PL205689B1

PL205689B1 - Sposób wytwarzania przyspieszacza do natryskiwanego betonu

Info

Publication number: PL205689B1
Application number: PL355533A
Authority: PL
Inventors: Thomas Hofmann
Original assignee: Constr Res & Tech Gmbh
Priority date: 1999-12-08
Filing date: 2000-12-01
Publication date: 2010-05-31
Also published as: EP1237827A2; SK287541B6; CN100363290C; DE60002918T3; AP2002002573A0; WO2001042165A3; ZA200204826B; AP1364A; US6692564B2; ES2199894T3; HRP20020519B1; BR0016261A; NO20022662L; HRP20020519A2; DE60002918D1; WO2001042165A2; CN1407954A; SK9772002A3; MXPA02005709A; PT1237827E

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania przyspieszacza do natryskiwanego betonu, mającego zastosowanie w kompozycjach cementowych, szczególnie do betonu nanoszonego metodą natryskiwania.

Nakładanie betonu na substrat metodą natryskiwania z dyszy (powszechnie określane jako „torkretowanie) jest dobrze znaną technologią i jest szeroko wykorzystywane w takich zastosowaniach jak wyłożenia tuneli. Istotne jest, aby natryskiwany beton zestalał się bardzo szybko na podłożu i ten efekt osią ga się przez dodanie przyspieszacza do betonu w dyszy. Takie przyspieszacze są cał kiem inne od stosowanych w przypadku typowego betonu i tradycyjnie obejmują takie substancje jak wodorotlenki metali alkalicznych, gliniany i krzemiany.

Silnie alkaliczne własności tych materiałów stwarzają problemy w obróbce. Oznacza to także, że ich zastosowanie w zamkniętych przestrzeniach, takich jak tunele prowadzi do wytworzenia bardzo niekorzystnej atmosfery wokół stanowisk roboczych. Ostatnie próby mające na celu uniknięcie takich substancji polegały na zastosowaniu związków glinu, a typowe przykłady wskazano w europejskich opisach patentowych nr 0076927, 0775097 i 0742179, australijskim opisie patentowym nr 706917 i europejskich zgł oszeniach nr 0812812 i 0946451.

Obecnie stwierdzono, że możliwe jest wytworzenie przyspieszacza do natryskiwanego betonu z zastosowaniem prostego sposobu, przy czym przyspieszacz działa wyjątkowo skutecznie. Osiąga się to sposobem według obecnego wynalazku.

Sposób wytwarzania przyspieszacza do natryskiwanego betonu według wynalazku charakteryzuje się tym, że obejmuje etapy w których (i) rozpuszcza się siarczan glinu i wodorotlenek glinu w wodzie, korzystnie zawierającej co najmniej jedną rozpuszczoną w niej aminę, z wytworzeniem klarownego roztworu; i (ii) ewentualnie, w razie potrzeby, dodaje się co najmniej jeden spośród co najmniej jednego środka stabilizującego i co najmniej jeden środek przeciwpieniący, przy czym proporcje wymienionych składników dobiera się tak, aby produkt końcowy zawierał od 3% do 12% wag. AI2O3 wprowadzanego w postaci siarczanu glinu, do 30% wag. bezpostaciowego wodorotlenku glinu, do 15% wag. aminy, oraz ewentualnie do 3% wag. środka przeciwpieniącego i do 0,06 mol/kg środka stabilizującego, przy czym środek stabilizujący wybiera się spośród takich substancji jak kwasy hydroksykarboksylowe, kwasy fosforowe i niealkaliczne sole kwasów fosforowych.

Dla sposobu według wynalazku korzystne jest, gdy do wody dodaje się ponadto co najmniej jedną rozpuszczalną w wodzie aminę, oraz gdy dodaje się co najmniej jeden spośród co najmniej jednego środka stabilizującego i co najmniej jeden środek przeciwpieniący. Najkorzystniej, gdy dodaje się co najmniej jeden środek stabilizujący i co najmniej jeden środek przeciwpieniący.

W sposobie wedł ug wynalazku korzystne jest, gdy stosuje się ś rodek przeciwpieniący nie zawierający silikonu, w maksymalnej ilości do 3%, oraz gdy jako środek stabilizujący stosuje się co najmniej jeden kwas hydroksykarboksylowy.

Dla sposobu według wynalazku szczególnie korzystne jest, gdy wytwarza się klarowny roztwór w etapach, w których:

(i) rozpuszcza się siarczan glinu w wodzie, ewentualnie zawierającej rozpuszczoną w niej co najmniej jedną aminę; i (ii) rozpuszcza się bezpostaciowy wodorotlenek glinu w roztworze (i), aż do uzyskania klarownego roztworu. Korzystnie, gdy do takiego klarownego roztworu dodaje się ewentualnie co najmniej jeden spośród (a) co najmniej jednego środka przeciwpieniącego i (b) co najmniej jednego środka stabilizującego, wybranego spośród takich substancji jak kwasy hydroksykarboksylowe, kwasy fosforowe i niealkaliczne sole kwasów fosforowych, korzystnie kwasy hydroksykarboksylowe.

