SK283902B6 - Rýchlo tuhnúce hydraulické spojivo - Google Patents

Abstract

Rýchlo tuhnúce hydraulické spojivo obsahuje spojivový komponent bez obsahu síranového nosiča a stekucovač bez obsahu sulfonátových skupín, pričom stekucovačmi na riadenie času spracovania sú polykarbonáty. Spojivo je možné použiť ako striekané spojivo, ako aj na výrobu striekaného betónu a na výrobu malty na opravy.ŕ

Description

Zloženie veľmi rýchlo tuhnúcich hydraulických spojív, ktorc sú v literatúre označované ako „okamžite viažuce spojivo“, je spojivo alebo zloženie spojív, ktoré tuhnú už počas rozmiešavania s vodou za značne citeľného vývoja tepla. Tieto okamžite viažuce spojivá tvrdnú už za niekoľko minút alebo dokonca sekúnd, takže k spevneniu dochádza už počas rozmiešavania malty, pričom ďalšie premiešanie malty eventuálne betónu už nie je možné.

Doterajší stav techniky

Okamžite viažuce spojivo sa vytvorí okrem iného z nenormovaných cementov, ktoré sa vyrábajú len mletím slinku bez primletia spomaľovačov ako sadry alebo anhydridu. Ak sa pomelie slinok portlandského cementu bez prísad, tak potom sa získa predovšetkým rýchle tuhnúci cement, ak ide o slinok bohatý na oxid hlinitý, pretože je zodpovedná za skoré tuhnutie veľmi rýchla hydratácia hlinitanu vápenatého, predovšetkým trikalciumaluminátu (C₃A). Tým zreaguje rýchlo sa tvoriaci hydroxid vápenatý hydratáciou trikalciumsilikátu (C₃S) v systémoch bez obsahu síranových nosičov s C₃A a vodou na hydráty kalciumaluminátu. ktoré sa spoja na ozub, a tak spôsobia rýchle viazanie.

Okrem toho bolo nájdené (Kiihl, H. Der Baustoff Zement, VEB Verlag tur Bauwesen, Berlin 1963), že majú portlandské cementy sklon predovšetkým potom k rýchlemu viazaniu, keď nebol slinok celkom ostro vypálený alebo keď obsahoval väčšie množstvo ľahkého výpalu. Zrná slinku. ktoré tu vznikajú, majú menej tesnú dutinu a vďaka svojej vysokej porozite majú väčší povrch. Takisto rýchlosť ochladenia slinku môže spôsobiť rýchle viazanie (Boguc, R. H.: The Chcmistry of Portland Cement, Reinhold Publishing Corporation, New York 1955), taktiež tieto, z pomaly ochladených slinkov vyrobené cementy, ukazujú príslušne rýchle viazanie, ktoré je sprevádzané citeľným vývojom tepla.

Je známe pridávanie prísad na ovplyvnenie vlastnosti čerstvosti a pevnosti betónu alebo malty, predovšetkým organických prísad k zloženiam. Niektoré tieto prísady majú okrem svojho hlavného účinku tiež určité vedľajšie účinky. Tak ukazujú stekuťovače na báze ligninsulfonátu niekedy tiež spomaľujúci účinok pri výrobe cementu. To viedlo k tomu, že boli testované tieto lignínsulfonáty prípadne stekuťovače na báze ligninsulfonátu tiež ako substituenty pre sadru, obsiahnutú v normovaných cementoch, na reguláciu tuhnutia slinkových múčok portlandského cementu. Tak je známe (Lukjanova, O. 1.; Segalova, E. E.; Rebinder, P. A.: The Effect of hydrophilic Plasticizers Additions on the Properties of concentraded cement Suspension, Kolloidnyj zhurnal XIX, č. 1. 1957), že spojivové lepidlá z mletého slinku portlandského cementu, ktoré sa vyrobia bez pridania sadry za prídavku ligninsulfonátu poskytujú dostatočnú pevnosť, pričom môžu byť tieto lepidlá vyrobené na základe stekuťovacieho účinku ligninsulfonátu s veľmi nízkym vodným súčiniteľom. Javy, ako zlé tuhnutie nie sú pozorované. Lignínsulfonáty prípadne stekuťovače na báze lignínsulfonátu môžu byť nahradené čiastočne alebo úplne stekuťujúco pôsobiacimi prísadami, ako napríklad kondenzačnými produktmi sulfónovaných fenolov alebo formaldehydov, alebo soľami naftalénsulfónových kyselín. Nadto je známe, že nátriumlignínsulfonáty a uhličitan sodný majú spolu vplyv na hydratáciu slinku portlandského cementu (Odier, I., Duckstein, U.; Becker, Th.: On the Effect of Water solubles Lignosulfonates and Carbonatcs on Portland cement and Clinker Pastes, 1. Physical Properties, Cement and Concrete Research, zväzok 8, str. 469 - 480, 1978). Pozorovaný stekuťovací efekt prísad súvisí zrejme s ich schopnosťou, žc častice slinku vo vodnej suspenzii efektív ne dispergujú. Zo spisu DE 33 40 681 Al je známe použitie cementu bez sadry alebo anhydridu ako striekaného cementu, prípadne v zmesi s prísadami ako suchého striekaného betónu, pričom tento známy cement môže obsahovať prísady ako stekuťovače, napríklad sulfónované melamínformaldehydové živice, ligninsulfonát a naftalénsulfonát v množstve 0.1 až 5 % hmotn. vztiahnuté na hmotnosť cementu. Tieto prísady majú pôsobiť na úsporu vody a tým ako podporný utesňujúci prostriedok.

