水泥促凝剂及方法技术

一种用于喷射水泥组合物，例如混凝土的不含碱促凝剂，通过在水中溶解硫酸铝和无定形氢氧化铝制备，任选含有一种胺，并加入至少一种稳定剂，其为乙醇酸，和任选至少一种消泡剂。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及水泥组合物，以及用于水泥组合物尤其是用于喷射混凝土的促凝剂。水泥材料如混凝土从喷嘴通过喷射施加到基材(sustrate)上是已经确定的技术，并且其广泛用于诸如隧道衬砌的应用。喷射混凝土在基材上的快速硬化是很重要的，并且这通过在喷嘴中向混凝土添加促凝剂来实现。这些促凝剂与用于普通混凝土中并且通常包括如碱金属氢氧化物、铝酸盐和硅酸盐等材料的促凝剂不同。这些材料的高碱性已经产生了操作问题。这也意味着它们在有限空间例如隧道中的使用产生很令人不愉快的工作环境。最近试图避免这些包含铝化合物的材料的使用，典型的例子例如欧洲专利0076927、0775097和0742179，澳大利亚专利706917以及欧洲申请0812812和0946451。现已发现，可能通过简单方法制备一种用于喷射混凝土的促凝剂，该促凝剂作用格外良好。本专利技术因此提供了一种用于喷射水泥材料促凝剂的制备方法，基本上由以下步骤组成(i)将硫酸铝和氢氧化铝溶于水，其任选含有至少一种溶解于其中的胺，以得到一种澄清溶液；和(ii)任选加入至少一种消泡剂；存在成分的比例是使得最终产物中含有3-12重量％硫酸铝(以Al2O3计)、至多30重量％的无定形氢氧化铝、至多15重量％的胺、至多3重量％的消泡剂和至多1.5mol/kg的稳定剂，稳定剂是乙醇酸。本专利技术另外提供一种以上述方法制备的用于喷射水泥材料的促凝剂。本专利技术还提供一种用于水泥材料的促凝剂，其基本上由硫酸铝溶液、无定形氢氧化铝和乙醇酸组成，任选含有胺和消泡剂，促凝剂中含有3-12重量％硫酸铝(以Al2O3计)、至多30重量％的无定形氢氧化铝、至多15重量％的胺、至多3重量％的消泡剂和至多1.5mol/kg的乙醇酸。硫酸铝可以使用任何从市场上买到的材料。硫酸铝在纯度和组成上不同，最常见的是由于其含有17％的Al2O3而称为“17％”的硫酸铝。实际上，17％硫酸铝，Al2(SO4)3·14.3H2O(应当用于本专利技术的方法中)的重量百分比，为30％-60％，优选40％-54％。氢氧化铝可以是任何市场上可买到的无定形氢氧化铝。虽然所有这些氢氧化铝可以产生令人满意的效果，但通常是越接近生产日期，效果越好。此外由于其特殊的制造方式，含有少量碳酸铝(5％)的氢氧化铝比较容易溶解并作为优选材料。这种特性并不是简单的向纯氢氧化铝中添加碳酸铝得到的。尽管可以使用非常少量的氢氧化铝(少于0.1％是合适的)，但在5％或更多时可以察觉到明显的改进。优选的重量含量是4-25％，优选6-18％。其中必须存在一种稳定剂，其可以在本方法的最后添加。这是一种用于防止氢氧化铝/硫酸铝溶液沉淀或形成溶胶的材料。没有稳定剂，溶液能很好地用作为促凝剂，但是其将缺少稳定性和保存寿命，要求在制造后立即使用是不实用的。本专利技术使用的稳定剂是乙醇酸(羟基乙酸)。以前在国际申请PCT/EP/00/12216中已经建议使用羟基羧酸作为稳定剂，但是并没有特别提及乙醇酸，并且在该申请中优选的酸是柠檬酸。现已惊奇地发现，乙醇酸产生显著的稳定性，较之其它羟基羧酸要好的多。稳定剂优选以0.1-1mol./kg的量存在。一般来说，存在的乙醇酸越多，稳定性越好。然而存在一个点，当加入更多的乙醇酸时，不会带来稳定性的提高。这样，虽然可以超过所述最高点1.5mol./kg，但这没有带来任何好处。使用大约1mol./kg的量时得到最好结果。本专利技术提供的促凝剂的性质可以通过两个任选但优选组分中的一个或两个而显著提高。第一种是胺，其必须是水溶性的，除此之外对胺的选择没有任何限制。优选的胺是链烷醇胺，例如二甘醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺，尤其优选二乙醇胺。可以使用至多12重量％的胺，但优选的量是1-4重量％。第二种优选的辅助成分是消泡剂，可以是本领域任何已知的材料。大部分是专利商品，其确切组成从未透露过，但任何上述本领域已知的材料是合适的。