TWI413628B - 用於噴射混凝土之固化促進劑 - Google Patents

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Description

用於噴射混凝土之固化促進劑
本發明係關於一種混凝土之促進摻合物、促進摻合物之用途及硬化混凝土之層。
噴射混凝土或"噴漿"，其係由噴射塗覆至基材如岩石表面及隧道，必須迅速固化。在該用途中，傳統混凝土促進劑如氯化鈣並非有效，必須使用更有力促進劑，包括鋁酸鈉及鹼性金屬氫氧化物。其具有高鹼性，當在限制空間如隧道內噴射時，其會造成操作困難及不愉快狀況。
以鋁為主化合物之替代促進技術為眾所週知一段時間。氫氧化鋁單獨使用或與其他材料結合使用敘述於EP－B－0 076 927。
在一變例中，氫氧化鋁可與酸，較佳為有機酸局部反應，參照，例如，EP－A－0 798 300。硫酸鋁亦知為促進系統之成分，並敘述於例如EP－B－0 946 451。用於混凝土促進劑之另一鋁化合物為鹼性硫酸鋁(亦知為羥基硫酸鋁)，參照，例如，US－B－5,997,630。
為了提供充分存放安定性，促進摻合物通常包含可防止鋁鹽沉澱之成分。例如，該成分為羧酸，其通常以充分量使用以安定化對應促進劑組合物，參照，例如，EP－B－1 114 004。
已知促進摻合物之缺點為，其通常無法實現以下促進摻合物使用者中意結合之特性：－提供短固化時間，－具有充分存放安定性及－具有經濟性。
因此，本發明之目的為提供一種混凝土之促進摻合物，其可實現上述所有該特性。
達到此目的之方式為一種混凝土之促進摻合物，其包含一種為水性溶液或水性分散液之液態混合物，其中a)該液態混合物包含13至43重量%溶解的硫酸鋁，b)該液態混合物包含低於1重量%溶解的羧酸，c)該液態混合物包含至少31重量%水，d)於該液態混合物中溶解的鋁對溶解的硫酸鹽之莫耳比為0.5至10.0。
"溶解的硫酸鋁"意指硫酸鋁於水性溶液內之量。若液態混合物不包含等莫耳比之溶解的鋁與溶解的硫酸鹽組份(此可為下列情況：若使用其他提供可溶性鹽而非硫酸鋁(鹽)本身之鋁及硫酸鹽)時，硫酸鋁溶解量之基礎應為於溶液中具有最低濃度之組分(鋁或硫酸鹽)(例如，若溶解的鋁之濃度為X莫耳而溶解的硫酸鹽之濃度為X＋1莫耳時，溶解的硫酸鋁之濃度應為X莫耳)。
術語"羧酸"意圖亦包括包含一個以上之羧酸官能及其他官能基如胺基(氨基酸)或羥基(羥基羧酸)之羧酸。由於羧酸，端視pH值而定，時常包含於去質子形式內，術語"羧酸"應亦意指羧化物或羧化物與羧酸之對應混合物。
適當羧酸通常為強羧酸如甲酸或醋酸，但氨基酸如甘氨酸或天冬氨酸亦可提供良好結果。
液態混合物之水可部份源自溶解的鹽之結晶水。
若液態混合物為水性分散液時，此混合物之基礎為水。
分散液不應包含超過15重量%，較佳為不超過5重量%不溶解的材料(其可被包含至少局部作為底層)。分散液之不溶解的部分可為鋁及硫酸鹽(其為剩餘量)、聚合物、雜質及其他成分。但較佳的是，所有鋁及硫酸鹽被溶解。通常，水性溶液較佳，因為其較易操作。
根據本發明之促進摻合物實現所有三種重要準則，其通常為使用促進劑之顧客中意者：促進劑具有經濟性、提供迅速固化時間並顯示充分安定性。該促進摻合物之相當低價格可達成，因為其僅包含低量羧酸，其通常為該促進摻合物之最貴成分。該促進摻合物意外地提供較具有較高含量羧酸之對應摻合物更短固化時間。亦須強調的是，根據本發明之促進摻合物顯示充分安定性，使得溶解的成分之沉澱受阻或延後。
在若干月或若干年後，對應水性溶液可發展成分散液，因為溶解的成分會沉澱，而且該分散液具有本發明之優點，因為其仍包含對應成分(尤其是硫酸鋁)之充分溶解量。
