專利名稱：用于噴射混凝土的水泥水合物產(chǎn)品的制作方法
用于噴射混凝土的水泥水合物產(chǎn)品說明本發(fā)明涉及可噴射的無機粘合劑組合物的制備方法、可噴射的無機粘合劑組合物以及該組合物的使用方法。
背景技術(shù)：
通過噴嘴噴射將膠結(jié)性組合物例如混凝土施用至基材是公知技術(shù)，并且其廣泛地用在如地面支撐物和隧道襯砌的應(yīng)用中。所述組合物需要能夠被容易地輸送(通常通過泵送)至噴嘴。這可通過在混合階段向待泵送并噴射的膠結(jié)性組合物中添加摻和劑來實現(xiàn)，所述摻和劑賦予了膠結(jié)性組合物改善的流動性。本領(lǐng)域已知并應(yīng)用了相當多種類的此類摻和齊U，例如磺化的三聚氰胺甲醛縮合物、磺化的萘甲醛縮合物或丙烯酸聚合物類。噴射混凝土或“噴漿混凝土( shotcrete ) ”主要用于地下建筑。它的施用在于將砂漿或混凝土輸送至噴嘴，在那里加入促凝劑和空氣，并且以高速氣動地噴射至基材上。事實上，需要快速凝固以及早期強度發(fā)展以使混凝土粘附在墻上而不會脫落，并因此確保更早地進入(entrance)和進一步地挖掘，從而保證安全性以及高效地施工。基于上述原因，將確保機械性能快速發(fā)展的促凝劑添加至噴射混凝土或噴射砂漿中。已知促凝劑在剛開始的階段影響熟料相(clinker phase)例如C3A和C3S的水化過程、混凝土孔隙溶液的硫酸鹽載體和化學(xué)組分的消耗。EP08170692.1描述了一種液體促凝劑的制備方法，其中所述液體促凝劑含有硫酸鋁和/或羥基硫酸鋁。EP1878713描述了以下的促凝摻和劑:其基于25至40重量％的硫酸鋁、至少一種其他鋁化合物以及包含硅酸鎂的無機穩(wěn)定劑，以使分散體中的鋁相對硫酸根的摩爾比為1.35至0.70。EP0812812中記載了一種通過噴射膠結(jié)性組合物將膠結(jié)性組合物層施用至基材的方法。根 據(jù)EP1964825，用于無機粘合劑的促凝摻和劑和固化促進劑(hardening accelerator)包含硫酸鹽、招、有機酸和/或無機酸和娃酸。W02005/075381描述了一種用于無機粘合劑的水基促凝摻和劑和固化促進劑，其包含硫酸鹽、鋁和有機酸，其中鋁相對有機酸的摩爾比小于0.65。用于噴射混凝土 (噴漿混凝土)及其他含水泥的材料的常規(guī)促凝劑的特征在于，它們或?qū)е驴焖倌Y(jié)和相對低的早期強度或引起緩慢凝結(jié)連同相對高的早期強度。此外，用于包含無機粘合劑的建筑材料混合物的摻和劑也通常含有固化促進劑，其提高了無機粘合劑的早期強度發(fā)展的速率。根據(jù)W002/070425，硅酸鈣水合物可用作此類固化促進劑。然而，市售可得的硅酸鈣水合物及其分散體僅可被認為具有很小作用的固化促進劑。本發(fā)明的目的是提供作為例如用于基材涂層的噴射混凝土或噴射砂漿的可噴射的無機粘合劑組合物，其含有混凝土或砂漿，所述基材特別為隧道表面、礦井表面、施工坑道和豎井。出人意料地，已發(fā)現(xiàn)用來在無機粘合劑組合物中特別是噴射混凝土或噴射砂漿中加速凝固和早期強度發(fā)展的新的化學(xué)體系。
具體實施例方式已知的促凝摻和劑的缺點在于所提供的快速凝結(jié)經(jīng)常導(dǎo)致含有組合物例如噴射砂漿的無機粘合劑中的早期強度發(fā)展緩慢。本發(fā)明的一個目的是提供一種可噴射的無機粘合劑組合物的制備方法，其中含有水、骨料、無機粘合劑和促凝劑作為主要成分，其特征在于，含有水泥水合物產(chǎn)品的組分在噴嘴前和/或噴嘴處加入。出人意料地，已發(fā)現(xiàn)水泥水合物產(chǎn)品改善了無機粘合劑組合物中促凝劑的性能并由此產(chǎn)生無機粘合劑的更高硬化程度。因此，本發(fā)明提供一種用以在無機粘合劑組合物特別是噴射混凝土中加速凝固和早期強度發(fā)展的新的化學(xué)體系?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)特定的化學(xué)體系可由以下物質(zhì)的組合來制備:(I)固化摻和劑和(2)促凝劑。所述(I)固化摻和劑含有水泥水合物產(chǎn)品。所述水泥水合物產(chǎn)品含有鈣礬石和石膏。所述(2)促凝劑由任何類型的用于噴射混凝土的無堿或含堿促凝劑組成，所述促凝劑基于例如硫酸鋁或硅酸鈉。固化促進劑可與促凝劑在噴嘴處同時加入。尤其當噴射至基材上時，膠結(jié)性組合物例如混凝土必須非常快速地凝固。對于這種用途，使用包括鋁酸鈉和堿金屬氫氧化物的強效促凝劑。然而，因為這些促凝劑是高堿性的，其使用導(dǎo)致了極令人不悅的處理和操作條件。因此，已推薦含有鋁化合物的低堿和無堿促凝劑。 