NO820021L - Tilsatsstoffer og fremgangsmaate for aa fremskynde stoerkningen av portland-sementblandinger - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte

for å fremskynde størkningstiden for sementer, mørtler og likn-ende blandinger som inneholder portland-seraent (d.v.s. "portland-sementblandinger") og til bruken av akseleratorer av visse a-hydroksy-karbonylforbindelser hovedsakelig hydroksyeddik (glykol) syre, melkesyre og visse salter av hydroksyeddiksyre, melke-

syre, 2-metyleddiksyre og dl-mandelsyre i konsentrasjoner som tilsvarer sementen innenfor nærmere bestemt områder.

Tilsatsstoffer for å påvirke størkningstiden og

andre egenskaper i portland-sementblandinger har vart kjent siden begynnelsen av sement-teknologien i 1870-årene. Sement selv som er en blanding av (1) et materiale som inneholder kalk såsom kalksten, skjellsand eller kritt og (2) en leire eller en leirkilde såsom skifer eller leirskifer, hurtigstørkner i løpet av noen sekunder eller minutter når den blandes med vann og dette gir praktisk talt ingen tid for tilstrekkelig blanding , spreidning eller andre nødvendige operasjoner. For å gjøre sement kommersielt anvendelig, er det derfor essensielt at den inneholder noen prosent gips som utsetter størkningen med noen timer. For i forkorte eller forlenge størkningstiden for spesielle for-mål anvendes tilsatsstoffer for å fremskynde eller å utsette størkningstiden. Slike tilsatsstof f er er definert i ASTM-publi-kasjon C 494-71 som også definerer "vannreduserende" tilsatsstoffer som de tilsatsstoffer som reduserer den vannmengde som er nødvendig for å fremstille sement med en gitt konsistens.

Både tilsatsstoffer som fremskynder og som utsetter størknings-tiden og som også forårsaker vannreduksjon er kjent.

Størkningstiden for kommersielt tilgjengelige sementer varierer over et ganske vidt område, men en typisk verdi er 3 timer bestemt ved den endelige størkningstid etter Vicat nål- metoden (ASTM C 191) . Størkningstiden for mørtel fremstilt av slike sementer må ved den opprinnelige størkningstid med Proctor-nåleprøven (ASTM C 403) være ca. 7 timer. (Det er alminnelig kjent innenfor denne teknologien, at både Vicat-nåleprøven og Proctor-nåleprøven kan anvendes for å bestemme størkningstiden for forskjellige portland-sementblandinger med forskjellige blandingsforhold d.v.s. forskjellige forhold mellom vann/sement og at disse prøver ikke er begrenset til de spesielle blandinger og forhold mellom de inngående bestanddeler som er gjengitt i ASTM C 191 og ASTM C 403. Uttrykkene "Vicat-nåleprøve" og<u>Proctor-nåleprøve" vil i det etterfølgende bety at man utfører de frem-gangsmåter som er gjengitt i ASTM-referansene på en spesiell prøve av den portland-sementblanding som er av interesse).Disse størkningstider må reduseres vesentlig f.eks. når det skal fremstilles støpte betongprodukter såsom betongblokker for fremstilling av veidekker og brooverflater og i oppføringen av betongbyg-nin<g>er. Ved en rekke anledninger vil behovet for å redusere størkningstiden i alle fall delvis ligge i de høye omkostninger ved overtidsarbeide.

En anvendelse som på grunn av sin natur krever meget korte størkningstider er sprøytestøping, en fremgangsmåte for å sprøyte mørtel på en understøttet overflate for å tilveiebringe både strukturell styrke cgønskede overflateegenskaper. Sprøyte-støpnir.g anvendes f.eks. ved konstruksjon av tunneler og sementen må få en høy del av sin endelige styrke etter at den er sprøy-tet på i en kortere periode enn relakseringstiden for fjeldet

for å hindre at tunnelen raser sammen.

Der finnes både såkalt tørre og våte sprøytestøpnings-prosesser. I den våte prosessen vil sementblandingen som omfatter vann lages ferdig på forhånd og deretter sprøytes på tunnel-veggen eller på andra overflatar fra en dyse. I den tørre prosessen blandes alle tørre ingredienser og mates til dysen og vannet tilsettes ved dysen. Legg merke til at en større fremskynd-else av størketiden kan tilveiebringes med den tørre prosessen3iden det ikke er noen risiko for at blandingen størker i ut-styret før pnsprøytningen. I begge prosessene må den påsprøyt-ede sement herdne i mindre enn 15 minutter som målt ved Proctor- nålprøven for den endelige størkningstid hvis man skal få en anvendelig tykkelse på den påsprøytede betong uten at den skaller av.