Prídavkom prísad s obsahom sulfonátu do spojív, vyrobených zo slinku bez sadry, sa síce zlepší spracovateľnosť, nevýhodný je však zle ovládateľný prechod od primeraného množstva prísad s dobrou spracovateľnosťou na už neovládateľné, a preto nespracovateľné systémy. Predávkovanie prísad s obsahom sulfonátu v týchto systémoch, s cieľom spomaliť hydratáciu, môže viesť k silnému poklesu počiatočnej a konečnej pevnosti. Strata pevnosti je spôsobená zrejme irrcvcrzibilnou adsorpciou ligninsulfonátu a stekucovačov s obsahom sulfónu (napríklad melamínformaldehydu) na trikalciumsilikát (C₃S). Tento absorpčný proces blokuje ďalšiu hydratáciu. Tým už nemôže byť zaistené náležité vystuženie a tuhnutie striekaného cementu podľa spisu DE 33 40 681 Al. Okrem toho nemôže byť zvýšený stekuťujúci účinok tiež pri prídavku väčších množstiev týchto stekucovačov nad stanovený rozsah.

Okrem toho je známe (Klinhofer. P.; Kistenmacher, K. Ľnd Biichner, II.: Polycarboxylaty als neue Verflilssigergeneration, CoChem-Journal, 5. Ročník. 4/97, str. 146 - 148) použitie polykarboxylátov pri betónových hmotách v stavebnom odbore. Tieto stekuťovače sa označujú ako „Advanced Superplasticizers“. Ich stekuťovací účinok je nad účinkom lignínsulfonátov. Tieto polykarboxyláty sa používajú vo väčšom rozsahu iba v Japonsku, kde boli zavedené už v roku 1987. Tieto polykarboxyláty poskytujú vyšší stekucovací účinok na vysoko pevné cementy bez spomalenia tuhnutia. Princíp účinku polykarboxylátov sa vzťahuje na dva procesy, v prvom na elektrický odraz na základe negatívneho náboja polykarboxylátov (entalpický efekt), ako aj stérický odraz hlavnými alebo postrannými reťazcami (entropický efekt). Kombinácia týchto procesov zdôvodňuje dobrý disperzný účinok polykarboxylátov.

Aby sa nezastavil proces tuhnutia, predovšetkým aby mohli byť tieto cementy použité, je taktiež známe pridanie veľmi malých množstiev síranového nosiča. Tuje však nevýhodné, že tieto síranové nosiče, pokiaľ ide o požadované spomalenie, je namáhavé dávkovať. S týmito síranovými nosičmi sú spomalenia možné maximálne 1 minútu. Ďalej je tu nevýhodné, že pri použití takýchto spojív ako striekaných spojív, dochádza už pri nanášaní striekaného spojiva tohto druhu k väzbovým reakciám, že nemôže nanesené spojivo už vyvíjať trvalú pevnosť a vytvára drobivú hmotu.

Podstata vynálezu

Uvedené nedostatky sú do značnej miery odstránené rýchlo tuhnúcim hydraulickým spojivom, ktorého podstata spočíva v tom. žc obsahuje spojivový komponent bez síranového nosiča a stekucovač bez sulfonátových skupín, pričom stekucovačmi na riadenie času spracovania sú polykarbonátv.

Výhodné je. keď komponentom spojiva bez síranového nosičaje slinková múčka portlandského cementu.

