用於混凝土混合物的外加劑的製作方法

2023-06-14 05:04:01

專利名稱：用於混凝土混合物的外加劑的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於混凝土快速凝結和硬化的方法。該方法可用於製造結構隧道或地下洞穴的挖掘面襯砌用混凝土，用於製造易剝離混凝土，或者用於製造通過浮壓(floating press-on)、氣動或澆築等方法施工後立即使用的混凝土。
在隧道和地下洞穴工程中，一般都採用噴漿法施工混凝土，襯砌挖掘面。在該方法中加入了水泥速凝劑。
這些噴漿方法大致分為幹混噴射法和溼混噴射法。
幹混噴射法包括，將幹混(無水)混凝土送入傳送管，通過氣動傳送該幹混合料，在管子的出口附近加水，然後將溼混凝土從管口噴到需要的表面上。
溼混噴射法包括，將新製成的溼混凝土送入傳送管，氣動傳送該混凝土，並將混凝土從管口噴到需要的表面上。
在幹混噴射法和溼混噴射法中，傳送作用也可以部分由泵來完成，其餘部分用氣動，繼之以從管口噴射。
在這類方法中，對於幹混法，水泥速凝劑的添加在幹混混凝土時完成或者在管口附近完成;而溼混法，水泥速凝劑的添加只能在管口附近完成。
在這些噴漿方法中，由於用壓縮空氣強有力地將混凝土噴射到挖掘面上去，產生了大量粉塵，從而給工作環境帶來不利影響。另外，由於混凝土彈回還造成材料的損失。
為了解決噴漿法的這些問題，人們研究了許多方法，如已知的浮法(floating)、壓製法(press-on)、氣動法和澆築法。
這些方法包括，在低壓下將新製成的混凝土澆築在地下的地平面與活動模之間，使混凝土硬化，移動活動模，通過重複這種操作從而形成主要襯砌。這些施工方法中所用的混凝土需要具有流動性，還要具有速凝特性。
為了將新製成的混凝土澆築在地殼(即洞穴或隧道壁)與活動模之間，該混凝土在澆入模具時必需保持高度的流動性，以便完全填滿各個角落，另一方面，在澆築完成之後，需要儘快硬化，以便可將活動模移開，儘快放到下一個位置，在該位置澆築新鮮混凝土。按這種方式，操作可以有效地進行。
在噴漿法中，如果使用傳統的水泥速凝劑，幾乎在混凝土被噴到挖掘面上之後立刻凝固、硬化。當製備水泥基砂漿混合物時，把水泥速凝劑加到水泥、砂漿或混凝土中。
已經知道採用一種緩凝劑與一種水泥速凝劑配合使用，可以控制施工中的凝結和硬化時間。
然而，當採用浮法時，由於加入水泥速凝劑，混凝土流動性迅速喪失。為了避免這種情況發生太快，需要選用緩凝劑保持流動性。這樣引起了凝結作用和硬化作用延遲，使混凝土在相當長的時間裡難以凝結和硬化。
因此，在這些方法中僅僅靠水泥速凝劑與緩凝劑結合使用，難以做到讓混凝土在所需時間內保持流動性然後迅速凝結和硬化。
本發明的目的在於提供一種快速凝固和硬化混凝土的方法，該方法就是在加入速凝劑後，使混凝土流動特性保持幾分鐘，然後迅速凝結硬化，並產生強度。
本發明人已經發現一種方法，在加入水泥速凝劑後幾分鐘內，混凝土保持足夠的流動性以便能夠填充活動模內部，隨後迅速凝結，使模子可以在約15分鐘內移開。
按照本發明，提供了一種將膠凝組合物(優選混凝土、水泥漿或砂漿)施於一個表面的方法，該方法包括1)向膠凝組合物中加入a)緩凝劑;
b)水泥速凝劑;
c)水泥分散劑;
d)在鹼性條件下水解形成分散劑的緩釋分散劑，2)在混凝土可流性時間內，將其施於某表面。
在混凝土施用後，迅速凝結硬化。
按照本發明，進一步提供了一種組合物，該組合物包括a)緩凝劑;
b)水泥速凝劑;
c)水泥分散劑;
d)在鹼性條件下水解形成分散劑的緩釋水泥分散劑。