Dla sposobu według wynalazku najkorzystniej jest, gdy proporcje składników do wytwarzania przyspieszacza dobiera się tak, aby produkt końcowy zawierał od 6,8% do 8,2% wag. Al2O3, wprowadzanego w postaci siarczanu glinu, do 18% wag. bezpostaciowego wodorotlenku glinu i od 4% do 6% wag. 90% roztworu dietanoloaminy w wodzie, oraz ewentualnie do 3% wag. środka przeciwpieniącego i do 0,06 mol/kg środka stabilizującego.

W sposobie według wynalazku można stosować dowolny dostępny w handlu siarczan glinu. Siarczany glinu różnią się czystością i strukturą, najpowszechniejszy bywa nazywany „17% ponieważ zawiera on 17% AI2O3. W praktyce, zawartość w procentach wagowych, 17% siarczanu glinu,

PL 205 689 B1

AI₂(SO₄)₃-14,3 H₂O, którą należy zastosować w sposobie według wynalazku mieści się w zakresie od 30% do 60%, korzystnie od 40%-48%.

Można zastosować dowolny dostępny w handlu bezpostaciowy wodorotlenek glinu. Chociaż wszystkie takie wodorotlenki glinu dają zadowalające wyniki, na ogół okazuje się, że im bliższa jest data wytworzenia, tym lepszy jest wynik. Ponadto wodorotlenki glinu, które w związku z poszczególnym sposobem ich wytwarzania, zawierają małe ilości węglanu glinu (aż do 5%), rozpuszczają się łatwiej i są korzystnymi substancjami. Takiego efektu nie można otrzymać przez dodanie węglanu glinu do czystego wodorotlenku glinu. Chociaż można stosować bardzo małe ilości wodorotlenku glinu (możliwe jest zastosowanie poniżej 0,1%), znaczące ulepszenie obserwuje się na poziomie 5% lub więcej. Korzystny zakres proporcji wagowych wynosi od 8-25%, korzystnie od 15-25%.

Chociaż stosując razem siarczan glinu, wodorotlenek glinu i wodę w sposobie według wynalazku można uzyskać przyspieszacze posiadające dobre właściwości, to właściwości te można znacznie ulepszyć przez zastosowanie jednego lub więcej z trzech ewentualnych, lecz korzystnych składników.

Pierwszym składnikiem jest amina. Musi to być amina rozpuszczalna w wodzie, poza tym nie ma ograniczeń w jej wyborze. Korzystne aminy stanowią alkanoloaminy, takie jak diglikoloamina, dietanoloamina i trietanoloamina, przy czym dietanoloamina jest szczególnie korzystna. Można stosować aż do 10% wagowo aminy, korzystnie od 4-7%.

Drugim korzystnym składnikiem dodatkowym jest środek stabilizujący, który można dodawać pod koniec procesu. Ta substancja zapobiega wytrącaniu wodorotlenku glinu/siarczanu glinu z roztworu, albo tworzeniu żelu. Bez środka stabilizującego, roztwór działa dobrze jako przyspieszacz, lecz często wykazuje brak trwałości, a zatem posiada krótki okres przechowywania, co powoduje konieczność jego zastosowania tuż po wytworzeniu, co zazwyczaj jest niepraktyczne. Możliwe i dopuszczalne jest zastosowanie więcej niż jednego środka stabilizującego.

Środki stabilizujące do zastosowania według niniejszego wynalazku stanowią kwasy hydroksykarboksylowe, kwasy fosforowe i niealkaliczne sole kwasów fosforowych. Kwas hydroksykarboksylowy można wybrać spośród wszelkich takich kwasów znanych w dziedzinie. Korzystnym kwasem jest kwas cytrynowy, lecz można także stosować wiele innych kwasów, takich jak kwas mlekowy i kwas askorbinowy.

Stosowany tu termin „kwas fosforowy oznacza jeden spośród następujących kwasów: kwas ortofosforowy (H3PO4), kwas metafosforowy ((HPO3)x) i kwas pirofosforowy (H4P2O7). Stosowany tu termin „niealkaliczne sole oznacza sole, które nie obejmują metali alkalicznych, tj. sodu i potasu. Zatem można stosować np. fosforany litu, wapnia i magnezu.

