專利名稱：水泥促凝劑及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水泥組合物，以及用于水泥組合物尤其是用于噴射混凝土的促凝劑。
水泥材料如混凝土從噴嘴通過噴射施加到基材(sustrate)上是已經(jīng)確定的技術(shù)，并且其廣泛用于諸如隧道襯砌的應(yīng)用。噴射混凝土在基材上的快速硬化是很重要的，并且這通過在噴嘴中向混凝土添加促凝劑來實(shí)現(xiàn)。這些促凝劑與用于普通混凝土中并且通常包括如堿金屬氫氧化物、鋁酸鹽和硅酸鹽等材料的促凝劑不同。
這些材料的高堿性已經(jīng)產(chǎn)生了操作問題。這也意味著它們?cè)谟邢蘅臻g例如隧道中的使用產(chǎn)生很令人不愉快的工作環(huán)境。最近試圖避免這些包含鋁化合物的材料的使用，典型的例子例如歐洲專利0076927、0775097和0742179，澳大利亞專利706917以及歐洲申請(qǐng)0812812和0946451。
現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，可能通過簡(jiǎn)單方法制備一種用于噴射混凝土的促凝劑，該促凝劑作用格外良好。本發(fā)明因此提供了一種用于噴射水泥材料促凝劑的制備方法，基本上由以下步驟組成(i)將硫酸鋁和氫氧化鋁溶于水，其任選含有至少一種溶解于其中的胺，以得到一種澄清溶液；和(ii)任選加入至少一種消泡劑；存在成分的比例是使得最終產(chǎn)物中含有3-12重量％硫酸鋁(以Al2O3計(jì))、至多30重量％的無定形氫氧化鋁、至多15重量％的胺、至多3重量％的消泡劑和至多1.5mol/kg的穩(wěn)定劑，穩(wěn)定劑是乙醇酸。
本發(fā)明另外提供一種以上述方法制備的用于噴射水泥材料的促凝劑。
本發(fā)明還提供一種用于水泥材料的促凝劑，其基本上由硫酸鋁溶液、無定形氫氧化鋁和乙醇酸組成，任選含有胺和消泡劑，促凝劑中含有3-12重量％硫酸鋁(以Al2O3計(jì))、至多30重量％的無定形氫氧化鋁、至多15重量％的胺、至多3重量％的消泡劑和至多1.5mol/kg的乙醇酸。
硫酸鋁可以使用任何從市場(chǎng)上買到的材料。硫酸鋁在純度和組成上不同，最常見的是由于其含有17％的Al2O3而稱為“17％”的硫酸鋁。實(shí)際上，17％硫酸鋁，Al2(SO4)3·14.3H2O(應(yīng)當(dāng)用于本發(fā)明的方法中)的重量百分比，為30％-60％，優(yōu)選40％-54％。
氫氧化鋁可以是任何市場(chǎng)上可買到的無定形氫氧化鋁。雖然所有這些氫氧化鋁可以產(chǎn)生令人滿意的效果，但通常是越接近生產(chǎn)日期，效果越好。此外由于其特殊的制造方式，含有少量碳酸鋁(5％)的氫氧化鋁比較容易溶解并作為優(yōu)選材料。這種特性并不是簡(jiǎn)單的向純氫氧化鋁中添加碳酸鋁得到的。盡管可以使用非常少量的氫氧化鋁(少于0.1％是合適的)，但在5％或更多時(shí)可以察覺到明顯的改進(jìn)。優(yōu)選的重量含量是4-25％，優(yōu)選6-18％。
其中必須存在一種穩(wěn)定劑，其可以在本方法的最后添加。這是一種用于防止氫氧化鋁/硫酸鋁溶液沉淀或形成溶膠的材料。沒有穩(wěn)定劑，溶液能很好地用作為促凝劑，但是其將缺少穩(wěn)定性和保存壽命，要求在制造后立即使用是不實(shí)用的。
本發(fā)明使用的穩(wěn)定劑是乙醇酸(羥基乙酸)。以前在國(guó)際申請(qǐng)PCT/EP/00/12216中已經(jīng)建議使用羥基羧酸作為穩(wěn)定劑，但是并沒有特別提及乙醇酸，并且在該申請(qǐng)中優(yōu)選的酸是檸檬酸。現(xiàn)已驚奇地發(fā)現(xiàn)，乙醇酸產(chǎn)生顯著的穩(wěn)定性，較之其它羥基羧酸要好的多。穩(wěn)定劑優(yōu)選以0.1-1mol./kg的量存在。一般來說，存在的乙醇酸越多，穩(wěn)定性越好。然而存在一個(gè)點(diǎn)，當(dāng)加入更多的乙醇酸時(shí)，不會(huì)帶來穩(wěn)定性的提高。這樣，雖然可以超過所述最高點(diǎn)1.5mol./kg，但這沒有帶來任何好處。使用大約1mol./kg的量時(shí)得到最好結(jié)果。
