ITRM950541A1

ITRM950541A1 - Miscela di aerazione

Info

Publication number: ITRM950541A1
Application number: IT95RM000541A
Authority: IT
Inventors: Takao Furusawa; Yoshikazu Minomiya
Original assignee: Sandoz Ag
Priority date: 1994-08-12
Filing date: 1995-07-31
Publication date: 1997-01-31
Also published as: ITRM950541A0; CH689619A5; JP3504346B2; DE19528912A1; IT1277894B1; GB9516232D0; FR2723582A1; JPH0859320A; GB2292141A

Abstract

Una miscela di aerazione adatta in particolare per essere usata con le composizioni cementizie che comprende cenerino con alti livelli di carbone residuale (perdita all'accensione oltre il 5%), che comprende un agente attivo di superficie a base di acido grasso; ed un agente attivo di superficie non ionico, l'agente attivo di superficie a base di acido grasso (a) essendo scelto dagli acidi C12 - 24alcanoici e i loro sali di metalli alcalini, alchilammine inferiori e alcanolamine inferiore, e l'agente attivo di superficie non ionico (b) essendo scelto dai materiali della formula Ph(R)-O-(CH2 CH2O-)nH dove Ph(R) rappresenta un gruppo fenile sostituito con R, essendo R C8-9alchile ed n è da 1 a 50. Un componente addizionale utile è un sale scelto dal gruppo formato dai sali alchilsulfonati, sulfonati alchilarile, esteri di solfato di alcoli alti e resinati.

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Miscela di aerazione"

Questa invenzione riguarda l'introduzione di aria nelle composizioni cementizie e le composizioni per l'introduzione dell'aria e il loro uso.

Le composizioni cementizie come quelle di calcestruzzo, malta e stucco devono essere aerate, per esempio, per migliorare la lavorabilità o per conferire durabilità di congelamento-disgelo migliorata. Ciò comunemente si ottiene incorporando nella composizione fluida una miscela per introduzione di aria (di seguito "Miscela AE"). L'atto di miscelare le composizioni cementizie causa delle bolle; queste sono stabilizzate con la miscela AE. Gli stessi materiali sono descritti in ASTM C 260 e il tema dell'aerazione è trattato estesamente in letteratura (vedere, per esempio, "Concrete Admixtures Handbook", ed. Ramachandran (Noyes 1984) le descrizioni del quale sono incorporate per riferimento) . Esempi di miscele AE comprendono surfattanti, esteri di solfato di alcoli alti e alchilsulfonati .

Sebbene le miscele AE conosciute forniscono eccelenti prestazioni con alcune delle composizioni cementizie note, tuttavia non sono universalente efficaci. Un esempio di ridotta efficacia è l'uso in congiunzione con le composizioni cementizie che comprendono cenerino. Il cenerino è un residuo polverizzato delle fornaci industriali a carbone ed è molto usato nelle composizioni cementizie, per esempio, come riduttore della permeabilità. Il problema con il cenerino è che questo contiene quantità di carbone residuale (alcune volte indicato come "carbone non combusto") che sopravvive ai processi di combustione. E' stato ritenuto che tale carbone residuale ha la capacità di assorbire le miscele AE e perciò diminuisce la loro efficacia. Il problema è reso più complesso da due fattori, (i) il carbone può avere origine da una grande varietà di aree, nel senso che il contenuto di carbone residuale può cambiare da infornata ad infornata, rendendo difficile l'eliminazione del problema; e (ìì) le pressioni ambientali hanno costretto a bruciare il carbone a temperature più basse, e quindi creando sempre più carbone residuale nel cenerino risultante. Sono stati fatti dei tentativi per superare questo problema sviluppando particolari agenti AE. Tuttavia, queste miscele AE hanno ridotte proprietà di immissione di aria o hanno bisogno di una grande quantità per raggiungere il loro effetto, o entrambi questi problemi .

