NO830031L - Additivsammensetning for portlandsementmaterialer. - Google Patents

Abstract

En additivsammensetning som akselererer avbindingstiden og også forbedrer trykkstyrken for portlandsementer, mørtler og betonger, består i det vesentlige av en konsentrert vandig oppløsning av kalsiumnitrat og av en avvannsbiproduktstrøm av en blanding av polyetanolaminer (kalt "trietanol-bunnprodukter") hvortil det er tilsatt en mindre mengde av et alkalimetall- eller jordalkalimetallsalt av en polyhydroksyalifatisk forbindelse slik som glukonsyre, eller av lignosulfonsyre.

Description

Foreliggende oppfinnelse angår additiver for hydrauliske sementer og mer spesielt, additiver for betong som skal inneholde metallforsterkninger. Slike additiver tilsettes i vandig oppløsning til en hydraulisk sement på byggeplassen eller til sementen akkurat før den bringes til byggeplassen.

Uttrykket "hydraulisk sement" slik det.her benyttes inkluderer de uorganiske sementer som når de blandes med vann avbindes og herdes som et resultat av kjemiske reaksjoner mellom vannet og forbindelsene som er tilstede i portland-sement. Uttrykket "portlandsement" slik det heri benyttes inkluderer de produkter som fremstilles ved oppvarming av en blanding av kalk og leire eller skifer eller andre kalkhol-

dige og leireholdige materialer til brent tilstand. Det brente produktet som kalles klinker males med noen få prosent, vanligvis 4-6 vekt-%, av en forsinker slik som gips. Uttrykket "betong" slik det heri benyttes inkluderer en bland-

ing av slike portlandsementer og inerte aggreater. Typiske aggregater inkluderer vanlige "grove" aggregater slik som grus, granitt, kalksten, kvarts osv. såvel som de material-

er som konvensjonelt kalles "fine" aggregater slik som sand og flyveaske. Konvensjonell portlandsementbetong benyttes i en hovedmengde, dvs. mere enn 50% og vanligvis opptil ca.

75% på volumbasis av slike aggregater i det herdede produkt.

Kalsiumklorid, CaCl2, er den mest benyttede akselerator for betong, men gir kontinuerlig oksydasjon av jernholdige konstruksjons- eller armeringsstål eller aluminiumrørlednlnge.r som er innleiret i betongen. CaC^ påvirker også ugunstig betongen selv og resulterer i avskalling og svekning. Når betongen er i kontakt med fuktig jord, økes angrepet av sul-fatet i jorden. Der det ikke er noe metall i betongen eller korrosjonen av metall i betongen ikke er noe alvorlig problem, er derfor den maksimale mengde CaC^ pr. sekk sement på

42,6 kg ikke mer enn ca. 0,9 kg. På tross av de lave omkost-ninger for CaCl2gjør derfor åpenbart de problemer som følger med bruken av denne forbindelse det ønskelig å unngå slik bruk i armerte betongkonstruksjoner.

Forsinkende blandinger brukes hyppig ikke i seg selv på grunn av problemene i forbindelse med å oppnå egnet kon-troll av avbindingstidene for betongen eller mørtelen, slik det er beskrevet nærmere i US-PS 4.089.69 5. For å overvinne uønskede virkninger av en forsinker benyttes kjente akseleratorer slik som CaCl2 og trietanolamin for å utbalansere over-skuddet av forsinkelse, men nettovirkningen av de kombinerte bestanddeler for den patenterte additivsammensetning er en avbindende-forsinkende. Til forskjell fra slik kjent tek-

nikk benytter denne oppfinnelse en kombinasjon av akselererende og forsinkende bestanddeler som har nettovirkningen av avbinding-akselerering av en portlandsementholdig sammensetning.

En bestanddel, en spesiell avfallsbiproduktstrøm

som i det vesentlige består av en blanding av dietanolamin, trietanolamin (her kalt DEA og TEA) og andre biprodukter, her kalt en avfallspolyetanolaminstrøm, fører til den generelle klasse alkanolaminer av hvilke noen er beskrevet som akseleratorer i US-PS 2.437.842 når de benyttes som seg selv i mengder innen området fra 5,3 - 3 5,7 vekt-%, beregnet på vekten av portlandsementen. Deretter ble det oppdaget at hverken dietanolamin eller trietanolamin var ønskelige akseleratorer fordi de har en svekkende virkning på den avbundne betong.

Idag benyttes polyalkanolaminer og spesielt dietanolamin og trietanolamin kun i blanding med andre bestanddeler i betong-sammensetninger på grunn, av de kjemiske virkninger som beskrevet i "Cement and Concrete Research", Ramachandran, V.S.,

3, 41 - 54 (1973) og 6, 623 - 32 (1976). F.eks. er polyalkanolaminer beskrevet i US-PS 3.553.077 for sin avbindings-akselererende virkning benyttet i kombinasjon med 20 vekt-% asbestfiber og 30 vekt-% silisiumdioksyd, beregnet på de totale faststoffer.

