NO319145B1 - Alkalifri flytende avbindings- og herdingsakselerator for sement, fremgangsmate for akselerering av avbinding og herding av sement samt anvendelse av akseleratoren - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en alkalifri flytende avbindings- og herdingsakselerator for sement, en fremgangsmåte for akselerering av avbinding og herding av sement samt anvendelse av akseleratoren.

Det er allerede kjent flere substanser, som akselererer avbinding og herding av betong. De vanligste er bl.a. sterkt alkalisk reagerende stoffer som alkalihydroksider, alkali-karbonater, alkalisilikater, alkalialuminater og jordalkaliklorider. Med de sterkt alkalisk reagerende stoffene inntrer uønskede belastninger på de som arbeider. Således kan slike produkter sterkt etse huden og forårsake øyebetennelse og homhinneetsinger, som i vesentlig grad kan påvirke synsevnen. Når man puster inn støvet som oppstår under arbeidet, kan det også oppstå skadelige påvirkninger av luftveiene.

Betongteknologisk reduserer sterkt alkalisk avbildningsakseleratorer sluttfastheten, forsterker svinn, og dette kan føre til rissdannelse og kan påvirke varigheten til bygg-verket.

Alkaliholdige akseleratorer kan dessuten bli vasket ut og fører dermed til forurensninger av grunn- og drikkevann såvel som av elver og sjøer. Disse forurensningene kan også føre til forsintring av drenering og vannkanaler.

Kloridholdige avbindingsakseleratorer er som regel uønsket på byggestedet, da de både kan føre til korrosjon på armeringsjern i betong og også på byggeutstyret.

Videre er det kjent at kloridholdige avbindingsakseleratorer sterkt reduserer kjemikalibestandigheten, fremfor alt sulfatbestandigheten i sement.

Fra JP 511 444 25 er det kjent en akselerator som inneholder amorft aluminiumhydroksid og eventuelt en blanding av gips-dihydrat-, -hemidrat og - anhydritt.

Denne akseleratoren er uegnet for anvendelse i dispergert form, den er ikke lagringsstabil, da det utherdes hemihydrat og anhydritt med vann.

Målet ved foreliggende oppfinnelse er således å stille til rådighet en avbindings- og herdingsakselerator for sement, som fortrinnsvis er alkalifri og som - dersom ønskelig - kan bli anvendt som vandig dispersjon.

Dette målet oppnås ved at oppfinnelsen tilveiebringer en alkalifri avbindings- og herdingsakselerator inneholdende kalsiumsulfat og en aluminiumforbindelse, kjennetegnet ved at a) kalsiumsulfatet er kalsiumsulfatdihydrat og b) aluminiumforbindelsen er amorft aluminiumhydroksid og/eller et amorft og/eller krystallinsk basisk aluminiumsalt.

Videre tilveiebringer oppfinnelsen en fremgangsmåte for akselerering av avbinding og herding av sement, så vel som den derav fremstilte mørtel og betong, kjennetegnet ved at man til en blanding som inneholder sement tilsetter en akselerator som omtalt ovenfor i mengder fra 0,1 til 20 vekt-%, med hensyn på vekt av sement.

Endelig omfatter oppfinnelsen anvendelse av en avbildnings-og herdingskatalysator som omtalt ovenfor for akselerering av avbindning og herding av sement og videre anvendelse av denne i injeksjonsslemminger, i sprøytemørtel eller sprøytebetong, eller tørr- eller våtsprøytefremgangsmåter.

De fleste nåværende vanlige aluminiumkomponentene for akselerering av avbinding og herding av betong, som kalsiumaluminater og kalsiumsulfonater, er uegnede for flytende akseleratorer, da de reagerer med vann. De oppløselige saltene, som aluminiumsulfater eller aluminumnitrater er uegnede, da deres løsninger er fortynnet for å oppnå en tilstrekkelig avbindings- og herdingsakselerering i betong ved en dosering på høyst 10% av sementvekt. Andre salter som aluner inneholder uønskede alkalier.