E' stato ora scoperto che una particolare miscela di materiali fornisce una miscela AE che non solo ha eccelenti qualità per introdurre l'aria, ma che si possono ottenere dosaggi relativamente bassi, anche in presenza del cenerino con carbone residuale. Inoltre viene fornita, secondo l'invenzione, una miscela di introduzione dell'aria che comprende:

a) un agente attivo di superficie a base di acido grasso , e

b) un agente attivo di superficie non ionico essendo scelto l'agente attivo di superficie a base di acido grasso (a) dagli acidi Ci2-24alcanoici e i loro salì dì metalli alcalini, alchilamine inferiori e alcanolamine inferiori, e l'agente attivo di superficie non ionico (b) essendo scelto dai materiali della formula

dove Ph(R) rappresenta un gruppo fenilo sostituito con R, essendo R, C8-9alchile ed n è da 1 a 50.

In una realizzazione preferita dell'invenzione, la miscela per introduzione di aria addizionalmente comprende (c) un sale scelto dal gruppo formato dai sali di alchilsulfonati, sulfonati alchilarile, esteri di solfato di alcoli più alti e resinati.

L’agente attivo di superficie a base di acido grasso (a) può essere scelto da una qualsiasi delle sostanze note allo stato dell'arte. La catena dell'acido grasso nell'agente attivo di superficie (a) può essere satura o insatura, a catena lineare o a catena ramificata. L'agente attivo di superficie a base di acido grasso (a) possono essere acidi grassi, o preferibilmente, possono essere i sali di tali acidi grassi, preferibilmente i sali di metalli alcalini o amine. I sali di metallo alcalino preferiti sono quelli di sodio e di potassio, e i sali preferiti di amine sono preferibilmente quelli delle alchilammine o alcanolammine a basso peso molecolare, preferibilmente quelli della trietìlammina o trìetanolamrtina. Gli agenti attivi di superficie preferiti (a) comprendono il sapone dell'acido grasso dì tallolio, sapone dell'acido oleico, sapone dell'acido linoleico e il sapone dell'acido grasso dì palma, essendo in particolare desiderabile il sapone dell'acido grasso dì tallolio.

L'agente attivo di superficie non ionico (b), come definito sopra, può essere scelto da uno qualsiasi di tali materiali. Il sostituente R su un gruppo fenile può essere a catena lineare o a catena ramificata, ed è preferibilmente C8 o C9 alchile. Gli esempi specifici comprendono l'etere nonilfenil poliossietilene e l'etere octil fenil poliossietilene. Il numero n di unità di ossietilene per molecola è nella gamma da 1 a 50. E' stato scoperto che il valore di n ha un effeto sulla capacità delle miscele AE di questa invenzione, di provocare una sufficiente immissione di aria in presenza di cenerino con una elevata proporzione di carbone residuale. Per l'uso con un tale materiale, le miscele AE, preferibilmente, comprendono un agente attivo di superficie (b) con da 20 a 30 unità di ossietilene per molecola.

I sali del componente (c) della miscela AE, secondo l'invenzione possono essere scelti da una grande varietà di materiali adatti.

I radicali alchile di sulfonato alchile e il sulfonato arii alchile sono tipicamente C9-C12 e possono essere a catena lineare o a catena ramificata. I sali sono preferibilmente sali di metallo alcalino, in particolare sodio e potassio, o sali di trietanolammina . I tipi specifici comprendono i sulfonati dì α-olefina, i sulfonati benzene alchile e i sulfati alchile. Riguardo ai sulfati degli alcoli alti, gli alcoli dovrebbero avere almeno 12 atomi di carbonio. Sono anche usati additivi di ossido di etilene di tali alcoli , e gli esempi tipici comprendono i sulfati di etere alchil poliossietilene e i sulfati dell'etere fenil alchil poliossietilene. I resinati tipici comprendono il sapone di rosina ottenuto con la saponificazione della resina di pino con idrossido di sodio o idrossido di potassio, e i sali di sodio, potassio, trietanolammina dell'acido abietico.