Den andre vesentlige bestanddel ifølge oppfinnelsen er kalsiumnitrat, Ca(N03)2</>som synes å ha en ambivalent funksjon og virker enten som en avbinder-akselerator eller som en avbinder-forsinker, avhengig av hvorvidt den er benyttet alene, eller av med hvilke spesielle avbindings-modifiserende bestanddeler den benyttes sammen med. F.eks. beskriver US-PS 3.782.992 i navnet Uchikawa et al at Ca(N03)2når den benyttes alene er en effektiv forsinker, et av de aller eldste patenter, US-PS 523.658 av 31. juli 1894 at fermenterings- og dekomponerende organiske stoffer blandet med Ca(NC>3)2er en effektiv forsinker; men russisk patent nr. 233.505 beskriver at Ca(N03)2i kombinasjon med urea er en akselerator og russisk patent nr. 368.203 beskriver at kombinasjonen av Ca(N03)2med Ca(N02)2og urea også er en akselerator. Fra egne prøver av hvilke noen er angitt i eksemplene i herværende sak, har søkeren funnet at vandig Ca(N03)2i oppløsning benyttet alene med sement av Atlas type I gir en avbindings-akselerering med øket kompresjonsstyrke mens sement av Hruon type I under iden-tiske betingelser med Ca(N03)2~oppløsning gir herde-akselerasjon og redusert kompresjonsstyrke. Siden man ikke kan forvente å forutsi oppførselen til sementer selv når Ca(N03)2~oppløsninger benyttes som eneste additiv, er det ennå van-skeligere å forutsi oppførselen i kombinasjon med andre additiver.

Kalsiumnitritt, Ca(N02)2, er kjent for å være en akselerator for portlandsement og er også beskrevet å inhi-bere korrosjon i armeringsstål i US-PS 3.427.175 i navnet Angstadt et al. Selv om dette patent lærer at kalsiumnitrat, Ca(N03)2, kan være tilstede i mindre mengder som en forurens-ning når Ca(N02)2fremstilles, ble den hurtig-avbindende virkning av Ca(N03)2oversett, på samme måte som dens virkning på kompresjonsstyrke fordi under omstendighetene disse egenskaper ikke kunne ha vært .åpenbare. Dette ble ytterligere bekreftet på grunn av den generelle forventing av nitrat-salter har en retarderende virkning i sement heller enn en hurtig-avbindende virkning. F.eks. beskriver US-PS 2.673.810 at kaliumnitrat er en effektiv forsinker. Uchikawa, supra, beskriver at nitrater av aluminium, ammonium, kalsium, magne-sium, kalium og natrium alle er effektive forsinkere. Selv om videre klorider, sulfater og nitrater alle er kjente som bestanddeler for avbindingsmodifiserende sammensetninger for hydrauliske sementer, er de alle generelt akseptert å gi uønsket korrosjon på metallar.mering slik som beskrevet i US-PS

3.782.984 i navnet Allemand et al.

Den vandige CaCl2-frie additivsammensetning ifølge foreliggende oppfinnelse er spesielt verdifull for å redusere avbindingstiden og å øke den umiddelbare trykkstyrke såvel som langtidstrykkstyrken for portlandsementsammensetninger

og spesielt portlandsementbetong. Portlandsement er den mest hyppig benyttede sement slik den er angitt i ASTM C150-74. Mange tidligere referanser som beskriver additivsammensetning-er for sement erkjenner ikke det vesentlige ved å utelukke kalsiumklorid fra en betongsammensetning egneb-for bruk med metallarmering.

Således beskriver US-PS 4.116.706 i navnet Previte at en avbindings-akselerende og trykkstyrkeøkende sammensetning for hydraulisk sement kan inneholde en større mengde av et klorid-, format- eller nitrittsalt som avbindings-akselerende middel, fra ca. 1 - ca. 6 vekt-% av et amin og fra ca. 0,15 - ca. -.3 vekt-% av et syntetisk overf lateaktivt middel med visse karakteristika. Selv om de beskrevne overflateak-tive midler synes å bidra til betongens trykkstyrke er det ingen lære hva angår deres virkning på retardering av oksyda-sjonen av metall i betongens hvis kloridsalter benyttes.

Fordi de spesielle polyetanolaminer DEA og TEA er kjent å gi ønsket akselerering på samme måte som monoetanolamin, er den nåværende utfordring å finne en spesiell kombinasjon; av bestanddeler i en additivsammensetning som ønsket avbindings-akselerasjon og samtidig øker trykkstyrken sairimen-lignet med betong uten additivsammensetning.. Om et spesi-fikt alkanolamin er forenelig med en koakselerator, er videre ikke forutsigbart og en generell beskrivelse med henblikk på den generelle brukbarhet av alkanolaminer som koakseleratorer er ikke bare misvisende, men foreslår også uunngåelig kombi-nasjoner som enten er ineffektive avbindings-akseleratorer eller alternativer som svekker den avbundne betong, eller begge deler.