Tilsatsstoffer for å fremskynde størkningstiden ved sprøytestøpning som er i kommersiell anvendelse idag, er blandinger av natriumkarbonat og natriumaluminat. Mens disse gir en akseptabel tidlig styrke i forhold til vanlig mørtel, reduserer de vanligvis den endelige styrkning i mørtelen i mer enn halv-parten, noe som gjør det nødvendig å anvende tykkere lag for å få den sammen strukturelle styrke enn hvis man ikke bruker akseleratorer. Disse tilsatsstoffene er dessuten meget kaustiske og man må være meget forsiktig ved behandlingen av den. Bare en begrenset grad akselerering kan tilveiebringes med natriumkarbonat-natriumaluminat akseleratorer uten å redusere den endelige styrke i sprøytebetongen til et uakseptabelt nivå. Der finnes anvendelser som krever kortere størkningstider og

en rask styrkeutvikling og for dette har ingen tilfredsstillen-de akselererende tilsatsstoffer vært tilgjengelig.

En annen anvendelse som krever meget rask styrknings-tid er anvendelsen av portlandsement-tetningsblandinger. Tetningsblandinger består av portlandsement, en fin masse med f.eks. murersand og en akselerator og blandingen anvendes for å reparere bmtt eller sprukket betong når det lekker vann gjennom bruddet. Tetningsblandinger må ha en endelig størkningstid målt med Vicat-nåleprøven på mindre enn 15 minutter for å forsikre at forbindelsen vil herdne og stoppe lekkasjen før den vaskes bort.

Portland-sementblandinger anvendt for å reparere skadede betonggjenstander og strukturer må herdne raskt, slik at reparasjonstiden vil bli kort. Hurtigstyrknende mørtelbland-inger består vanligvis av portlandsement, en fin masse og en akselerator som anvendes for å reparere betong som er sprukket eller hvor kantene er slått av og andre små arbeider. Disse blandingene må ha en endelig størkningstid på 30 minutter eller mindre, målt med Vicat-nåleprøven. Blandinger for å lappe betong inneholder sement, fin eller .grov. masse og en akselerator og disse blandingene anvendes for større reparasjonsarbeider så som å fylle hull i veidekker av betong. Blandinger for å lappe betong må ha en endelig størkningstid på en time eller* mindre målt med Vicat-prøven, størkningstidene er vanligvis noe lengre enn størkningstidene for hurtigstørkende blandinger siden det kreves lengre tid for å blande og tilføre de større mengdene som trenges ved lapping av betong. Vicat-nåleprøven kan utføres direkte på prøver av mørtel. Når det gjelder betong, utføres Vicat-prøven på en mørtelprøve som kan fraskilles fra den grove massen ved hjelp av en sikt som beskrevet i ASTM C 40 3.

Kanskje den mest anvendte akselerator for betong er kalciumklorid. Selv om denne ikke fremskynder størkningstiden tilstrekkelig til å anvendes i sprøytestøpning, brukes den ved de fleste andre anvendelser og den har den fordel at den er meget billig. Kalciumklorid har imidlertid en begrenset bruk fordi kloridionen er meget korrosiv. i kontakt med jernmetall og kloridet frembringer også en elektrokjemisk reaksjon mellom forskjellige metaller. Kalciumklorid kan således vanligvis ikke anvendes som en akselerator for forsterket betong eller andre anvendelser som omfatter grenseflater mellom betong og metall.

Siden slutten av 30-årene har man vist at forskjellige organiske hydroksykarbonylforbindelser kan påvirke størk-ningstiden for portlandsement, men på en måte som er direkte motsatt den som er beskrevet i den foreliggende oppfinnelse. Ifølge tidligere teknikk vil disse hydroksykarbonylforbindelser og deriblant noen av de ct-hydroksy-karbonylforbindelser som inn-går i foreliggende oppfinnelse utsette ( retardere) størknings-tiden for portlandsement snarere enn å påskynde (akselerere) den. Den tidligere teknikk nevner eller antyder ikke akseleratorene ifølge foreliggende oppfinnelse, men peker i virkeligheten bort fra den foreliggende oppfinnelse. Til tross for de meget vel-kjente ulemper ved de akseleratorer som er i bruk idag, har det ikke vært forstått at a-hydroksykarbonylforbindelser ifølge foreliggende oppfinnelse virker som passende akseleratorer for de anvendelser som er nevnt, selv om enkelte av disse forbindelser er nevnt i tidligere arbeider som tilsatsstoffer for portlandsement.

En oversikt over den tidligere teknikk når det gjelder akseleratorer i sin alminnelighet og hydroksy-karbonylforsink- ere viser at det er vanskelig å generalisere om effekten av store klasseforbindelser på størkningstidene for portlandsement. Selv om det hovedsakelig ioniske salt kalciumklorid f.eks. er en effektiv akselerator, er natriumklorid og kaliumklorid som også er ioniske klorider meget mindre effektive akseleratorer. Og selv om en spesiell forbindelse virker som en akselerator betyr ikke dette at der er konsentrasjoner ved hvilke den vil redusere størkningstiden tilstrekkelig til å være nyttig i anvendelser så som sprøytestøpning og tetningsblandinger som krever spesielt korte størkningstider. Som bemerket ovenfor,

er f.eks. kalciumklorid en vidt anvendt akselerator for portlandsement, men den reduserer ikke størkningstiden tilstrekkelig til å anvendes i sprøytestøpning.

