JP2024515430A - アルカリ金属化合物を用いる硫酸アルミニウム懸濁液の粘度の低減 - Google Patents

アルカリ金属化合物を用いる硫酸アルミニウム懸濁液の粘度の低減 Download PDF

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Abstract

本発明は、硫酸アルミニウム懸濁液の粘度を調節し、特に低減するための少なくとも1種の可溶性アルカリ金属化合物の使用であって、このアルカリ金属が、ナトリウム、カリウム及び/又はリチウムから選択される使用に関する。

Description

本発明は、硫酸アルミニウム懸濁液の粘度を調節、より具体的には低減させるための組成物に関する。本発明はさらに、硫酸アルミニウム懸濁液に関する。
無機バインダ組成物の固化及び硬化を促進する物質が多く知られている。公知の例としては、アルカリ金属水酸化物、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ金属ケイ酸塩、アルカリ金属アルミン酸塩及びアルカリ土類金属塩化物などの強アルカリ性物質が挙げられる。
しかしながら、非アルカリ含有促進剤が主に使用されており、硫酸アルミニウム懸濁液系促進剤は特に効果的であり、且つ、価格/性能関係が良好であることが判明しているものの1種である。しかしながら、このような促進剤に関わる問題は、活性物質含有量の増加に伴って促進剤の粘度が顕著に高くなってしまうことである。とりわけ、促進剤の生成、正確な計量添加、及び、促進されるべき無機バインダ組成物との混和性が複雑化されてしまう。
国際公開第2005/075381 A1号パンフレットには、例えば、水酸化アルミニウム、硫酸アルミニウム及び有機酸を含む固化及び硬化促進剤が記載されており、ここで、この促進剤は、0.65未満の有機酸に対するアルミニウムのモル比を有する。
欧州特許第0 812 812 B1号明細書には、水酸化アルミニウムが含まれない、硫酸アルミニウム及びアルカノールアミン系の非アルカリ含有促進剤分散体が開示されている。
しかしながら、多量の酸及びアルカノールアミンは、その浸出性によって環境汚染を引き起こす可能性があるという欠点を有する。これらはまた、コスト面においても不利である。
欧州特許出願公開第1 878 713 A1号明細書(Construction Research and Technology GmbH)には、25%~40重量%の硫酸アルミニウム及び水酸化アルミニウムを含有する水性分散体の形態である吹付けコンクリート又は吹付けモルタル用の促進剤が記載されており、この分散体中における硫酸塩に対するアルミニウムのモル比は1.35~0.70である。水性分散体はまた、セピオライトの形態でケイ酸マグネシウムを含む無機安定剤を含む。セピオライトが0.2~3重量%の割合で用いられる場合、欧州特許出願公開第1 878 713 A1による結果では、アルミニウム及び硫酸塩の広い範囲の意図される量にわたって分散体が安定化されるのみならず、吹付けコンクリート促進剤における粘度も有利なものとなる。
しかしながら、このような促進剤の欠点は、高い活性物質含有量を達成するために追加の水酸化アルミニウムの添加が必要であり、硫酸塩に対するアルミニウムの比率が高まってしまい、これは、いくつかの場合においては望ましくないことである。これによる影響は、水酸化アルミニウムが高価であるために、促進剤のコストが比較的高いことである。しかも、セピオライトの形態で安定剤として用いられるケイ酸マグネシウムは、吹付けコンクリート促進剤用の非常に良好な安定剤であるが、セピオライトは粘度の低減には効果がないことが判明している。反対に、生成直後におけるセピオライトの添加により、硫酸アルミニウム懸濁液の粘度の上昇が常に引き起こされてしまう。
これは、比較的高い活性物質含有量で硫酸アルミニウム懸濁液を安定化させることが可能であるが、特に生成直後においては、このような硫酸アルミニウム懸濁液の粘度に積極的に影響を与えたり制御したりすることは不可能であることを意味する。
本出願人による、未公開である欧州特許出願第19207659.4号明細書においては、いくつかの場合において、硫酸アルミニウム懸濁液の粘度の低減はマグネシウム化合物の添加によって達成可能であることが示されている。
粘度を低減させるために、しかしながら、向上した効力を有する溶液、また、さらに安価な溶液に対する要求が依然として存在する。
従って、前述の欠点を可能な限り克服した新規で向上した溶液が未だ必要とされている。
本発明は、可能な限り低い粘度で、可能な限り高い硫酸アルミニウム含有量を有する硫酸アルミニウム懸濁液の生成が可能となる溶液を提供することを目的とする。より具体的には、低い粘度は、可溶性アルカリ金属化合物を硫酸アルミニウム懸濁液に添加した直後に達成され、及び、低い粘度は、可溶性アルカリ金属化合物を硫酸アルミニウム懸濁液に添加した後における後の時点においても維持されることが好ましい。これは、特に、硫酸塩に対するアルミニウムの比率に影響を与えることなく、且つ、好ましくは、硫酸アルミニウム懸濁液の他の成分の効力に悪影響を及ぼすことなく達成される。硫酸アルミニウム懸濁液は特に、無機バインダを含む組成物用、特に吹付けコンクリート又は吹付けモルタル用の非常に効果的な固化促進剤及び/又は硬化促進剤として好適であるベきであり、硫酸アルミニウム懸濁液は吹付けコンクリート促進剤として特に好適である。この溶液はさらに、非常に安価で単純な方法で実施可能であるべきである。
意外なことに、本発明の目的は、請求項1に請求されている使用により達成されることが見出された。
従って、硫酸アルミニウム懸濁液の粘度を調節、より具体的には低減するために少なくとも1種の可溶性アルカリ金属化合物が使用され、ここで、アルカリ金属は、ナトリウム、カリウム及び/又はリチウムから選択される。
示されているとおり、可溶性アルカリ金属化合物を使用することで、同一の硫酸アルミニウム含有量で硫酸アルミニウム懸濁液の粘度を顕著に低減可能であり、及び/又は、同一の粘度で硫酸アルミニウム含有量を著しく増加可能である。それ故、単純な方法で、吹付けコンクリート及び吹付けモルタル用の固化促進剤及び硬化促進剤として特に好適である、比較的低い粘度で硫酸アルミニウムを高含有量で含む比較的安価な硫酸アルミニウム懸濁液を生成することが可能である。
少なくとも1種の可溶性アルカリ金属化合物の使用は特に、硫酸アルミニウム懸濁液への添加後、又は、硫酸アルミニウム懸濁液を生成するための成分のすべてを一緒に混合した後、1~48時間、好ましくは1~24時間又は1~12時間、より具体的には2~6時間の期間内における硫酸アルミニウム懸濁液の粘度の低減に効果的である。特定の利点は、硫酸アルミニウム懸濁液の生成後初めの数時間以内に生じる可能性がある粘度スパイクが減衰されることであり、これは経済的な生成に利点である。
しかも、可溶性アルカリ金属化合物は、硫酸アルミニウム懸濁液への添加から後の時点、より具体的には1~3ヶ月後においても、粘度を、調節、より具体的には低減するための薬剤、及び/又は、維持するための薬剤として効果的であることが示されている。これは、硫酸アルミニウム懸濁液が、硫酸アルミニウム(Al(SO)の34重量%超の割合を有する場合に特に該当する。
適切に選択された可溶性アルカリ金属化合物の使用で、硫酸塩に対するアルミニウムの比率の変化を回避することが可能となる。アルカリ金属アルミン酸塩の使用により、しかしながら、懸濁液中のAl含有量を高めることも可能であり、これは、常にではないが、通常は有利である。
Na、K及びLiのアルカリ金属化合物は、マグネシウム化合物よりも良好な効力を示すことが可能である。しかも、Na及びKの化合物は他の化学物質と比して安価であり、それ故、優れた価格/性能関係が達成される。例えばマグネシウム化合物を用いる場合に生じる可能性がある高濃度での析出に関連する問題(硫酸マグネシウムの析出)は、生じない。
