NO177469B

NO177469B - Use of a liquid thickener in spray casting

Info

Publication number: NO177469B
Application number: NO931331A
Authority: NO
Inventors: Andreas Totland
Original assignee: Scancem Chemicals V Reidar Hop
Priority date: 1993-04-07
Filing date: 1993-04-07
Publication date: 1995-06-12
Also published as: NO931331L; NO931331D0; NO177469C

Abstract

Det er beskrevet en fremgangsmåte ved sprøytestøping av betong, mørtel eller puss hvorved det på vanlig måte dannes en sprøytemasse bestående av sement, sand og singel eller pukk, vann, som regel plastifiserende middel og andre, 1 og for seg kjente, tilsetningsstoffer som silikastøv og fiber/stålfiber, henholdsvis dannes en kalkpussmasse, som er kjennetegnet ved at massen umiddelbart før utsprøyting tilsettes et flytende fortyknlngsmlddel, eventuelt en blanding av fortykningsmidler. Det er videre beskrevet anvendelse av fortyknlngsmlddel i sement-, mørtel- eller kalkpussblanding for å redusere prelletapet ved sprøytestøping.A method of injection molding concrete, mortar or plaster is described in which a spray mass is formed in the usual way consisting of cement, sand and shingle or crushed stone, water, usually plasticizing agent and others, 1 and per se known, additives such as silica dust and fiber / steel fiber, or a lime plaster mass is formed, which is characterized in that a liquid thickener, possibly a mixture of thickeners, is added immediately before spraying. The use of thickener in cement, mortar or lime plaster mixture to reduce the bounce loss in injection molding is further described.

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører anvendelse av et flytende fortykningsmiddel ved sprøytestøping av betong, mørtel eller puss. The present invention relates to the use of a liquid thickener when injection molding concrete, mortar or plaster.

Sprøytebetong eller —mørtel er betong eller mørtel som sprøytes mot et vertikalt underlag eller nedenfra og opp mot undersiden av et horisontalt underlag, f.eks. vegger og tak i en tunnel. Sprøytebetongen og sprøytemørtelen består av Portlandsementer, sand og singel eller pukk, vann, som regel vannreduserende tilsetningsstoffer, også kalt plastifiserende midler, og eventuelt andre typer av tilsetningsstoffer og —materialer, så som silikastøv og fiber/stålfiber. Sprøyte-mørtel har lignende sammensetning bortsett fra at den ikke inneholder grovere (eller grovt) tilslag. Shotcrete or mortar is concrete or mortar that is sprayed against a vertical surface or from below upwards towards the underside of a horizontal surface, e.g. walls and ceiling in a tunnel. The shotcrete and shotcrete consist of Portland cement, sand and shingle or crushed stone, water, usually water-reducing additives, also called plasticizers, and possibly other types of additives and materials, such as silica dust and fiber/steel fiber. Spray mortar has a similar composition except that it does not contain coarser (or coarse) aggregates.

Det finnes to forskjellige teknikker for betongsprøyting, tørrsprøyting og våtsprøyting. Ved tørrsprøyting blandes alle de tørre delmaterialene på forhånd og vannet tilsettes like før betongen sprøytes på underlaget. Ved våtsprøyteteknikken blandes betongen ferdig på forhånd. For at betongen skal kunne sprøytes, må den ha en relativt flytende konsistens, på fagspråket betegnet relativt høy slump. Et problem ved sprøyting av betong er at en større eller mindre del av den påsprøytede betongen ikke blir hengende fast på underlaget, men preller av og faller/renner ned, spesielt ved tykkere lag. Dette prelletapet fører til forsinkelse i arbeidet og tap av materialer. There are two different techniques for concrete spraying, dry spraying and wet spraying. With dry spraying, all the dry component materials are mixed in advance and the water is added just before the concrete is sprayed on the substrate. With the wet spraying technique, the concrete is mixed in advance. In order for the concrete to be sprayed, it must have a relatively liquid consistency, in the technical language termed a relatively high slump. A problem with spraying concrete is that a larger or smaller part of the sprayed concrete does not stick to the substrate, but bounces off and falls/runs down, especially with thicker layers. This bouncing loss leads to delays in work and loss of materials.