Til idag er søkeren ikke kjent med noen additivsammensetning for portlandsement som benytter kombinasjonen av kalsiumnitrat med dietanolamin eller trietanolamin eller en blanding av polyetanolaminer, fortrinnsvis i blanding med et alkalimetall- eller jordalkalimetallsalt av en polyhydroksyalifatisk forbindelse, eller av lignosulfonsyre. Fra den kjente teknikk kjenner søkeren ingen grunn til å forvente at en slik kombinasjon skulle ha slikeønskede virkninger på avbindingstiden og trykkstyrken. Da spesielt videre alkanolaminer generelt er oppløselige i vann eller i vandige salt-oppløsninger, men fordi en polyalkanolamin-avvannsstrøm omfattende en hovedmengde av trietanolamin er vanskelig opp--løselig i en konsentrert vandig oppløsening av~.kalsiumnitrat, synes en slik kombinasjon av en avvannsstrøm med CafNO^^ å være dårlig egnet i rollen som en praktisk og. kommersielt attraktiv vandig additivsammensetning, stabil nok for bruk i byggevirksomheter, spesielt under vintermånedene.

Det er oppdaget at eri polyalkanolamin-avvannsbi-produktstrøm kjent som "trietanolaminbunnprodukt" (heretter kalt "TEA bunnprodukt") kan benyttes, i kombinasjon med vandig kalsiumnitrat, som koakselerator og et medforbedrer av trykkstyrken i en additivsammensetning som reduserer den vanlige avbindingstid og som øker den normale trykkstyrke for en portlandsementholdig sammenstning. Avbindingstiden for en våt betongblokk angis som den "normale" avbindingstid, og trykkstyrken for den avbundne blokk etter en på forhånd bestemt tidsperiode angis som den "normale" trykkstyrke, for å indike-re at disse er de vanlige eller normale verdier man skulle avlede fra mørtel eller betong som formuleres med sement slik den mottas fra produsenten.

Mere spesielt er det oppdaget at når en liten mengde av en additivsammensetning omfattende en konsentrert vandig oppløsning av kalsiumnitrat,CafNO^^'i kombinasjon med en mindre mengde av et polyalkanolamin, fortrinnsvis slik det er oppnådd i en TEA-bunnprodukt-avvannsstrøm, tilsettes til en portlandsementholdig sammensetning, gir additivsammensetningen fordelaktig og overraskende god avbindings-akselerering og trykkstyrkeøkning. Videre oppnås disse fordeler uten de skadelige virkninger forbundet med andre akseleratorer slik som kalsiumklorid på stålarmering som konvensjonelt benyttes i armerte betongkonstruksjoner; og videre er det funnet at de ønskelige virkninger av denne additivsammensetning økes ved tilsetning av en mindre mengde av et alkalimetallsalt eller et jordalkaLimetallsalt av et polysakkarid eller av lignosulfonsyre.

En generell gjenstand for oppfinnelsen er derfor å tilveiebringe en vandig CaCl2-fri additivsammensetning for bruk med hydrauliske sementer av portlandsementtypen, hvilket additiv foreligger i form av en lett dispergert konsentrert vandig oppløsning med minst 30 vektdeler og fortrinnsvis fra 40 - ca. 60 vektdeler Ca(N03)2pr. 100 vektdeler additivsammensetning og som er stabil ved lagring ved 0°C eller sogar ved temperaturer vesentlig under 0°C, og som kan tilsettes til mørtel eller betong (begge heretter generelt kalt "betong") akkurat før bruk på byggeplassen.

En spesifikk gjenstand for oppfinnelsen er å tilveiebringe -.en vandig CaCl2~fri additivsammensetning for en portlandsementsammensetning, hvilket additiv akselerer avbind-ingen av betong uten å gi avkall på trykkstyrken som i reali-teten økes, både umiddelbart, dvs. etter 3 dager, og også

på sikt, dvs. etter 28 dager.

Det er også oppdaget at de individuelle bestanddeler DEA og TEA av en avvannspolyetanol-biproduktstrøm er slike medakseleratorer for betong når de benyttes i kombinasjon med vandig CMNO^)-,, men at monoetanolamin, MEA, ikke er, og videre at TEA, hovedbestanddelen i avvannsstrømmen, i det-<1>vesentlige er uoppløselig i en konsentrert vandig oppløsning av Ca(NO.j)2, men at tilsetningen av et alkalimetallsalt eller et jordalkalimetallsalt av en alifatisk polyhydroksyforbindelse, slik som glukonsyre, eller et slikt salt av linosulfon-syre, oppløseliggjør trietanolaminet og stabiliserer den vandige oppløsning av koakseleratorer slik at oppløsningen kan lagres i beholdere ved temperaturer innen området fra ca. -6°C til ca. +60°C og deretter skipes for bruk på byggeplassen.