可溶性アルカリ金属化合物はまた、可溶性アルカリ金属化合物の効力に悪影響を及ぼすことなく、従来のケイ酸マグネシウム安定化剤、特にセピオライトと直接組み合わせることが可能である。例えば、硫酸アルミニウム懸濁液において、必要な場合には、例えばケイ酸マグネシウム、特にセピオライトを可溶性アルカリ金属化合物と組み合わせて用いることが可能であり、これにより、高い活性物質含有量と低い粘度を有する特に安定な硫酸アルミニウム懸濁液が得ることが可能である。
加えて、必要な場合には、アルカノールアミン、カルボン酸及び水酸化アルミニウムなどの潜在的に問題を有し、及び/又は、高価な物質を省くことが可能である。これは、促進作用を大きく失うことなく行うことが可能となる。
本発明のさらなる態様はさらなる独立請求項の主題である。本発明の特に好ましい実施形態は従属請求項の主題である。
第1の態様において、本発明は、硫酸アルミニウム懸濁液の粘度を調節、より具体的には低減するための少なくとも1種の可溶性アルカリ金属化合物の使用に関し、ここで、アルカリ金属は、ナトリウム、カリウム及び/又はリチウムから選択される。2種以上の可溶性アルカリ金属化合物の混合物が使用され得るが、1種のアルカリ金属化合物のみの使用が実施上の理由から一般的に好ましい。
「硫酸アルミニウム懸濁液」は、より具体的には水である液体と、その中に微細に分散された硫酸アルミニウムの粒子から組成される不均質物質混合物である。これは、水性硫酸アルミニウム懸濁液であることが好ましい。粒子形態の硫酸アルミニウムだけではなく、硫酸アルミニウムの一部も、溶解及び/又は化学的に変性された形態、より具体的には、水性硫酸アルミニウム懸濁液であってもよい。硫酸アルミニウムの化学的に変性された形態の一例は、ジュルバナイト(AlOHSO・5HO)である。硫酸アルミニウム懸濁液は、本文脈において、純粋な溶液ではなく、むしろ、硫酸アルミニウムの微細に分散された粒子が、液体相、より具体的には水中に常に存在している。液体及び硫酸アルミニウムに追加して、硫酸アルミニウム懸濁液はさらに、溶解及び/又は固体形態であり得る成分を含有していてもよい。
硫酸アルミニウム懸濁液は、特に好ましくは、無機バインダ(ミネラルバインダ)用の固化促進剤及び/又は硬化促進剤、特に吹付けコンクリート促進剤である。対応して、可溶性アルカリ金属化合物は、好ましくは、特にセメントといった無機バインダを含有する組成物用の、硫酸アルミニウム懸濁液系の固化促進剤及び/又は硬化促進剤の粘度を調節するために用いられ、ここで、硫酸アルミニウム懸濁液は、好ましくは、特に吹付けコンクリート又は吹付けモルタル用の吹付けコンクリート促進剤である。
「固化促進剤及び/又は硬化促進剤」という表記は、より具体的には、無機バインダが添加され、及び、添加物質/促進剤を含まないブランクサンプルと比した場合に、混合後の規定の時間後、より具体的には、混合後2分間~24時間以内の時間において、無機バインダの圧縮強度の増大をもたらす物質を表す。
「可溶性アルカリ金属化合物」は、本文脈において、HClでpH2に調節された蒸留水1リットル中に、25℃、及び、1barの圧力で少なくとも5g程度で可溶性であるアルカリ金属化合物である。
より具体的には、本文脈において「粘度を調節」とは、可溶性アルカリ金属化合物により、硫酸アルミニウム懸濁液の粘度が制御及び/又は調節されることを意味する。より具体的には、可溶性アルカリ金属化合物が存在することで、可溶性アルカリ金属化合物を含有しないがそれ以外は同等の組成物である硫酸アルミニウム懸濁液の粘度と比して、硫酸アルミニウム懸濁液の粘度が変更又は低減される。
粘度は、より具体的には、標準DIN EN ISO 2431:2011に準拠して測定される。これは、ISO No.6又はNo.4カップで、及び、23℃の温度で行われることが好ましい。
重量割合及びモル比率は、別段の定めがある場合を除き、各事例において、粘度調節後のすぐに使用できる硫酸アルミニウム懸濁液に基づいている。すぐに使用できる硫酸アルミニウム懸濁液は、より具体的には、固化促進剤及び/又は硬化促進剤として直接用いられるよう設計されている。すぐに使用できる硫酸アルミニウム懸濁液はそれ故、硫酸アルミニウム及び液体の他に、少なくとも1種の可溶性アルカリ金属化合物、及び、任意により存在するさらなる成分をも含む。
硫酸アルミニウム懸濁液は、好ましくは塩化物を含まない。硫酸アルミニウム懸濁液はまた、アルカリ金属化合物を用いているにもかかわらず、アルカリを含まないか、又は、低アルカリであることが好ましい。
典型的には、建築化学において、アルカリを含まないとは、酸化ナトリウム当量(NaO)としての算出で、組成物の総重量又は硫酸アルミニウム懸濁液の総重量に基づいて、アルカリ金属イオン及び/又はアルカリ土類金属イオンを1重量%未満有する組成物を意味する。ここで、低アルカリとは、酸化ナトリウム当量(NaO)としての算出で、組成物の総重量又は硫酸アルミニウム懸濁液の総重量に基づいて、アルカリ金属イオン及び/又はアルカリ土類金属イオンを5重量%以下有する組成物を意味する。
NaO当量は、すべてのアルカリ金属イオン(特にNa及びK)がNaOとして存在していた場合において求められる重量による量を指す。
典型的には、建築化学において、塩化物を含まないとは、組成物の総重量又は硫酸アルミニウム懸濁液の総重量に基づいて、塩化物イオンを0.1重量%未満有する組成物を意味する。
可溶性アルカリ金属化合物は、より具体的には、粘度を調節するために、より具体的には、粘度を低減するために用いられる。
より具体的には、可溶性アルカリ金属化合物は硫酸アルミニウム懸濁液の粘度調節、より具体的には粘度低減に用いられ、粘度の調節、より具体的には低減は、好ましくは、可溶性アルカリ金属化合物が添加された硫酸アルミニウム懸濁液が得られた後、1~168時間、より好ましくは1~48時間の期間内、特に1~24時間の期間内に終了する。特に、可溶性アルカリ金属化合物は、硫酸アルミニウム懸濁液の添加後、又は、硫酸アルミニウム懸濁液を生成するための成分のすべてを混合した後、1~6時間の期間内に硫酸アルミニウム懸濁液の粘度を低減可能であり、これは、特に生成における利点である。
特に、粘度が一旦調節されると、粘度は、長期間にわたって、より具体的には数ヶ月の期間にわたって安定なままである。可溶性アルカリ金属化合物は従って、可溶性アルカリ金属化合物が添加された硫酸アルミニウム懸濁液が得られた後、数ヶ月の期間にわたって、きわめて特に好ましくは1~3ヶ月にわたって、硫酸アルミニウム懸濁液の粘度を調節、より具体的には粘度を低減するために特に用いられる。これは、特に、硫酸アルミニウム(Al(SO)の34重量%超の割合を有する硫酸アルミニウム懸濁液の場合である。
可溶性アルカリ金属化合物は、可溶性アルカリ金属化合物が添加された硫酸アルミニウム懸濁液が得られた後、1~168時間、好ましくは1~48時間の期間内、特に6~24時間の期間内に粘度を調節、より具体的には粘度を低減可能であるため、硫酸アルミニウム懸濁液の粘度は、生成の直後であっても所望の値に調節可能である。これにより、硫酸アルミニウム懸濁液を、生成後数時間以内に、より具体的には、固化促進剤及び/又は硬化促進剤として意図どおり使用可能であるため、より短い生成時間が可能となる。
可溶性アルカリ金属化合物はさらに、可溶性アルカリ金属化合物が添加された硫酸アルミニウム懸濁液が得られた後、長期にわたって、より具体的には数ヶ月の期間にわたって、粘度の調節、より具体的には粘度の低減が可能であるため、粘度の長期にわたる低減を達成することが可能である。それ故、実質的に一定の粘度を有する硫酸アルミニウム懸濁液を必要に応じて長期にわたって保管をすることが可能である。
可溶性アルカリ金属化合物は従って、硫酸アルミニウム懸濁液の粘度を調節する方法において使用可能である。