Betongens kohesivitet eller sammenholdende evne kan justeres og forbedres ved hjelp av spesielle delmaterialer uten at det går ut over sprøytbarheten. For å redusere prelletapet til et minimum brukes imidlertid såkalte sprøytebetongakseleratorer som blandes med betongen i sprøytemunnstykket. Dermed størkner betongen omtrent samtidig som den treffer underlaget og prelletapet reduseres radikalt. The concrete's cohesiveness or cohesive ability can be adjusted and improved with the help of special component materials without compromising sprayability. However, to reduce bounce loss to a minimum, so-called shotcrete accelerators are used, which are mixed with the concrete in the spray nozzle. In this way, the concrete solidifies approximately at the same time as it hits the substrate and the rebound loss is radically reduced.

Slike sprøytebetongakseleratorer, som brukes idag, er sterkt alkaliske stoffer som alkalimetallsalter av aluminater, silikater og karbonater. Disse stoffene er etsende eller i det minste hudirriterende og representerer et arbeidsmiljø-problem. Videre medfører bruk av denne type størknings-akseleratorer en reduksjon i betongens sluttfasthet. I noen tilfeller er det ønskelig å pusse overflaten av det påførte laget av sprøytebetong eller —mørtel. Dette er ikke mulig ved bruk av de nåværende nevnte sprøytebetongakseleratorene fordi de forårsaker momentan størkning av betongen eller mørtelen. Such shotcrete accelerators, which are used today, are strongly alkaline substances such as alkali metal salts of aluminates, silicates and carbonates. These substances are corrosive or at least skin irritating and represent a working environment problem. Furthermore, the use of this type of solidification accelerator results in a reduction in the final strength of the concrete. In some cases, it is desirable to sand the surface of the applied layer of shotcrete or mortar. This is not possible using the currently mentioned shotcrete accelerators because they cause instantaneous solidification of the concrete or mortar.

I Teknisk Ukeblad nr. 6, 1993, s. 28-29, beskrives et sprøytebetongkonsept for reparasjon av betongkonstruksjoner uten bruk av akselerator. I dette tilfellet tilsettes mørtelen et tiksotroperingsmiddel i form av fint silikastøv. Mørtelen får dermed en plastisk konsistens og vil lettere omslutte armeringen. En alvorlig ulempe ved dette konseptet er at doseringen av det fine pulveret krever anvendelse av kostbart utstyr. In Teknisk Ukeblad no. 6, 1993, pp. 28-29, a shotcrete concept for repairing concrete structures without the use of an accelerator is described. In this case, a thixotroping agent in the form of fine silica dust is added to the mortar. The mortar thus acquires a plastic consistency and will more easily enclose the reinforcement. A serious disadvantage of this concept is that the dosing of the fine powder requires the use of expensive equipment.

NO-patentsøknad nr. 923681 er rettet mot å forbedre størk-ningsretarderte sementsammensetninger som er vesentlig ikke-fortynnbare ved høye temperaturer. Som middel som gir forsinket viskositetsutvikling, som gir viskositet ved høye temperaturer, anvendes en komplekseringsmiddelbehandlet, depolymerisert galaktomannangummi. Som foretrukket størk-ningsretarderende tilsetningsstoff anvendes det en kopolymer av 2-akrylamido, 2-metylpropansulfonsyre og akrylsyre. Ved foreliggende oppfinnelse anvendes det også en akrylkopolymer. Denne kopolymeren har imidlertid en helt annen virkning enn kopolymeren ifølge den ovenfor nevnte patentsøknaden, den avviker videre fra denne når det gjelder sammensetning. NO patent application no. 923681 is aimed at improving setting-retarded cement compositions which are substantially non-dilutable at high temperatures. A complexing agent-treated, depolymerized galactomannan gum is used as an agent that provides delayed viscosity development, which provides viscosity at high temperatures. A copolymer of 2-acrylamido, 2-methylpropanesulfonic acid and acrylic acid is used as the preferred solidification-retarding additive. In the present invention, an acrylic copolymer is also used. This copolymer, however, has a completely different effect from the copolymer according to the above-mentioned patent application, it further deviates from this in terms of composition.

