專利名稱：混凝土速凝劑的制備的制作方法
技術領域：
本發明涉及膠凝組合物和用于其中的速凝劑，尤其是用于噴射混凝土的速凝劑。
通過噴嘴噴射向基底施加混凝土(一般稱作“噴射混凝土法”)是一種常規技術，并廣泛用于諸如隧道襯里的應用中。噴射混凝土在基底上快速凝固是很重要的，而這可通過在噴嘴處向混凝土添加速凝劑來達到。這些速凝劑與普通混凝土中使用的速凝劑有很大的不同，一般包括如堿金屬氫氧化物、鋁酸鹽和硅酸鹽之類的物質。
這些物質的強堿性帶來了處理問題(handing problems)。同時意味著它們在如隧道的有限空間中的使用帶來了非常不愉快的工作氣氛。近來避免這類物質的努力包括使用鋁化合物，典型的例子參見歐洲志利0076927、0775097和0742179，澳大利亞專利706917和歐洲申請0812812和0946451。
已發現有可能通過簡單的方法制備用于噴射混凝土的速凝劑，該速凝劑的作用特別好。因此本發明提供一種用于噴射混凝土的速凝劑的制備方法，主要由以下步驟組成(i)將硫酸鋁和氫氧化鋁溶解于可選地溶有至少一種胺的水中，得到澄清的溶液；和(ii)可選地添加至少一種穩定劑和至少一種消泡劑這兩者中的至少一種；具有的組分的比例應使最終產品含有3％12％重量的硫酸鋁(以Al2O3測量)，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0.06摩爾/千克的穩定劑，該穩定劑選自羥基羧酸、磷酸和磷酸的非堿性鹽。
本發明另外提供了一種由該方法制備的用于噴射混凝土的速凝劑。
使用的硫酸鋁可以是任何可商購的產品。硫酸鋁的純度和結構各有不同，最普通的為所謂的“17％”，因為其含有17％的Al2O3。實際上，本發明的方法中應使用的17％硫酸鋁Al2(SO4)3.14.3H2O的重量百分比含量范圍為30％～60％，優選為40％～48％。
氫氧化鋁可以是任何可商購的無定形氫氧化鋁。盡管所有這樣的氫氧化鋁帶來滿意的結果，但一般說來制備時間越近效果越好。此外，由特定制備方式制備的氫氧化鋁含有少量的碳酸鋁(至多5％)，其較易溶解，是優選物質。這種現象不能簡單地通過向純氫氧化鋁中添加碳酸鋁而得到。盡管可能使用了非常少量的氫氧化鋁(可以少于0.1％)，當氫氧化鋁的量為5％或更多時可觀察到顯著的改善。重量比的優選范圍是8～25％，更優選是15～25％。
盡管硫酸鋁、氫氧化鋁和水在本發明的方法中一起使用時可得到具有良好性能的速凝劑，通過使用三個可選(但是其為優選的)組分中的一種或多種可顯著增強其性能。
這些組分中的第一種為胺。在胺的選擇方面除了必須為水溶性的之外并無其它限制。優選的胺為鏈烷醇胺，如二甘醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺，尤其優選二乙醇胺。可使用至多10％重量的胺，優選4～7％。
第二種優選的添加組分為穩定劑，可在該方法的最后添加。該物質可防止氫氧化鋁硫酸鋁溶液沉淀或形成凝膠。沒有穩定劑，該溶液作為速凝劑效果不錯，但常常不夠穩定，因而存放期短，迫使其在制備后非常短的時間內就要使用，這通常不實用。可能并允許使用多于一種的穩定劑。
本發明中使用的穩定劑為羥基羧酸、磷酸和磷酸的非堿性鹽、羥基羧酸可選自本領域中任何已知的這類酸。優選的酸為檸檬酸，但許多其它的酸，如乳酸和抗壞血酸也可使用。
“磷酸”指的是正磷酸(H3PO4)、偏磷酸((HPO3)X)和焦磷酸(H4P2O7)中的一種。“非堿性鹽”指的是不包括堿金屬鈉和鉀的鹽。因此，例如，可使用鋰、鈣和鎂的磷酸鹽。
第三種優選的添加組分消泡劑可以是本領域中任何已知的這類物質。它們大多為專利商品，其準確的組成不明，但是本領域中任何已知的這類物質都適用。典型的例子包括硅氧烷類如AGITAN(商標)和脂肪酸聚醚類如LUMITEN(商標)EL。
消泡劑的使用量可為至多5％(占整個組合物的固體重量)，優選為0.5％～3％。消泡劑的使用使得不很新鮮的氫氧化鋁的使用更容易。據信，但并不以任何形式來限制本發明的范圍，其存在有助于除去在整個時間段聚集在氫氧化鋁表面上的二氧化碳。令人吃驚的是，只要消泡劑不含硅并且其含量不超過3％，與不含消泡劑或含有硅氧烷類同等組合物相比在凝固時間上有明顯的改善。
本發明的方法可用標準設備容易地施行，并且技術人員的操作將毫無困難。應理解，為了在各階段得到溶液，可能需要加熱，一般加熱到約50～60℃。