常見的用于噴射混凝土及其他含水泥材料的無堿促凝劑的特征為，其導(dǎo)致快速凝固和相對低的早期強度或引起緩慢的凝固連同相對高的早期強度。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案中，所述無機粘合劑為熟料、石膏、硫酸鈣、燒石膏(硫酸鈣半水合物)、硬石膏(無水硫酸鈣)、石灰、潛在無機粘合劑(例如飄塵、高爐礦渣(blast furnace slag)或火山灰)及其混合物,優(yōu)選波特蘭水泥。水泥通常在建筑行業(yè)中作為細粉狀無機粘合劑用于制造混凝土、砂漿、混凝土石和成品部件。波特蘭水泥是混凝土、砂漿和大多數(shù)非專用水泥薄漿的基本成分。波特蘭水泥最常見的用途是制造混凝土?；炷潦且环N主要由骨料(砂礫和沙)、水泥和水組成的復(fù)合材料。作為建筑材料，混凝土可以幾乎任何所需的形狀澆鑄，并且其一旦硬化就可變成(承重)結(jié)構(gòu)元件。波特蘭水泥可為灰色或白色。在一個優(yōu)選的實施方案中，骨料選自沙、有機和/或無機顆粒、砂礫，其優(yōu)選具有0-16mm,更優(yōu)選0_8mm的粒度分布。在一個優(yōu)選的實施方案中，所述促凝劑含有作為主要成分的硫酸鹽、氧化態(tài)+3價的鋁或其混合物。US5340385公開了幾種公知的化學(xué)促凝劑。本發(fā)明納入并包含堿性氫氧化物、硅酸鹽、氟硅酸鹽、甲酸鈣、氯化鈉、氯化鈣、硝酸鈣和亞硝酸鈣。另外，對水泥加速凝固的作用通過將無定形氫氧化鋁與堿土金屬和過渡金屬的水溶性硫酸鹽、硝酸鹽和甲酸鹽混合來提聞。在一個優(yōu)選的實施方案中，促凝劑含有15至40重量％的量的硫酸鹽(相對于所述促凝劑的重量計)、和/或3至10重量％的3價氧化態(tài)的鋁(相對于所述促凝劑的重量計)。在本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施方案中，所述水泥水合物產(chǎn)品為鈣礬石和石膏。
在本發(fā)明的另一個優(yōu)選的實施方案中，所述水泥水合物產(chǎn)品為懸浮液或固體，優(yōu)選懸浮液。在一個優(yōu)選的實施方案中，所述無機粘合劑以300至600kg/m3，優(yōu)選350至500kg/m3,更優(yōu)選380至450kg/m3的量使用。在另一個優(yōu)選的實施方案中，將所述水泥水合物產(chǎn)品加入到在水泥設(shè)備、預(yù)拌混凝土機(ready-mix plant)中的無機粘合劑中,加入至車載攪拌機、輸送泵和/或噴嘴處，更優(yōu)選加入到配制水(batching water)中。本發(fā)明的另一個優(yōu)選的實施方案為可噴射的無機粘合劑，其含有可通過本發(fā)明的方法制備的組合物。本發(fā)明還包括可噴射的無機粘合劑，其含有包含一種超增塑劑(superplasticizer)-優(yōu)選聚羧酸酯醚且更優(yōu)選其分散體-的組分。增塑劑或分散劑是提高所加入材料的可塑性或流動性的添加劑，所述材料包括水泥、混凝土、墻板和泥胎(clay body )。用于混凝土的增塑劑使混合物在硬化前流體化，從而提高其可加工性或減少用水量，并通常不意圖影響最終產(chǎn)品硬化后的特性。另外，混凝土超增塑劑是基于聚羧酸酯醚聚合物的復(fù)合摻和劑和/或磺化的三聚氰胺甲醛縮合物、磺化萘甲醛縮合物或丙烯酸聚合物類。其具有保持坍落度能力的有利效果。其特別適用于制備高耐久性的混凝土、自密實混凝土、高加工性保持性混凝土以及具有良好外觀需求的混凝土。最后，本發(fā)明包括使用含噴射混凝土或噴射砂漿的組合物用于涂覆基材的方法。通過將無機粘合劑組合物噴射在上端來增加其承重能力。也可施用可噴射無機粘合劑組合物以降低或防止風化——即空氣對隧道或礦井中新暴露的巖石表面的侵蝕——從而壓制鈾礦中的氡氣或穩(wěn)定例如采石場中的路堤、穩(wěn)定隧道頂部等。本發(fā)明的術(shù)語“混凝土”和“砂漿”分別為“噴射混凝土”和“噴射砂漿”，也可包括其他的膠結(jié)性材料。例如用 于礦業(yè)的基于水泥的水泥薄漿以及用于混凝土消防的膠結(jié)性砂漿。下文將參考操作實施例對本發(fā)明作更詳細地描述。實施例制備鈣礬石懸浮液實施例1將氫氧化鈣飽和溶液加入到硫酸鋁溶液中(AFtl):所有溶液用去離子水制備。氫氧化鈣飽和溶液制備如下:向蒸餾水中加入過量的CaO、用磁力攪拌棒攪拌覆蓋的溶液2小時并隨后過濾液體。硫酸鋁溶液通過向500ml蒸餾水中加入63g Al2(SO4)3.16H20并隨后過濾來制備。向硫酸鋁溶液中加入氫氧化鈣飽和溶液后，將混合物靜置24h，之后將形成的可見沉淀物過濾并用少量蒸餾水沖洗。實施例2向硫酸鈣中加入鋁酸鈉NaAl (OH) 4 (AFt2):將51.6g石膏加入到350ml水中并攪拌lh。之后向漿料中加入20.8g氫氧化鋁(75%)和42.7g NaOH (30%bw)水溶液并在室溫下攪拌24h。實施例3在鈉的存在下向硫酸鋁中加入硝酸鈣溶液(AFt3):
