hydroxidu hlinitého/síranu hlinitého srážel nebo tvořil gel. Bez stabilizátoru bude roztok dobře působit jako urychlovač, ale bude často postrádat stabilitu a tedy bude mít omezenou dobu skladování, což nutně vyžaduje jeho použití krátce po výrobě, a to není vždy praktické. Je možné a přípustné použít více než jeden stabilizátor.

-2CZ 304227 B6

Stabilizátory pro použití podle tohoto vynálezu jsou kyseliny hydroxykarboxylové, kyseliny fosforečné a nealkalické soli kyselin fosforečných. Hydroxykarboxylovou kyselinou může být zvolena kterákoliv kyselina známá v oboru. Výhodnou kyselinou je kyselina citrónová, ale může se použít mnoho dalších kyselin, jako jsou kyselina mléčná a kyselina askorbová.

Výraz „kyselina fosforečná“ označuje jednu z těchto kyselin: kyselinou orthofosforečnou (H₃PO₄), kyselinu metafosforečnou (HPO₃)_X) a kyselinu dvoj fosforečnou (H₄P₂O₇). Výraz „nealkalické soli“ označuje soli, které neobsahují alkalické soli sodík a draslík. Například se tedy mohou použít soli kyseliny fosforečné s lithiem, vápníkem nebo hořčíkem.

Jako třetí výhodná dodatečná složka, odpěňovací prostředek, se může použít kterákoliv taková látka známá v oboru. Většina z nich jsou chráněné komerčně dostupné látky, jejichž přesné složení není uvedeno, ale kterákoliv taková látka známá v oboru je vhodná. Typické příklady zahrnují silikonové druhy jako je AGITAN (ochranná známka) a polyethery mastných kyselin jako je LUMITEN (ochranná známka) EL.

Odpěňovací prostředek se může použít v množství do 5 % hmotnostních (na sušinu celku), s výhodou od 0,5 až do 3 %. Použití odpěňovacího prostředku činí snazším použití méně čerstvého hydroxidu hlinitého. Věří se, bez omezení rozsahu vynálezu jakýmkoliv způsobem, že jeho přítomnost napomáhá odstranění oxidu uhličitého, který se během času hromadí na povrchu hydroxidu hlinitého. Překvapivě, v případě že odpěňovací prostředek neobsahuje silikon a není přítomen v množství větším než 3 %, poskytuje výrazné zlepšení doby tuhnutí v porovnání se stejnou směsí bez odpěňovacího prostředku nebo s prostředky silikonového typu.

Způsob podle tohoto vynálezu se snadno provádí se standardním vybavením a kvalifikovaná osoba nebude mít obtíže při jeho provádění. Bude uznáno, že pro zajištění roztoků v různých fázích může být nezbytné určité zahřívání, běžně do zhruba 50 až 60 °C.

Při způsobu může být čirého roztoku dosaženo kterýmkoliv běžným postupem. Síran hlinitý a hydroxid hlinitý se mohou přidávat do vody postupně v jakémkoliv pořadí. Mohou se též přidat do vody společně, nebo se mohou rozpustit nebo dispergovat jednotlivě ve dvou různých množstvích vody a poté tyto smísit.

S výhodou se síran hlinitý a hydroxid hlinitý přidávají do vody postupně. S výhodou se první ve vodě rozpustí síran hlinitý, síran hlinitý se rozpustí se zahříváním. K tomuto roztoku se poté přidá hydroxid hlinitý. Získá se čirý roztok.

Je možné, ačkoliv méně výhodné, jako první do vody přidat hydroxid hlinitý. Hydroxid hlinitý se ve vodě nerozpouští snadno, ale poskytuje jemnou suspenzi. Do této suspenze se přidá síran hlinitý. Získá se čirý roztok.

Přesná povaha produktu procesu není známa. Určitě není pouhou směsí původních složek (důkazem je fakt, že produktem je čirý nebo lehce zakalený roztok a ne opakní suspenze, typická pro hydroxid hlinitý) a bez omezení vynálezu v jakémkoliv směru se věří, že produkt je oligomemí nebo polymerní povahy.

Takto připravený urychlovač poskytuje vynikající výsledky, pokud se použije jako urychlovač pro stříkaný beton. Urychlovačem upravený stříkaný beton tuhne rychle a má dobrou výslednou pevnost. Urychlovač má dlouhou dobu použitelnosti, je odolný ke změnám teploty a je celkově nealkalický, což vede k lepším pracovním podmínkám.

Uvedený vynálezje dále ilustrován pomocí následujících příkladů, které vynález neomezují.

-3CZ 304227 B6

Příklady provedení vynálezu

Příklady 1 až 3

Příprava urychlovačů podle tohoto vynálezu

Použité hmotnostní podíly jsou uvedeny dále.