I rapporti in peso dei singoli componenti sono dal 10 al 90%, preferibilmente dal 10 all'80% (sulla base del materiale attivo), dell'agente attivo di superficie (a), dal 90 al 10% dall'agente attivo dì superficie non ionico (b) e non oltre il 20% del componente (c) quando questo materiale è presente. La miscela è usata ad un rapporto da 0.001 allo 0.1% in peso degli attivi con il peso del cemento più la miscela AE. Le miscele AE sono generalmente usate nella forma di soluzione acquosa. Possono essere usati, insieme con altre miscele conosciute allo stato dell'arte, come agenti di riduzione dell'acqua, agenti di riduzione dell'acqua AE, agenti di riduzione dell’acqua di alta gamma, agenti di riduzione dell'acqua AE ad alta gamma, fluidificanti, agenti impermeabilizzanti, agenti antiruggine ed agenti di riduzione del restringimento.

La miscela AE secondo l'invenzione è utile per aerare le composizioni cementizie. E' particolarmente utile quando usata in tali composizione che comprendono materiale con carbone residuale. E' stato ritenuto, senza limitare l'invenzione in alcun senso, che il carbone residuale assorbe convenzionalmente le miscele AE. I problemi causati da materiale come il cenerino, sono riportati in JIS (Standard dell'Industria Giapponese) A 6201, che specifica che non devono essere usate cenerini con una perdita superiore al 5% all'accensione. Pertanto, le miscele AE della presente invenzione possono essere usate con cenerini con perdita all'accensione di oltre il 5%. L'invenzione, inoltre, fornisce una procedimento per preparare una composizione cementizia aerata contenente cenerino, usando un cenerino che ha una perdita all'accensione di oltre il 5%, comprendendo l’aggiunta alle composizioni cementizie che includono il cenerino di un miscela per l'immissione di aria come qui descritta. Inoltre, l'invenzione fornisce una composizione cementizia aerata di cenerino in cui il cenerino ha una perdita all'accensione di oltre il 5%, comprendendo la composizione una miscela di immissione di aria come viene qui descritta.

Inoltre, l'invenzione è illustrata con i seguenti esempi.

Esempio 1

1) Metodo di prova

a) Metodo di miscelazione del calcestruzzo Aggregato fine, cemento, e acqua di miscelazione (comprendendo agente di riduzione dell'acqua AE e la miscela AE secondo l'invenzione) sono introdotti in un miscelatore e viene eseguita la miscelazione per 30 secondi. Viene quindi introdotto aggregato grezzo e la miscelazione viene proseguita per 90 secondi.

b) Mutamenti nel calcestruzzo in funzione del tempo Dopo la misurazione della consistenza (JIS A 1101) e il contenuto di aria (JIS A 1128) della miscela del conglomerato, il conglomerato viene trasferito in un miscelatore del tipo ribaltabile, e l'agitazione viene proseguita con un angolo di inclinazione di 15 gradi e la velocità di rotazione del miscelatore di 2 giri/min. e viene misurato il contenuto di aria a 30 minuti e a 60 minuti.

2) Materiali usati

a. Cemento

Sono usati cemento portland ordinario (gravità specifica = 3.16) formato in parti uguali da cemento portland ordinario delle compagnie Onada, Sumitomo e Mitsubishi Material miscelati insieme.

b. Cenerino

Viene usato cenerino commerciale (gravità specifica = 2.26, superficie specifica = 3410 cm<2>/g, perdita all'accensione = 3.9%, assorbimento blu di metilene = 0.9 mg/g).

c. Aggregato fine

Viene usata sabbia di cava del bacino Oi River (gravità specifica = 2.64, moduli di finezza = 2.76) .

d. Aggregato grezzo

Viene usata pietra frantumata da Ome, Tokyo (grandezza massima = 20 rom, gravità specifica = 2.65, moduli di finezza = 6.63).

e. Acqua di miscelazione

Viene usata acqua di rubinetto.

f. Agente di riduzione dell'acqua AE

Viene usato un agente di riduzione dell'acqua AE (Nome di proprietà "Pozzolith" (marchio di fabbrica) No. 70, fabbricato dalla NMB Ltd.

g. Miscela AE

Viene usata la seguente miscela AE.