本發(fā)明提供的促凝劑的性質(zhì)可以通過兩個(gè)任選但優(yōu)選組分中的一個(gè)或兩個(gè)而顯著提高。
第一種是胺，其必須是水溶性的，除此之外對(duì)胺的選擇沒有任何限制。優(yōu)選的胺是鏈烷醇胺，例如二甘醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺，尤其優(yōu)選二乙醇胺?？梢允褂弥炼?2重量％的胺，但優(yōu)選的量是1-4重量％。
第二種優(yōu)選的輔助成分是消泡劑，可以是本領(lǐng)域任何已知的材料。大部分是專利商品，其確切組成從未透露過，但任何上述本領(lǐng)域已知的材料是合適的。典型實(shí)例包括硅酮類例如AGITAN(商標(biāo))，以及脂肪酸聚醚型例如LUMITEN(商標(biāo))EL。
消泡劑可以以至多5％的比例使用(全部組合物重量中的固體分)，優(yōu)選0.5％-3％。消泡劑的使用使得本發(fā)明易于使用較少新鮮的氫氧化鋁。應(yīng)當(dāng)相信，且不以任何方式限制本發(fā)明的范圍，消泡劑的存在有助于除去整個(gè)期間積聚在氫氧化鋁表面的二氧化碳。令人吃驚的是，只要消泡劑中不含硅酮并不以超過3％的量存在，則與相同的不含消泡劑或含硅酮類的組合物相比，其在凝固時(shí)間方面可以產(chǎn)生明顯的進(jìn)步。
本發(fā)明的方法在標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備下很容易實(shí)施，并且做到這一點(diǎn)對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員已經(jīng)沒有任何困難?？梢灾?，為了在不同的階段獲得溶液，必須進(jìn)行一些加熱，一般在約50-60℃。
在這種方法中，可以使用任何常用方法生產(chǎn)澄清溶液。也可能以任何順序向水中順續(xù)添加硫酸鋁和氫氧化鋁。也可以將它們一起添加到水中，或?qū)⑺鼈兎謩e溶解或分散到兩個(gè)不同量的水中，然后將這些水混合。
優(yōu)選將硫酸鋁和氫氧化鋁順續(xù)添加到水中。優(yōu)選硫酸鋁先溶于水中；硫酸鋁將在加熱的條件下溶解。然后向這種溶液中加入氫氧化鋁。這樣得到了澄清溶液。
可以，雖然不太優(yōu)選，先向水中添加氫氧化鋁。氫氧化鋁不易溶于水，但產(chǎn)生一種細(xì)懸浮液。向這種懸浮液中添加硫酸鋁。得到了一種澄清溶液。向這種溶液中添加穩(wěn)定劑并攪拌。
這種方法得到的產(chǎn)物的準(zhǔn)確特征還不為人所知。它決不僅僅是最初成分的混合物(其證據(jù)是，事實(shí)上產(chǎn)物是澄清或微渾濁的溶液，而并非通常不澄清的氫氧化鋁懸浮液)，并且不對(duì)本發(fā)明以任何方式限制，相信實(shí)際上其是低聚物或聚合物。
當(dāng)用于噴射水泥材料，尤其是混凝土的促凝劑時(shí)，這樣制備的促凝劑產(chǎn)生優(yōu)異的效果。用這種促凝劑處理過的噴射混凝土很快硬化并具有良好的最終強(qiáng)度。促凝劑具有長(zhǎng)貯藏期限，抗溫度變化并完全是非堿性的，這樣產(chǎn)生良好的作業(yè)環(huán)境。
因此本發(fā)明也提供了一種方法，通過噴射向基材上施加水泥組合物，包括向噴嘴傳送組合物，其中向噴嘴添加一種上述促進(jìn)組合物。
現(xiàn)在通過下列非限制的實(shí)施例舉例說明本發(fā)明。
一種由下列成分制成的促凝劑
硫酸鋁(17％) 42份(重量)氫氧化鋁 18″乙醇酸 4″二乙醇胺 1″水 35″將水加熱到55℃-60℃，然后在攪拌的同時(shí)加入硫酸鋁。當(dāng)其溶解后，加入氫氧化鋁，然后加入乙醇酸和胺。然后將混合物冷卻。最終溶液是淺黃、微渾濁的溶液。
這種促凝劑組合物稱為促凝劑A。
除了以一種公知的穩(wěn)定劑甲酸代替乙醇酸之外，以相同方式制備另一種促凝劑(促凝劑B)。水的量減少，所以可以加入更多量的甲酸——促凝劑B中甲酸的量是促凝劑A中乙醇酸量的二倍。
在5℃、20℃、40℃下，對(duì)兩種促凝劑進(jìn)行長(zhǎng)期穩(wěn)定性測(cè)試。每一試驗(yàn)期為70天。評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和結(jié)果如下a)混濁度變化在5℃、20℃，兩種促凝劑在整個(gè)測(cè)試期間沒有顯示任何變化。然而在40℃，促凝劑A在第31天出現(xiàn)混濁度變化(表示不穩(wěn)定性的開始)，促凝劑B在第13天出現(xiàn)這種變化。