Jako trzeci korzystny składnik dodatkowy, środek przeciwpieniący, można stosować dowolną taką substancję znaną w dziedzinie. Większość stanowią firmowe substancje dostępne w handlu, których dokładny skład nigdy nie jest znany, lecz każda taka substancja znana w dziedzinie jest odpowiednia. Typowe przykłady obejmują preparaty na bazie silikonów jak np. AGITAN (nazwa handlowa) oraz polietery kwasów tłuszczowych jak np. LUMITEN (nazwa handlowa) EL.

Środek przeciwpieniący można stosować w ilości aż do 5% (wagowo części stałych w całej kompozycji), korzystnie od 0,5%-3%. Zastosowanie środka przeciwpieniącego ułatwia zastosowanie przygotowanych wcześniej wodorotlenków glinu. Przyjmuje się, bez ograniczania w jakikolwiek sposób zakresu wynalazku, że obecność takiego środka pomaga w usuwaniu ditlenku węgla, który gromadzi się po pewnym czasie na powierzchni wodorotlenku glinu. Nieoczekiwanie, pod warunkiem, że środek przeciwpieniący nie zawiera silikonu i że nie występuje w ilości większej niż 3%, daje on znaczne ulepszenie czasu twardnienia w stosunku do identycznej kompozycji bez środka przeciwpieniącego lub ze środkiem na bazie silikonów.

Sposób według wynalazku można łatwo realizować wykorzystując standardowe wyposażenie i specjaliści nie będą mieli żadnych trudność w jego wykonaniu. Należy rozumieć, że w celu uzyskania roztworów na różnych etapach, może być konieczne pewne ogrzewanie, typowo do temperatury około

50-60°C.

Według sposobu klarowny roztwór można wytwarzać dowolną dogodną metodą. Możliwe jest dodawanie siarczanu glinu i wodorotlenku glinu kolejno, w dowolnej kolejności, do wody. Możliwe jest także dodawanie ich jednocześnie do wody, albo rozpuszczenie lub rozproszenie ich oddzielnie w dwóch różnych ilościach wody, a następnie połączenie tych ilości.

Korzystnie, siarczan glinu i wodorotlenek glinu dodaje się kolejno do wody. Korzystnie najpierw rozpuszcza się w wodzie siarczan glinu; siarczan glinu rozpuszcza się z ogrzewaniem. Następnie do tego roztworu dodaje się wodorotlenku glinu. Otrzymuje się klarowny roztwór.

PL 205 689 B1

Możliwe jest, chociaż jest to mniej korzystne, dodanie najpierw wodorotlenku glinu do wody. Wodorotlenek glinu nie rozpuszcza się łatwo w wodzie, lecz daje drobną zawiesinę. Do tej zawiesiny dodaje się siarczan glinu. Otrzymuje się klarowny roztwór.

Dokładne własności produktu według sposobu nie są znane. Na pewno nie jest to zwykła mieszanina składników pierwotnych (dowodem na to jest fakt, że produktem jest klarowny lub słabo mętny roztwór, a nie nieprzezroczysta zawiesina, typowa dla wodorotlenku glinu) i bez ograniczania w jakikolwiek sposób wynalazku, przyjmuje się, że posiada ona własności oligomeryczne lub polimeryczne.

Zatem wytworzony przyspieszacz daje doskonałe wyniki gdy stosuje się go jako przyspieszacz trokretu. Potraktowany nim trokret twardnieje szybko i posiada dobrą wytrzymałość końcową. Przyspieszacz posiada długi dopuszczalny okres magazynowania, jest odporny na zmiany temperatury i jest całkowicie niealkaliczny, zatem zapewnia lepsze ś rodowiska robocze.

Wynalazek ilustrują przez następujące, nieograniczające przykłady.

P r z y k ł a d y 1-3

Wytwarzanie przyspieszaczy według wynalazku.

Zastosowano następujące proporcje wagowe:

	Przykład 1	Przykład 2	Przykład 3
17% siarczan glinu	46%	48%	40%
(w przeliczeniu na Al2O3)	(7,8%)	(8,2%)	(6,8%)
bezpostaciowy wodorotlenek glinu	18%	18%	18%
woda	30%	28%	28%
dietanoloamina (roztwór 90%)	6%	6%	4%

Dietanoloaminę rozpuszcza się w wodzie, a następnie rozpuszcza się w tym roztworze siarczan glinu. Osiąga się to przez ogrzewanie roztworu do temperatury 50°-60°C i dodawanie z mieszaniem, przy czym mieszanie prowadzi się aż do uzyskania klarownego roztworu. Do ogrzanego, mieszanego roztworu stopniowo dodaje się wodorotlenek glinu, i mieszanie prowadzi się jeszcze aż do uzyskania klarownego roztworu.