Det er derfor en ytterligere gjenstand for oppfinnelsen å tilveiebringe en fremgangsmåte for å redusere avbindingstiden for en betongblanding. fremstilt av en portlandsement sammensetning og for å øke trykkstyrken i en avbundet betongblanding ved slutten av en på forhånd bestemt tidsperiode, hvilken fremgangsmåte omfatter å tilsette til sementsammensetningen en effektiv mengde av en vandig additivsammensetning omfattende (i) CafNO^^ i en mengde fra ca. 0,5 - ca. 3 vekt-% av nevnte sement som vandig oppløsning fri for CaC^f til hvilken oppløsning det er tilsatt (ii) dietanolamin, trietanolamin eller en blanding av polyetanolaminer, i en mengde innen området ca. 0,005 -ca. 0,3 vekt-% av sementen og (iii) et alkalimetallsalt eller et jordalkalimetalls-alt av en organisk stabilisator valgt blant en alifatisk polyhydroksyforbindelse med fra ca. 5 - ca. 9 karbonatomer og lignosulfonsyre,

i en mengde innen området ca. 0,00 5 - ca. 0,1 vekt-% av nevnte sement, hvorved betongen som dannes gir en trykkstyrke på minst ca. 175 kg/cm 2 etter 3 dager.

Additivsammensetningen ifølge oppfinnelsen er spesielt egnet for bruk i betong ment for konstruksjonsformål der akselerert avbinding og høy trykkstyrke spesielt søkes.

Kommersielle hydrauliske sementer slik som de med ASTM-klassifisering type I, II og III er de oftest benyttede

i bygningsformål der den spesielle type som benyttes avhenger av konstruksjonstypen. Herde- eller avbindingstiden er en funksjon av mange faktorer inkludert omgivelsestemperatur, fuk-tighet, opprinnelig vanninnhold, sementtype som benyttes i blandingen o.l. Avbindingstiden reduseres med økende temperatur og økende faststoffinnhold i betongblandingen og trykkstyrken i den avbundne betong øker progressivt med tiden. Betongsammensetningene benyttes forhold mellom vann og sement på mindre enn 1, vanligvis fra ca. 250 -ca. 300 lb/yd betong. Med en type I-sement har betongsammensetningen ifølge oppfinnelsen en avbindingstid på mindre enn 4,5 timer og her-det en trykkstyrke som karakteristisk ligger på over 70 kg/cm<2>etter 1 dag og 175 kg/cm 2 3 dager etter fremstilling.

På grunn av at trykkstyrken i betongen etter at den er avbundet varierer med vann:sementforholdet, skjer sammen-ligninger mellom betongblandinger i henhold til ASTM "slump"-prøven. Fordi vannet er en slik vesentlig del av reaksjonen som danner betong er det ønskelig å benytte i det vesentlige rent vann fritt for elektrolytter eller forurensninger som på ugunstig måte kan påvirke den ønskede avbinding og styrke-egenskapene for betongen.

Den avbindings-akselererende additivsammensetning ifølge oppfinnelsen kan inkludere ytterligere eventuelle bestanddeler som vanligvis benyttes for å akselerere avbinding av betong, forutsatt at ikke noe jordalkalimetallklorid slik som kalsiumklorid er tilstede, og videre forutsatt at slike bestanddeler ikke ugunstig påvirker egenskapene i betongen som gis av additivsammensetningen ifølge oppfinnelsen.

Som kommersielt praktisert, omfatter fremgangsmåten for å redusere avbindingstiden og å øke trykkstyrken som ut-vikles ved konkret innarbeiding av additivsammensetningen ifølge oppfinnelsen, sammenlignet med betong uten additivsammensetningen ifølge oppfinnelsen, å tilsette en tilstrekkelig mengde av sammensetningen til betong for å bevirke den ønskede avbindings-akselerasjon og forbedring av betongens trykkstyrke. Additivsammensetningen omfatter en vandig oppløsning av Ca(N02>2hvortil det er tilsatt en vandig oppløsning av TEA-bunnprodukt og en organisk stabilisator som også virker som oppløseliggjører for polyetanolaminene i oppløsningen. Mengden av TEA-bunnprodukt i additivsammensetningen ligger innen området ca. 0,05 deler til ca. 10 deler pr. 100 deler additivsammensetning, og er aller helst innen, området fra ca. 0,005 - ca. 5 deler pr. 100 deler additivsammensetning. Den organiske stabilisator er valgt blant (a) et alkalimetallsalt eller et jordalkalimetallsalt av en alifatisk polyhydroksyforbindelse med fra ca. 5 - ca. 9 karbonatomer og (b) et alkalimetallsalt eller et jordalkalimetallsalt av lignosulfonsyre. Mengden organisk stabilisator i additivsammensetningen ligger innen området fra ca. 0,05 - ca. 10 vektdeler pr. 100 vektdeler additivsammensetning.