さらなる本発明の態様は従って、可溶性アルカリ金属化合物が添加された硫酸アルミニウム懸濁液が得られた後、好ましくは1~168時間、好ましくは1~48時間の期間内、特に6~24時間の期間内、硫酸アルミニウム懸濁液の粘度を調節、より具体的には粘度を低減する方法であり、及び/又は、長期にわたって、より具体的には数ヶ月の期間にわたって、粘度を調節、より具体的には粘度を低減する方法であって:
(a)最初に、硫酸アルミニウムの水性調製物を仕込むステップ、及び
(b)少なくとも1種の可溶性アルカリ金属化合物中において混合するステップ
(c)任意により、さらなる硫酸アルミニウム中において混合するステップ
を含んで、硫酸アルミニウム懸濁液を得る方法
又は
(a)最初に、可溶性アルカリ金属化合物の水性調製物を仕込むステップ、及び
(b)硫酸アルミニウム中において混合して硫酸アルミニウム懸濁液を得るステップ
を含む方法である。
すべてのバリエーションが可能である。いくつかの場合においては、個々の成分の交互の添加が好ましい方法である。調製物は、本文脈において、溶液又は懸濁液である。水性調製物は従って水中の溶液又は懸濁液である。
硫酸アルミニウムの水性調製物は、水中における硫酸アルミニウムの溶液又は懸濁液である。水性調製物中においては、一部の硫酸アルミニウムが溶解形態で、及び、一部の硫酸アルミニウムが懸濁形態で存在することも可能である。
水硬性バインダを含む組成物用、特に吹付けコンクリート又は吹付けモルタル用の本発明に係る固化促進剤及び/又は硬化促進剤は、硫酸アルミニウム懸濁液である。
可溶性アルカリ金属化合物は、硫酸アルミニウム調製物にその生成途中に直接添加が可能である。しかしながら、硫酸アルミニウム調製物に、その生成の直後、例えばその生成後1時間以内に可溶性アルカリ金属化合物を添加することも可能である。最後に、硫酸アルミニウム調製物に、その生成から長期の後、例えば5日間以上の後にのみ可溶性アルカリ金属化合物を添加することも可能である。
可溶性アルカリ金属化合物は、塩基性アルカリ金属化合物であることが好ましい。これは、可溶性アルカリ金属化合物は、酸性化された水に添加された場合、25℃及び1barの圧力でHClでpH2に調節された蒸留水のpHを、上昇させることが可能であることを意味する。
可溶性アルカリ金属化合物は、好ましくは、アルカリ金属塩及び/又はアルカリ金属錯体を含む。
本発明に従って用いられる可溶性アルカリ金属化合物は、カルシウムを実質的に含まない非常に効果的な固化及び/又は硬化促進剤の配合を可能とする。カルシウムは時にセメントクリンカーの反応又は溶解を遅延させる可能性があるため、カルシウムを実質的に含まない固化及び/又は硬化促進剤は有利であり得る。
アルカリ金属化合物のアルカリ金属は、ナトリウム、カリウム及び/又はリチウムから選択され、ナトリウム及び/又はカリウムが好ましい。
特に、可溶性アルカリ金属化合物は、アルミン酸塩、酸化物、水酸化物、炭酸塩、炭酸水素塩、硝酸塩、硫酸塩、リン酸塩、ハロゲン化物、ギ酸塩、酢酸塩、クエン酸塩、チオシアン酸塩、ケイ酸塩又はこれらの混合物である。
さらに好ましくは、可溶性アルカリ金属化合物は、アルミン酸塩、酸化物、水酸化物、炭酸塩、炭酸水素塩、硝酸塩、ギ酸塩、酢酸塩、クエン酸塩又はこれらの混合物である。
好ましくは、可溶性アルカリ金属化合物は、アルミン酸ナトリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、酸化ナトリウム、水酸化ナトリウム、アルミン酸カリウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウム、酸化カリウム、水酸化カリウム、アルミン酸リチウム、炭酸リチウム、炭酸水素リチウム、酸化リチウム、水酸化リチウム又はこれらの混合物であり、ナトリウム又はカリウム化合物が好ましい。きわめて特に好ましくは、アルカリ金属化合物は、アルミン酸ナトリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、酸化ナトリウム、水酸化ナトリウム、アルミン酸カリウム又はこれらの混合物から選択される。
これらのアルカリ金属化合物は、さらなる成分に悪影響を及ぼすことなく粘度の顕著な低減を達成可能とするために、本文脈において特に有利であることが判明した。しかも、これらの物質は入手も容易なものである。
原理上は、しかしながら、他の可溶性アルカリ金属化合物を使用することも可能である。
少なくとも1種の可溶性アルカリ金属化合物、より具体的には、上記の可溶性アルカリ金属化合物は、例えば粉末形態で、又は、水溶液として、硫酸アルミニウム懸濁液に、又は、硫酸アルミニウム懸濁液の生成の最中に添加され得る。アルミン酸ナトリウムは、例えば粉末又は水溶液として添加され得る。
好ましくは、可溶性アルカリ金属化合物の量は、アルカリ金属原子が、硫酸アルミニウム懸濁液の総重量に基づいて、0.02~5重量%、より具体的には0.05~2重量%、特に好ましくは0.1~1.4重量%、特に0.2~0.7重量%の割合を有するよう選択される。
これらの量では、硫酸アルミニウム懸濁液の固化促進剤及び/又は硬化促進剤特性に明らかな悪影響をもたらすことなく、特に良好な粘度の低減が可能となる。
硫酸アルミニウム懸濁液は、硫酸アルミニウム懸濁液の総重量に基づいて、19~40重量%、より具体的には24~36重量%、特に28~34重量%の硫酸塩(SO )の割合を有する。
硫酸アルミニウム懸濁液が、硫酸アルミニウム懸濁液の総重量に基づいて、3.5~10重量%、より具体的には4.5~8.7重量%、特に5.4~7重量%のアルミニウム(Al)の割合を有する場合がさらに好ましい。
このような割合のアルミニウム及び硫酸塩では、固化及び/又は硬化の特に良好な促進を示す、高活性物質含有量を有する硫酸アルミニウム懸濁液を生成することが可能である。
硫酸アルミニウム懸濁液は、有利には、硫酸アルミニウム、水酸化硫酸アルミニウム、硫酸、水酸化アルミニウム及び/又は水酸化炭酸アルミニウムを含む。硫酸アルミニウムが特に好ましい。
硫酸アルミニウム懸濁液中の硫酸塩は、特に硫酸アルミニウム、水酸化硫酸アルミニウム及び/又は硫酸に由来する。硫酸アルミニウムが特に好ましい。換言すると、促進剤は、より具体的には、硫酸塩の供給源として記載した物質の少なくとも1種を含有する。
促進剤中のアルミニウムは、有利には、硫酸アルミニウム、水酸化硫酸アルミニウム、水酸化アルミニウム及び/又は水酸化炭酸アルミニウムに由来する。硫酸アルミニウムが特に好ましい。換言すると、促進剤は、より具体的には、アルミニウムの供給源として記載した物質の少なくとも1種を含有する。
有利な実施形態において、硫酸アルミニウム懸濁液は、硫酸アルミニウム懸濁液の総重量に基づいて、22~46重量%、より具体的には28~43重量%、好ましくは34~41重量%の硫酸アルミニウム(Al(SO)を含有する。
生成に使用可能である硫酸アルミニウムは、特に、様々な量の結晶水を含有していてもよい。用いられる硫酸アルミニウムは、典型的には、硫酸アルミニウム14水和物(Al(SO・約14HO)である。これは、典型的には、約17%のAlを含有するために、17%硫酸アルミニウムとも呼ばれる。
本書面に記載されている硫酸アルミニウムに関する記載量は、別段の定めがある場合を除き、各事例において、結晶水を伴わないAl(SOに基づいている。種々の参照化合物に係る記載量は、以下の関係を参照して容易に換算が可能である:Al(SO・約14HOは、57重量%のAl(SO又は17重量%のAlを含有する。
硫酸アルミニウムはまた、水溶液中における対応した硫酸塩イオンの形成を伴って、硫酸アルミニウム懸濁液の生成の最中における水酸化アルミニウム及び/又はアルミニウム金属と硫酸との反応により生成され得る。普通、硫酸アルミニウムは、塩基性アルミニウム化合物及び/又はアルミニウム金属と硫酸との反応により生成可能である。
