NO339019B1 - Sementakselerator og fremgangsmåte for fremstilling derav - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for å fremstille en akselerator for sprøytesementblanding.

Oppfinnelsen angår videre en akseleratorer for anvendelse deri, særlig for sprøytebetong.

Oppfinnelsen angår også en fremgangsmåte for å tilføre en sementblanding til et substrat ved sprøyting.

Anvendelsen av et sementmaterial slik som betong på et substrat ved sprøyting fra en dyse er en vel etablert tekno-logi, og den er utstrakt anvendt ved slike bruksområder som tunnelkledning. Det er viktig at sprøytebetongen herder svært hurtig på substratet, og dette oppnås ved å tilsette en akselerator til betongen i dysen. Disse akseleratorer er nokså forskjellig fra dem som anvendes sammen med konvensjo-nell betong og har tradisjonelt inkludert slike materialer som alkalimetalhydroksyder, aluminater og silikater.

Den svært høye alkaliske naturen til disse materialer har gitt håndteringsproblemer. Det betyr også at deres bruk i begrensede rom slik som tunneler har ført til svært ube-hagelige arbeidsmiljøer. Nylige forsøk på å unngå slike materialer har involvert bruken av aluminiumforbindelser og typiske eksempler finner man i Europeiske patenter 0 076 927, 0 775 097 og 0 742 179, Australsk patent 706917 og Europeiske patentsøknader 0 812 812 og 0 946 451.

Man har nå funnet at det er mulig å fremstille en akselerator for sprøytebetong ved hjelp av en enkel prosess, idet denne akselerator virker spesielt bra. Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer derfor en fremgangsmåte for å fremstille en akselerator for sprøytesementblanding som i det vesentlige omfatter trinnene med: (i)oppløsning av aluminiumsulfat og aluminiumhydroksyd i vann som eventuelt inneholder minst ett amin oppløst deri til å gi en klar oppløsning; og (ii)eventuelt tilsetning av minst ett antiskummiddel;

idet andelene av bestanddeler som er tilstede er slik at sluttproduktet inneholder fra 3-12 vekt% aluminiumsulfat (målt som AI2O3) , opp til 30 vekt% amorft aluminiumoksyd, opp til 15 vekt% amin, opp til 3 vekt% antiskummiddel og opp til 1,5 mol/kg stabilisator, idet stabilisatoren i tillegg inneholder en stabilisator som er glykolsyre.

Oppfinnelsen tilveiebringer videre en akselerator for anvendelse med sprøytesementblanding fremstilt ved en slik metode.

Oppfinnelsen tilveiebringer videre en akselerator for sprøytesementblanding som i alt vesentlig omfatter en oppløsning av aluminiumsulfat, amorf aluminiumhydroksyd og glykolsyre, eventuelt inneholdende amin og antiskummiddel, idet akseleratoren inneholder fra 3-12 vekt% aluminiumsulfat (målt som AI2O3) , opp til 30 vekt% amorft aluminiumhydroksyd, opp til 15 vekt% amin, opp til 3 vekt% antiskummiddel og opp til 1,5 mol/kg glykolsyre.

Aluminiumsulfatet som anvendes kan være et hvilket som helst kommersielt tilgjengelig material. Aluminiumsulfater varier-er med hensyn til deres renhet og konstitusjon, idet den mest vanlige er såkalt "17%" fordi den inneholder 17% av AI2O3. I praksis, ligger vekt% andelen av 17% aluminiumsulfat, AI2 (SO4) 3-14, 3 H2O, som bør anvendes i fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, i området fra 30% - 60%, foretrukket fra 40% - 54%.

Aluminiumhydroksydet kan være et hvilket som helst kommersielt tilgjengelig amorft aluminiumhydroksyd. Skjønt alle slike aluminiumhydroksyder vil gi tilfredstillende resultater, er det generelt riktig at desto nyere produksjonsdato, desto bedre resultat. I tillegg er aluminiumhydroksyder som, som et resultat av deres spesielle produksjonsmåte, inneholdende en liten andel aluminiumkarbonat (opp til 5%), lettere å oppløse og er foretrukne materialer. Denne oppførsel oppnås ikke ved simpelthen å tilsette aluminiumkarbonat til rent aluminiumhydroksyd. Skjønt svært små mengder aluminiumhydroksyd kan anvendes (mindre enn 0,1% er mulig), observeres en signifikant forbedring ved 5% eller mer. Det foretrukne området for vektandeler er fra 4 - 25%, foretrukket fra 6 - 18%.