	Příklad 1	Příklad 2	Příklad 3
17% síran hlinitý	46%	48%	40%
Amorfní hydroxid hlinitý	18%	18%	18%
Voda	30%	28%	38%
Diethanolamin (90% roztok)	6%	6%	4%

Diethanolamin se rozpustí ve vodě a v tomto roztoku se poté rozpustí síran hlinitý. Toho se dosáhne zahříváním roztoku na teplotu 50 až 60 °C a přidáváním za míchání, kdy míchání pokračuje do získání čirého roztoku. K tomuto zahřátému, míchanému roztoku se postupně přidává hydroxid hlinitý a míchání pokračuje do získání čirého roztoku.

Příklad 4

Urychlovač se připravuje způsobem a s využitím látek z příkladů 1 až 3 s tím rozdílem, že obsah vody se sníží na 28,7 % a poté se přidá 1,3 % monohydrátu kyseliny citrónové. Toto se přidá po přidání hydroxidu hlinitého. Roztok se před přidáním ochladí na teplotu místnosti. Výsledkem je čirý roztok.

Příklad 5

Ověřování urychlovačů v maltě

Malta použitá pro zkoušky měla toto složení:

Portlandský cement Normo 4

Písek standardní SIA 215-1

Stabilizátor¹ hydratace cementu založený na kyselině fosfonové

Polykarboxylátový superplastifikátor² ¹ DELVO (registrovaná ochranná známka) stabilizátor od MBT ² GLENIUM (registrovaná ochranná známka) 51 od MBT Potřená voda se přidá v poměru voda/cement 0,47.

450 dílů

1350 dílů

0,3 % hmotnosti cementu

0,6 % hmotnosti cementu

Ke vzorku malty se přidá jeden každý z urychlovačů z příkladů 1,2 a 4 v množství 7 % hmotnostních vzhledem k hmotnosti cementu a testovacím postupem Vicat podle EN 196-3 se měří

-4CZ 304227 B6 výchozí a výsledné časy tuhnutí. Zkoušen byl též komerčně dostupný bezalkalický urychlovač MEYCO (ochranná známka) SKUPINA 160. Výsledky jsou uvedeny dále.

	Příklad 1 Příklad 2	Příklad 4	Komerční urychlovač
Výchozí (min)	4 1	3,5	3
Výsledný (min)	8 5,5	8,5	6
	PATENTOVÉ	NÁROKY

Claims

MEYCO (ochranná známka) SKUPINA 160. Výsledky jsou uvedeny dále.

Příklad 1 Příklad 2 Příklad 4 Komerční urychlovač Výchozí (min) 4 1 3,5 3 Výsledný (min) 8 5,5 8,5 6 PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob přípravy urychlovače pro stříkaný beton, vyznačující se tím, že zahrnuje v podstatě tyto kroky:

(i) rozpouštění síranu hlinitého a hydroxidu hlinitého ve vodě, která popřípadě obsahuje nejméně jeden v ní rozpuštěný amin, za vzniku čirého roztoku; a (ii) popřípadě přidání nejméně jednoho stabilizátoru a nejméně jednoho odpěňovacího prostředku, přičemž poměry přítomných složek jsou takové, že výsledný produkt obsahuje od 3 až do 12 % hmotnostních síranu hlinitého, měřeno jako oxid hlinitý, do 30 % hmotnostních amorfního hydroxidu hlinitého, do 15 % hmotnostních aminu, do 3 % hmotnostních odpěňovacího prostředku a do 0,06 mol-kg¹ stabilizátoru, kde tento stabilizátor je vybrán ze skupiny zahrnující hydroxykarboxylové kyseliny, kyseliny fosforečné a nealkalické soli kyselin fosforečných.
2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že ve vodě je přítomen nejméně jeden ve vodě rozpustný amin.
3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že se přidává nejméně jedna z následujících složek, kterými jsou nejméně jeden stabilizátor a nejméně jeden odpěňovací prostředek.
4. Způsob podle nároku 3, vyznačující se tím, že se přidává nejméně jeden stabilizátor.
5. Způsob podle nároku 3, vyznačující se tím, že se přidává nejméně jeden odpěňovací prostředek.
6. Způsob podle nároku 5, vyznačující se tím, že odpěňovací prostředek neobsahuje silikon aje přítomen v množství nejvýše 3 %.
7. Způsob podle některého z nároků laž6, vyznačující se tím, že stabilizátorem je nejméně jedna hydroxykarboxylová kyselina.
8. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že čirý roztok se připravuje kroky:

(i) rozpustí se síran hlinitý ve vodě, která popřípadě obsahuje nejméně jeden rozpuštěný amin; a (iii) rozpouští se amorfní hydroxid hlinitý v roztoku (i) až do získání čirého roztoku.

-5CZ 304227 B6
9. Způsob podle nároku 8, vyznačující se tím, žek čirému roztoku se přidává nejméně jedna z dále uvedených látek, kterými jsou

5 (a) nejméně jeden odpěňovací prostředek a (b) nejméně jeden stabilizátor, vybraný ze skupiny zahrnující kyseliny hydroxykarboxylové, kyseliny fosforečné a nealkalické soli kyselin fosforečných, přičemž s výhodou se použijí kyseliny hydroxykarboxylové.

15 Konec dokumentu