En referanse hevder generelt at ct-hydroksykarbonylgruppen

er meget aktiv når det gjelder å utsette (retardere) hydreringen av portlandsement, graden av hydrering er et mål for størknings-graden. I denne referansen, Proceedings of the International Symposium on the Chemistry of Cement, Washington, 19SO, side 924-925, klassifiserer J.H. Taplin hydroksyeddiksyre som et sterkt retarderende middel på grunnlag av data tilveiebragt fra sementveldingsprøver med et vann-sementforhold på 0,30 som inneholdt 1 vekt-% tilsatsstoff. Melkesyre som klassifiseres med en neglisjerbar retarderende effekt, benevnes eksepsjonelt fordi

den inneholder ct-hydroksykarbonylgruppen selv om den ikke retard-erer. Denne observasjonen av Taplin antyder vanskeligheten med å gjøre generaliseringer når det gjelder effekten av klasseforbindelser på størkningstidene for portlandsement. Taplin konklu-derer ikke desto mindre med "det synes å være en generell regel, at hvis en organisk forbindelse skal retardere sement må den ha minst to oksygenatomer hver bundet til et enkelt men forskjellig karbonatom på en slik måte at oksygenatomene kan nærme seg hverandre". Taplin-referansen inneholder ingen påvisning eller antydning om at hydroksyeddik eller melkesyre kan være anvendelige

som akseleratorer for portlandsement-blandinger og konklusjon-ene leder bort fra foreliggende oppfinnelse.

Sn annen referanse som på tilsvarende måte leder

bort fra foreliggende oppfinnelse er U.S.patent nr. 3.144.347

av 11.3.1974 til E.I. du Pont de Nemours a Company. 3.144.347-patentet beskriver anvendelsen av hydroksyeddiksyre, melkesyre og deres natrium, kalcium, kalium og aminsalter som retarderende tilsatsstoffer i konsentrasjoner som ligger i området fra 0,001 til 3,5 vskt-3, beregnet på grunnlag av sementen. Patentet sier videre fspalte 1, linje 33-35) at "som regel vil mindre enn 0,3 vekt-% bli brukt og spesielt fordelaktige resultater tilveiebringes i det smale området på 0,01 til 0,1 vekt-%" og alle de spesifikke eksempler som finnes i spaltene 3 og 4 i patentet beskriver anvendelsen av mindre enn 0,3 vekt-% av de forutgående retarderende tilsatsstoffer i betong. Annet avsnitt i patentet definerer omfanget av oppfinnelsen som vedrørende "en liten klas-se monohydroksy-organiske forbindelser ..... som ikke bare tjener som utmerkede vannreduserende retarderende midler, men som på3amme tid forårsaker en vesentlig økning i trykkfastheten i betongen". Den eneste påstand i '347 patentet er således at de nevnte forbindelser er anvendelige som retarderingsmidler og sammen med dette som midler for å øke styrken.

Den eneste antydning overhodet i den tidligere tek-nikkart at en spesifikk a-hydroksykarbonylforbindelse kan anvendes som en akselerator finnes i japansk patent 13680 av 1972, datert 24.4.1972 til Hani Chemical Company, Ltd. av Kenji Harazav/a. Hva Harazava-patentet påstår og ikke påstår må være uklart for en som har vanlig kjennskap til dette fagområdet. Patentet hevder at kalciummonoglykolat og kalciumdiglykolat forårsaker en begrenset reduksjon i den opprinnelige styrknings-tid i portlandsement og videre at "det er spesielt foretrukket å anvende portlandsement og tilblandet "gypsum plaster"". Jeg er ikke sikker på hva "gypsum plaster" er, eller hvorfor man skulle blande det med sement. Selv om terminologien er tvetyd-

ig betyr vanligvis kalciumdiglykolat kalciumsaltet av diglykol-syre som ikke er en a-hydroksykarbonylforbindelse. Selv om all tvil skal komme Harazawa til gode, er hans foretrukne omrade mellom 0,05 og 0,155 tilsatsstoff med hensyn til sementen og den

korteste endelige3tørkningstid som er oppgitt for disse blandingene er 1 time og 45 minutter og den korteste endelige størk-ningstid for kalciummonoglykolat er 1 time og 50 minutter nålt med JIS R-5201, en Vicat-nåleprøve. For de grunner som er gitt ovenfor, er det ikke mulig å ekstrapolere med hensyn til effekten av høyere konsentrasjoner av tilsatsstoff og ftarazav/a inneholder overhodet ingen antydninger om at saltene som er nevnt av ham eller eventuelt andre forbindelser kan virke sem nyttige akseleratorer for anvendelser som krever hurtige størkningstider såsom støpesprøyinc;, tetningsblandinger og hurtigstørknende mørtel. Patentet inneholder ingen antydning om foreliggende oppfinnelse.