Der må også være tilstede en stabilisator, som kan tilsettes på slutten av fremgangsmåten. Dette er et material som for-hindrer at aluminiumhydroksyd/aluminiumsulfat-oppløsningen enten presipiterer eller danner en gel. Uten stabilisator, vil oppløsningen fungere godt som en akselerator, men den vil mangle stabilitet og derfor holdbarhet, noe som nødvendiggjør bruken derav svært kort tid etter produksjon, som noen ganger ikke er praktisk.

Stabilisatoren for anvendelse i denne oppfinnelsen er glykolsyre (hydroksyeddiksyre). Det er tidligere blitt fore-slått å anvende hydroksykarboksylsyrer som stabilisatorer i Internasjonal Patentsøknad PCT/EP00/12216, men der er ikke spesifikt nevnt glykolsyre og den foretrukne syren i denne søknad var sitronsyre. Det er overraskende blitt funnet at glykolsyre gir fremragende stabilitet, langt bedre enn andre hydroksykarboksylsyrer.

Stabilisatoren er foretrukket tilstede i et omfang fra 0,1 - 1 mol/kg. Som en generell regel, desto mere glykolsyre tilstede, desto bedre stabilitet. Man kommer imidlertid til et punkt når tilsetning av ytterligere glykolsyre ikke bringer noen forbedring. Således, skjønt det angitte maksimum på 1,5 mol/kg kan overskrides, gir dette ingen fordel. De beste resultater oppnås ved å anvende mengder i området 1 mol/kg.

Egenskapene til akseleratorene tilveiebrakt ved den foreliggende oppfinnelse kan økes betydelig ved å anvende en eller begge av to eventuelle, men foretrukne, komponenter. Den første av disse er amin. Dette må være vannoppløselig, ellers er der ingen begrensning på valget av amin. Foretrukne aminer er alkanolaminer, slik som diglykolamin, dietanolamin og trietanolamin, idet dietanolamin er særlig foretrukket. Opp til 12 vekt% amin kan anvendes, men den foretrukne mengde er fra 1-4%.

Den andre foretrukne ytterligere komponent, antiskummiddelet, kan være et hvilket som helst slikt material som er kjent innen teknikken. De fleste av disse er navnebeskyttede kom-mersielle materialer hvis nøyaktige sammensetning aldri er gjort kjent, men et hvilket som helst slikt material som er kjent innen teknikken er passende. Typiske eksempler inklu-derer silikontyper som AGITAN (handelsnavn) og fettsyrepoly-eter-typer som LUMITEN (handelsnavn) EL.

Antiskummiddelet kan anvendes i en mengde på opp til 5%

(faststoffer uttrykt i vekt av hele blandingen), foretrukket fra 0,5% - 3%. Anvendelsen av antiskummiddelet gjør bruken av mindre nylaget aluminiumhydroksyd lettere. Uten å begrense oppfinnelsesrammen på noen måte, mener man at til-stedeværelsen derav understøtter fjerning av karbondioksyd som akkumulerer på overflaten av aluminiumhydroksydet over tid. Overraskende, med den betingelse at antiskummiddelet ikke inneholder silikon og at det ikke er tilstede i et omfang på mer enn 3%, gir det en gunstig forbedring av herdetid i forhold til den for en identisk blanding uten antiskummiddel eller med silikontyper.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen gjennomføres lett med standard utstyr, og en fagkyndig på området vil ikke ha problemer med å gjennomføre den. Det vil forstås at for å oppnå oppløsninger på de forskjellige stadier, kan noe oppvarming være nødvendig, typisk fra omtrent 50 - 60°C.