I en typisk gjennomføring oppnås økningen av kompre-sjonsstyrken og avbindings-akselerasjonen ved tilsetning av (i) Ca(N03)2i en mengde fra ca. 0,5 - ca. 3 vekt-% av portlandsementen i betongen, til hvilken oppløsning det settes (ii) ca. 0,005 - ca. 0,3 vekt-% av sementen, DEA eller TEA. Betongen som dannes gir en trykkstyrke på minst 175 kg/cm<2>

etter 72 timer, målt i henhold til ASTM C-109-prøven ved bruk av en 1,0:1,25 sement:aggregatblanding med 17 vekt-%

vann.

Det er uvesentlig hvilken form Ca(NO^)2-saltet har, enten det foreligger i form av vannfrie krystaller eller krystaller med krystallvann, det eneste vesentlige krav er at det dannes en vandig oppløsning av saltet som er fri for CaCl2. Fordi additivsammensetningen generelt-.skipes - til byggeplassen der den skal benyttes er det foretrukket å ha en mest mulig konsentrert vandig oppløsning av CafNO^)^som er stabil i området 0 - 60°C og å holde faststoffene i opp-løsning ved en lav temperatur innen området fra ca. -10 til ca. 0°C. Den mengde salt som kan oppløses vil begrenses ikke bare (i) av metningskonsentrasjonen av saltet i oppløs-ning ved den temperatur vannet har når oppløsningen lages,

men også (ii) av tendensen til saltet til å falle ut fra oppløsningen under kalde betingelser og slik det skal for-klares (iii) av vanskeligheten med oppløsning av spesifikke polyetanolaminer i en relativt konsentrert vandig oppløsning avkalsiumnitrat. Det er mest foretrukket å danne en relativt konsentrert vandig oppløsning ved å oppløse minst 30 vekt-

deler Ca(N03)2i 100 deler vann ved romtemperatur av ca. 20°C,

og mere foretrukket fra ca. 40 - 60 deler pr. 100 deler Ca(N03)2~oppløsning, slik at dens spesifikke gravitet ligger området fra ca. 1,4 - 1,5. Mindre mengder kalsiumnitritt (Ca(N02)2,

vil hvis de er tilstede sammen med CafNO^)^ ikke være skadelige for utvikling av de ønskede avbindingstider og trykkstyrker "i betongen.

Til den relativt konsentrerte oppløsning av Ca(N03)2tilsettes en oppløsning av TEA-bunnprodukter hvortil det er tilsatt en tilstrekkelig mengde stabilisator til å oppløselig-gjøre TEA-bunnproduktene i oppløsningen. Det skal spesielt bemerkes at monoetanolamin, MEA, ikke gir de virkninger som ønskes ifølge oppfinnelsen. DEA og TEA, hver benyttet alene som det eneste polyetanolamin, bevirker en herdingsakselerasjon og økning av trykkstyrken med den vandige oppløsning av Ca(N02>2som angitt ovenfor, når hver benyttes innen området fra 0,00 5 - ca. 3 vekt-% av portlandsementen i betongen. DEA, hvis det benyttes -som eneste polyetanolamin, kan ganske enkelt tilsettes til den vandige oppløsning av CafNO^^°9oppløses i denne under heftig omrøring og danner en oppløsning som er stabil selv når temperaturen i oppløsningen når 0°C. Når imidlertid TEA benyttes som eneste polyetanolamin i en mengde innen det angitte område, oppløses TEA ikke i Ca(NO^)2~°PP~ løsningen og forblir ikke dispergert i oppløsningen selv etter heftig omrøring. Avvanns-TEA-bunnstrømmen som omfatter en hovedvektmengde TEA i avvannsstrømmen oppfører seg på en måte analog TEA.

For å holde TEA eller TEA-bunnproduktene homogent dispergert i den vandige oppløsning av CatNO^j er ^et nød-vendig å tilsette en liten men effektiv mengde av en organisk stabilisator slik som en alifatisk polyhydroksyforbindelse eller et salt av lignosulfonsyre når stabilisatoren selv er oppløselig i vann. Med uttrykket "oppløselig i vann" menes at materialet er oppløselig i vann i en grad av minst 10 deler pr. 100 vektdeler vann. Foretrukket er alkalimetallsalter og jordalkalimetallsalter av polysakkarider, spesielt de som har fra ca. 5 - ca. 9 karbonatomer, og alkalimetallsalter og jordalkalimetallsalter av lignosulfonsyre. Mest foretrukket er natriumglukoheptonat og natriumlignosulfonsyre og begge brukes generelt i betongteknikken som avbindings-forsinkere. Den øvre grense for mengden av organisk stabilisator som benyttes er kritisk fordi en større mengde enn angitt vil ha en forringende virkning på avbindings-akselerasjonen.