硫酸鋁溶液通過向500ml蒸餾水中加入63g Al2(SO4)3.16H20并隨后過濾來制備。將制成的硫酸鋁溶液逐滴加入至112g NaOH (30%bw)水溶液和300ml水(pH13)中。隨后將4M硝酸鈣溶液滴加至反應(yīng)混合物中并攪拌24h。實施例4鋁酸三鈣C3A和磺酰類(sulfaze)原料與水的反應(yīng)(AFt4):在石膏、燒石膏、硬石膏和/或可溶性硫酸鹽的存在下將C3A與水混合。應(yīng)用實駘實施例5添加鈣礬石對早期水化動力學(xué)的影響(

圖1)該實施例示出了本發(fā)明的鈣礬石(AFtl)和促凝劑的結(jié)合物對波特蘭水泥漿料的早期水化動力學(xué)的影響。為了測量水化動力學(xué)，稱取2g水泥置于玻璃安瓶瓶中,所述玻璃安瓶瓶在與水或摻和劑-水溶液混合后立即密封(如果需要，將摻和劑事先溶解于水中)并隨后放入等溫量熱器TAM Air中。在20°C的溫度下進行等溫測量。所述水泥漿料混合物組成如下:表I
權(quán)利要求
1.可噴射無機粘合劑組合物的制備方法，所述可噴射無機粘合劑組合物包含水、骨料、無機粘合劑、促凝劑作為主要成分，所述方法的特征在于，將含有水泥水合物產(chǎn)品的組分在噴嘴前和/或噴嘴處加入。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，特征在于，所述無機粘合劑為水泥、石膏、燒石膏或硬石膏、石灰、潛在無機粘合劑(例如飄塵、高爐礦渣或火山灰)及其混合物，優(yōu)選波特蘭水泥。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2的方法，特征在于，所述骨料選自沙、顆粒、砂礫，其優(yōu)選具有0-16mm、更優(yōu)選0_8mm的粒度分布。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項的方法，特征在于，所述促凝劑含有硫酸鹽、氧化態(tài)+3價的鋁或其混合物作為主要成分。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至 4中任一項的方法，特征在于，所述促凝劑含有15至40重量％的量的硫酸鹽，相對于所述促凝劑的重量計，和/或3至10重量％的量的3價氧化態(tài)的鋁，相對于所述促凝劑的重量計。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項的方法，特征在于，所述水泥水合物產(chǎn)品是鈣礬石和/或石膏。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項的方法，特征在于，所述水泥水合物產(chǎn)品為液體或固體的形式，優(yōu)選分散體。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項的方法，特征在于，所述無機粘合劑以300至600kg/m3,優(yōu)選380至500kg/m3,更優(yōu)選350至450kg/m3的量使用。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項的方法，特征在于，將含有水泥水合物產(chǎn)品的組分加入至在水泥設(shè)備、在預(yù)拌混凝土機中的無機粘合劑中，加入車載攪拌機、輸送泵和/或噴嘴處。
10.含有由前述權(quán)利要求中任一項的方法制備的組合物的可噴射無機粘合劑。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的組合物，其還含有超增塑劑，優(yōu)選為聚羧酸酯醚且更優(yōu)選作為懸浮液。
12.使用權(quán)利要求10或11組合物作為噴射混凝土或噴射砂漿用于基材涂覆的方法。
全文摘要
可噴射無機粘合劑組合物的制備方法，其包含水、骨料、無機粘合劑、促凝劑作為主要成分，所述方法的特征在于，將含有水泥水合物產(chǎn)品的組分在噴嘴前和/或噴嘴處加入。
文檔編號C04B28/04GK103153907SQ201180046535
公開日2013年6月12日 申請日期2011年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月30日
發(fā)明者M·阿方索 申請人:建筑研究和技術(shù)有限公司