さらなる有利な実施形態において、硫酸アルミニウム懸濁液は、硫酸アルミニウム懸濁液の総重量に基づいて、0.01~15重量%、より具体的には0.05~5重量%、特に好ましくは0.1~2重量%の水酸化アルミニウムを含有する。
それ故、例えば、硫酸アルミニウム懸濁液の硫酸塩含有量とは独立して、アルミニウム含有量を効果的に高めることが可能である。
水酸化アルミニウムは、非晶質及び/又は結晶形態で用いられ得る。非晶質水酸化アルミニウムを使用する場合が有利である。これは特に、結晶性水酸化アルミニウムは、典型的には、130℃を超える温度及び1barを超える圧力でのみ充分に反応するからである。水酸化アルミニウムはまた、水酸化炭酸アルミニウム、水酸化硫酸アルミニウム等の形態で用いられ得る。
有利な実施形態において、硫酸アルミニウム懸濁液中における硫酸塩に対するアルミニウムのモル比は、0.9又はこれ未満、好ましくは0.85又はこれ未満、より好ましくは0.8又はこれ未満、さらにより好ましくは0.74又はこれ未満、きわめて特に好ましくは0.7又はこれ未満であり、アルミニウム:硫酸塩のモル比は特に2:3である。この場合、硫酸アルミニウム懸濁液は、硫酸アルミニウム(Al(SO)を懸濁させることにより、特に単純に生成することが可能である。可溶性アルカリ金属化合物の本発明の使用においては、それ故、高い活性物質含有量及び低い粘度を有する硫酸アルミニウム懸濁液を生成することが可能である。
さらなる有利な実施形態において、硫酸アルミニウム懸濁液中における硫酸塩に対するアルミニウムのモル比は、0.5~2、好ましくは0.67~1.35、特に0.7~1.0の範囲内である。このような硫酸アルミニウム懸濁液は、一定の用途について向上した効力を有する。
硫酸アルミニウム懸濁液は、硫酸アルミニウム懸濁液の総重量に基づいて、好ましくは、30~80重量%、より具体的には40~70重量%、好ましくは50~65重量%の水の割合を有する。硫酸アルミニウム懸濁液の成分中の結晶水、例えば硫酸アルミニウム由来の結晶水は、ここでの計算に含まれている。
さらなる有利な実施形態において、可溶性アルカリ金属化合物は、マグネシウム化合物、カルシウム化合物及び/又は鉄化合物との組み合わせで粘度の低減に用いられる。特に、カルシウム化合物及び鉄化合物の両方が用いられる。特定の理論に束縛はされないが、カルシウム化合物及び鉄化合物は、可溶性アルカリ金属化合物の効果をさらに増強すると想定されている。特に好ましい実施形態において、硫酸アルミニウム懸濁液の粘度を低減するための可溶性アルカリ金属化合物は、マグネシウム化合物と組み合わせて用いられる。
マグネシウム化合物、カルシウム化合物及び/又は鉄化合物は特に、酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩、リン酸塩、ハロゲン化物、ギ酸塩、酢酸塩及び/又はクエン酸塩である。
マグネシウム化合物、カルシウム化合物及び/又は鉄化合物は、酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩、ギ酸塩、酢酸塩及び/又はクエン酸塩であることが好ましい。
カルシウム化合物は、特に好ましくは炭酸カルシウム、酸化カルシウム及び/又は水酸化カルシウムである。酸化カルシウムが特に好ましい。マグネシウム化合物は、特に好ましくは、炭酸マグネシウム、酸化マグネシウム及び/又は水酸化マグネシウムである。
カルシウム化合物は特に、Ca(OH)、CaCO及び/又はCaOである。CaOが特に好ましい。マグネシウム化合物は特に、Mg(OH)、MgCO及び/又はMgOである。MgOが特に好ましい。
カルシウム化合物又はマグネシウム化合物の量は特に、カルシウム原子又はマグネシウム原子が、硫酸アルミニウム懸濁液の総重量に基づいて、0.001~4重量%、好ましくは0.01~2重量%、より具体的には0.07~1.4重量%、特に0.1~0.7重量%の割合を有するよう選択される。
CaOがカルシウム化合物として用いられる場合、硫酸アルミニウム懸濁液の総重量に基づくCaOの割合は、有利には0.001~5重量%、好ましくは0.01~3重量%、より具体的には0.1~2重量%、特に0.2~1重量%である。MgOがマグネシウム化合物として用いられる場合、硫酸アルミニウム懸濁液の総重量に基づくMgOの割合は、有利には0.001~5重量%、好ましくは0.01~3重量%、より具体的には0.1~2重量%、特に0.2~1重量%である。
鉄化合物は、特に好ましくは、酸化鉄である。鉄化合物は特に、Feである。
鉄化合物の量は特に、鉄原子が、硫酸アルミニウム懸濁液の総重量に基づいて、0.001~10重量%、より具体的には0.1~5重量%、特に0.2~2重量%、きわめて特に好ましくは0.1~0.6重量%の割合を有するよう選択される。
Feが鉄化合物として用いられる場合、硫酸アルミニウム懸濁液の総重量に基づくFeの割合は、有利には0.001~14.3重量%、より具体的には0.1~7.1重量%、特に0.2~2重量%である。
さらなる有利な実施形態において、硫酸アルミニウム懸濁液はシリカを含有する。
本書面において、「シリカ」という用語は、オルトケイ酸だけではなく、すべての形態の二酸化ケイ素、すなわち、オルトケイ酸の無水物、実際の二酸化ケイ素、及び、コロイド状、沈降若しくはヒュームドシリカ又はシリカヒュームをも含むシリカを意味する。シリカは二酸化ケイ素又はSiOであることが好ましい。
シリカは、硫酸アルミニウム懸濁液の総重量に基づく二酸化ケイ素の含有量が、0.001%~5重量%、好ましくは0.1%~2重量%、さらにより好ましくは0.2%~1重量%であるような量で存在することが好ましい。
加えて、硫酸アルミニウム懸濁液の生成に関して、少なくとも1種のさらなる二価以上の価数の金属塩、より具体的には金属硫酸塩を、硫酸アルミニウム懸濁液の総重量に基づいて好ましくは0.1~5重量%の量で使用することが可能である。特に好ましいさらなる金属硫酸塩は硫酸マンガン(II)である。硫酸鉄が同様に好適である。
硫酸アルミニウム懸濁液がさらに硫酸アルミニウム懸濁液の総重量に基づいて、0.1~15重量%、好ましくは0.1~5重量%、特に0.2~2重量%のアルカノールアミンを含有する場合がさらに有利であり得る。用いられるアルカノールアミンは、有利にはモノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン及び/又はメチルジイソプロパノールアミンである。
硫酸アルミニウム懸濁液はさらに、安定剤、例えばベントナイト、パリゴルスカイト(例えばActigel 208)、カオリン及び/又はケイ酸マグネシウム、例えばセピオライトを含有していてもよい。本発明に係る硫酸アルミニウム懸濁液は、有機可塑剤、特にポリカルボン酸塩、ポリカルボン酸エステル及び/又はポリカルボン酸エーテルを含まないことが好ましい。
硫酸アルミニウム懸濁液は特に、ケイ酸マグネシウム、特にシートケイ酸及び/又はフィロシリケート、例えばセピオライト及び/又はベントナイトを含有し得る。存在する場合、ケイ酸マグネシウムの割合は、硫酸アルミニウム懸濁液の総重量に基づいて、有利には0.001~5重量%、好ましくは0.1~2重量%、特に0.2~1重量%である。本文脈におけるケイ酸マグネシウムは、不活性であり、又は、溶解度の上記の定義下で不溶性であり、及び、相安定化に寄与する。
加えて、可溶性アルカリ金属化合物は、硫酸アルミニウム懸濁液の粘度の調節、より具体的には低減のために、及び、並行した安定化のためにケイ酸マグネシウムとの組み合わせで用いられ得る。ケイ酸マグネシウムは特に、シートケイ酸及び/又はフィロシリケート、例えばセピオライト及び/又はベントナイトであり得る。セピオライトが特に好ましい。ケイ酸マグネシウム、特にセピオライトが、硫酸アルミニウム懸濁液の総重量に基づいて、0.001~5重量%、好ましくは0.1~2重量%、特に0.2~1重量%の割合で用いられることが好ましい。可溶性アルカリ金属化合物の量は、アルカリ金属の原子が、硫酸アルミニウム懸濁液の総重量に基づいて、0.02~5重量%、より具体的には0.05~2重量%、特に好ましくは0.1~1.4重量%、特に0.2~0.7重量%の割合を有するよう選択されることが好ましい。