For optimal stabilitet er det ønskelig å justere pH-verdien i additivsammensetningen slik at den faller innen-for området ca. 7 - 9.

Selv om oppfinnelsen ovenfor er beskrevet med spesiell henvisning til polyetanolaminer og spesielt med henblikk på TEA-bunnprodukter, kan oppfinnelsen også gjennom-føres med dialkanolaminer slik som dietanolamin, eller enhver annen polyalkanolamin, uten tilsetning av organisk stabilisator, hvis polyalkanolaminet stabilt og oppløselig i den vandige Ca(NO^)2~oppløsning. Polyalkanolaminer som kan benyttes i oppfinnelsen stammer fra lavere alkanoler, dvs. alkanoler med fra 2-5 karbonatomer. F.eks. er polyalkanolaminer oppnådd ved substitusjon av hydrogenatomer i ammoniakk med pro-panol, isopropanol, butanol, isobutanol og pentanoler, hver lite oppløselig i vandig kalsiumnitrat, spesielt konsentrert vandige kalsiumnitratoppløsninger med mer enn 30 vektdeler Ca(N03)2Pr- 100 deler kalsiumnitratoppløsning.

I oppfinnelsens eksempler angir alle.deler vektdeler hvis ikke annet er sagt. I alle tilfeller er den DEA og TEA som er benyttet av 99%-ig renhet og benyttet CafNO^^ er av industriell kvalitet. I det vesentlige ren DEA og TEA benyttes for å vise de individuelle virkninger; DEA og TEA benyttes i kombinasjon i eksemplene, heller enn TEA-awanns-bunnstrømmen fordi avvannsstrømmen ikke er reproduserbar. De følgende eksempler illustrerer virkningen av små mengder av sammensetningen ifølge oppfinnelsen på avbindingstiden og trykkstyrken for portlandsementbetonger som ble fremstilt i henhold til ASTM-prosedyrer og målinger av forholdet vann til sement, slump og trykkstyrker for de hydratiserte betonger fremstilt i hvert tifelle var også i henhold til ASTM-prosedyrer. Som sammenligning ble en "blank" som ikke inneholdt avbindings-modifiserende additiv fremstilt og prøvet på iden-tisk måte. Slik det vil forstås ble målingene først foretatt med henblikk på "blank"-sammensetningen. Sammensetningen'1 ' inneholdende de angitte mengder av avbindings-akselererende additivsammensetning ifølge oppfinnelsen ble deretter fremstilt med tilstrekkelig vann til å gi en "slump" så nær som mulig det som ble vist av blindprøven, + ca. 12,7 mm. Mengden av vann som virkelig ble brukt angis for beregning av forholdet vann/sement ("W/C") og deretter ble trykkstyrken etter 1, 3, 7 samt 28 dager målt, Spesielle merkevarer med henblikk på sementen ble benyttet i eksemplene på grunn av deres generelle tilgjengelighet og for å vise at virkningen av CafNO^^-oppløsningen på grunn av seg selv ikke kan forutsis i kommersielt tilgjengelige sementer. Ved innarbeiding av additivsam mensetningen ifølge oppfinnelsen er denne faktor ikke lenger uforutsigelig.

Eksempler med " Atlas" type I- sement

I de følgende eksempler ble det formulert betongblandinger med forskjellige konsentrasjoner av Ca(N03)2/ DEA, TEA og natriumglukoheptonat, SGH, ved bruk av "Atlas" type I-portlandsement. Vann nok, en mengde innen området ca. 240 - 380 lb/yd 3 betong tilsettes for å gi den samme slump som blindprøven (ca. 6,35 cm), nemlig - 12,7 mm innen denne verdi. Mengden av hver bestanddel i den avbindings-akselererende sammensetning er angitt som vekt-% på vannfri basis av sementen i blandingen. Avbindingstiden bestemmes i henhold til ASTM "Standard Method of Test for Time and Setting of Hydraulic Cement by Vicat Needle" (ASTM C 191-58) og avbindingstidene skrives opp, på samme måte som trykkstyrken måles etter det angitte antall dager.

Eksempler med " Huron" type I- sement

I de følgende eksempler ble det formulert betongblandinger med varierende konsentrasjoner av Ca(N03)2, DEA, natriumglukoheptorlat, SGH, samt natriumlignosulfonsyre, SLS, ved bruk av "Huron" type I-portlandsement. Nok vann, innen området ca. 240 - 280 lb/yd 3betong, tilsettes for å gi den samme slump som blindprøven (ca. 6,3 5 mm) innen området t 12,7 mm fra denne verdi. Mengden av hver bestanddel i den avbind-ingsakselererende sammensetning angis som vekt-% på vannfri basis av sementen i blandingen. Avbindingstiden bestemmes i henhold til ASTM "Standard Method of Test for Time and Setting of Hydraulic Cement by Vicat Needle" (ASTM C 191-58) og avbindingstiden noteres på samme måte som trykkstyrkene slik de måles etter det angitte antall dager. Trykkstyrkene ble målt på den fjerde dag i stedet for på den tredje på grunn av en helligdag.