Det er nå funnet at en blanding som inneholder

1. Kalsiumsulfat, i form av gips (kalsiumsulfatdihydrat), fosfatgips eller blandinger av disse med mindre enn 50% forurensninger som metallsulfater eller andre kalsiumsalter, og 2. amorft aluminiumhydroksid, og/eller basiske aluminiumsalter der et foretrukket basisk aluminiumsalt kan være amorft basisk aluminiumsulfat med mindre enn 25% av andre anioner som fosfatet, karbonatet, azetatet, formiatet, etc. (betegnelsen amorft basisk aluminiumsulfat står for en blanding av amorf aluminiumhydroksid, der en del av hydroksidgruppene er erstattet med et sulfat. Avhengig av antall erstattede hydroksidgrupper, inneholder blandingen Al(OH)3 og en eller flere av følgende substanser med ytterligere forurensninger: Al2(OH)4S04, AIOHSO4, Al2(S04)3),

er en meget god alkalifri avbindings- og herdingsakselerator for sement, som godt kan

bli anvendt som vandig dispersjon.

I foreliggende oppfinnelse ble det for første gang forenet en i flytende form anvendbar, alkalifri akselerator med utmerket avbindings- og herdingsakselerering i et produkt.

For disse blir det - ved siden av de ovenfornevnte komponentene 2 - som komponent 1 anvendt gisp (kalsiumsulfatdihydrat), fosfatgips eller blandinger av disse med mindre enn 50% forurensninger som metallsulfater og andre kalsiumsalter og videre

3. Vann (fortrinnsvis drikkevann)

4. inntil 10% tilsetning av dispergeringshjelpemidler som sulfonerte melamin- eller naftalin-formaldehyd-kondensater, polymerer eller kopolymerer av akryl- eller metakrylsyrer eller deres derivater, fosfonsyrederivater, fosfater og polyfosfater, sitronsyrer eller salter av nevnte syrer, 5. inntil 5% fortrykker som betonitt, bentoner, amorfe silisiumdioksider, fermenterte organiske biopolymerer, polyglykoleter, alginater, akrylat- eller uretanfortykkere, 6. inntil 5% ytterligere tilsetninger for forenkling av produksjon eller påføring av konserveringsmiddel, anti-skummemidler, flytendegjørere, etc.

For fremstilling av produktene ifølge oppfinnelsen kan gips og aluminiumkomponenter adskilt eller etter forblanding, fortrinnsvis ved hjelp av et dispergeringsmiddel, innføres i vandig fase. For stabilisering av suspensjonen blir det fortrinnsvis anvendt en fortykker. Meget godt egnede dispergeringshjelpemidler/stabilisatorer er f.eks. alkali-salter av polyakrylsyrer og/eller akrylsyrekopolymerer.

Som alternativer kan gips også bli tilsatt betongen eller sementen i betongverket eller på byggestedet. Dette tillater høyere konsentrasjon av aluminiumkomponenter i slurryen og dermed en mindre dosering av akselerator på byggestedet. Dette er mulig fordi gips, dvs. kalsiumsulfatdihydrat, alene ikke har noen akselererende virkning på avbinding av betong og dessuten er fuktighet som finnes i betongen ukritisk. pH-verdien av slurryen må ikke være sterkt basisk eller sur, for at virkningen ikke skal påvirkes ved krystallisasjon.

Akseleratoren ifølge oppfinnelsen kan ikke bare bli dispergert i vann, men kan også finne anvendelse som pulver. Gjennom anvendelse av egnet dispergeringshjelpemiddel kan dispersjonen bli fremstilt med et faststoffinnhold inntil 80%.

Ved anvendelse av akseleratoren i pulverform blir denne forblandet med tørr sement eller med tørr mørtel eller betong og denne blandingen blir deretter utherdet gjennom tilsetning av vann. Selv om denne anvendelse gir gode resultater er anvendelse av akselerator fortrukket som dispersjon, da det er lettere å oppnå en homogen gjennomblanding med bindemiddelholdige komponenter.

Naturligvis kan akseleratorene ifølge oppfinnelsen også bli tilblandet før anvendelse i fabrikken ved bindemiddelfremstiIlingen eller umiddelbart ved anvendelse av tørt bindemiddel alene eller i forfabrikert tørr mørtel eller betong.