NO-P 172255 omhandler en fremgangsmåte ved innblanding av tilsetningsstoffer i en støpemasse, samt tilsetning til bruk ved fremgangsmåten. I denne publikasjonen beskrives en to-komponent tilsetning. Det er reaksjonen mellom de to komponentene som gir den ønskede konsistensforbedrende virkningen. Komponentene samvirker med hverandre, men ikke med massen. Det anvendes en komponent som øker betong-blandingens slump, f.eks. et vannreduserende middel og/eller superplastiserende middel, og den andre komponenten utgjøres av et stoff som opphever virkningen av det vannreduserende middelet og gir en rask forandring av konsistensen samt herding. Den ene komponenten tilsettes direkte i støpemassen, mens den andre komponenten tilsettes først i sprøytemunn-stykket under trykk. Det er vesentlig at stoffene ikke tilsettes samtidig, idet reaksjonen mellom stoffene først må finne sted i utstøpningsøyeblikket. Dette patentskriftet beskriver følgelig et helt annet prinsipp enn det som ligger til grunn for foreliggende oppfinnelse. NO-P 172255 deals with a method by mixing additives into a molding compound, as well as additives for use in the method. This publication describes a two-component additive. It is the reaction between the two components that provides the desired consistency-improving effect. The components interact with each other, but not with the mass. A component is used that increases the slump of the concrete mixture, e.g. a water-reducing agent and/or superplasticizer, and the second component consists of a substance that cancels the effect of the water-reducing agent and provides a rapid change in consistency as well as hardening. One component is added directly to the molding compound, while the other component is first added to the nozzle piece under pressure. It is essential that the substances are not added at the same time, as the reaction between the substances must first take place at the moment of casting. This patent therefore describes a completely different principle from that which is the basis of the present invention.

Formålet ved foreliggende oppfinnelse er følgelig å frem-skaffe muligheter for å unngå de ovenfor angitte ulempene ved sprøytestøping av betong eller mørtel. The purpose of the present invention is therefore to provide opportunities to avoid the above-mentioned disadvantages when injection molding concrete or mortar.

Foreliggende oppfinnelse vedrører følgelig anvendelse av et fortykningsmiddel i form av en akrylkopolymer, eller en blanding av fortykningsmidler, i en sement—, mørtel— eller kalkpussblanding for å redusere prelletapet ved sprøyte-støping. The present invention therefore relates to the use of a thickening agent in the form of an acrylic copolymer, or a mixture of thickening agents, in a cement, mortar or lime plaster mixture to reduce bounce loss during injection moulding.

Ved anvendelsen ifølge oppfinnelsen unngår man de svakhetene som de hittil brukte sprøytebetongakseleratorene medfører. I motsetning til de nevnte sprøytebetongakseleratorene virker fortykningsmiddelet ikke størkningsakselererende. Det har derimot en momentan fortykkende effekt. Når det tilsettes til betongen i sprøytemunnstykket, fortykkes betongen og den mister evnen til å flyte. Dermed blir den hengende på underlaget og prelletapet reduseres til et minimum. I motsetning til påført sprøytebetong, hvor de nevnte størk-ningsakseleratorer har vært brukt, kan sprøytebetong eller -mørtel hvor fortykningsmiddelet i henhold til foreliggende oppfinnelse anvendes, pusses og glattes i overflaten. The use according to the invention avoids the weaknesses that the shotcrete accelerators used up until now entail. In contrast to the aforementioned shotcrete accelerators, the thickener does not act as a solidification accelerator. However, it has a momentary thickening effect. When it is added to the concrete in the spray nozzle, the concrete thickens and loses its ability to flow. This means that it hangs on the surface and bounce loss is reduced to a minimum. In contrast to applied shotcrete, where the aforementioned solidification accelerators have been used, shotcrete or mortar where the thickening agent according to the present invention is used can be plastered and smoothed on the surface.

En annen viktig fordel som oppnås ved anvendelsen ifølge foreliggende oppfinnelse er at fortykningsmiddelet ikke gir redusert sluttfasthet i betongen/mørtelen eller pussen. Another important advantage achieved by the application according to the present invention is that the thickening agent does not reduce the final strength of the concrete/mortar or plaster.