Foreliggende oppfinnelse er basert på den oppdagelse at visse ct-hydroksykarbcnylforbindelser kan anvendes sem akseleratorer for portlandseraentblandinger når de tilføres i visse konsentrasjoner i forhold til sementen og som sådan har en rekke anvendelser. Man har nærmere bestemt funnet at hydroksyeddiksyre og dens natrium, kalium, kalcium, litium, sink og trietanolaminsalter, eddiksyre og dens natrium, kalium og kalcium-salter, natrium-dl-mandelat og natrium-2-metyllactat virker som passende akseleratorer for mange anvendelser når de tilblandes i konsentrasjoner på 0,5 til 10 vekt-%, beregnet på grunnlag av sementen, selv om de i noen tilfeller kan virke som retarderende midler i lavere eller høyere konsentrasjoner.

Det nøyaktige området av konsentrasjoner for tilsatsen i forhold til sementen hvor tilsatsstoffene skal virke som akseleratorer i overensstemmelse med oppfinnelsen, vil variera for spesielle anvendelser avhengig av dan kjemiske sammensetning av tilsatsstoffet, forhold vann/sement, arten og mengden av masse i blandingen, sammensetningen av sementen, rekkefølgen hvor stoffene i blandingen blandes og temperaturen og andre betingelser hvorunder blandingen blandes og størkner. Man fant f.eks.

at kaliumhydroksyacetat akselererte den endelige størkningstid i sementvelling målt med Vicat-nåleprøven når den var tilstede i konsentrasjoner større enn 0,5 vekt-% i forhold til sementen og at den utsatte (retarderte) ved konsentrasjoner mindre enn denne verdien. I mørtel fremstilt fra den samme sementen virker saltfunksjonen som en akselerator med hensyn på den opprinnelige

størkningstid målt med Proctor-nåleprøven i konsentrasjoner større enn 1,33 og som et retarderende middel under denne verdien. Selv om konsentrasjonsområdet hvor tilsatsstoffene virker som akseleratorer er mellom 0,5 og 103 anvendes uttrykket "akselerasjonskonsentrasjon" i overensstemmelse med påstandene for mer presist å presisere området hvor hvert tilsatsstoff virker som en akselerator hvor man tar hensyn til variasjoner i de faktorer som er nevnt ovenfor.

Oppfinnelsen kan lettere forstås hvis man betrakter de følgende tegninger: Fig. 1 er en kurve som viser sammenhengen mellom den opprinnelige størkningstid i mørtel målt med Proctor-nåleprøven og konsentrasjonen av kaliumhydroksyacetat, Fig. 2 er en kurve som viser trykkfastheten som en funksjon av tiden for en kontrollsement og en sement som inneholder 3% kaliumhydroksyacetat, Fig. 3 er en kurve som viser prosent vannreduksjon i mørtel som en funksjon av konsentrasjonen av kaliumhydroksyacetat,

Flg. 4 er en kurve som viser den endelige størknings-tid i mørtel målt med Vicat-nåleprøven som en funksjon av konsentrasjonen av kalciumhydroksyacetat.

Fig. 1 er en kurve som viser den cp<p>rinnelige størk-ningstid (i timer) i en mørtel som en funksjon av konsentrasjonen av kalluiruiydroksyacetat hvor den horisontale skale er logar-itmisk og angir vekt-% tilsatsstoff beregnet på grunnlag av sementen i mørtelen. Atlas type I sement ble anvendt og blandet med 2 1/2 vektdeler Federal Fine sand for hver del sement. Vekt-forholdet vann/sement var 0,5 og størkningstidene ble målt med Proctor-nåleprøven. En kontrollprøve som ikke inneholdt noe tilsatsstoff hadde en opprinnelig størkningstid på 6,3 timer og er vist på kurven med don horisontale linjen. Alle punkter over linjen antyder at tilsatsstoffet virker som et retarderende middel og alle punkter under linjen viser at tilsatsstoffer virker som en akselerator. Kurven viser at kaliumhydroksyacetat virker som en akselerator ved konsentrasjoner under 0,05 vekt-% og uver 1,3 vekt-?;. Disse konsentrasjoner benevnes derfor som "krysningspunkter" og er nyttige når det gjelder å definere kon- sentrasjonscmrådet over hvilke hvert tilsatsstoff virker som en akselerator. Legg merke til at mellom krysningspunktet 1,3% og det neste punkt på kurven ved ca. 1,6% konsentrasjon er kurven nesten vertikal og at størkningstiden reduseres fra 6,3 timer til mindre enn en halv time. Ved konsentrasjoner på 5% er størkningstiden ca. 5 minutter.

Tabell I viser krysningspunktene fra retardering til akselerasjon for hydroksyeddiksyre og noen av dens salter, bestemt fra kurver over opprinnelig størkningstid (Proctor nål) som en funksjon av konsentrasjonen tilsvarende til fig. 1. Til-satssteffer fra denne tabellen som er forskjellige fra kaliumhydroksyacetat synes å gi en mindre skarp stigning enn den man finner i fig. 1 omkring krysningspunktet. Tilsatsstoffene i konsentrasjoner større enn verdiene ved krysningspunktet forårsaker , akselerasjon. Mørtelprøvene er de samme som ble anvendt for å få frem resultatene i fig. 1.