Det fremgår av de ovenfor fremførte data at med "Atlas" type I-sement gir Ca(N03)2~oppløsning selv avbind-ingsakselerasjon og forbedret trykkstyrke, ting som begge deler økes ved tilsetning av enten DEA eller TEA og SGH i de beskrevne mengder. Fra de angitte data for "Huron" type I-sement er det åpenbart at Ca(NO^)2~oppløsning i seg selv gir en avbindingsakselerering, men en svekning av betongen. Både avbindingstid og trykkstyrke for betong laget med denne type sement forbedres ved tilsetning av DEA eller ved tilsetning av DEA kombinert med enten SGH eller SLS.-.. På analog måte finnes det at avbindingsakselerering og forbedret trykkstyrke oppnås ved tilsetning av TEA i kombinasjon med enten SGH eller SLS og også ved tilsetning av både DEA og TEA i kombinasjon med enten SGH eller SLS.

Eksempler med " Atlas" type I- sement

I de følgende eksempler ble våtbetongblandinger formulert med varierende konsentrasjoner av Ca(N03)2, DEA og TEA ved bruk av "Atlas" type I-portlandsement. Nok vann innen området fra ca. 240 - 280 lb/yd av betongen tilsettes for å gi den samme slump som blindprøven (ca. 6,3 5 cm)

-12,7 mm. Mengden av hver bestanddel i den avbindingsaksele-rerende sammensetning angis i vekt-% på vannfri basis av sementen i blandingen. De første og siste herdetider ved 4,4°C ble bestemt i henhold til ASTM "Standard Method of Test for Time and Setting of Hydraulic Cement by Vicat Needle"

(ASTM C 191-58) og herdetidene er angitt under i tabell 3'.

Eksempler ved bruk av " Medusa" type II- sement

I de følgende eksempler ble det formulert våtbetongblandinger med forskjellige konsentrasjoner CafNO-j^'DEA°9TEA ved bruk av "Medusa" type II-portlandsement. Nok vann

Eksempler med " Bessemer" type Ill- seitient

På en måte analog det som er beskrevet ovenfor i eksempler med "Bessemer" type II-portlandsement, ble våtbetongblandinger fremstilt med CafNO^^' DEA og TEA ved bruk av en "Bessemer" type III-sement og start- og sluttavbindings-tiden ved 21,1°C ble skrevet opp og er angitt nedenfor i innen området ca. 240 - 280 lb/yd 2 betong tilsettes for å gi den samme slump som blindprøven (ca. 6,35 cm) -12,7 mm. Mengden av hver bestanddel i den avbindings-akselererende sammensetning angis som vekt-% på vannfri basis av sementen i blandingen. Start- og sluttavbindingstidene ved 21,1°C

ble bestemt i henhold til ASTM"Standard Method of Test for Time and Setting of Hydraulic Cement by Vicat Needle"(ASTM C 191-58) og avbindingstidene er angitt i tabell 4 nedenfor.

Fra de foregående eksempler vil man lett skjønne-

at den nøyaktige mengde additivsammensetning som benyttes vil avhenge av sementen i blandingen, av spesifikasjonene denne betong skal møte etter et på forhånd bestemt tidsrom,

og den spesielle konstruksjon hvori den skal benyttes, f.eks. den type metall som skal innleires i betongen. I en fordelaktig utførelsesform inneholder en foretrukket additivsammensetning TEA-bunnprodukter hvori TEA er tilstede i mengder innen området ca. 50 - 80 vekt-% og DEA er tilstede i en mengde innen området ca. 10 - 15 vekt-%, der resten er en ikke-identifisert blanding av aminer. Nok natriumglukoheptonat innen området ca. 0,3 - ca. 0,6 deler pr. 10 0 lb opp-løsning tilsettes for å oppløseliggjøre TEA-bunnproduktene. Additivsammensetningen har en spesifikk gravitet innen området ca. 1,4 - ca. 1,5 og pH-verdien justeres til. området 7 - 10 og fortrinnsvis mellom 7 og 8. Avhengig av de spesifikke krav for den herdede betong, benyttes denne sammensetning i en mengde innen området ca. 10 - 50 fluid unser pr'. 100 lb sement og aller helst innen området 20 - 30 unser pr. sekk sement.

