DK158509B - Flydende stoerkningsaccelerator for betonblandinger og dens anvendelse - Google Patents

Description

. DK 158509B

i

Opfindelsen angår en flydende størkningsaccelerator for betonblandinger og bestående af alkalimetalaluminater, alkalimetalhydroxider og alkalimetalcarbonater. Opfindelsen angår også anvendelsen af denne nye størkningsaccelerator 5 i hydrauliske bindemidler på basis af Portlandcementer til fremskyndelse af afbindingen og størkningen af disse bindemidler og til opretholdelse af trykstyrken af de ved hjælp af disse bindemidler fremstillede produkter.

Det er, f.eks. fra DE-offentliggørelsesskrift nr. 2.445.512, 10 kendt at anvende vandige opløsninger af natriumaluminat til at fremskynde afbindingen af betonblandinger. Disse natriumaluminat-opløsninger er imidlertid behæftet med den ulempe, at de kun kan anvendes inden for et bestemt koncentrationsområde, eftersom der ellers opstår koncentrationudfældninger, og opløs-15 ningerne derfor ikke længere kan tilføres gennem en sprøjtedyse, og derfor heller ikke mere medfører de ønskede virkninger. Den nærliggende løsning på dette problem, nemlig at anvende fortyndede opløsninger, er ubrugbarf eftersom fortyndingen medfører en risiko for en kvalitetsfor-20 ringende hydrolyse af aluminatet.

For at undgå bundfældninger er det derfor i DE-offentliggørelsesskrift nr. 2.445.512 blevet foreslået til den flydende accelerator at tilsætte natriumgluconat, der virker stabiliserende på aluminatopløsningen. Tilsætningen af gluconatet 25 eller andre hydroxylgruppeholdige forbindelser medfører imidlertid den ulempe, at der derved f.eks. sker en forsinkelse af størknings- og afbindingsaccelerationen, og fremkomsten af bundfald, f.eks. ved koncentrerede opløsninger, under ekstreme temperaturbetingelser kan heller ikke forhindres.

30 Det er endvidere kendt at tilsætte kaliumcarbonat til størkningsacceleratorer på basis af natriumaluminatopløs-ninger med henblik på at forbedre deres egenskaber. Også dette fører imidlertid kun i begrænset omfang til lagringsstabile opløsninger, eftersom der - navnlig i koncentrere-35 de opløsninger - i tidens løb sker en udfældning af alkali-

DK 158509 B

2 metalcarbonater fra sådanne opløsninger, hvorved de ovenfor omtalte vanskeligheder igen opstår.

Fra GB-patentskrift nr. 355.583 er det kendt ved fremstilling af vand-uigennemtrængelig cement at anvende tilsætninger af kalium-aluminiumhydrat, som på grund af luftens CC^-indhold efterhånden 5 udviser et vist indhold af kaliumcarbonat.

Den hurtige afbinding af betonblandinger medfører imidlertid den ulempe, at en på denne måde afbundet beton under det videre størkningsforløb taber i styrkeudvikliiig. Denae forringelse af trykstyrkén i løbet af 28 døgn er jo større, desto hurtigere betonblandingen 10 afbinder.

Der forelå således den opgave at finde frem til en størkningsaccelerator for betonblandinger, der foreligger i væskeform og indeholder alkalimetalaluminater i en så koncentreret form som muligt. Endvidere skal disse opløsnin-15 ger være så lagringsstabile som muligt, idet der ikke skal ske nogen udfældning i løbet af en lagringsperiode på flere uger, og hvor denne lagringsstabilitet i størst mulig udstrækning skal kunne opnås uden tilsætning af organiske kompleksdannere. Størkningsstabilisatorerne skal endvidere 20 påvirke betonblandingerne på en sådan måde, at disse afbinder og størkner hurtigt, idet det dog i størst mulig udstrækning skal undgås, at der indtræder nogen formindskelse af betydning af de fremstillede betonlegemers trykstyrke i løbet af den tidlige del af hærdningsforløbet.