硫酸アルミニウム懸濁液は当然、さらなる構成成分を含んでいてもよい。これらは、特に、フッ素化合物、例えばフッ化水素酸、アルカリ金属フッ化物及び/又はフルオロ錯体であり得る。これらは、例えば、促進作用のさらなる増大を可能とする。
特に、硫酸アルミニウム懸濁液は、硫酸アルミニウム懸濁液の総重量に基づいて、0.01~10重量%、より具体的には0.05~2重量%、好ましくは0.1~0.5重量%のフッ化物を含有する。これにより、硫酸アルミニウム懸濁液の促進作用が高まる可能性がある。
前述の物質は、より具体的には、溶液中において少なくとも部分的にイオンとして存在する。しかしながら、これらは、例えば、硫酸アルミニウム懸濁液中において錯化又は未溶解の形態で生じていても良い。
特に有利な硫酸アルミニウム懸濁液は、例えば以下の成分を含むか、又は、これらからなる(重量%、各事例において、硫酸アルミニウム懸濁液の総重量に基づいている):
(a)19%~40重量%、より具体的には24~36重量%、特に28~34重量%の硫酸塩;
(b)3.5~10重量%、より具体的には4.5~8.7重量%、特に5.4~7重量%のアルミニウム;
(c)アルカリ金属がナトリウム、カリウム及び/又はリチウムから選択される少なくとも1種の可溶性アルカリ金属化合物であって、アルカリ金属の原子が、硫酸アルミニウム懸濁液の総重量に基づいて、0.02~5重量%、より具体的には0.05~2重量%、特に好ましくは0.1~1.4重量%、特に0.2~0.7重量%の割合を有するような量の可溶性アルカリ金属化合物;
(d)任意に、0.001~4重量%、好ましくは0.01~2重量%、より具体的には0.07~1.4重量%、特に0.1~0.7重量%のカルシウム又はマグネシウム;
(e)任意に、0.001~10重量%、より具体的には0.1~5重量%、特に0.2~2重量%、きわめて特に好ましくは0.1~0.6重量%の鉄;
(f)任意に、0.001%~5重量%、好ましくは0.1%~2重量%、さらにより好ましくは0.2%~1重量%の二酸化ケイ素又はSiO;及び
(g)水であって、好ましくは、100重量%までの残量の割合の水、特に好ましくは30~77.48重量%、より具体的には40~70重量%、きわめて特に好ましくは50~65重量%の水。
特に好ましい硫酸アルミニウム懸濁液は、例えば以下を含有する(重量%、各事例において、硫酸アルミニウム懸濁液の総重量に基づいている):
(a)22~46重量%、より具体的には28~43重量%、好ましくは34~41重量%の硫酸アルミニウム(Al(SO
(b)任意に、0.01~15重量%、より具体的には0.05~5重量%、特に好ましくは0.1~2重量%の水酸化アルミニウム(Al(OH));
(c)アルカリ金属がナトリウム、カリウム及び/又はリチウムから選択される少なくとも1種の可溶性アルカリ金属化合物であって、アルカリ金属の原子が、硫酸アルミニウム懸濁液の総重量に基づいて、0.02~5重量%、より具体的には0.05~2重量%、特に好ましくは0.1~1.4重量%、特に0.2~0.7重量%の割合を有するような量の可溶性アルカリ金属化合物;
(d)任意に、0.001~5重量%、より具体的には0.1~2重量%、特に0.2~1重量%の、酸化カルシウム及び/若しくは水酸化カルシウムから選択されるカルシウム化合物、又は、酸化マグネシウム及び/若しくは水酸化マグネシウムから選択されるマグネシウム化合物;
(e)任意に、0.001~10重量%、より具体的には0.1~5重量%、特に0.2~2重量%、きわめて特に好ましくは0.1~0.6重量%の鉄;
(f)任意に、0.001%~5重量%、好ましくは0.1%~2重量%、さらにより好ましくは0.2%~1重量%の二酸化ケイ素;
(g)任意に、0.1~15重量%、好ましくは0.1~5重量%、特に0.2~2重量%のアルカノールアミン;
(h)0.01~10重量%、より具体的には0.05~2重量%、好ましくは0.1~0.5重量%のフッ化物;及び
(i)水であって、好ましくは、100重量%までの残量の割合の水。
好ましい実施形態において、各事例において最も好ましい範囲及び物質が選択される。
特に好ましい実施形態において、硫酸アルミニウム懸濁液は、例えば以下の成分を含むか、又は、これらからなる(重量%、各事例において、硫酸アルミニウム懸濁液の総重量に基づいている):
(a)34~41重量%の硫酸アルミニウム(Al(SO
(b)アルカリ金属がナトリウム、カリウム及び/又はリチウムから選択される少なくとも1種の可溶性アルカリ金属化合物であって、アルカリ金属の原子が、硫酸アルミニウム懸濁液の総重量に基づいて、0.02~5重量%、より具体的には0.05~2重量%、特に好ましくは0.1~1.4重量%、特に0.2~0.7重量%の割合を有するような量の可溶性アルカリ金属化合物;
(c)0.2~1重量%の、酸化カルシウム及び/若しくは水酸化カルシウムから選択されるカルシウム化合物、又は、酸化マグネシウム及び/若しくは水酸化マグネシウムから選択されるマグネシウム化合物;
(d)任意に、0.001~14.3重量%、より具体的には0.1~7.1重量%、特に0.2~2重量%の酸化鉄;
(e)任意に、0.001%~5重量%、好ましくは0.1%~2重量%、さらにより好ましくは0.2%~1重量%の二酸化ケイ素;及び
(f)水であって、好ましくは、100重量%までの残量の割合の水。
さらなる特に好ましい実施形態において、硫酸アルミニウム懸濁液は、例えば以下の成分を含むか、又は、これらからなる(重量%、各事例において、硫酸アルミニウム懸濁液の総重量に基づいている):
(a)34~41重量%の硫酸アルミニウム(Al(SO
(b)アルカリ金属の原子が、硫酸アルミニウム懸濁液の総重量に基づいて、0.02~5重量%、より具体的には0.05~2重量%、特に好ましくは0.1~1.4重量%、特に0.2~0.7重量%の割合を有するような量の、少なくとも1種の可溶性アルカリ金属化合物としての少なくとも1種のアルカリ金属アルミン酸塩、特にアルミン酸ナトリウム及び/又はアルミン酸カリウム;
(c)任意に、0.001~5重量%、より具体的には0.1~2重量%、特に0.2~1重量%の、酸化カルシウム及び/若しくは水酸化カルシウムから選択されるカルシウム化合物、又は、酸化マグネシウム及び/若しくは水酸化マグネシウムから選択されるマグネシウム化合物;
(d)任意に、0.001~5重量%、より具体的には0.1~2重量%、特に0.2~1重量%の酸化鉄;
(e)任意に、0.001%~5重量%、好ましくは0.1%~2重量%、さらにより好ましくは0.2%~1重量%の二酸化ケイ素;及び
(f)水であって、好ましくは、100重量%までの残量の割合の水。
さらなる本発明の態様は、より具体的には凝結及び/又は硬化促進剤として設計された上記の硫酸アルミニウム懸濁液を生成するためのプロセスに関する。前述の成分又は物質が、より具体的には、混合されて水性懸濁液が得られる。個別の物質は、原理上は、いずれの順番でも添加可能である。硫酸アルミニウム懸濁液は、この種のプロセスにより対応して得ることが可能である。
本発明に従い得ることが可能である硫酸アルミニウム懸濁液は、無機バインダ(ミネラルバインダ)及び/又は無機バインダ組成物(ミネラルバインダ組成物)の凝結及び/又は硬化を促進するための固化及び/又は硬化促進剤として用いられ得る。組成物は特に、モルタル及び/又はコンクリート組成物、特に吹付けモルタル及び/又は吹付けコンクリートである。