b)凝膠化凝膠化的促凝劑不能使用。在5℃、20℃，兩種促凝劑在整個(gè)測(cè)試期間沒有出現(xiàn)凝膠化。然而促凝劑A在第59天出現(xiàn)凝膠化，促凝劑B在第27天出現(xiàn)凝膠化。
c)分離促凝劑溶液分離成離散的液層表示其不能再使用。在整個(gè)測(cè)試期間兩種促凝劑都沒有顯示任何分離。
d)沉淀過度的沉淀(超過1mm)意味著促凝劑不能再使用。整個(gè)測(cè)試期間兩種促凝劑都沒有過度沉淀。
促凝劑B的性能是高效商業(yè)促凝劑的特征。很容易看出，盡管其僅僅使用一半量的穩(wěn)定劑，本發(fā)明的促凝劑A在穩(wěn)定性方面有明顯的進(jìn)步。40℃代表著通常在隧道中的溫度，并且通常要求促凝劑儲(chǔ)存在上述條件下備用。對(duì)于促凝劑B表現(xiàn)的性能的改變具有重要商業(yè)意義，因?yàn)槠浔苊饬瞬环€(wěn)定的促凝劑儲(chǔ)存在冷藏條件和按需生產(chǎn)的需要。
權(quán)利要求
1.一種用于噴射水泥組合物的促凝劑的制備方法，基本上由以下步驟組成i)將硫酸鋁和氫氧化鋁溶于水，其任選含有至少一種溶于其中的胺，以得到一種澄清溶液；和ii)任選加入至少一種消泡劑；存在的成分的比例是使得最終產(chǎn)物中含有3-12重量％硫酸鋁(以Al2O3計(jì))、至多30重量％的無定形氫氧化鋁、至多15重量％的胺、至多3重量％的消泡劑和至多1.5mol/kg的穩(wěn)定劑，促凝劑另外含有乙醇酸穩(wěn)定劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在水中另外存在至少一種水溶性胺。
3.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中添加至少一種消泡劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中消泡劑中不含硅酮，并且其存在的最大量為3％。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中澄清溶液通過以下步驟制備(i)將硫酸鋁溶于水，任選含有至少一種溶于其中的胺；(ii)向(i)中的溶液中溶入無定形氫氧化鋁直到得到澄清溶液；和(iii)向澄清溶液中加入乙醇酸。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中向澄清溶液中加入至少一種消泡劑。
7.一種用于噴射水泥組合物的促凝劑，其基本上由硫酸鋁、無定形氫氧化鋁和乙醇酸的溶液組成，任選含有胺和消泡劑，促凝劑含有3-12重量％硫酸鋁(以Al2O3計(jì))、至多30重量％的無定形氫氧化鋁、至多15重量％的胺、至多3重量％的消泡劑和至多1.5mol/kg的乙醇酸。
8.一種用于噴射水泥組合物的促凝劑，通過由以下步驟組成的方法制備(i)將硫酸鋁和氫氧化鋁溶于水，其任選含有至少一種溶于其中的胺，以得到一種澄清溶液；和(ii)任選加入至少一種消泡劑；存在的成分的比例使得最終產(chǎn)物中含有3-12重量％硫酸鋁(以Al2O3計(jì))、至多30重量％的無定形氫氧化鋁、至多15重量％的胺、至多3重量％的消泡劑和至多1.5mol/kg的穩(wěn)定劑，促凝劑另外含有乙醇酸穩(wěn)定劑。
9.通過噴射向基材上施加水泥組合物的方法，包括向噴嘴傳送組合物，其中在噴嘴中添加權(quán)利要求6-8中任一項(xiàng)的促凝劑。
全文摘要
一種用于噴射水泥組合物，例如混凝土的不含堿促凝劑，通過在水中溶解硫酸鋁和無定形氫氧化鋁制備，任選含有一種胺，并加入至少一種穩(wěn)定劑，其為乙醇酸，和任選至少一種消泡劑。
文檔編號(hào)C04B22/06GK1596233SQ02823534
公開日2005年3月16日 申請(qǐng)日期2002年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月28日
發(fā)明者T·安格爾斯卡爾 申請(qǐng)人:建筑研究及技術(shù)有限責(zé)任公司