25 Den nævnte opgave løses ved hjælp af en flydende størkningsaccelerator for betonblandinger, der udviser de i krav l's kendetegnende del angivne ejendommeligheder. En sådan accelerator er især egnet til anvendelse ved accelereret hærdning af betonblandinger på basis af Portlandcementer, og 30 bevirker i de fra disse blandinger fremstillede produkter en formindskelse af faldet i trykstyrken.

De nye acceleratorer viser en accelererende virkning ved i sig selv kendte beton- og mørtelblandinger i mængder fra 0,5 vægtprocent regnet på cementandelen. Tilsætningsmængden af-35 hænger bl.a. af blandingens temperatur i anvendelsesøjeblik- 3

DK 158509B

ket. Ved lave temperaturer kræves højere doseringer end ved højere temperaturer. Ifølge opfindelsen anvendes acceleratorerne i hydrauliske bindemidler baseret på eventuelt modificeret Portland-cement i mængder på mellem 2 og 6 vægtprocent regnet 5 på cementandelen.

I modsætning til de kendte størkningsacceleratorer indeholder størkningsacceleratoren ifølge opfindelsen kun de nævnte saltes kaliumforbindelser Dette gør det nødvendigt, at den samlede mængde KOH inden for definerede grænser står 10 i et bestemt forhold til mængden af kaliumaluminat. Den samlede mængde KOH er sammensat af de delmængder, der falder på kaliumaluminatet og kaliumcarbonatet, såvel som det frie KOH. Denne samlede mængde angives mere hensigtsmæssigt som mængden af K20, eftersom kaliumaluminat i idealtilfældet 15 svarer til formlen K20*A1203.

Opløsningen ifølge opfindelsen indeholder et begrænset overskud af K20. Definitionsmæssigt skal der med dette overskud forstås den mængde K20, som støkiometrisk set hverken kan henregnes til aluminatet eller til carbonatet.

20 Det mol-forhold, der er nævnt i krav 1, afsnit a), kan også udtrykkes matematisk som forholdet mellem på den ene side forskellen mellem den samlede mol-koncentration af K20 og koncentrationen af C02 (fra kaliumcarbonatet) og på den anden side koncentrationen af det opløste A^O^ (fra aluminatet).

25 Dette forhold kan udtrykkes som [K20] - [CC>2] / [A^O^] . Dette forhold betegnes også som det kaustiske forhold. Ifølge opfindelsen ligger det mellem 1,1 og 1,4, fortrinsvis mellem 1,25 og 1,37.

Vandindholdet i opløsningen ifølge opfindelsen sættes lige-30 ledes i relation til koncentrationen af det opløste Al202 (fra kaliumaluminatet). Matematisk udtrykt er det mol-forholdet [H20]/[Al202]. Ifølge opfindelsen ligger dette forhold mellem 9,5 og 20, fortrinsvis mellem 14 og 17.

DK 158509 B

4

Indholdet af K^O^ kan i vid udstrækning varieres inden for de angivne grænser. En øvre grænse i form af en værdi af 3,4 mol-procent C02 bør ikke overskrides, medens de minimale mængder skal ligge over 0,1 mol-procent C02· De foretrukne grænser lig-5 ger mellem 2 og 3 mol-procent.

Opløsninger, der ligger inden for de angivne grænser, indeholder en større mængde af salte i opløst tilstand, uden at der optræder koncentrationsudfældninger, end lignende blandinger, hvori den samme alkalimetalkoncentration be-10 står af N.a20 eller en blanding af Na20 og Κ-,Ο.