Som nevnt over kan akseleratoren ifølge oppfinnelsen tilsettes til tørt eller med vann blandet bindemiddel, mørtel eller betong i produksjonsanlegget (fortrinnsvis tørre bindemiddelholdige komponenter og pulverformige akselerator og tilsvarende fuktige, bindemiddelholdige komponenter og gips) eller på byggeplassen. Tilsetningen kan foregå i blander, i transportpumpe, transportledning, forblandingsdyse, sprøytedyse eller akseleratoren kan bli tilsatt over en statisk blander med en pulverdoseringsapparatur eller en flytende doseringsapparatur direkte til blandingen eller med transportluft.

Gipsen er bestanddel i akseleratoren, slik at det i betong kan dannes mineralet ettringitt, som i betydelig grad er ansvarlig for herdingsakselerasjon.

Mol-forholdet aluminium til sulfat (omfattende alle inneholdte sulfationer i akseleratoren) ligger vanligvis i området fra 0,1 til 10.

Akseleratoren benyttes vanligvis i mengde fra 0,1 til 20 vektprosent (tørrsubstans), med hensyn på vekten av sementen.

Anvendelsesmulighetene for denne akseleratoren ligger i fremstilling av forfabrikerte elementer og akselerering av den fremstilte betongen på byggeplassen. I førstnevnte tilfelle kan den vanlige herdingsakselereringen bli forkortet med varme (elektra- eller oljeoppvarming eller damp) eller den kan helt bli eliminert eller det kan også ved lavere temperaturer oppnås ytterligere herding. Anvendelse kan også skje ved fremstilling av raskt avbindende sement- og mørtelblandinger, spesielt for fiksering av ferdigdeler, støpestykker, etc.

Et ytterligere anvendelsesområde er akselerering av utherdingen av sementoppslemminger, som kan bli anvendt for tetting og festing av steinklipper, løsstein eller gulv.

Et spesielt anvendelsesområde er sprøytemørtel og sprøytebetong. Slik mørtel og betong tjener til fremstilling av byggverk i høy og lavhus, så vel som bygging og kledning av underjordiske, naturlig eller kunstig tilveiebrakte hulrom, som stoller-, tunnel- eller bergbygg, der betongen må tilfredsstille statiske krav, så vel som at den må være tett for vann. Den tjener likeledes til konsolidering av byggegruber, helninger, løse steinvegger, etc.

Akseleratoren ifølge oppfinnelsen er egnet både i tørr- og også i våtsprøytefremgangsmåter.

Oppfinnelsen blir ytterligere forklart ved hjelp av følgende eksempler.

Eksempel 1

Det ble fremstilt to forskjellige slurryakseleratorer og i tørrsprøyting ble deres virkning i betong undersøkt.

Sprøytebetongen for tørrsprøyterfemgangsmåten inneholder 350 kg/m^ Portlandsement og de største kornene utgjør 8 mm. Det ble anvendt en Aliva AL 246 sprøytebetongmaskin med en 3,5 1 rotor og 40 m slange med en indre diameter på 32 mm. Avbindingsoppførselen ble bestemt ved hjelp av inntrengingsmotstand med en Mecmesin mikroprosessorkraftmåler og en nåleoppsats.

Det er åpenbart at betong akselerert med slurry B (med største gipsmengde) viser, en betydelig bedre fasthetsutvikling sammenlignet med slurry A.

Begge slurryer er lagringsstabile i minst fire måneder lagringsstabile og viser ikke noe aktivitetstap i løpet av denne tiden.

Eksempel 2

Våtsprøytebetong med 425 kg/m^ Portlandsement og maksimal kornstørrelse på 8 mm ble anvendt i en tettstrømfremgangsmåte. Som betongpumpe ble det anvendt et Aliva 277 aggregat. Som sammenligning ble to slurryer og en kommersielt oppnåelig flytende alkali-aluminaf-hydroksid/karbonat akselerator anvendt (Sigunit).

Også i våtsprøjtretettsrørmfremgangsmåten medfører tilsats av gips en betydelig forbedring av trykkstyrke.