Kurver over størkningstiden som en funksjon av konsentrasjonen for forskjellige tilsatsstoffer ifølge foreliggende oppfinnelse likner ikke på fig. 1 i ethvert tilfelle siden formen på kurven avhenger av en rekke faktorer såsom type tilsatsstoff, forholdet vann/sement og temperaturen i blandingen som påvirker herdningshastigheten i portlandsement generelt. Alle akseleratorer innenfor rammen av den foreliggende oppfinnelse virker således ikke som retarderende midler i konsentrasjoner som ligger utenfor rammen av oppfinnelsen såvidt man vet.

Som man kan se av fig. 4, virker kalciumhydroksyacetat som er fremstilt ved å nøytralisere en 70% oppløsning av hydroksyeddiksyre med kalciumhydroksyd som en akselerator under visse betingelser over hele konsentrasjonsområdet fra 0,05 til 6 vekt-% målt med Vicat-nåleprøven med hensyn på endelig størk- ningstid. Mørtelen for disse prøvene var fremstilt av 2,5 kg Federal Fine sand pr. kg Atlas sement med et vann/sementforhold på 0,30. Den endelige størkningstid for en kontrollbland-ing som ikke inneholdt noe tilsatsstoff 3,5 time. Kurven viser et skarpt brudd mellom 0,83 og 1,5 vekt-%, men tilsatsstoffet virker som en akselerator på hver side av bruddet. Som det fremgår av figuren, passer kalciumhydroksyacetat under disse betingelser for sprøytestøpning, tetningsblandinger, hurtig-størkende mørtelblandinger og andre anvendelser som krever meget kort størkningstid bare i konsentrasjoner på mer enn 1,5 vekt-% i forhold til sementen. Under de betingelser som ble anvendt for å få krysningspunktet for kalciumhydroksyacetat som er stilt opp i tabell I, likner kurven for opprinnelig størk-ningstid, målt med Proctor nåleprøven, som en funksjon av konsentrasjonen i dette tilfellet i større grad på fig. 1 enn fig. 4, idet størkningstiden er retardert over en del av det utprøv-ede konsentrasjonsområde. Man får derfor et krysningspunkt mellom retardering og akselerasjon.

Trietanolaminsaltet av hydroksyeddiksyre virker som en akselerator i sementvelling med et vann/sementforhold på 0,30 ved konsentrasjoner så lave som 0,5% og synes å virke som en akselerator ved alle høyere konsentrasjoner i det minste opp til 10%. På tilsvarende måte synes ikke natriumsaltet av dl-mandelsyre å virke som et retarderende middel.

Legg merke til at hydroksyeddiksyre, melkesyre, 2-metylmelkesyre og dl-mandelsyre likner på hverandre strukturelt ved at de alle har en hydroksygruppe og en karboksylsyregruppe og særlig ved det at hydroksygruppen er plassert i "a"-stilling i forhold til karbonylkarbonatomet.

Vanligvis er tilsatsstoffsr ifølge foreliggende oppfinnelse mer effektive som akseleratorer hvis de tilsettes til de andre bestanddeler i sementblandingen før vannet tilsettes til blandingen. F.eks. er en høyere konsentrasjon av tilsatsstoff nødvendig for å få en gitt grad av akselerering hvis fuktig eller våt sand er blitt blandet med sementen før akseler-atoren tilsettes.

Den kjemiske reaksjonen som fører til størkning av sement er ikke velkjent. Mange forskere tror at gips virker til å forlenge størkningstiden for sement ved å tilføre sulfatioher som reagerer med trikalciumaluminat som er tilstede i sementen. Sulfationene reagerer med overflaten i trikalciumaluminatpartiklene og fremstiller en forbindelse som kalles ettringitt og som dekker den ytre overflate av partiklene. Man tror likeledes at kalk fører til at partiklene utfelles. Det relativt ugjennom-trengelige lag av ettringitt og kalk hinder trikalciumaluminat fra å ta del i størkningsreaksjonene. Når alle sulfationene er blitt brukt opp, tror man at ettringitt omdannes til monosulfat som ikke kleber til overflaten av trikalciumaluminatpartiklene. Når ettringitt således omdannes' til monosulfat brytes det u-gjennomtrengelige belegg på trikalciumaluminat opp og trikalciumaluminat kan derfor ta del i størkningsreaksjonene. En mulig for-klaring på akselerasjonseffekten for tilsatsstoffene ifølge foreliggende oppfinnelse er at forbindelsene enten hindrer dann-elsen av ettringitt eller angriper og oppløser ettringitt og kalkbeleggene som senker størkningen av trikalciumaluminat.