Ytterligere fordeler ved anvendelsen av fortykningsmiddelet er at det ikke er etsende eller helsefarlig. Middelet har den ønskede virkningen når det kommer i kontakt med betongen, mørtelen eller pussen, uavhengig av om massen inneholder andre tilsetningsstoffer eller ikke. Den eneste forut-setningen for å få den fortykkende virkningen er at mørtelen eller betongen har en pH som ligger i riktig område for fortykningsmiddelet. Dette oppnås så vel i sementbasert betong og mørtel som i ren kalkmørtel, fordi de inneholder henholdsvis Portlandsement eller kalk. Further advantages of using the thickener are that it is not corrosive or hazardous to health. The agent has the desired effect when it comes into contact with the concrete, mortar or plaster, regardless of whether the mass contains other additives or not. The only prerequisite for the thickening effect is that the mortar or concrete has a pH that is in the correct range for the thickener. This is achieved in cement-based concrete and mortar as well as in pure lime mortar, because they contain Portland cement or lime respectively.

Som nevnt ovenfor anvendes det ved foreliggende oppfinnelse som fortykningsmiddel en akrylkopolymer. Spesielt gode resultater er oppnådd ved anvendelse av en dispersjon av en akrylkopolymer med unøytraliserte karboksylgrupper. Fortykningen vil i dette tilfellet finne sted når karboksylgrup-pene nøytraliseres. As mentioned above, in the present invention an acrylic copolymer is used as thickener. Particularly good results have been obtained by using a dispersion of an acrylic copolymer with unneutralized carboxyl groups. In this case, the thickening will take place when the carboxyl groups are neutralized.

For en fagmann er det kjent at en slik organisk forbindelse som inneholder karboksylgrupper vil ha en sterkt retard-erende effekt på sementhydratasjonen og dermed fasthetsutvik-1 ingen. Det har ved foreliggende oppfinnelse overraskende vist seg at fortykningsmiddelet utøver den ønskede fortykkende virkningen allerede ved meget lav dosering. Ved denne lave doseringen er retardasjonen av fasthetsutviklingen enten ikke tilstede eller er så lav at den er uten praktisk betydning. It is known to a person skilled in the art that such an organic compound containing carboxyl groups will have a strong retarding effect on cement hydration and thus no development of firmness. In the present invention, it has surprisingly been shown that the thickening agent exerts the desired thickening effect already at a very low dosage. At this low dosage, the retardation of firmness development is either not present or is so low that it is of no practical importance.

Ved anvendelsen ifølge oppfinnelsen benyttes følgelig fortykningsmiddelet i mengder fra 0,01 vekt-# på tørrstoff-basis. Den øvre grensen for anvendelsen er gitt ved at den nevnte retardasjonen vil bli merkbar ved sterkt økende mengde av fortykningsmiddel. I forbindelse med foreliggende oppfinnelse er det derfor satt en øvre grense på 5,0 vekt-#. Utover denne grensen fungerer systemet fortsatt, men f asthetsutvikl ingen vil ta lenger tid enn for masser hvor tradisjonelle akseleratorer anvendes. In the application according to the invention, the thickening agent is consequently used in amounts from 0.01 wt-# on a dry matter basis. The upper limit for the application is given by the fact that the aforementioned retardation will become noticeable with a greatly increasing amount of thickener. In connection with the present invention, an upper limit of 5.0 weight # has therefore been set. Beyond this limit, the system still works, but solidity development will not take longer than for masses where traditional accelerators are used.

Det bør her understrekes at den optimale mengden fortykningsmiddel videre vil avhenge av hvorledes blandingen er innstilt. En tyktflytende masse vil naturlig nok kreve mindre fortykningsmiddel enn en mer tyntflytende blanding. En foretrukket mengde fortykningsmiddel for mange masser synes å være 0,1-2,0 vekt-#. It should be emphasized here that the optimal amount of thickener will further depend on how the mixture is set. A viscous mass will naturally require less thickener than a thinner mixture. A preferred amount of thickener for many pulps appears to be 0.1-2.0 wt-#.

Foreliggende oppfinnelse kan finne anvendelse både ved tørrsprøyting og våtsprøyting av betong. I begge tilfeller er det en forutsetning at det flytende fortykningsmiddelet tilsettes til massen etter at vanntilsetningen er foretatt. The present invention can be used in both dry spraying and wet spraying of concrete. In both cases, it is a prerequisite that the liquid thickener is added to the mass after the water has been added.

Oppfinnelsen skal belyses nærmere ved hjelp av det etter-følgende eksempelet. The invention shall be explained in more detail by means of the following example.