典型实例包括硅酮类例如AGITAN(商标)，以及脂肪酸聚醚型例如LUMITEN(商标)EL。消泡剂可以以至多5％的比例使用(全部组合物重量中的固体分)，优选0.5％-3％。消泡剂的使用使得本专利技术易于使用较少新鲜的氢氧化铝。应当相信，且不以任何方式限制本专利技术的范围，消泡剂的存在有助于除去整个期间积聚在氢氧化铝表面的二氧化碳。令人吃惊的是，只要消泡剂中不含硅酮并不以超过3％的量存在，则与相同的不含消泡剂或含硅酮类的组合物相比，其在凝固时间方面可以产生明显的进步。本专利技术的方法在标准设备下很容易实施，并且做到这一点对于本领域技术人员已经没有任何困难。可以知道，为了在不同的阶段获得溶液，必须进行一些加热，一般在约50-60℃。在这种方法中，可以使用任何常用方法生产澄清溶液。也可能以任何顺序向水中顺续添加硫酸铝和氢氧化铝。也可以将它们一起添加到水中，或将它们分别溶解或分散到两个不同量的水中，然后将这些水混合。优选将硫酸铝和氢氧化铝顺续添加到水中。优选硫酸铝先溶于水中；硫酸铝将在加热的条件下溶解。然后向这种溶液中加入氢氧化铝。这样得到了澄清溶液。可以，虽然不太优选，先向水中添加氢氧化铝。氢氧化铝不易溶于水，但产生一种细悬浮液。向这种悬浮液中添加硫酸铝。得到了一种澄清溶液。向这种溶液中添加稳定剂并搅拌。这种方法得到的产物的准确特征还不为人所知。它决不仅仅是最初成分的混合物(其证据是，事实上产物是澄清或微浑浊的溶液，而并非通常不澄清的氢氧化铝悬浮液)，并且不对本专利技术以任何方式限制，相信实际上其是低聚物或聚合物。当用于喷射水泥材料，尤其是混凝土的促凝剂时，这样制备的促凝剂产生优异的效果。用这种促凝剂处理过的喷射混凝土很快硬化并具有良好的最终强度。促凝剂具有长贮藏期限，抗温度变化并完全是非碱性的，这样产生良好的作业环境。因此本专利技术也提供了一种方法，通过喷射向基材上施加水泥组合物，包括向喷嘴传送组合物，其中向喷嘴添加一种上述促进组合物。现在通过下列非限制的实施例举例说明本专利技术。一种由下列成分制成的促凝剂硫酸铝(17％) 42份(重量)氢氧化铝 18″乙醇酸 4″二乙醇胺 1″水 35″将水加热到55℃-60℃，然后在搅拌的同时加入硫酸铝。当其溶解后，加入氢氧化铝，然后加入乙醇酸和胺。然后将混合物冷却。最终溶液是浅黄、微浑浊的溶液。这种促凝剂组合物称为促凝剂A。除了以一种公知的稳定剂甲酸代替乙醇酸之外，以相同方式制备另一种促凝剂(促凝剂B)。水的量减少，所以可以加入更多量的甲酸——促凝剂B中甲酸的量是促凝剂A中乙醇酸量的二倍。在5℃、20℃、40℃下，对两种促凝剂进行长期稳定性测试。每一试验期为70天。评价标准和结果如下a)混浊度变化在5℃、20℃，两种促凝剂在整个测试期间没有显示任何变化。然而在40℃，促凝剂A在第31天出现混浊度变化(表示不稳定性的开始)，促凝剂B在第13天出现这种变化。b)凝胶化凝胶化的促凝剂不能使用。在5℃、20℃，两种促凝剂在整个测试期间没有出现凝胶化。然而促凝剂A在第59天出现凝胶化，促凝剂B在第27天出现凝胶化。c)分离促凝剂溶液分离成离散的液层表示其不能再使用。在整个测试期间两种促凝剂都没有显示任何分离。d)沉淀过度的沉淀(超过1mm)意味着促凝剂不能再使用。整个测试期间两种促凝剂都没有过度沉淀。促凝剂B的性能是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于喷射水泥组合物的促凝剂的制备方法，基本上由以下步骤组成：ｉ）将硫酸铝和氢氧化铝溶于水，其任选含有至少一种溶于其中的胺，以得到一种澄清溶液；和ｉｉ）任选加入至少一种消泡剂；存在的成分的比例是使得最终产物中含有３ －１２重量％硫酸铝（以Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］计）、至多３０重量％的无定形氢氧化铝、至多１５重量％的胺、至多３重量％的消泡剂和至多１．５ｍｏｌ／ｋｇ的稳定剂，促凝剂另外含有乙醇酸稳定剂。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：T安格尔斯卡尔，
申请(专利权)人：建筑研究及技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]