本發明中優選的組合物包含a)0.001-5.0%的緩凝劑，b)1.0-10%水泥速凝劑，c)0.01-2%水泥分散劑，d)0.01-0.2%緩釋水泥分散劑。
最好，該組合物還可以包括一種膠凝組分。
按照本發明的混凝土的迅速凝結和硬化方法，可以用浮法，擠壓法，氣動填築法，或澆築法，替代噴漿工藝，襯砌某些結構中的挖掘面，例如隧道，或者用於需要立即拆掉模子的混凝土施工，或者用於澆筑後立即使用的混凝土。
按照本發明的方法或組合物中所用的緩釋水泥分散劑，是這樣的物質，它們在鹼性條件下(約PH12.5)逐步水解，而由此水解的產物形成水泥分散劑。這些緩釋水泥分散劑優選自一種苯乙烯和無水馬來酸的共聚物以及該共聚物的一種水不溶性金屬配合物;一種2到8個碳原子的烯烴和烯屬不飽和二羧酸酐的共聚物以及一種該共聚物的水不溶性金屬配合物。
按照本發明的方法或組合物中所用的水泥速凝劑優選自鹼金屬或鹼土金屬的碳酸鹽，鹼金屬或鹼土金屬的鋁酸鹽，煅燒的明礬，和鋁酸鈣。最好，所說的速凝劑的5%(重量)水溶液鹼性不低於PH13。
本發明的方法或組合物中所用的水泥分散劑優選自萘磺酸和甲醛的縮合產物，密胺磺酸和甲醛的縮合產物，聚羧酸鹽(或酯)、木質磺酸鹽、氧代羧酸鹽(或酯)和葡糖二酸鹽(或酯)。
本發明的方法或組合物中的緩凝劑優選自糖、氧代羧酸鹽或酯、木質磺酸鹽、纖維素、磷酸鹽、氟化物、氧化鋅和氧化鉛。
最好在混凝土施用前將水泥速凝劑和緩凝劑配合在一起加入含有水泥分散劑和緩釋水泥分散劑的新製成的膠凝組合物(優選混凝土)。最好，緩釋劑與水泥速凝劑的比例為0.1-1.0%。
這種膠凝組合物(優選混凝土)，在加入速凝劑後，保持較高流動性幾分鐘，對速凝特性沒有巨大影響。
新制混凝土的PH值一般約為12.5，在如此鹼性條件下，緩釋水泥分散劑逐步水解。
由於水泥速凝劑的加入，該速凝劑具有較高鹼性，新制混凝土的PH值比沒加水泥速凝劑時要高。本發明的具體說明如下所述。
加入水泥速凝劑，雖然只是一瞬間，環境的PH值突然升高，所以水泥分散劑的水解速度迅速加快，具有水泥分散特性的水解產物在短時間內迅速形成。藉助於該水解產物的水泥分散特性，由於加入水泥速凝劑引起的流動性降低作用被延遲，從而有可能將混凝土的流動性保持一段時間。
緩釋水泥分散劑可以單獨加入，也可以和其它水泥分散劑一起加入預混組合物中，其它分散劑可以是一種用於使混凝土獲得所需稠度的分散劑。
緩釋水泥分散劑或配合料必須在加入水泥速凝劑之前加入。在這種條件下可以先於或緊接著水泥分散劑的加入。然而，也可以在加入水泥緩凝劑後緊接著加入。最好，緩釋水泥分散劑的用量為0.5-200%。
當加入上述水泥速凝劑和緩凝劑時，最好在本發明的方法中速凝劑用量為水泥重量的1-10%，而在本發明的方法中緩凝劑用量為0.001-5.0%(重量)。該混合物可以使混凝土在加入水泥速凝劑後幾分鐘內保持良好的流動性。在延遲適當時間之後，有效地進行凝結和硬化。
如果緩凝劑量低於0.001%(重量)，配合加入水泥速凝劑和緩凝劑後，混凝土難以保持所需的流動度。當然可以大量添加水泥分散劑，但這樣做很不經濟。
此外，當緩凝劑量超過5.0%(重量)時，雖然混凝土流動性不會受影響，但是凝結和硬化明顯被延遲，混凝土難以在配合加入水泥速凝劑和緩凝劑後15分鐘內凝結和硬化。
現在也已發現，按照本發明製成的混凝土具有足夠的強度，可以用作結構混凝土。
不言而喻，按照本發明的方法，水泥分散劑、緩釋水泥分散劑、緩凝劑和水泥速凝劑的結合和用量可以基於以下因素選擇。首先是噴漿後所需保持流動性的時間，其次取決於結構客體，以及其它因素。