V ďalšom výhodnom uskutočnení komponentom spojiva bez síranového nosiča je zmes zo slinkovej múčky portlandského cementu alebo latentných hydraulických látok ako múčka hutníckeho piesku alebo pucolánových látok ako tras, mikrosiliká. meta-kaolinit, zeolit alebo zmes inertných jemne mletých kamenných múčok alebo hydraulických látok ako kremičitany vápenaté a hlinitany vápenaté alebo hydraulických vápien.

V ďalšom výhodnom uskutočnení má spoj i vo vý komponent zloženia spojiva normálnu jemnosť cementu.

V ďalšom výhodnom uskutočnení spojivový komponent zloženia spojiva je veľmi jemne mletý.

V ďalšom výhodnom uskutočnení jednotlivé zložky spojivového komponentu majú rozdielne jemnosti, ktoré sú vzájomne v súlade.

V ďalšom výhodnom uskutočnení spojivový komponent je zložený, v súlade s požadovanou počiatočnou pevnosťou alebo konečnou pevnosťou alebo hydratačnou rýchlosťou, z frakcií s rozdielnymi jemnosťami.

V ďalšom výhodnom uskutočnení polykarboxyláty sú homo- alebo kopolyméry monomérov s obsahom karboxylových skupín, ktorých bočné reťazce sú modifikované.

Výhodné je, keď molárna hmotnosť polykarboxylátov je 5 000 až 50 000 g/mol.

Výhodné je tiež, keď stekucovač bez sulfonátových skupín je prítomný v množstve 0,25 až 2 % hmotn., vztiahnuté na spojivový komponent.

V ďalšom výhodnom uskutočnení spojivo obsahuje urýchľovač tvrdnutia.

V ďalšom výhodnom uskutočnení ako urýchľovač tvrdnutia obsahuje alkalický uhličitan alebo alkalický hydrouhličitan.

Výhodné je tiež, keď ako urýchľovače tvrdnutia obsahuje alkalické hydroxidy.

V ďalšom výhodnom uskutočnení ako urýchľovače obsahuje dusičnan vápenatý alebo alkalický kremičitan, alebo hydroxidy, alebo hydroxidy alkalických zemín, alkalické uhličitany alebo alkalické hydrouhličitany, alebo chloridy viacmocných katiónov, alebo alkalické sírany, alebo pyrosiričitany, alebo amínové zlúčeniny, alebo kalciumformiát. V ďalšom výhodnom uskutočnení je jeho zloženie dopredu namiešané ako suchá pracovná zmes.

Podstatou vynálezu je aj použitie spojiva ako striekaného spojiva a jeho použitie na výrobu striekaného betónu ako aj na výrobu malty na opravy.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Zloženie spojiva má aspoň jeden komponent spojiva bez síranového nosiča ako aj stekuťovača bez sulfonátových skupín. Bolo zistené, že pôsobí zvláštny stekuťovač bez sulfonátových skupín, predovšetkým polykarboxyláty, počas krátkeho časového rozpätia, napríklad 2 až 10 minút tiež spomaľujúce pokiaľ ide o začiatok tuhnutia komponenty spojiva bez obsahu síranu. To vedie spätne k tomu, že stekuťovače bez obsahu sulfonátových skupín, predovšetkým polykarboxyláty, zabraňujú krátkodobému nežiaducemu rastu kryštálov.

Ako komponenty spojiva môžu byť použité všetky vhodné, veľmi rýchlo tuhnúce hydraulické spojivá. Týmito sú predovšetkým slinkové múčky portlandského cementu, ale aj iné veľmi rýchlo tuhnúce hydraulické spojivá. Pod slinkami portlandského cementu sa rozumie normálny tovar. Slinková múčka portlandského cementu sa vyrába mletím slinku portlandského cementu, pričom sa naopak k portlandskému cementu pri mletí nepridáva žiadny síranový nosič ako sadra alebo anhydryd pri alebo pred mletím a zomelú sa so slinkom. Predovšetkým môžu byť taktiež použité kombinácie zo slinkových múčok portlandského cementu alebo latentných hydraulických látok ako múčok hutníckeho piesku alebo pucolánových látok ako tras, mikrosiliká, metakaolinit, nespracované alebo temperované zeolity alebo inertné, jemne mleté kamenné múčky, ako múčka vápenca alebo hydraulické vápna, alebo kremičitany vápenaté, alebo hlinitany vápenaté, alebo každá kombinácia z týchto zložiek, pokiaľ je spojivo, prípadne zloženie spojiva z týchto komponentov veľmi rýchlo tuhnúce. Jemnosť použitých slinkových múčok, prípadne použitých zložiek spojiva, dosahuje od normálnej jemnosti cementu až po najvyššiu. Na reguláciu počiatočnej pevnosti, priebehu tuhnutia a konečnej pevnosti môže byť komponent spojiva zložený tiež z frakcií rôznej jemnosti. Okrem toho môžu mať tiež uvádzané jednotlivé zložky komponentov spojiva rozdielne jemnosti.