I fremgangsmåten kan den klare oppløsning fremstilles ved en hvilken som helst passende metode. Det er mulig å tilsette aluminiumsulfatet og aluminiumhydroksydet sekvensielt i en hvilken som helst rekkefølge til vann. Det er også mulig å tilsette dem sammen til vann, eller å oppløse eller disper-gere dem individuelt i to forskjellige mengder av vann og deretter kombinere disse mengder.

Aluminiumsulfatet og aluminiumhydroksydet tilsettes foretrukket sekvensielt til vann. Aluminiumsulfatet oppløses foretrukket først i vann, idet aluminiumsulfat vil oppløses med oppvarming. Til denne oppløsning tilsettes deretter aluminiumhydroksydet. En klar oppløsning oppnås.

Det er mulig, skjønt mindre foretrukket, å først tilsette aluminiumhydroksydet til vann. Aluminiumhydroksyd oppløses ikke lett i vann, men gir en fin suspensjon. Til denne suspensjon tilsettes aluminiumsulfat. En klar oppløsning oppnås. Stabilisatoren tilsettes til denne oppløsning og røres inn.

Den nøyaktige naturen til produktet fra fremgangsmåten er ikke kjent. Det er ganske visst ikke kun en blanding av de opprinnelige komponenter (det faktum at produktet er en klar eller svakt turbid oppløsning og ikke en ugjennomsiktig suspensjon som er typisk for aluminiumhydroksyd er bevis på dette), og uten å begrense oppfinnelsen på noen måte mener man at det er av oligomerisk eller polymerisk natur.

Den således fremstilte akselerator gir utmerkede resultater når den anvendes som akselerator for sprøytesementmaterial, særlig betong. Sprøytebetong behandlet med denne akselerator herder raskt og har en god sluttstyrke. Akseleratoren har en lang lagringstid er resistent overfor temperaturforandringer og er fullstendig ikke-alkalisk, noe som fører til bedre arbeidsmilj ø.

Oppfinnelsen tilveiebringer derfor også en fremgangsmåte for å tilføre en sementblanding til et substrat ved sprøyting, som omfatter transport av blandingen til en sprøytedyse, idet der i dysen tilsettes en akselererende blanding av den type som er beskrevet over.

Oppfinnelsen skal illustreres ytterligere ved hjelp av de etterfølgende eksempler.

En akselerator fremstilles fra de etterfølgende bestanddeler:

Vannet oppvarmes til 55°C - 60°C og aluminiumsulfatet tilsettes med omrøring. Når det er oppløst, tilsettes aluminiumhydroksydet, etterfulgt av glykolsyrene og aminet. Blandingen avkjøles deretter. Sluttoppløsningen er en blekgul, lett turbid oppløsning.

Denne akseleratorblanding betegnes akselerator A.

En annen akselerator (akselerator B) fremstilles på samme måte, men ved å erstatte glykolsyren med maursyre, en vel-kjent stabilisator. Mengden av vann reduseres, slik at mere maursyre kan tilsettes, idet mengden maursyre i akselerator B er to ganger mengden av glykolsyre i akselerator A.

Begge akseleratorer underkastet langtids-stabilitetstesting ved 5°C, 20°C og 40°C.

Den spesielle testperiode er 70 dager. Målekriteriene og resultatene er som følger: a) Forandring i turbiditet: Begge akseleratorer viser ingen forandring i hele perioden ved 5°C og 20°C. Ved 40°C viser imidlertid akselerator A en turbiditetsforandring (indikerer inntreden av ustabilitet) etter 31 dager, mens akselerator B viste denne forandring etter 13 dager. b) Geldannelse: En geldannet akselerator kan ikke anvendes. Begge akseleratorer viser ingen geldannelse i hele perioden ved 5°C og 20°C, men akselerator A viste geldannelse etter 59 dager og akselerator B etter 27 dager. (c) Separering; Separeringen av akseleratoroppløsningen til adskilte væskelag indikerer at den ikke lenger kan anvendes. Begge akseleratorer viste ingen separering i perioden. (d) Sedimentering: Omfattende sedimentering (i overkant av 1 mm) betyr at en akselerator ikke lenger kan anvendes. Ingen akselerator har overdreven sedimentering i testperioden.