通常，液態混合物包含15至35，較佳為18至32重量%溶解的硫酸鋁。溶解的硫酸鋁(溶液/分散液)之基本可為硫酸鋁(鹽)及/或硫酸氫鋁(鹽)，其均包含結晶水或例如氫氧化鋁及硫酸。鋁之重量%量愈高，通常促進劑之性能愈高(短固化時間)。然而，若鋁之重量%量太高時，促進摻合物之安定性極可能劣化。
通常，液態混合物包含0至0.9重量%羧酸，對有些應用較佳不含溶解的羧酸。若促進劑不包含羧酸時，其價格通常最適合，但有利的是亦考慮摻合物之安定性(有些申請人中意長期安定性)。然後，液態混合物通常應包含0.1至0.9重量%溶解的羧酸。但通常溶解的鋁對溶解的羧酸之莫耳比至少為7至1，更佳為13至1。
在本發明之較佳具體例中，液態混合物包含43至76，較佳為51至65重量%水。若使用太多水時，對應促進劑摻合物無法提供充分性能(固此時間會太長)，但若水量不夠多時，促進摻合物不會充分安定。
大部分於液態混合物內溶解的鋁對溶解的硫酸鹽之莫耳比為1.1至7.0，較佳為1.1至4.3。具有溶解的鋁對溶解的硫酸鹽之莫耳比大於1.1之摻合物通常顯示較具有較低比之對應摻合物更佳性能。另一方面，具有對應比小於7.0之摻合物通常較具有較高比之對應摻合物更安定。
較佳的是，液態混合物包含溶解的氫氧化鋁，其中有利的是，液態混合物包含3至35，更佳為6至19重量%溶解的氧氫化鋁。氧氫化鋁可與其他溶解的成分於溶液中(例如羧酸)反應，使得有時無法於溶液中發現氫氧化鋁。對溶解的氫氧化鋁之基本可為氫氧化鋁(鹽)本身(較佳為非晶氫氧化鋁)而鹼性硫酸鋁如羥基硫酸鋁。所有此等鹽可包含結晶水。
液態混合物可額外包含其他成分，例如，其為烷醇胺如二乙醇胺或三乙醇胺或其混合物、最好未完全溶解之聚合物、磷酸、亞磷酸及通常用於噴射混凝土之腐蝕抑制劑。
在一較佳具體例中，液態混合物除了烷醇胺及羧酸乙外不含任何有機化合物。若未考慮烷醇胺時，液態混合物較佳包含低於1重量%溶解的有機化合物。此提供一種改良環境相容性、降低的產品價格及通常較佳促進劑之性能。
在一較佳具體例中，本發明之促進摻合物係由該液態混合物組成。根據本發明之摻合物(液態混合物)可由任何方便方式製造。成分之加入順序通常不重要。因此，例如，可容許首先將羧酸(假若僅使用羧酸)與氫氧化鋁(假若僅使用氫氧化鋁)反應以形成對應羧酸鋁，然後加入其他成分。混合/反應可在高溫，不超過90至95℃下實施。或者，可將氫氧化鋁(若使用)最後加入其他成分之加熱混合物內。此為一較佳方法。
本發明之摻合物可用噴射混凝土或"噴漿"以此技藝認同方式使用。因此，本發明提供上述噴射混凝土之促進摻合物用於隧道或礦場。此意指在對應方法中，基材係由製備一種可噴射混凝土混合物並透過噴嘴噴射此混合物在基材上而用混凝土塗佈，在噴嘴下將上述促進摻合物供應至混合物。提供摻合物至噴嘴作為溶液或懸浮液，在通常50至60重量%固體之懸浮液，使得混凝土接收0.5至25重量%摻合物(水泥上之固體)。所用之實際數值端視水泥之類型及混合物設計而定，但適當數量之提供在此技術內。因此，本發明提供一種硬化混凝土層，經由噴嘴噴射供應至基材，硬化係在噴嘴下由上述促進劑摻合物之促進量促進。
本發明進一步參照以下非限制性實例說明：下表顯示組合物，其為根據本發明之促進摻合物(組合物號數1b，1c，2b及2c)，以及比較性促進摻合物，其並非根據本發明(組合物號數1a及2a)。
DEA＝二乙胺Al(OH)3 ＝非晶氫氧化鋁表中之值係以重量%計
所有此等促進摻合物(1a,1b,1c,2a,2b及2c)對不透明溶液澄清，其在約20℃下安定至少8週。