Ako stekucovače bez sulfonátových skupín sa používajú predovšetkým polykarboxyláty, predovšetkým modifikované polykarboxyláty, ktoré sú opísané napr. v patente DE 196 53 524 Al. Ide väčšinou o homo- alebo kopolyméry monomérov, obsahujúcich karboxylové skupiny, ktorých bočné reťazce sú modifikované.

Pritom môže obsahovať zloženie veľmi rýchlo tuhnúceho spojiva urýchľovače. Vhodnými urýchľovačmi sú napríklad alkalické uhličitany alebo alkalické hydrouhličitany, ako aj dusičnan vápenatý, alkalické kremičitany alebo alkalické hydroxidy, hydroxidy alkalických zemín, chloridy viacmocných katiónov (napr. chlorid vápenatý), alkalické sírany, alkalické pyrosiričitany, amínové zlúčeniny ako aj kalciumformiát a iné známe urýchľovače, ako aj samozrejme zmesy z menovaných urýchľovačov.

Urýchľovače sa použijú predovšetkým vtedy, keď sa proti nutnému stekuteniu pri nízkom vodnom súčiniteli spojiva pridá mnoho polykarboxylátov. Urýchľovaču môže byť nastavené spomalenie, predovšetkým keď toto vychádza nad požadovanú mieru.

Stekucovač bez síranového nosiča, predovšetkým polykarboxylát sa pridáva v množstve 0,25 až 2 % hmotn., vztiahnuté na spojivo. Tým možno dosiahnuť príkladné spomalenie 2 až 10 minút pri veľmi dobrom stekuteni. Silným účinkom stekutenia môže byť znížené množstvo pridanej vody, a tým porozita spojivového lepidla, pripadne stvrdnutého spojivového kameňa, čím rastie pevnosť.

Komponenty zloženia veľmi rýchlo tuhnúceho hydraulického spojiva, teda komponent spojiva, bezsiranový stekucovač alebo bezsíranové stekucovače, ako aj prípadne urýchľovače a ďalšie známe prímesi alebo prísady ako speňovadlá, môžu byť držané, pokiaľ sú dopredu zmiešané v suchom stave, ako suchá pracovná zmes, ktorá sa musí na mieste použitia iba zmiešať s vodou. Toto môže prebiehať napríklad metódami, známymi z technológie striekaného betónu. Ak je stekucovač v kvapalnej forme alebo vo vodnej suspenzii, môže byť tento dispergovaný v rozrábajúcej vode a následne môže byť komponent spojiva rozpustený vo vode. Eventuálne potrebné ďalšie prísady, predovšetkým urýchľovače, môžu byť pridané následne alebo pri postreku na vtoku zmesi spojiva prípadne spojivovej suspenzie. Aby sa zachovali určité požadované medze pevnosti alebo priebeh a čas tuhnutia, prípadne vývoj pevnosti, môže byť držaný komponent spojiva vo svojom celku s rôznymi jemnosťami zrna (frakciami), ktoré sa potom nakoniec zmiešajú na zmes, ktorú je treba použiť v súlade s aplikáciou. Ďalej je možné zmiešať spolu jednotlivé zložky komponentu spojiva ako slinkové múčky portlandského cementu, veľmi jemné múčky hutníckeho piesku, ako aj ďalšie zložky s rovnakou alebo rozdielnou jemnosťou zrna. Tu sa napríklad vyššou jemnosťou zrna prípadne zvýšením podielu veľmi jemných zŕn, zvýši hydratačná rýchlosť a pevnosť, pričom sa zvýši vyšším nárokom na vodu pri rovnakom množstve vody, podiel stekucovača. Prídavkom stekucovača môže byť nastavené tiež, požadované spomalenie, prípadne opäť kompenzovaná príliš rýchla hydratácia. Ďa3 lej je možné zmeniť reakčný čas cieleným prídavkom urýchľovačov.