「無機バインダ(ミネラルバインダ)」という表記は、より具体的には、水の存在下で水化反応して固体水和物又は水和物相を形成するバインダを意味すると理解される。これは、例えば、水硬性バインダ(例えばセメント又は水硬性石灰)、潜在水硬性バインダ(例えばスラグ)、ポゾランバインダ(例えばフライアッシュ)又は非水硬性バインダ(石膏又は白色石灰)であり得る。「無機バインダ組成物(ミネラルバインダ組成物)」は、対応して、少なくとも1種の無機バインダ(ミネラルバインダ)を含有する組成物である。
その硬化及び/又は凝結が本発明の硫酸アルミニウム懸濁液により促進可能である無機バインダの例は、セメント、例えばポルトランドセメント、混合セメント、アルミナセメント、カルシウムスルホアルミネートセメント及び石灰、水硬性石灰及び石膏、又は、上記の無機バインダの2種以上の混合物である。
より具体的には、無機バインダ又はバインダ組成物は、水硬性バインダ、好ましくはセメントを含む。35重量%を超えるセメントクリンカー含有量を有するセメントが特に好ましく;より具体的には、セメントは、CEMタイプI、II、III、IV又はV(規格EN 197-1に準拠)のものである。総無機バインダ中における水硬性バインダの割合は、有利には、少なくとも5重量%、より具体的には少なくとも20重量%、好ましくは少なくとも35重量%、特に少なくとも65重量%である。さらなる有利な実施形態において、無機バインダは、少なくとも95重量%の程度で、水硬性バインダ、特にセメントクリンカーからなる。
しかしながら、バインダ組成物が、水硬性バインダに追加して、又は、その代わりに他のバインダを含有している場合も有利であり得る。これらは特に、潜在水硬性バインダ及び/又はポゾランバインダである。好適な潜在水硬性及び/又はポゾランバインダの例は、スラグ、フライアッシュ及び/又はシリカダストである。バインダ組成物は同様に、不活性物質、例えば粉砕石灰岩、粉砕石英及び/又は顔料を含んでいてもよい。
有利な実施形態において、無機バインダは、5~95重量%、より具体的には5~65重量%、特に15~35重量%の潜在水硬性及び/又はポゾランバインダを含有する。
本発明はさらに、無機バインダ又は無機バインダ組成物、例えばモルタル又はコンクリートの固化及び/又は硬化を促進させる方法に関し、ここで、上記の硫酸アルミニウム懸濁液は、無機バインダ又は無機バインダ組成物に、固化及び/又は硬化促進剤として、無機バインダの重量に基づいて、0.1%~15重量%、より具体的には1%~10重量%、特に好ましくは4~8重量%の量で添加される。
例えば、硫酸アルミニウム懸濁液をコンクリート又はモルタル組成物に、特に吹付けコンクリート又は吹付けモルタルに添加することが可能であり、コンクリート又はモルタル組成物は基材のコーティングに使用される。基材は特に、トンネル、鉱山、掘削、港湾、井戸及び/又は排水口の表面である。
搬送路、プレウェットノズル又はスプレーノズル中の無水又は水混合バインダ、吹付けモルタル又は吹付けコンクリートに硫酸アルミニウム懸濁液を加える乾式又は湿式吹付け法により、吹付けモルタル又は吹付けコンクリートに硫酸アルミニウム懸濁液を計量することが好ましい。コンクリート工事現場における硫酸アルミニウム懸濁液の添加もまた可能である。
硫酸アルミニウム懸濁液をコンクリート又はモルタル組成物、特に吹付けコンクリート又は吹付けモルタルに添加することも可能であり、コンクリート又はモルタル組成物は自由形態構造の製造に使用される。
加えて、硫酸アルミニウム懸濁液を、添加剤生成プロセスにおいて、好ましくはダイナミックミキサによりコンクリート又はモルタル組成物に混合することが可能である。
本発明はまた、無機バインダ(ミネラルバインダ)を含む組成物用の固化促進剤及び/又は硬化促進剤に関し、ここで、固化促進剤及び/又は硬化促進剤は吹付けコンクリート促進剤であることが好ましく、及び、ここで、固化促進剤及び/又は硬化促進剤は:
(a)22~46重量%、より具体的には28~43重量%、好ましくは34~41重量%の硫酸アルミニウム(Al(SO
(b)任意に、0.01~15重量%、より具体的には0.05~5重量%、特に好ましくは0.1~2重量%の水酸化アルミニウム(Al(OH));
(c)任意に、0.001~5重量%、より具体的には0.1~2重量%、特に0.2~1重量%の、酸化カルシウム及び/若しくは水酸化カルシウムから選択されるカルシウム化合物、又は、酸化マグネシウム及び/若しくは水酸化マグネシウムから選択されるマグネシウム化合物;
(d)任意に、0.001~10重量%、より具体的には0.1~5重量%、特に0.2~2重量%、きわめて特に好ましくは0.1~0.6重量%の鉄;
(e)任意に、0.001%~5重量%、好ましくは0.1%~2重量%、さらにより好ましくは0.2%~1重量%の二酸化ケイ素;
(f)アルカリ金属がナトリウム、カリウム及び/又はリチウムから選択される少なくとも1種の可溶性アルカリ金属化合物であって、アルカリ金属の原子が、硫酸アルミニウム懸濁液の総重量に基づいて、0.02~5重量%、より具体的には0.05~3重量%、特に好ましくは0.1~1.4重量%、特に0.2~0.7重量%の割合を有するような量の可溶性アルカリ金属化合物;
(g)任意に、0.1~15重量%、好ましくは0.1~5重量%、特に0.2~2重量%のアルカノールアミン;
(h)任意に、0.01~10重量%、より具体的には0.05~2重量%、好ましくは0.1~0.5重量%のフッ化物;及び
(i)水であって、好ましくは、100重量%までの残量の割合の水
を含む。
このような固化促進剤及び/又は硬化促進剤は、1mg/g~100mg/gの硫酸アルミニウム(Al(SO)に対するアルカリ金属原子の質量比を有することが好ましい。
無機バインダを含む組成物用の有利な固化促進剤及び/又は硬化促進剤であって、ここで、固化促進剤及び/又は硬化促進剤は吹付けコンクリート促進剤であることが好ましく:
(a)22~46重量%、より具体的には28~43重量%、好ましくは34~41重量%の硫酸アルミニウム(Al(SO
(b)任意に、0.01~15重量%、より具体的には0.05~5重量%、特に好ましくは0.1~2重量%の水酸化アルミニウム(Al(OH));
(c)任意に、0.001~5重量%、より具体的には0.1~2重量%、特に0.2~1重量%の、酸化カルシウム及び/若しくは水酸化カルシウムから選択されるカルシウム化合物、又は、酸化マグネシウム及び/若しくは水酸化マグネシウムから選択されるマグネシウム化合物;
(d)任意に、0.001~10重量%、より具体的には0.1~5重量%、特に0.2~2重量%、きわめて特に好ましくは0.1~0.6重量%の鉄;
(e)任意に、0.001%~5重量%、好ましくは0.1%~2重量%、さらにより好ましくは0.2%~1重量%の二酸化ケイ素;
(f)アルカリ金属がナトリウム、カリウム及び/又はリチウムから選択される少なくとも1種の可溶性アルカリ金属化合物であって、アルカリ金属の原子が、硫酸アルミニウム懸濁液の総重量に基づいて、0.02~5重量%、より具体的には0.05~3重量%、特に好ましくは0.1~1.4重量%、特に0.2~0.7重量%の割合を有するような量の可溶性アルカリ金属化合物;
(g)任意に、0.1~15重量%、好ましくは0.1~5重量%、特に0.2~2重量%のアルカノールアミン;
(h)任意に、0.01~10重量%、より具体的には0.05~2重量%、好ましくは0.1~0.5重量%のフッ化物;及び
水であって、好ましくは100重量%までの残量の割合の水を含み、並びに、ここで、硫酸アルミニウム(Al(SO)に対するアルカリ金属の原子の質量比は、1mg/g~100mg/gである。
本発明のさらなる変形及び利点は、以下の実施例から当業者には明らかであろう。
(例示的実施形態)
以下の材料を以下の実施例において用いた。