Fremstillingen af størkningsacceleratorer ifølge opfindelsen sker hensigtsmæssigt på den måde, at der til en alkalisk kaliumaluminatopløsning tilsættes kaliumcarbonat. Som kalium-aluminatopløsning anvendes herved fortrinsvis en sådan, der 15 er fremkommet ved behandling af aluminiumhydroxid med KOH. Behandlingen kan herved udføres enten i smeltet form eller med vandigt KOH. Forholdet mellem mængden af anvendt kalilud til mængden af aluminiumhydroxid skal herved altid vælges således, at mol-forholdet K20:Al202 ligger mellem 1,1:1 og 20 1,4:1. Dersom behandlingen udføres med vandig kalilud, an vendes fortrinsvis opløsninger med en koncentration på mere end 30 vægtprocent KOH. Opløsninger med en koncentration på over 38 vægtprocent KOH er specielt velegnede.

Når behandlingen af aluminiumhydroxid udføres i smeltet til-25 stand, sættes der til smelten eller kaliumaluminatet så meget vand, at der fremkommer en i størst mulig grad mættet opløsning.

I begge behandlingstilfælde tilsættes kaliumcarbonat til den fremkomne opløsning. Herved kan kaliumcarbonatet til-30 sættes både som fast sesquihydrat eller som koncentreret vandig opløsning. Den samlede tilsatte vandmængde skal herved vælges således, at mol-forholdet H20:A1202 ligger mellem 9,5:1 og 20:.

Den på denne måde fremstillede opløsning kan indeholde uøn- 5

DK 158509B

skede omsætningsprodukter, der f.eks. kan virke som krystallisationskim og/eller i tidens løb føre til forstyrrende udfældninger. Det anbefales derfor at fjerne sådanne uønskede omsætningsprodukter fra opløsningerne. Dette kan ske på et-5 hvert belejligt tidspunkt under eller efter fremstillingsprocessen på i sig selv kendt måde, som f.eks. ved filtrering eller dekantering.

Ved anvendelse af størkningsacceleratoren ifølge opfindelsen indtræder der kun en ringe formindskelse af 28 døgns-10 trykstyrken. Kendte størkningsacceleratorer på basis af natriumaluminat/kaliumcarbonat/kaliumhydroxid medfører derimod efter størkningen en reduktion i trykstyrken, der kan overskride 20% af de oprindelige værdier, der opnås med en beton uden tilsætning af acceleratorer. Under i øvrigt 15 sammenlignelige betingelser andrager denne reduktion ved anvendelse af blandingerne ifølge opfindelsen højst op til 15%.

De bindemidler, hvis afbinding forbedres ved hjælp af acceleratorerne ifølge opfindelsen, omfatter de hydrauliske 20 bindemidler på basis af Portlandcementer. Til sådanne bindemidler skal også regnes sådanne, der foruden cementens indhold af formalede klinker også indeholder uorganiske tilsætnings-eller sammenformalingsstoffer, såsom f.eks. puzzolaner, støbesand eller flyveaske. Cementholdige binde-25 midler, der indeholder et eller flere af disse tilsætningsstoffer, udviser i forøget mål ;det ovenfor nævnte fald i trykstyrke efter 28 døgn; anvendelsen af størkningsacceleratoren i følge opfindélsen er netop derfor vigtig ved disse bindemidler, eftersom denne styrkereduktion i stor udstræk-30 ning kan undgås.

Inden for de angivne områder for det kaustiske forhold og fortyndingen er de flydende acceleratorer ifølge opfindelsen stabile og fører ikke til udfældninger. Ved grænseværdierne skal der dog gives agt på, at der .ved høje værdier

DK 158509B

6 af det kaustiske forhold også vælges en tilsvarende høj fortyndingsgrad inden for det angivne område. Analogt gælder for den nedre grænse for det kaustiske forhold. Variationsmulighederne med hensyn til det kaustiske forhold og 5 fortyndingsgraden tillader således en særdeles vidtgående tilpasning til betingelserne for størkningsaccelerationen ved forskelligt sammensatte bindemidler. Følgende tabel viser eksempler på effektive og stabile opløsninger:

Eks. Kaustisk forhold Fortyndingsgrad [C02] 10 [K20]-[C02] [H20] [ai2o3] [a12°3] a) 1/ 39 18,75 3,4 b) 1,22 11,91 0,31 c) 1,10 9,57 0,05 15 udover de ovenfor omtalte tilslagsmaterialer indeholder de færdige betonblandinger, der skal afbinde, også sand eller andre kendte inaktive stoffer, hvis kornstørrelse kan variere inden for vide grænser. De blandinger, der kan afbindes ved hjælp af størkningsacceleratoren ifølge 20 opfindelsen, omfatter som følge heraf samtlige kendte betonblandinger, mørtelblandinger og slamblandinger, der indeholder hydrauliske bindemidler på basis af formalede klinker.