Pri veľmi rýchle tuhnúcich zloženiach spojiva podľa vynálezu je výhodou, že oproti známym zloženiam spojiva sa dosahuje predĺženého, ovládateľného času spracovania pri vyššej počiatočnej pevnosti. Pritom je čas spracovania jednoduchšie a ovládateľnejšie nastaviteľný, pretože sa možno zriecť použitia síranových nosičov na spomalenie spojivového systému a prípadne sa nastaví použitie známych urýchľovačov. Pritom môže byť nastavený otvorený čas spracovania veľmi citlivo použitím stekucovača bez sulfonátových skupín, prípadne spojiva s rozdielnymi jemnosťami a prípadne použitím známych urýchľovačov. Tu sa docieli zloženie spojiva, ktoré môže optimálne súhlasiť s aplikáciou predovšetkým ako striekané spojivo, a pritom vyvíja po nanesení veľmi vysokú pevnosť.

Zloženie veľmi rýchlo tuhnúceho spojiva podľa vynálezu nachádza použitie ako striekané spojivo alebo pri prídavku prísad na výrobu striekaného betónu, ako aj výrobu mált, predovšetkým mált na opravy diaľnic, potrubia a podobne.

Claims (18)

1. Rýchlo tuhnúce hydraulického spojivo, vyznačujúce sa tým, že obsahuje spojivový komponent bez síranového nosiča a stekucovač bez sulfonátových skupín, pričom stekucovačmi na riadenie času spracovania sú polykarbonáty.

2. Spojivo podľa nároku 1. vyznačujúce sa tým, že komponentom spojiva bez síranového nosiča je slinková múčka portlandského cementu.

3. Spojivo podľa nároku 1, vyznačujúce sa tým, že komponentom spojiva bez síranového nosiča je zmes zo slinkovej múčky portlandského cementu alebo latentných hydraulických látok ako múčka hutníckeho piesku alebo pucolánových látok ako tras, mikrosiliká, meta-kaoiinít, zeolit alebo zmes inertných jemne mletých kamenných múčok alebo hydraulických látok ako kremičitany vápenaté a hlinitany vápenaté alebo hydraulických vápien.

4. Spojivo podľa jedného z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúce sa tým, že spojivový komponent zloženia spojiva má normálnu jemnosť cementu.

5. Spojivo podľa jedného z nárokov 1 až 3, v y značujúce sa tým, že spojivový komponent zloženia spojiva je veľmi jemne mletý.

6. Spojivo podľa jedného z nárokov 1 až 5, vyznačujúce sa tým, že jednotlivé zložky spojivového komponentu majú rozdielne jemnosti, ktoré sú vzájomne v súlade.

7. Spojivo podľa jedného z nárokov 1 až 6, vyznačujúce sa tým, že spojivový komponent je zložený, v súlade s požadovanou počiatočnou pevnosťou alebo konečnou pevnosťou, alebo hydratačnou rýchlosťou, z frakcii s rozdielnymi jemnosťami.

8. Spojivo podľa niektorého z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúce sa tým, že polykarboxyláty sú homo- alebo kopolyméry monomérov s obsahom karboxylových skupín, ktorých bočné reťazce sú modifikované.

9. Spojivo podľa nároku 8. vyznačujúce sa tým, že molárna hmotnosť polykarboxylátov je medzi 5 000 až 50 000 g/mol.

10. Spojivo podľa jedného z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúce sa tým, že stekucovač bez sulfonátových skupín je prítomný v množstve 0,25 až 2 % hmotn., vztiahnuté na spojivový komponent.

11. Spojivo podľa jedného z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúce sa tým, že obsahuje urýchľovač tvrdnutia.

12. Spojivo podľa nároku 11, vyznačujúce sa tým, že ako urýchľovač tvrdnutia obsahuje alkalický uhličitan alebo alkalický hydrouhličitan.

13. Spojivo podľa nároku 11 a/alebo 12, vyznačujúce sa tým, že ako urýchľovače tvrdnutia obsahuje alkalické hydroxidy.

14. Spojivo podľa nároku 13, vyznačujúce sa tým, že ako urýchľovače obsahuje dusičnan vápenatý alebo alkalický kremičitan, alebo hydroxidy. alebo hydroxidy alkalických zemín, alkalické uhličitany alebo alkalické hydrouhličitanv, alebo chloridy viacmocných katiónov, alebo alkalické sírany, alebo pyrosiričitany, alebo amínové zlúčeniny, alebo kalciumformiát.

15. Spojivo podľa jedného alebo viacerých z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúce sa tým, že jeho zloženie je dopredu namiešané ako suchá pracovná zmes.

16. Použitie spojiva podľa jedného z nárokov 1 až 15 ako striekaného spojiva.

17. Použitie spojiva podľa jedného alebo viacerých nárokov 1 až 15 na výrobu striekaného betónu.

18. Použitie spojiva podľa jedného alebo viacerých nárokov 1 až 15 na výrobu malty na opravy.