P r z y k ł a d 4

Przyspieszacz wytwarza się sposobem i z zastosowaniem substancji według Przykładów 1-3, z tym wyjątkiem, że zawartość wody obniż a się do 28,7% i dodaje 1,3% monohydratu kwasu cytrynowego. Wprowadza się go po dodaniu wodorotlenku glinu, przy czym roztwór ochładza się do temperatury pokojowej przed dodaniem. Uzyskuje się klarowny roztwór.

P r z y k ł a d 5

Testowanie przyspieszaczy w zaprawie.

Do testów zastosowano zaprawę o następującym składzie:

450 części 1350

0,3% wagowo cementu

0,6% wagowo cementu

Cement Portland Normo 4 Piasek standardowy SIA 215-1 Środek stabilizujący hydratację cementu na bazie kwasu fosfonowego¹ ₂

Polikarboksylanowy środek nadplastyczny²

1. DELVO (zastrzeżona nazwa handlowa) środek stabilizujący ex MBT

2. GLENIUM (zastrzeżona nazwa handlowa) 51 ex MBT

Dodano odpowiednią ilość wody aby uzyskać stosunek woda/cement (w/c) 0,47.

Do próbek zaprawy dodano każdy z przyspieszaczy według Przykładów 1, 2 i 4 w ilości 7% wagowo cementu i zmierzono początkowy i końcowy czas twardnienia stosując procedurę testu Vicat według EN 196-3. Ponadto przetestowano także dostępny w handlu, przyspieszacz nie zawierający zasad MEYCO (nazwa handlowa) SA 160. Uzyskano następujące wyniki.

Przykład 1 Przykład 2

Przykład 4 Przyspieszacz dostępny w handlu

Początkowy (min) 4

Końcowy (min) 8

5,5

3,5

8,5

PL 205 689 B1

Claims

1. Sposób wytwarzania przyspieszacza do natryskiwanego betonu, znamienny tym, ż e przeprowadza się etapy w których (i) rozpuszcza się siarczan glinu i wodorotlenek glinu w wodzie, ewentualnie zawierającej co najmniej jedną rozpuszczoną w niej aminę, z wytworzeniem klarownego roztworu; i (ii) ewentualnie dodaje się co najmniej jeden spośród co najmniej jednego środka stabilizującego i co najmniej jeden środek przeciwpieniący, przy czym proporcje składników dobiera się tak, aby produkt końcowy zawierał 3% - 12% wag. AI2O3 wprowadzanego w postaci siarczanu glinu, do 30% wag. bezpostaciowego wodorotlenku glinu, do 15% wag. aminy, oraz ewentualnie do 3% wag. środka przeciwpieniącego i do 0,06 mol/kg środka stabilizującego, przy czym środek stabilizujący wybiera się spośród takich jak kwasy hydroksykarboksylowe, kwasy fosforowe i niealkaliczne sole kwasów fosforowych.

2. Sposób wedł ug zastrz. 1, znamienny tym, ż e ponadto do wody dodaje się co najmniej jedną rozpuszczalną w wodzie aminę.

3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że dodaje się co najmniej jeden spośród co najmniej jednego środka stabilizującego i co najmniej jeden środek przeciwpieniący.

4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że dodaje się co najmniej jeden środek stabilizujący.

5. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, ż e dodaje się co najmniej jeden środek przeciwpieniący.

6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że stosuje się środek przeciwpieniący nie zawierający silikonu, maksymalnie w ilości 3%.

7. Sposób wedł ug któregokolwiek z zastrz. 1-6, znamienny tym, ż e jako ś rodek stabilizują cy stosuje się co najmniej jeden kwas hydroksykarboksylowy.

8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wytwarza się klarowny roztwór w etapach w których (i) rozpuszcza się siarczan glinu w wodzie, ewentualnie zawierającej rozpuszczoną w niej co najmniej jedną aminę; i (iii) rozpuszcza się bezpostaciowy wodorotlenek glinu w roztworze (i), aż do uzyskania klarownego roztworu.

9. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że do klarownego roztworu dodaje się ewentualnie co najmniej jeden spośród (a) co najmniej jednego środka przeciwpieniącego i (b) co najmniej jednego środka stabilizującego, wybranego spośród takich jak kwasy hydroksykarboksylowe, kwasy fosforowe i niealkaliczne sole kwasów fosforowych, korzystnie kwasy hydroksykarboksylowe.

10. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że proporcje składników dobiera się tak, aby produkt końcowy zawierał 6,8% - 8,2% wag. AI2O3 wprowadzanego w postaci siarczanu glinu, do 18% wag. bezpostaciowego wodorotlenku glinu i od 4% do 6% wag. 90% roztworu dietanoloaminy w wodzie, oraz ewentualnie do 3% wag. środka przeciwpieniącego i do 0,06 mol/kg środka stabilizującego.