根據上表之摻合物組合物之試驗1.實驗室試驗用之砂漿混合物之製備所用沙漿係根據SOP 3.3－410032(以EN 480計)製備。
2.固化時間之測定固化時間係根據SOP 3.3－410032(以EN 480計)測定：定期測定具有直徑為1.13毫米及負載量為300克之圓筒狀針之穿透沙漿。當沙漿充分硬化供針穿透自底部不深於4±1毫米之點時，發生最初硬化。最後硬化係利用完成混合，直到針略為低於沙漿表面不再穿透為止時測定時間而決定。
3.壓縮強度之測定砂漿樣本上之壓縮強度試驗係根據EN 196－1完成：自40x40x160毫米稜鏡衍生之砂漿樣本放在水力壓機上並測定破裂所需之負載量。
4.結果若使用根據上表之促進摻合物時，可得以下結果：結果之評估
(1)調整W/C比(水/水泥比)以得密實度為19±1厘米上述結果顯示所有促進摻合物(1a,1b,1c,2a,2b及2c)皆提供短最初固化時間、短最後固化時間及高壓縮強度。又所有實驗的促進摻合物之安定性為正面，因為所有摻合物(1a,1b,1c,2a,2b及2c)在約20℃下安定至少8週。此意指使用大量羧酸(超過1重量%對應摻合物)不會提供任何技術優點反而有缺點，即，此等包含大量羧酸之摻合物(如組合物1a及2a)較根據本發明之組合物(如組合物1b,1c,2b及2c)更昂貴。因此，根據本發明之促進摻合物實現所有準則：提供短固化時間、具有充分存放安定性及具有經濟性。

Claims (15)

  1. 一種混凝土之促進摻合物，其包含一種為水性溶液或水性分散液之液態混合物，其中a)該液態混合物包含15至35重量%溶解的硫酸鋁，b)該液態混合物包含0至1重量%溶解的羧酸，c)該液態混合物包含43至76重量%水，d)於該液態混合物中溶解的鋁對溶解的硫酸鹽之莫耳比為1.1至7.0。
  2. 如請求項1之促進摻合物，其中該液態混合物包含18至32重量%溶解的硫酸鋁。
  3. 如請求項1之促進摻合物，其中該液態混合物包含0至0.9重量%溶解的羧酸。
  4. 如請求項1或2之促進摻合物，其中該液態混合物不含溶解的羧酸。
  5. 如請求項1或2之促進摻合物，其中該液態混合物包含0.1至0.9重量%溶解的羧酸。
  6. 如請求項1或2之促進摻合物，其中該液態混合物包含51至65重量%水。
  7. 如請求項1或2之促進摻合物，其中於該液態混合物內溶解的鋁對溶解的硫酸鹽之莫耳比為1.1至4.3。
  8. 如請求項1或2之促進摻合物，其中該液態混合物包含溶解的氫氧化鋁。
  9. 如請求項8之促進摻合物，其中該液態混合物包含3至35重量%溶解的氫氧化鋁。
  10. 如請求項8之促進摻合物，其中該液態混合物包含6至19重量%溶解的氫氧化鋁。
  11. 一種如請求項1至10中任一項之促進摻合物之用途，其係用於在隧道或礦場中噴射混凝土。
  12. 一種經由噴嘴噴射至基材之硬化混凝土層，其中硬化作用係藉由在噴嘴加入促進量之如請求項1至10中任一項之促進摻合物促進。
  13. 一種以混凝土組合物塗覆基材之方法，其包括：(a)製備一種可噴射之混凝土混合物；(b)透過噴嘴將該混凝土混合物噴射至基材上成為混凝土組合物；及(c)以噴嘴將如請求項1之促進摻合物供應至該混凝土混合物，以形成混凝土組合物。
  14. 如請求項13之方法，其中該促進摻合物以50至60重量%固體之懸浮液供應。
  15. 如請求項13之方法，其中該促進摻合物之供應使得混凝土接收以水泥重量計為0.5至25重量%之摻合物固體。
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