本發明進一步提供了一種混合物，該混合物為1)和2)的混合物，其中1)水泥分散劑，優選自萘磺酸和甲醛的縮合物，密胺磺酸和甲醛的縮合物，聚羧酸鹽或酯、木質磺酸鹽、氧代羧酸鹽或酯和葡糖二酸鹽或酯，2)緩釋水泥分散劑，該分散劑在鹼性條件下逐漸水解，其水解產物為水泥分散劑，優選自苯乙烯和無水馬來酸的共聚物以及它們的一種水不溶性金屬配合物;和碳原子數為2-8的烯烴和烯屬不飽和二羧酸酐共聚物以及它們的一種水不溶性金屬配合物。最好，水泥分散劑與緩釋水泥分散劑的比例為0.5-200%。
本發明用下例實施例作進一步說明實施例1-81)所用材料如下a)水泥將等量的普通波特蘭水泥(由Onoda，Mitsubishi和Sumitomo firms生產)混合備用。
b)粗骨料破碎的硬砂巖、碎石(from Ohme)(比重＝2.6、吸水率＝0.67%，F.M，6.35，最大顆粒＝15mm)。
c)細骨料Oi River System坑砂和Chiba Prefecture坑砂混合使用(比重＝2.65，吸水率＝1.34%，F.M＝2.69)d)水泥分散劑萘磺酸和甲醛的縮合物的鈣鹽(商品名Rheobild1000)e)緩釋劑碳原子數為2-8的烯烴與烯屬不飽和二羧酸酐的共聚物。商品名Isoban 600(由Kuraray Co.，Ltd製造)f)水泥速凝劑無機鋁酸鹽化合物為基料，商品名鋁酸鉀(由Sumitomo Refining Co.，Ltd生產)g)緩凝劑葡糖酸鈉一級化學試劑(由Wako，Junyaku Co.，Ltd.生產)2)如表1所示把混凝土混合在一起。
3)測試將不含水泥速凝劑和緩凝劑的表1所列混凝土組份，混合在一起，測量所得混凝土的坍落度。在停置30分鐘後，將全部混合物返回攪拌器。然後將水泥速凝劑和緩凝劑配合加入，混合20秒鐘。
測量所形成的混凝土的坍落度和初凝時間。按JISA 6204法測量終凝時間。
4)測試結果測試結果列於表2。
從表2中的數據可以得出如下結論。
1、不含緩釋水泥分散劑的實施例1-3的測試結果表明。這些混凝土在經過20cms(+/-1cm)攪拌之後立刻坍落。而配合加入水泥速凝劑和緩凝劑後，坍落度數值降低到15釐米以下，流動性不佳。
2、在實施例3中，水泥速凝劑與實施例1和2相同，只是增加了緩凝劑的用量。雖然在加入水泥速凝劑和緩凝劑後，可以獲得良好的流動性，但是至到初凝開始需要60分鐘以上。這樣就不可能做到，在加入水泥速凝劑和緩凝劑後，使混凝土在15-25分鐘內凝結硬化。
3、在實施例4中，未加入緩凝劑，只向混入水泥分散劑和緩釋分散劑的混凝土中添加了水泥速凝劑。在這種情況下，不可能在加入水泥速凝劑後獲得理想的流動性。
4、實施例5-8所示為加入水泥速凝劑和緩凝劑(其中緩凝劑變變化用量)測試結果。該混凝土中已預先混入了水泥分散劑和緩釋水泥分散劑。
在實施例5、6、7和8中，水泥速凝劑為恆量，緩凝劑的用量為0.004%，0.008%，0.02%和0.04%，重量百分數基於水泥。
在加入水泥速凝劑和緩凝劑後，混凝土保持流動性。當緩凝劑加入量為0.004%～0.02%(重量)時，凝結和硬化在不超過15分鐘的較短時間內發生，並且在凝結和硬化之前保持良好的流動性。在實施例8中，加入水泥速凝劑和緩凝劑後，該混凝土雖然初凝時間為22分鐘，但仍能保持流動性。
另外，實施例5－8的強度足以用作結構混凝土。
權利要求
1.一種將膠凝組合物施於表面的方法，該方法包括1)在膠凝組合物中加入a)緩凝劑b)水泥速凝劑c)水泥分散劑d)在鹼性條件下水解形成分散劑的緩釋分散劑，2)在混凝土為流動狀態時，將該混凝土施於表面。
2.按照權利要求1的方法，其中膠凝組合物為混凝土、水泥漿或砂漿。