Al(SO・約14HOの割合について以下に記載の値においては、結晶水が含まれている。Al(SO・約14HOは57重量%のAl(SOを含有する。従って、結晶水はNaCO・HOにも含まれている。
採用したNaOH及びアルミン酸ナトリウムの溶液において、以下に記載の値中のNaOH及びNaAlOの割合は、溶液中の水を除くNaOH及びアルミン酸ナトリウムのみに関する。後者はHOに含まれる。
粘度を、ISO No.6カップを23℃の温度で、又は、ISO No.4カップを23℃の温度で用いて、規格DIN EN ISO 2431:2011に従って計測した。以下の表中の「n.d.」は、粘度が測定不可能であったことを意味する。以下の表に列挙されている時間は、混合物の成分のすべてが組み合わせられる開始点である時間t=0に関する。
成分は一般に、粉末形態で、又は、水溶液として混合物に添加可能である。例えば、粉末形態の材料及び水性硫酸アルミニウム懸濁液は、硫酸アルミニウムのための出発材料として共に好適である。
本発明に従って生成した硫酸アルミニウム懸濁液は、数ヶ月にわたって保管安定性であり、及び、2000mPa・s未満の領域で吹付けコンクリート促進剤として実際の用途に好適な粘度を有することが判明した。
実施例1~4
アルミン酸ナトリウムを含有する硫酸アルミニウム懸濁液の生成
ビーカに規定量の水を最初に仕込んだ。次いで、撹拌しながら(機械式プロペラ撹拌機で650rpm)、Al(SO・約14HO及びアルミン酸ナトリウム(0%~4重量%)を、表1に記載の順番及び割合で数回に分けて添加し、懸濁液を室温で6時間撹拌した。
粘度を規定の時間後に計測した。表2に結果の概要を示す。
表2からわかるとおり、硫酸アルミニウム懸濁液の粘度は、高硫酸アルミニウム含有量では、アルミン酸ナトリウムの添加により、最初の数時間で顕著に低減可能である。
実施例5~8
アルミン酸ナトリウムを含有する硫酸アルミニウム懸濁液の生成
実験を実施例1~4と同じ方法で実施したが、添加順は表3に示されているとおり変更した。
粘度は規定の時間後に計測した。表4に結果の概要を示す。
表4からわかるとおり、硫酸アルミニウム懸濁液の粘度は、高硫酸アルミニウム含有量では、アルミン酸ナトリウムの添加により、最初の数時間で顕著に低減可能である。
実施例9~14
アルミン酸ナトリウムを含有する硫酸アルミニウム懸濁液の生成
実験を実施例1~4と同じ方法で実施したが、アルミン酸ナトリウムの量及び添加順は、表5に示されているとおり変更した。
粘度は規定の時間後に計測した。表6に結果の概要を示す。
実施例15~19
アルミン酸ナトリウムを含有する硫酸アルミニウム懸濁液の生成
実験を実施例1~4と同じ方法で実施したが、異なるアルミン酸ナトリウム(アルミン酸Na B)を用いると共に、添加順は、表7に示されているとおり変更した。
粘度は規定の時間後に計測した。表8に結果の概要を示す。
表8からわかるとおり、硫酸アルミニウム懸濁液の粘度は、高硫酸アルミニウム含有量では、アルミン酸ナトリウムの添加により、最初の数時間で顕著に低減可能である。
実施例20~25
アルミン酸ナトリウムを含有する硫酸アルミニウム懸濁液の生成
実験を実施例1~4と同じ方法で実施したが、表9に示されているとおり、異なるアルミン酸ナトリウム(アルミン酸Na B)を用いた。
粘度は規定の時間後に計測した。表10に結果の概要を示す。
表10からわかるとおり、硫酸アルミニウム懸濁液の粘度は、高硫酸アルミニウム含有量では、アルミン酸ナトリウムの添加により、最初の数時間で顕著に低減可能である。
実施例26~31
アルミン酸ナトリウムを含有する硫酸アルミニウム懸濁液の生成
実験を実施例1~4と同じ方法で実施したが、異なるアルミン酸ナトリウム(アルミン酸Na B)を用いると共に、添加順は、表11に示されているとおり変更した。加えて、より高い硫酸アルミニウム濃度を用い、撹拌には、プロペラ撹拌機の代わりに、ディゾルバーディスクを用いた。すべての実験において、水の損失が記録されたが、これは補償しなかった。
粘度は規定の時間後に計測した。表12に結果の概要を示す。
表12からわかるとおり、硫酸アルミニウム懸濁液の粘度は、非常に高い硫酸アルミニウム含有量であっても、アルミン酸ナトリウムの添加により、最初の数時間で顕著に低減可能である。
実施例32~37
水酸化ナトリウムを含有する硫酸アルミニウム懸濁液の生成
実験を実施例1~4と同じ方法で実施したが、表13に示されているとおり、アルミン酸ナトリウムの代わりに、アルカリ金属化合物として水酸化ナトリウム溶液(50%)を用いた。
粘度は規定の時間後に計測した。表14に結果の概要を示す。
表14からわかるとおり、硫酸アルミニウム懸濁液の粘度は、高硫酸アルミニウム含有量では、NaOHの添加により、最初の数時間で顕著に低減可能である。
実施例38~43
炭酸ナトリウムを含有する硫酸アルミニウム懸濁液の生成
実験を実施例1~4と同じ方法で実施したが、アルミン酸ナトリウムの代わりにアルカリ金属化合物として炭酸ナトリウムを用いると共に、添加順は、表15に示されているとおり変更した。
粘度は規定の時間後に計測した。表16に結果の概要を示す。
表16からわかるとおり、硫酸アルミニウム懸濁液の粘度は、高硫酸アルミニウム含有量では、NaCOの添加により、最初の数時間で顕著に低減可能である。
実施例44~49
水酸化カリウムを含有する硫酸アルミニウム懸濁液の生成
実験を実施例1~4と同じ方法で実施したが、アルミン酸ナトリウムの代わりにアルカリ金属化合物として水酸化カリウムを用いると共に、添加順は、表17に示されているとおり変更した。
粘度は規定の時間後に計測した。表18に結果の概要を示す。
表18からわかるとおり、硫酸アルミニウム懸濁液の粘度は、高硫酸アルミニウム含有量では、KOHの添加により、最初の数時間で顕著に低減可能である。
実施例50~55
水酸化リチウムを含有する硫酸アルミニウム懸濁液の生成
実験を実施例1~4と同じ方法で実施したが、アルミン酸ナトリウムの代わりにアルカリ金属化合物として水酸化リチウムを用いると共に、添加順は、表19に示されているとおり変更した。
粘度は規定の時間後に計測した。表20に結果の概要を示す。
表20からわかるとおり、硫酸アルミニウム懸濁液の粘度は、高硫酸アルミニウム含有量では、LiOHの添加により、最初の数時間で顕著に低減可能である。
実施例56~61
炭酸水素カリウムを含有する硫酸アルミニウム懸濁液の生成
実験を実施例1~4と同じ方法で実施したが、アルミン酸ナトリウムの代わりにアルカリ金属化合物として炭酸水素カリウムを用いると共に、添加順は、表21に示されているとおり変更した。
粘度は規定の時間後に計測した。表22に結果の概要を示す。
表22からわかるとおり、硫酸アルミニウム懸濁液の粘度は、高硫酸アルミニウム含有量では、炭酸水素カリウムの添加により、最初の数時間で顕著に低減可能である。
結果の要約
実施例からわかるとおり、硫酸アルミニウム懸濁液の粘度は、高硫酸アルミニウム含有量であっても、可溶性アルカリ金属化合物の添加により、最初の数時間で顕著に低減可能である。特に、開始時に通例生じる粘度におけるスパイクを回避可能である。
従って、可溶性アルカリ金属化合物は、硫酸アルミニウム懸濁液の粘度の制御に使用可能である。成分の添加順及び分割は重要ではない。
すべての実験を室温で行った。公知のとおり、粘度の低減は一般的に加熱によって達成可能であるが、必要とされる時間及びエネルギーのためにこれは望ましくない。本発明に係る可溶性アルカリ金属化合物の使用は、より低い温度への加熱で充分であり、又は、全体として加熱を回避可能となることを意味している。
加えて、このようにして生成された硫酸アルミニウム懸濁液の粘度は、大きく変化することなく3ヶ月以上にわたって維持可能であることが見出された。
上記の硫酸アルミニウム懸濁液は、吹付けコンクリート及び吹付けモルタル用の優れた促進剤であることが判明した。