Akselererende tilsatsstoffer i overensstemmelse med foreliggende oppfinnelse kan benyttes i forbindelse med alle anvendelser av portlandsementblandinger hvor en fremskynding av størkningstiden er ønskelig. I det etterfølgende vil andre virkninger av tilsatsstoffene på sementblandinger enn virkningen med hensyn til størkningstid diskuteres.

Salter ifølge foreliggende o<pp>finnelse kan fremstilles ved å nøytralisere den utvalgte ct-hydroksykarboksylsyre med en passende base. Disse saltene har en tilnærmet nøytral pH og er således ikke kaustiske og kan anvendes og behandles uten at man tar de- spesielle sikkerhetsforanstaltninger som er nødvendig i forbindelse med natriumkarbonat-natriumaluminat-akseleratorer som ellers anvendes for sprøytestøpning.

Tilsatsstoffene for akselerering ifølge oppfinnelsen forårsaker hverken reaksjon med jernmetall eller en elektrolytt-isk virkning mellom forskjellige metaller og de passer for bruk i forbindelse med armert betong og forspent betong såvel som ved andre anvendelser som omfatter sement, mørtel eller betong-metallgrenseflater.

Til forskjell fra mørtel som er tilblandet natriumkarbonat-natriumaluminat i kommersielt bruk ved sprøytestøpning, vil mørtel som er akselerert i overensstemmelse med foreliggende oppfinnelse vanligvis ha en fremragende tidlig styrke, noe som gjør disse tilsatsstoffene spesielt anvendelige for sprøyte-støpning, siden man kan anvende tynnere lag mørtel enn det som nå kreves for mange anvendelser.

Tilsatsstoffer for å fremskynde størkningstiden viser seg vanligvis å redusere noe den endelige trykkfasthet i den størknede blanding sammenliknet med styrken i kontrollblandinger som ikke inneholder noen tilsatsstoffer, mens midler som forsink-er (retarderer) størkningstiden vanligvis øker den endelige styrke. Akseleratorer ifølge foreliggende oppfinnelse virker også" vanligvis på denne måten. Enkelte av disse akseleratorer forårsaker imidlertid en meget mindre reduksjon i den endelige styrke enn i de tidligere anvendte akseleratorer. Fig. 2 er en kurve som viser trykkfastheten (ASTM C-109) i Atlas sement som en funksjon av tiden (timer), både for sementen alene uten tilsatsstoffer og med kaliumhydroksyacetat i konsentrasjoner på 3%

med hensyn til sementen. Vann-sementforholdet var 0,35. Fig. 2 viser at tilsatsstoffer for å fremskynde tørkningenøker trykkfastheten noe ved tider opp til 15 timer og reduserer trykkfastheten noe over 15 timer, og at den akselererte sement har en trykkfasthet etter 14 dager (336 timer) som er 80% av den ubland-ede sement.

En annen anvendelse hvor den foreliggende oppfinnelse er spesielt nyttig er som tilsatsstoff i hurtigstørknede sementblandinger. Som diskutert ovenfor har hurtigstørknende mørtel-blandinger en stor anvendelse til reparasjon av beskadiget betong. Denne anvendelse krever forkortet størkningstid og i til-legg er det ønskelig at den endelige styrke i den reparerte del-en er så stor at reparasjonen forblir permanent. En hurtig-størkande mørtelblanding ble fremstilt under anvendelse av. kaliumhydroksyacetat og etter 28 timer hadde den en trykkfast-

het på mer enn 630 kg/cm 2 målt etter ASTM-prøve G-109. I mot-setning til dette hadde to kommersielt anvendelige hurtigstørk-ende mørtelblandinger som brukte natriumkarbonat-natriumaluminat som akseleratorer en trykkfasthet etter 28 dager på noe over 200 kg/cm 2. Man kan derfor fremstille hurtigstørkende mørtel-blandinger med stoffene ifølge foreliggende oppfinnelse som

har ca. 3 ganger så3tcr trykkfasthet som tidligere anvendte hurtigstvJrker.de mørtalblandinger.

Tilsatsstoffer ifølge op<p>finnelsen virker ikke bare som akseleratorer, men også som vannrsduserende midler. I en serie målinger på et flytebord fant man at prosentvis vannreduksjon var en funksjon av konsentrasjonen av kaliumhydroksyacetat i mørtelen. Den prosentvise vannreduksjon som en funksjon av konsentrasjonen vist i fig. 3, og denne kurven har et minimum ner konsentrasjonen 1,5 vekt-% salt i forhold til sementen og i dette tilfellet tilsvarer dette krysningspunktet for dette salt-et. Prosent vannreduksjon ved dette minimum er ca. 2,3%. Uår konsentrasjonen av tilsatsstoffet øker over dette minimum, vil også den prosentvise vannreduks jon øke noe neer lineært.

Eksempler

De følgende spesifikke eksempler på portlandsement-blandinger og deres virkninger på størkningstiden vil gjøre det lettere å forstå oppfinnelsen.