該方法中，澄清溶液可用任何常規的方法制備。可以以任何順序將硫酸鋁和氫氧化鋁加入到水中。也可將它們一起加入水中。或將它們分別溶解或分散于兩份不等量的水中，然后混合在一起。
優選地，將硫酸鋁和氫氧化鋁依次加入水中。優選先將硫酸鋁溶于水，用加熱來使硫酸鋁溶解。然后向該溶液中添加氫氧化鋁。得到澄清的溶液。
盡管非優選，也可以先將氫氧化鋁加入到水中。氫氧化鋁不易溶于水，而是形成微懸浮液。向該懸浮液中添加硫酸鋁。得到澄清的溶液。
該方法的產品的準確性質尚不清楚。但可以肯定不是原始組分的簡單混合(證據是該產品是澄清或稍稍混濁的溶液，而不是氫氧化鋁的典型的不透明懸浮物)，并不對本發明作任何形式的限制，據信其性質為低聚或聚合的。
由此制備的速凝劑在用作噴射混凝土速凝劑時效果優異。用其處理的噴射混凝土硬化迅速，并具有良好的最終強度。該速凝劑的存放期長，能抵抗溫度變化，并且完全非堿性，因此帶來了較好的工作環境。
本發明通過以下非限制性的實施例來進一步說明。
實施例1-3根據本發明制備速凝劑。
所用的重量比如下實施例1實施例2實施例317％硫酸鋁 46％ 48％ 40％無定形氫氧化鋁 18％ 18％ 18％水 30％ 28％ 28％二乙醇胺(90％溶液) 6％6％4％將二乙醇胺溶于水，然后將硫酸鋁溶于該溶液。這可以通過下面的方法做到將溶液加熱到50-60℃，并且邊添加邊攪拌，直到得到澄清的溶液才停止攪拌。向該加熱并攪拌的溶液中逐漸加入氫氧化鋁，并攪拌直到得到澄清的溶液。
實施例4
用該方法并使用實施例1-3的物質來制備速凝劑，只是水的量降至28.7％，并添加了1.3％的棕檬酸一水合物。檸檬酸一水合物的添加在添加了氫氧化鋁之后進行，在添加之前將溶液冷卻至室溫。得到澄清的溶液。
實施例5砂漿中的速凝劑試驗。
此試驗中使用的砂漿具有如下組分Normo4波特蘭水泥 450份SIA215-1標準砂 1350”磷酸基水泥水化穩定劑1占水泥重量的0.3％聚羧酸酯超增塑劑2占水泥重量的0.6％1.DELVO(注冊商標)穩定劑ex MBT2.GLENIUM(注冊商標)51 ex MBT添加足夠的水使水灰(w/c)比為0.47。
將實施例1、2和4的每種速凝劑分別以占水泥重量的7％的量加入砂漿試樣中，通過EN 196-3的Vicat試驗規程測量初凝時間和終凝時間。此外，也對可商購的無堿速凝劑MEYCO(商標)SA 160進行了試驗。結果如下。
實施例1實施例2實施例4 商購速凝劑初凝(min) 4 1 3.5 3終凝(min) 8 5.58.5 權利要求
1.一種用于噴射混凝土的速凝劑的制備方法，主要由下述步驟組成(i)將硫酸鋁和氫氧化鋁溶于水中，在其中可選地溶有至少一種胺，以得到澄清的溶液；和(ii)可選地添加至少一種穩定劑和至少一種消泡劑這兩者中的至少一種；具有的組分的比例應能使最終產品含有3％12％重量的硫酸鋁(以Al2O3測量)，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0.06摩爾/千克的穩定劑，該穩定劑選自羥基羧酸、磷酸和磷酸的非堿性鹽。
2.根據權利要求1的方法，其中在水中另外存在至少一種水溶性的胺。
3.根據權利要求1或2的方法，其中添加了至少一種穩定劑和至少一種消泡劑這兩者中的至少一種。
4.根據權利要求3的方法，其中添加了至少一種穩定劑。
5.根據權利要求3的方法，其中添加了至少一種消泡劑
6.根據權利要求5的方法，其中消泡劑不含硅，并且其含量最多為3％。
7.根據權利要求1-6中的任一種方法，其中穩定劑為至少一種羥基羧酸。
8.根據權利要求1的方法，其中澄清溶液的制備是通過步驟(i)將硫酸鋁溶于水，在其中可選地溶有至少一種胺；和(ii)將無定形氫氧化鋁溶解于(i)的溶液中，直到得到澄清的溶液。
9.根據權利要求8的方法，其中向該澄清溶液中添加下列至少一種(a)至少一種消泡劑，和(b)選自羥基羧酸、磷酸和磷酸的非堿性鹽的至少一種穩定劑，優選選自羥基羧酸。
10.一種與噴射混凝土一起使用的速凝劑，用權利要求1-9中的任一種方法制備。
全文摘要
一種用于噴射混凝土的非堿性速凝劑，其制備是通過將硫酸鋁溶于水，并將無定形氫氧化鋁溶于可選地含有胺的水中，并可選地添加至少一種選自羥基羧酸和磷酸以及其非堿性鹽的穩定劑，和至少一種消泡劑。
文檔編號C04B22/16GK1407954SQ00816806
公開日2003年4月2日 申請日期2000年12月1日 優先權日1999年12月8日
發明者T·霍夫曼 申請人:Mbt控股有限公司