Følgende eksempler viser den accelererende virkning af 25 opløsningerne ifølge opfindelsen på størkningen af cement og mørtel.

Eksempel 1. .

En i handelen sædvanligt forekommende cement (type Z-35 F) blandes i form af en prøvepasta med en vand/cementværdi 30 på mellem 0,32 og 0,35 med 2 vægtprocent af en accelerator

DK 158509B

7 ifølge opfindelsen, hvis kaustiske forhold ligger ved 1,29, og som udviser en fortyndingsgrad på 15,08. Indholdet af (Χ>2 ligger ved 2,16 mol-procent.

Den fremkomne blanding har ifølge DIN 1164, del 5, en størk-5 ningsbegyndelse fra 20 til 60 sekunder og en størkningsafslutning fra 60 til 210 sekunder ved en prøvetemperatur på 293 - 2°K.

Eksempel 2.

Med støtte i DIN 1164, del 7, fremstilles mørtel af 3 dele 10 sand, 1 del Portlandcement af typen Z-35 F og så meget vand, at vand/cementværdien ligger ved 0,59 til 0,61. Til blandingsvandet sættes 3 vægtprocent regnet på cementen af en størkningsaccelerator, der udviser et kaustisk forhold på 1,37, en fortyndingsgrad på 17,06 og et C^-indhold på 2,78 15 mol-procent.

Ved en prøvetemperatur på 293 - 2°K andrager størkningstiderne for denne mørtel 30 til 45 sekunder for begyndelsen og 60 til 90 sekunder for den til normen svarende afslutning.

20 Eksempel 3.

Størkningsacceleratorerne kan også tilsættes en forud fremstillet vådmørtelϊ en vådmørtel svarende til DIN 1164, del 7, fremstilles ifølge normen af 3 dele normalsand og 1 del Portlandcement af typen Z-35 F med et vand/cementforhold 25 på 0,5. Derpå iblandes der hurtigt i den våde mørtel ved + o 293 - 2 K 4¾ af en størkningsaccelerator med et kaustisk forhold på 1,37, en fortyndingsgrad på 17,06 og et CX^-indhold på 2,78 mol-procent i koncentreret form. Størkningstiderne andrager 120 sekunder for begyndelsen og 210 sekun-30 der for afslutningen ifølge normen.

Claims (3)

1. Flydende størkningsaccelerator for betonblandinger på basis af alkalimetalaluminat-, alkalimetalhydroxid- og alkalimetalcarbonatopløsninger, kendetegnet ved, 5 at den består af en vandig opløsning af de pågældende kaliumsalte og opfylder følgende betingelser: a) molforholdet mellem det ikke til kaliumcarbonat bundne K20 og Al2°3 mellem 1,1 og 1,4, b) indholdet af vand som opløsningsmiddel er således til-10 målt, at mol-forholdet H20:Al20g ligger mellem 9,5 og 20, og c) indholdet af kaliumcarbonat ligger mellem 0,1 og 3,4 mol-procent.

2. Størkningsaccelerator ifølge krav 1, kendete g -15 net ved, a) at mol-forholdet mellem det ikke til kaliumcarbonat bundne K20 og A^O^ ligger mellem 1,25 og 1,37, og b) molforholdet I^OrA^O^ ligger mellem 14 og 17.

3. Anvendelse af størkningsacceleratorer ifølge krav 1 20 eller 2 i hydrauliske bindemidler på basis af eventuelt modificerede Portlandcementer i mængder på mellem 2 og 6 vægtprocent regnet på cementandelen.