Eksempel 1

Dan følgende mørtel ble fremstilt:

Konsentrasjonen av kaliumhydroksyacetat beregnet på grunnlag av sementen var 3 vekt-%. Tiden til begynnende størkning på denne mørtel målt med Proctor-nåleprøve var 11 minutter.

Eksempel II

Eksempel I ble gjentatt bortsett fra at 54 g natriumhydroksyacetat som tilsvarer 3 vekt-% salt ble brukt 1 stedet for kaliumhydroksyacetat. Tiden til begynnende størkning med denne mørtelen målt med Proctor-nåleprøven var 5 minutter.

Eksempel III

Eksempel I ble gjentatt bortsett fra at 54 g natrium-salt av dl-mandelsyre ble brukt i stedet for kaliumhydroksyacetat. Konsentrasjonen av salt beregnet på grunnlag av sementen var 3,0 vekt-%. Tiden til endelig størkning av mørtelen med ±4

Vicat-testen var 1,7 5 minutter.

Eksempel IV

Den følgende mørtel ble fremstilt:

Konsentrasjonen av natriumhydroksyacetat beregnet på grunnlag av sementen var 3 vekt-?;. Mørtelen er spesielt brukbar til sprøyte-støpning. Tiden til endelig størkning målt med Proctor-nåleprøv-en var 0,4 5 minutter.

Eksempel V

Den følgende mørtel ble fremstilt:

Konsentrasjonen av salt beregnet pa grunnlag av sementen var 2,3 vekt-%. Mørtelen er spesielt anvendelig som en hurtigstørk-ende mørtelblanding. Tiden til endelig størkning målt med Vicat-nålcmetoden var 5 minutter.

Eksempel VI

Følgende mørtel ble fremstilt:

Konsentrasjonen av salt beregnet på grunnlag av sementen var

2 vekt-%. Den endelige størkningstid målt med Vicat-nåleprøven var to minutter.

Eksempel VII

Mørtel med følgende sammensetning ble blandet i dysen på en innretning for sprøytestøpning og sprøytet på en vertikal vegg:

Den endelige størkningstiden for mørtelen påført veggen var mindre enn 1 minutt målt med Proctor-nåleprøven. Kjerneprøver fra mørtelen utviste en trykkfasthet på 7 5 kg/cm" en time etter pa-førsel, 272 kg/cm" etter åtte timer og en endelig styrke etter 23 dager på 339 kg/cm". Mørtel som inneholder 3 vekt-% av en vanlig natriuraalurninat-natriumkarbonat akselerator har en trykkfasthet på mindre enn 56 kg/cm" etter åtte timer og en endelig styrke på ca. 211 kg/cm".

Eksempel VIII

7ølgpp.do mørtel ble framstilt:

Konsentrasjonen av kaliumhydroksyacetat beregnet på grunnlag av sementen var to vekt-%. Den endelige størkning?: for denne mørtelen målt med Vicat-nåle<p>røven var 1,1 minutter. Denne mørtelen er spesielt anvendelig som en tetningsbianding.

Eksempel IX

Mørtel med følgende sammensetning ble fremstilt:

Kalciumhydroksyacetat ble fremstilt ved å nøytralisere en 70%ig oppløsning av hydroksyeddiksyre med en vandig oppløsning av kalciurnydroksyd. Tiden til endelig størkning for denne mørtel-en målt med Vicat-nåleprøven var 2,5 minutter.

Eksempel X

Følgende betong ble fremstilt:

Denne betongen hadde en endelig størkningstid på 12 minutter målt med Vicat-nåleprøven og en trykkfasthet på 75 kg/cm 2 en time etter blanding. Den er spesielt anvendelig som en repara-

sjonsblandir.g for betong.

De som er kjent med den foreliggende teknikk vil innse at modifikasjoner av de foregående spesifikke eksempler kan gjøres uten at man fjerner seg fra omfanget og rammen for oppfinnelsen som bare er begrenset ved de etterfølgende krav. I stedet for å bruke en av a-hydroksykarbonylforbindels-ene som er gjengitt i det foregående, kan blandinger av slike forbindelser anvendes. Hvis en blanding av a-hydroksykarbonylforbindelser anvendes, må den totale konsentrasjon av a-hydrcksykarbonylfcrbindelser beregnet på grunnlag av sementen være en akselererende konsentrasjon.

Claims (11)

1. Fremgangsmåte for akselerering av herdetiden for en mengde av en portlandsementsamménsetning for et spesielt vann-sementforhold ved iblanding i sammensetningen av en mengde av en kjemisk blanding, karakterisert ved at den omfatter:

   (a) som kjemisk blanding å anvende kalsiumhydroksyacetat alene eller kalsiumhydroksyacetat sammen med en a-hydroksykarbonylforbindelse valgt blant hydroksyeddiksyre og natrium-, kalium-, litium-, sink- og trietanolaminsalter derav; melkesyre og natrium-, kalium- og kalsiumsalter derav; natrium-2-metyllaktat, natrium—dl-mandelat; og blandinger derav; og