Claims (10)

1. Additivsammensetning for å øke den normale avbindingstid og øke den vanlige trykkstyrke for en portlandsementholdig sammensetning slik som mørtel og betong, karakterisert ved at den omfatter en vandig oppløs-ning av (i) kalsiumnitrat i en mengde på minst 30 vektdeler pr. 100 deler av oppløsningen og (ii) et polyalkanolamin av en lavere alkanol med fra 2 - ca. 5 karbonatomer, idet polyalkanolaminet er tilstede i en mengde innen området 0,0 5 - ca.

5 deler pr. 100 vektdeler av oppløsningen, hvorved oppløs-ningen er stabil ved lagring i temperaturområdet ca. 0 - ca. 60°C.

2. Additiv ifølge krav 1, karakterisert ved at det i tillegg inneholder et alkalimetallsalt eller jordalkalimetallsalt av en organisk stabilisator valgt blant en alifatisk polyhydroksyforbindelse med fra ca. 5 - ca. 9 karbonatomer og lignosulfonsyre, idet stabilisatoren er tilstede i en mengde innen området ca. 0,01 deler til ca. 5 deler pr. 100 vektdeler av oppløsningen.

3. Additiv ifølge krav 2, karakterisert ved at polyalkanolaminet er en blanding av polyetanolaminer inkludert en hovedmengde trietanolamin og en mindre mengde dietanolamin.

4. Additiv ifølge krav 3, karakterisert ved at polyetanolaminene er tilstede i en trietanolbunp-awannsstrøm inneholdende fra 50 - 80 vekt-% trietanolamin og fra ca. 10 - 15 vekt-% dietanolamin.

5. Additiv ifølge krav 3, karakterisert v e d at den organiske stabilisator er valgt blant natriumglukoheptonat og natriumlignosulfonsyre.

6. Additiv ifølge krav 4, karakterisert ved at den vandige oppløsning i det vesentlige består av (i) en kalsiumnitratopplø sning inneholdende fra ca. 40 - 60 vektdeler kalsiumnitrat pr. 100 vektdeler oppløsning, (ii) nevnte polyetanolaminer er tilstede i en avvannspolyetanol-aminstrøm omfattende en hovedmengde trietanolamin på vektbasis, idet avvannsstrømmen er tilstede i en mengde innen området 0,05 - ca. 15 vektdeler pr. 10 0 vektdeler av den vandige oppløsning og (iii) nevnte organiske stabilisator er tilstede i en mengde innen området ca. 0,0 5 - ca. 10 vektdeler pr. 100 vektdeler av nevnte oppløsning.

7. Additiv ifølge krav 6, karakterisert ved at den har en pH-verdi innen området ca. 7- ca. 10 og en spesifikk gravitet innen området ca. 1,4 - ca. 1,5.

8. Betongblanding inneholdende en portlandsement og- en avbindings-akselerende additivsammensetning, karakterisert ved at denne omfatter (i) CafNO- ^^ i en mengde fra ca. 0,5 - ca. 3 vekt-% av sementen som en vandig oppløs-ning fri for CaCl2 hvortil det er tilsatt (ii) dietanolamin, trietanolamin eller en blanding av polyetanolaminer, i en mengde innen området ca. 0,005 - ca. 0,3 vekt-% av sementen og eventuelt (iii) et alkalimetallsalt eller jordalkalimetallsalt av en .organisk stabilisator valgt blant en alifatisk polyhydroksyforbindelse med fra ca. 5 - ca. 9 karbonatomer og lignosulfonsyre, i en mengde innen området ca. 0,005 - ca.

0,1 vekt-% av sementen, hvorved den dannede betong gir en trykkstyrke på minst 175 kg/cm 2 etter 3 dager.

9. Betongblanding ifølge krav 8, karakterisert ved at saltet av nevnte alifatiske polyhydroksyforbindelse er natriumglukoheptonat og nevnte salt av ligno-sulf onsyre er natriumlignosulfonsyre.

10. Fremgangsmåte for reduksjon av avbindingstiden for en betongblanding fremstilt med en portlandsementsammensetning og for å øke trykkstyrken for en avbundet betongblanding ved slutten av en på forhånd bestemt tidsperiode, karakterisert ved at den til sementsammensetningen å tilsette en effektiv mengde av en.vandig additivsammensetning omfattende (i) Ca (NO -j) 2 i en mengde fra ca. 0,5 - ca. 3 vekt-% av sementen som en vandig oppløsning fri for CaC^* til hvilken oppløsning det er tilsatt dietanolamin, trietanolamin eller en blanding av polyetanolaminer, i en samlet mengde innen området 0,005 - ca. 0,3 vekt-% av sementen, og eventuelt (iii) et alkalimetallsalt eller- jordalkalimetallsalt av en organisk stabilisator valgt blant en alifatisk polyhydroksyforbindelse med fra ca. 5 - ca. 9 karbonatomer og lignosulfonsyre, i en mengde innen området ca. 0,00 5 - ca. 0,1 vekt-% av sementen, hvorved 'den dannede betong gir en trykkstyrke på minst ca. 175 kg/cm 2 etter 3 dager.