Eksempel Example

Innledende forsøk Initial attempts

Det ble innledningsvis utført en serie forsøk i laboratorie-målestokk for å fastlegge det mengdeområdet hvori det flytende fortykningsmiddelet utøver den ønskede virkningen. Initially, a series of tests were carried out on a laboratory scale to determine the quantity range in which the liquid thickener exerts the desired effect.

Sprøyteforsøk Spray test

I forsøket ble det brukt en kommersiell sprøytemørtel med maks. kornstørrelse på sanden på 4 mm. Mørtelen inneholdt 24 vekt-# Portlandsement og 0,6$ silikastøv. Ved blanding ble det tilsatt 0,6$ (på tørrstoffbasis) av et melaminbasert superplastifiserende betongtilsetningsstoff og en vannmengde tilsvarende et vann/sementforhold på 0,43. Dette ga en flytende konsistens slik at mørtelblandingen var godt pumpbar. Mørtelen ble sprøytet på en vertikal betongvegg med et aggregat som er laget for, og brukes til, mørtelsprøyting. In the experiment, a commercial spray mortar with max. grain size of the sand of 4 mm. The mortar contained 24 weight-# of Portland cement and 0.6% silica fume. During mixing, 0.6$ (on a dry matter basis) of a melamine-based superplasticizing concrete additive and an amount of water corresponding to a water/cement ratio of 0.43 were added. This gave a liquid consistency so that the mortar mixture was well pumpable. The mortar was sprayed onto a vertical concrete wall with an aggregate that is made for, and is used for, mortar spraying.

Ved påsprøyting av denne mørtelblandingen uten andre tilsetninger ble det påførte laget (ca. 3 cm) ikke hengende fast på den vertikale betongflaten, men seg ned. Ved forsøk på pussing fikk en oppriving av flaten, trolig på grunn av sig. When this mortar mixture was sprayed on without other additives, the applied layer (approx. 3 cm) did not hang firmly on the vertical concrete surface, but settled down. When attempting to plaster, the surface was scratched, probably due to sedimentation.

I hovedforsøket ble det nevnte flytende fortykningsmiddelet i form av en di sper sjon av en akrylkopolymer med unøytrali-serte karboksylgrupper, blandet inn i mørtelen like ved utløpet der mørtelen sprøytes mot veggen. Fortykningen skjedde umiddelbart og det ble påsprøytet et mørtellag på opp til 5 cm som ble sittende på veggen uten å sige ned. Mørteloverflaten lot seg lett pusse. In the main experiment, the aforementioned liquid thickener in the form of a dispersion of an acrylic copolymer with unneutralized carboxyl groups was mixed into the mortar close to the outlet where the mortar is sprayed against the wall. The thickening happened immediately and a mortar layer of up to 5 cm was sprayed on, which remained on the wall without seeping down. The mortar surface was easy to sand.

I dette forsøket ble det ikke gjort noen systematisk undersøkelse for å optimalisere doseringsmengde av fortykningsmiddelet, men i gjennomsnitt for hele forsøket ble det brukt 1% på tørrstoffbasis av sementmengden. In this experiment, no systematic investigation was made to optimize the dosing amount of the thickener, but on average for the entire experiment, 1% on a dry matter basis of the amount of cement was used.

Temperaturen under sprøyteforsøket var ca. 8"C og den gikk ned mot 0°C den etterfølgende natten. Etter 4-5 timer ble det observert begynnende størkning/herding, og etter ca. 16 timer var mørtellaget helt hardt som vanlig. Dette tyder ikke på at fortykningsmiddelet har medført uønsket retardasjon. The temperature during the spray test was approx. 8"C and it went down towards 0°C the following night. After 4-5 hours initial solidification/hardening was observed, and after approx. 16 hours the mortar layer was completely hard as usual. This does not indicate that the thickener has caused unwanted retardation.

Claims

1. Use of a liquid thickener in the form of an acrylic copolymer, or a mixture of thickeners, in a cement, mortar or lime plaster mixture to reduce bounce loss during injection moulding.

2. Use according to claim 1, where the thickening agent is in the form of a solution or dispersion.

3. Use according to claim 1 or 2, where the amount of the thickener amounts to 0.01 to 5.0% by weight on a dry matter basis.