   (b) i nevnte sementsammensetning å iblande en mengde av nevnte a-hydroksykarbonylforbindelse tilstrekkelig til å akselerere den endelige herdetid, målt ved Vicat-nåleprøven, ved det nevnte vann-sementforhold, til en verdi på mindre enn 30 min., hvorved avbindingstiden for portlandsementsammensetningen derved akselererer sammenlignet med avbindingstiden ved fravær av blanding .
2. 2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at i det vesentlige de eneste bestanddeler i den akselererte portlandsementsamménsetning som påvirker dens avbindingstid er nevnte kjemiske blanding, portlandsement, vann eller blandinger derav.
3. 3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at a-hydroksykarbonylforbindelsen er kalsiumhydroksyacetat.
4. 4. Fremgangsmåte ifølge kravene 1, 2 eller 3, karakterisert ved at portlandsementsammensetningen er en sementpasta og at konsentrasjonen av a-hydroksykarbonylforbindelsen i forhold til sementen ligger innen området ca. 0,5 til ca. 10 vekt-%.
5. 5. Fremgangsmåte ifølge kravene 1, 2 eller 3, karakterisert ved at portlandsementsammensetningen er en mørtel eller en betong og at konsentrasjonen av a-hydroksy-karbonylf orbindelsen i forhold til sementen ligger innen området ca. 1,1 til ca. 10 vekt-%.
6. 6. Fremgangsmåte ifølge kravene 1, 2 eller 3, tilpasset for fremstilling av en mengde portlandsementsamménsetning for sprøytestøping, karakterisert ved at portlandsementsammensetningen er en mengde av sprøytestøpebetong som omfatter portlandsement, aggregat og vann med et spesielt vann-sementforhold, og konsentrasjonen av ct-hydroksykarbonylforbindelsen i forhold til sementen er i et område hvorved den endelige avbindingstid målt ved proctor-nåleprø ven ved dette vann-sementforhold akselereres til en verdi på mindre enn 15 minutter.
7. 7. Portlandsement hurtigavbindende mørtelforbindelse blandbar med vann ved et valgt vann-sementforhold, fremstilt i henhold til fremgangsmåtene ifølge kravene 1, 2 eller 3, karakterisert ved at forbindelsen omfatter portlandsement, aggregat og, som kjemisk tilsetning, kalsiumhydroksyacetat alene eller kalsiumhydroksyacetat sammen med en a-hydroksykarbonylforbindelse valgt blant hydroksyeddiksyre og dennes natrium-, kalium-, litium-, sink- og trietanolaminsalter; melkesyre og dennes natrium-, kalium- og kalsiumsalter;

   natrium-2-metyllaktat; natrium-dl-mandelat; og blandinger derav;

   idet konsentrasjonen av a-hydroksykarbonylforbindelsen i forhold til sementen er tilstrekkelig til å akselerere den endelige avbindingstid, målt ved Vicat-nåleprøven, ved et slikt vann-sementf orhold , til en verdi på mindre enn 30 minutter, hvorved avbindingstiden for betongreparasjonsforbindelsen derved akselereres sammenlignet med avbindingstiden i fravær av tilblanding.
8. 8. Portlandsement hurtigavbindende. mørtelforbindelse ifølge krav 7, karakterisert ved at den kjemiske iblanding, aggregat og portlandsement i det vesentlige er de eneste bestanddeler i sammensetningen som påvirker avbindingstiden.
9. 9. Portlandsement-pluggeforbindelse blandbar med vann ved et valgt vann-sementforhold og fremstilt i henhold til en fremgangsmåte ifølge kravene 1, 2 eller 3, karakterisert ved at forbindelsen omfatter portlandsement, aggregat og, som kjemisk iblanding, kalsiumhydroksyacetat alene eller kalsiumhydroksyacetat sammen med en a-hydroksykarbonylforbindelse valgt blant hydroksyeddiksyre og dennes natrium-, kalium-, litium-sink- og trietanolaminsalter; melkesyre og dennes natrium-, kalium- og kalsiumsalter; natrium-2-metyllaktat; natrium-dl-mandelat;

   og blandinger derav; idet konsentrasjonen av a-hydroksykarbony 1-forbindelsen i forhold til sementen er tilstrekkelig til å akselerere den endelige avbindingstid, målt ved Vicat-nåleprøven, v ved et slikt vann-sementforhold, til en verdi på mindre enn 30 minutter, hvorved avbindigstiden for betongreparasjonsforbindelsen derved akselereres sammenlignet med avbindingstiden i fravær av tilblanding.
10. 10. Portlandsement-pluggeforbindindelse ifølge krav 9, karakterisert ved at nevnte kjemiske iblanding aggregat og portlandsement er i det vesentlige de eneste bestanddeler i sammensetningen som påvirker avbingstiden.
11. 11. Portlandsementforbindelse ifølge kravene 7, 8, 9 eller 10, karakterisert ved at konsentrasjonen av a-hydroksykarbonylforbindelse i forhold til sementen ligger innen området 1,1 til ca. 10 vekt-%.