Eksempel 3

Utvaskingsforholdene ble bestemt som følger:

Fra sprøytebetongforsøkene i eksempel 2 ble det tatt ut 95 mm borkjerner, snittet i 10 mm tynne skiver og undersøkt etter 28 dagers utherding med hensyn på eluerbare andeler. Metoden er overtatt fra Technischen Universitat Milnchen, Ihstitut fur Bau-ingenieurwesen n, Leitung Prof. Dr. R. Springenschmid. 6% av innkjøpt flytende kaliumaluminat/kaliumhydroksid/kaliumkarbonat-akselerator (Sigunit) fra eksempel 2 ga følgende eluatkonsentrasjoner: 6% av de flytende akseleratoren ifølge oppfinnelsen (slurry D) fra eksempel 2 ga følgende eluatkonsentrasjoner:

Claims (17)

1. Alkalifri avbindings- og herdingsakselerator inneholdende kalsiumsulfat og en aluminiumforbindelse, karakterisert ved at a) kalsiumsulfatet er kalsiumsulfatdihydrat og b) aluminiumforbindelsen er amorft aluminiumhydroksid og/eller et amorft og/eller krystallinsk basisk aluminiumsalt.

2. Akselerator ifølge krav 1, karakterisert ved at den er kloridfri.

3. Akselerator ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at det basiske aluminiumsaltet er utvalgt fra gruppen som omfatter sulfat, nitrat, karbonat, fosfat, acetat, formiat eller blandinger av de samme.

4. Akselerator ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 3, karakterisert ved at den minst inneholder 10 vekt-% amorft aluminiumhydroksid og/eller amorft og/eller krystallinsk basisk aluminiumsalt og inntil 90 vekt-% kalsiumsulfatdihydrat.

5. Akselerator ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 4, karakterisert ved at den oppviser et mol-forhold aluminium til sulfat på 0,1 til 10.

6. Akselerator iøflge et hvilket som helst av kravene 1 til 5, karakterisert ved at den foreligger dispergert i vann.

7. Akselerator ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 6, karakterisert ved at den minst inneholder et dispergeringshjelpemiddel.

8. Akselerator ifølge krav 7, karakterisert ved at dispergeringshjelpemidlet er utvalgt fra gruppen som omfatter polymerer eller kopolymerer av akrylsyre eller metakrylsyre eller derivater derav, sulfonerte melamin-eller naftalin-formaldehydkondensater eller fosfonsyrederivater eller en blanding av de samme.

9.. Akselerator ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 8, karakterisert ved at den minst inneholder et fortykningsmiddel.

10. Akselerator ifølge krav 9, karakterisert ved at fortykningsmidlet er utvalgt fra gruppen som omfatter bentonitt, benton, amorft silisiumdioksid, fermenterte organiske biopolymerer, alginater, polyglykoleter, akrylat eller uretanfortykningsmiddel eller blandinger av de samme.

11. Akselerator ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 10, karakterisert ved at den foreligger i minst to komponenter, hvorav den ene inneholder kalsiumsulfatdihydrat og den andre amorft aluminiumhydroksid og/eller amorfe og/eller krystallinske basiske aluminiumssalter.

12. Fremgangsmåte for akselerering av avbinding og herding av sement så vel som den derav fremstilte mørtel og betong, karakterisert ved at man til en blanding som inneholder sement tilsetter en akselerator ifølge krav 1 til 11 i mengder fra 0,1 til 20 vekt-%, med hensyn på vekt av sement.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 12, karakterisert ved at pulverformig avbindings- og herdingsakselerator blir blandet på forhånd med tørrsement eller med tørrmørtel eller betong og denne blandingen blir deretter herdet ved tilsetning av vann.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 12, karakterisert ved at den kalsiumsulfatdihydratinnehoidende komponent i akseleratoren ifølge krav 11 tilsettes ved fremstilling av mørtel eller betong i fabrikken og den amorfe aluminium-hydroksid- og/eller amorft og/eller krystallinsk aluminiumsaltinneholdende komponent blir blandet til på byggeplassen.

15. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 12 til 14, karakterisert ved at akseleratoren blir tilsatt det tørre eller med vann blandede bindemidlet, mørtel eller betong i fabrikken, på byggestedet, i blander, i transportpumpe, transportledning, forbenyttelsesdyse, sprøytedyse eller over en statisk blander med et pulverdoseringsapparat eller et flytendedoseirngsapparat direkte til blandingen eller med transportluft.

16. Anvendelse av en avbindings- og herdingsakselerator ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 11 for akselerering av avbinding og herding av sement.

17. Anvendelse av en avbindings- og herdingsakselerator ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 11 i injeksjonsslemminger, i sprøytemørtel eller sprøytebetong etter tørr-eller våtsprøytefremgangsmflter.