3.按照上述權利要求之任何一項的方法，其中在混凝土施用前將水泥速凝劑和緩凝劑配合加入含水泥分散劑和緩釋水泥分散劑的膠凝組合物中。
4.按照上述權利要求之任何一項的方法，其中在加入速凝劑後，膠凝組合物保持較高流動性約幾分鐘，而對速凝特性沒有不利影響。
5.按照上述權利要求之任何一項的方法，其中膠凝組合物的PH值約為12.5。
6.按照上述權利要求之任何一項的方法，其中所用的緩釋水泥分散劑是在鹼性條件(約PH12.5)下逐漸水解，水解產物形成水泥分散劑的物質。
7.按照上述權利要求之任何一項的方法，其中緩釋水泥分散劑選自苯乙烯和無水馬來酸的共聚物及其一種該共聚物的水不溶性金屬配合物;碳原子數為2-8的烯烴和烯屬不飽和二羧酸酐的共聚物及一種該共聚物的水不溶性金屬配合物。
8.按照上述權利要求之任何一項的方法，其中所用的水泥速凝劑選自鹼金屬或鹼土金屬的碳酸鹽、鹼金屬或鹼土金屬的鋁酸鹽，煅燒明礬，以及鋁酸鈣。
9.按照上述權利要求之任何一項的方法，其中水泥分散劑選自萘磺酸甲醛縮合物，蜜胺磺酸-甲醛縮合物，聚羧酸鹽(或酯)，木質磺酸鹽，氧代羧酸鹽(或酯)，及葡糖二酸鹽(或酯)。
10.按照上述權利要求之任何一項的方法，其中緩凝劑選自糖、氧代羧酸鹽(或酯)、木質磺酸鹽，纖維素、磷酸鹽，氟化物，氧化鋅和氧化鉛。
11.一種組合物，包括a)緩凝劑b)水泥速凝劑c)水泥分散劑，以及d)在鹼性條件下水解形成分散劑的緩釋水泥分散劑。
12.按照權利要求11的組合物，其中該組合物包括膠凝組分。
13.按照權利要求11或12的組合物，其中所用的緩釋水泥分散劑是在鹼性條件下(PH約為12.5)逐漸水解，水解產物形成水泥分散劑的一類物質。
14.按照權利要求11-13之任何一項的一種組合物，其中緩釋水泥分散劑選自苯乙烯和無水馬來酸的共聚物及其一種該聚合物的水不溶性金屬配合物;碳原子數為2-8的烯烴和烯屬不飽和二羧酸酐的共聚物及其一種該共聚物的水不溶性金屬配合物。
15.按照權利要求11-14之任何一項的組合物，其中所用的水泥速凝劑選自鹼金屬或鹼土金屬的碳酸鹽、鹼金屬或鹼土金屬的鋁酸鹽、煅燒明礬。以及鋁酸鈣。
16.按照權利要求11-15之任何一項的組合物，其中水泥分散劑選自萘磺酸-甲醛縮合物，蜜胺磺酸-甲醛縮合物，聚羧酸鹽(或酯)、木質磺酸鹽，氧代羧酸鹽(或酯)、葡糖二酸鹽(或酯)。
17.按照權利要求11-16之任何一項的組合物，其中緩凝劑選自糖類、氧代羧酸鹽(或酯)、木質磺酸鹽、纖維素、磷酸鹽、氟化物，氧化鋅和氧化鉛。
18.一種混合物，它由下列組份組成1)選自萘磺酸-甲醛縮合物、蜜胺磺酸-甲醛縮合物、聚羧酸鹽(或酯)，木質磺酸鹽，氧代羧酸鹽(或酯)，葡糖二酸鹽(或酯)這一組中的一種水泥分散劑;和2)一種能夠在鹼性條件下逐漸水解，水解產物為水泥分散劑的緩釋水泥分散劑。
19.按照權利要求18的一種混合物，其中緩釋水泥分散劑選自苯乙烯和無水馬來酸的共聚物及其一種該共聚物的水不溶性金屬配合物;和碳原子數為2-8的烯烴和烯屬不飽和二羧酸酐的共聚物及其一種該共聚物的水不溶性金屬配合物。
全文摘要
一種將膠凝組合物施於表面的方法，該方法包括1)在膠凝組合物中加入a)緩凝劑，b)水泥速凝劑，c)水泥分散劑，d)在鹼性條件下水解形成分散劑的緩釋分散劑。2)在該混凝土流動狀態時，將該混凝土施於表面。
文檔編號C04B28/02GK1057636SQ90103129
公開日1992年1月8日 申請日期1990年6月23日 優先權日1989年6月5日
發明者能町宏, 浜辺謙吉, 植田実, 小川秀男, 松尾茂美 申請人:山道士有限公司