本発明の上記の実施形態が好ましいが、本発明がこれらの実施形態に限定されることはなく、本開示の範囲内において所望に応じて変更が可能であることは明らかであろう。

Claims (17)

  1. 硫酸アルミニウム懸濁液の粘度を調節し、より具体的には低減するための少なくとも1種の可溶性アルカリ金属化合物の使用であって、前記アルカリ金属が、ナトリウム、カリウム及び/又はリチウムから選択される、使用。
  2. 前記硫酸アルミニウム懸濁液は、ミネラルバインダを含む組成物用の固化促進剤及び/又は硬化促進剤であり、前記硫酸アルミニウム懸濁液は、好ましくは吹付けコンクリート促進剤である、請求項1に記載の使用。
  3. 前記アルカリ金属化合物は、アルミン酸塩、酸化物、水酸化物、炭酸塩、炭酸水素塩、硝酸塩、硫酸塩、リン酸塩、ハロゲン化物、ギ酸塩、クエン酸塩、チオシアン酸塩、ケイ酸塩及び/又は酢酸塩である、請求項1又は2に記載の使用。
  4. 前記アルカリ金属化合物は、アルミン酸ナトリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、酸化ナトリウム、水酸化ナトリウム、アルミン酸カリウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウム、酸化カリウム、水酸化カリウム、アルミン酸リチウム、炭酸リチウム、炭酸水素リチウム、酸化リチウム、水酸化リチウム又はこれらの混合物から選択される、請求項1~3のいずれか一項に記載の使用。
  5. 前記少なくとも1種のアルカリ金属化合物の量は、前記アルカリ金属の原子が、前記硫酸アルミニウム懸濁液の総重量に基づいて、0.02~5重量%、より具体的には0.05~3重量%、特に好ましくは0.1~1.4重量%、特に0.2~0.7重量%の割合を有するように選択される、請求項1~4のいずれか一項に記載の使用。
  6. 前記硫酸アルミニウム懸濁液が、前記硫酸アルミニウム懸濁液の総重量に基づいて、19~40重量%、より具体的には24~36重量%、特に28~34重量%の硫酸塩(SO )の割合を有し、かつ前記硫酸アルミニウム懸濁液が、前記硫酸アルミニウム懸濁液の総重量に基づいて、3.5~10重量%、より具体的には4.5~8.7重量%、特に5.4~7重量%のアルミニウム(Al)の割合を有する、請求項1~5のいずれか一項に記載の使用。
  7. 前記硫酸アルミニウム懸濁液が、前記硫酸アルミニウム懸濁液の総重量に基づいて、22~46重量%、より具体的には28~43重量%、好ましくは34~41重量%の硫酸アルミニウム(Al(SO)を含有する、請求項1~6のいずれか一項に記載の使用。
  8. 前記硫酸アルミニウム懸濁液が、前記硫酸アルミニウム懸濁液の総重量に基づいて、0.01~15重量%、好ましくは0.1~5重量%、特に0.2~2重量%の水酸化アルミニウムを含有する、請求項1~7のいずれか一項に記載の使用。
  9. 前記硫酸アルミニウム懸濁液中における硫酸塩に対するアルミニウムのモル比は、0.9又はこれ未満、好ましくは0.85又はこれ未満、より好ましくは0.8又はこれ未満、さらにより好ましくは0.74又はこれ未満、きわめて特に好ましくは0.7又はこれ未満であり、特に、アルミニウム:硫酸塩のモル比は2:3である、請求項1~8のいずれか一項に記載の使用。
  10. 前記硫酸アルミニウム懸濁液は、前記硫酸アルミニウム懸濁液の総重量に基づいて、0.1~15重量%、好ましくは0.1~5重量%、特に0.2~2重量%のアルカノールアミンをさらに含有し、用いられる前記アルカノールアミンは、有利には、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン及び/又はメチルジイソプロパノールアミンである、請求項1~9のいずれか一項に記載の使用。
  11. 前記アルカリ金属化合物は、粉末形態で又は水溶液として、前記硫酸アルミニウム懸濁液に添加されるか、又は前記硫酸アルミニウム懸濁液の生成の最中に添加される、請求項1~10のいずれか一項に記載の使用。
  12. 前記アルカリ金属化合物は、カルシウム化合物又はマグネシウム化合物との組み合わせで、粘度を低減させるために使用される、請求項1~11のいずれか一項に記載の使用。
  13. 前記カルシウム化合物又はマグネシウム化合物は、酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩、リン酸塩、ハロゲン化物、ギ酸塩、酢酸塩及び/又はクエン酸塩である、請求項1~12のいずれか一項に記載の使用。
  14. 前記カルシウム化合物は、炭酸カルシウム、酸化カルシウム及び/又は水酸化カルシウムであり、かつ前記マグネシウム化合物は、炭酸マグネシウム、酸化マグネシウム及び/又は水酸化マグネシウムである、請求項1~13のいずれか一項に記載の使用。
  15. 前記カルシウム化合物又はマグネシウム化合物の量は、カルシウム原子又はマグネシウム原子が、前記硫酸アルミニウム懸濁液の総重量に基づいて、0.001~4重量%、好ましくは0.01~2重量%、より具体的には0.07~1.4重量%、特に0.1~0.7重量%の割合を有するように選択される、請求項1~14のいずれか一項に記載の使用。
  16. 下記を含む、ミネラルバインダを含む組成物用の固化促進剤及び/又は硬化促進剤であって、前記固化促進剤及び/又は硬化促進剤が、好ましくは、吹付けコンクリート促進剤である、
    ミネラルバインダを含む組成物用の固化促進剤及び/又は硬化促進剤:
    (a)22~46重量%、より具体的には28~43重量%、好ましくは34~41重量%の硫酸アルミニウム(Al(SO
    (b)任意に、0.01~15重量%、より具体的には0.05~5重量%、特に好ましくは0.1~2重量%の水酸化アルミニウム(Al(OH));
    (c)任意に、0.001~5重量%、より具体的には0.1~2重量%、特に0.2~1重量%の、酸化カルシウム及び/又は水酸化カルシウムから選択されるカルシウム化合物、又は酸化マグネシウム及び/又は水酸化マグネシウムから選択されるマグネシウム化合物;
    (d)任意に、0.001~10重量%、より具体的には0.1~5重量%、特に0.2~2重量%、きわめて特に好ましくは0.1~0.6重量%の鉄;
    (e)任意に、0.001%~5重量%、好ましくは0.1%~2重量%、さらにより好ましくは0.2%~1重量%の二酸化ケイ素;
    (f)アルカリ金属がナトリウム、カリウム及び/又はリチウムから選択される少なくとも1種の可溶性アルカリ金属化合物であって、前記アルカリ金属の原子が、前記硫酸アルミニウム懸濁液の総重量に基づいて、0.02~5重量%、より具体的には0.05~3重量%、特に好ましくは0.1~1.4重量%、特に0.2~0.7重量%の割合を有する量の可溶性アルカリ金属化合物;
    (g)任意に、0.1~15重量%、好ましくは0.1~5重量%、特に0.2~2重量%のアルカノールアミン;
    (h)任意に、0.01~10重量%、より具体的には0.05~2重量%、好ましくは0.1~0.5重量%のフッ化物;及び
    (i)水であって、好ましくは、100重量%までの残量の割合の水。
  17. 前記アルカリ金属化合物は、アルミン酸ナトリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、酸化ナトリウム、水酸化ナトリウム、アルミン酸カリウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウム、酸化カリウム、水酸化カリウム、アルミン酸リチウム、炭酸リチウム、炭酸水素リチウム、酸化リチウム、水酸化リチウム又はこれらの混合物から選択される、請求項16に記載の固化促進剤及び/又は硬化促進剤。
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