Opptredenen til akselerator B er typisk for en høyeffekt kommersiell akselerator. Det kan lett sees at akselerator A ifølge oppfinnelsen har en signifikant fordel med hensyn til stabilitet, skjønt den kun har halve mengden av stabilisator. 40°C er typisk for de temperaturer som man vanligvis møter i tunneler, og det er ofte påkrevd at akseleratorer som er klar til bruk lagres ved slike forhold. Forbedringen i funksjon som vist ved akselerator A er derfor av stor kommersiell betydning, og det nedsetter behovet for å lagre mindre stabile akseleratorer i kjøligere omgivelser og hvorpå de bringes inn etter behov.

Claims (9)

1. Fremgangsmåte for å fremstille en akselerator for sprøytesementblanding, karakterisert vedat den i det vesentlige omfatter trinnene med: (i) oppløsning av aluminiumsulfat og aluminiumhydroksyd i vann, som eventuelt inneholder minst ett amin oppløst deri, til å gi en klar oppløsning; og (ii) eventuelt tilsetning av minst ett antiskummiddel; idet andelene av bestanddeler som er tilstede er slik at sluttproduktet inneholder fra 3-12 vekt% aluminiumsulfat (målt som AI2O3) , opp til 30 vekt% amorft aluminiumhydroksyd, opp til 15 vekt% amin, opp til 3 vekt% antiskummiddel og opp til 1,5 mol/kg stabilisator, idet akseleratoren i tillegg inneholder en stabilisator som er glykolsyre.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, hvor det i tillegg er tilstede minst ett vannoppløselig amin i vannet.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, hvor det er tilsatt minst ett antiskummiddel.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 3, hvor antiskummiddelet ikke inneholder silikon og er tilstede i et maksimalt omfang på 3%.

5. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, hvor den klare oppløsning fremstilles ved trinnene som omfatter: (i) oppløsning av aluminiumsulfat i vann, eventuelt inneholdende minst ett amin oppløst deri; (ii) oppløsning av amorft aluminiumhydroksyd i oppløsningen (i) inntil oppnåelse av en klar oppløsning; og (iii) tilsetning av glykolsyre til den klare oppløsning.

6. Fremgangsmåte som angitt i krav 5, hvor det til den klare oppløsning tilsettes minst ett antiskummiddel.

7. Akselerator for anvendelse med sprøytesementblanding,karakterisert vedat den hovedsakelig omfatter en oppløsning av aluminiumsulfat, amorft aluminiumhydroksyd og glykolsyre, eventuelt inneholdende amin og antiskummiddel, idet akseleratoren inneholder fra 3-12 vekt% aluminiumsulfat (målt som AI2O3) , opp til 30 vekt% amorft aluminiumhydroksyd, opp til 15 vekt% amin, opp til 3 vekt% antiskummiddel og opp til 1,5 mol/kg glykolsyre.

8. Akselerator for anvendelse med sprøytesementblanding,karakterisert vedat den er fremstilt ved en prosess som omfatter trinnene med (i) oppløsning av aluminiumsulfat og aluminiumhydroksyd i vann, som eventuelt inneholder minst ett amin oppløst deri, til å gi en klar oppløsning; og (ii) eventuelt tilsetning av minst ett antiskummiddel; idet andelene av bestanddeler som er tilstede er slik at sluttproduktet inneholder fra 3-12 vekt% aluminiumsulfat (målt som AI2O3) , opp til 30 vekt% amorft aluminiumhydroksyd, opp til 15 vekt% amin, opp til 3 vekt% antiskummiddel og opp til 1,5 mol/kg stabilisator, idet akseleratoren i tillegg inneholder en stabilisator som er glykolsyre.

9. Fremgangsmåte for å tilføre en sementblanding til et substrat ved sprøyting, karakterisert vedat den omfatter å transportere blandingen til en sprøytedyse, idet en akselerator ifølge ett eller flere av kravene 7-8 tilsettes i dysen.