Come agente attivo di superficie a base di acido grasso (a)

tallolio saponificato con idrossido di potassio .

Come agente attivo di superficie non ionico (b): prodotti di addizione di 10-, 20-, 25-, 30-40- e 50-moli di ossido di etilene a nonilfenolo (di seguito abbreviato in bl, b2, b3, b4, b5 e b6, rispettivamente) .

Come ingrediente (c):

Sulfonato di sodio dodecilbenzene ( di seguito abbreviato in cl)

Acido resinico saponificato con idrossido di sodio (di seguito abbreviato in c2)

sulfonato di sodio α-olefina (di seguito abbreviato in c3)

solfato di sodio dell'etere nonilfenil poliossietilene (di seguito abbreviato in c4).

3) Proporzioni della miscela di calcestruzzo e risultati della prova

Le proporzioni della miscela del calcestruzzo sono determinate con l'obiettivo di una consistenza di 18 ± 2 cm e l'obiettivo di contenuto di aria di 5 ± 0.5 percento, senza aggiunta di cenerino e con una aggiunta di cenerino al 20 percento del cemento totale più il cenerino. Le proporzioni della miscela sono indicate nella tabella 1.

Tabella 1

W: acqua, C: cemento, FA: cenerino, S: sabbia (aggregato fine), G: ghiaietto (aggregato grezzo), AEWRA: agente di immissione di aria e di riduzione dell 'acqua.

Il calcestruzzo viene fabbricato secondo queste proporzioni di miscela, e sono misurati il contenuto di aria e i cambiamenti nel contenuto di aria in funzione del tempo. I risultati sono indicati nelle tabelle 2 e 3.

Gli esperimenti numero 13 e dal numero 17 al numero 21 nella Tabella 2, sono casi in cui il numero delle unità di ossietilene aggiunte all'etere nonilfenil poliossietilene sono variate, essendo 10 (b1), 20 (b2), 25 (b3), 30 (b4), 40 (b5) e 50 (b6), l'agente attivo di superficie (a) costante. Viene osservata una tendenza alla riduzione per il dosaggio della miscela AE quando il numero di unità di ossietilene è ridotto. Inoltre, poiché l'agente attivo di superficie non ionico (b) decresce con la riduzione del numero delle unità di ossietilene, per gli scopi pratici è desiderabile che il numero delle unità di ossietilene aggiunte siano nella gamma da 20 a 30.

Gli esperimenti No. da 1 a 7, sono casi in cui non è stato aggiunto cenerino, e dove il rapporto di aggiunta dell'ingrediente (b) è aumentato, si osserva una tendenza per cui il dosaggio della miscela AE necessaria per raggiungere l'obiettivo del contenuto di aria deve essere superiore rispetto al caso in cui non c'è stata aggiunta dell'ingrediente (b) (Esperimento no. 1). Tuttavia, nei casi degli esperimenti dal No. 10 al No. 16, in cui è stato aggiunto cenerino, il dosaggio della miscela AE necessario per raggiungere l'obiettivo del contenuto di aria, dove le percentuali di aggiunta dell'ingrediente (b) sono dal 10 al 90 percento, sono più basse rispetto a quelle necessarie nel caso in cui l'agente attivo di superficie (a) è usato da solo (esperimento No. 10) e l'agente attivo di superficie non ionico (b) è usato da solo (esperimento No. 16}. Il dosaggio più basso si ottiene quando il rapporto degli ingredienti (a) e (b) è 25 : 75 in percentuale di peso. Ciò può essere visto con riferimento alla Figura 1, un diagramma di rapporto fra dosaggio e composizione.

Gli esperimenti N. 8 e N. 9 sono casi in cui è usata una miscela AE di tipo resinato commerciale (c2), e sebbene l'obiettivo del contenuto di aria è stato ottenuto immediatamente dopo la miscelazione, nel caso di aggiunta di cenerino (Esperimento N. 9), il contenuto di aria è molto ridotto con il trascorrere del tempo.

La Tabella 3 mostra i risultati quando sono usati in combinazione sulfonato di sodio dodecilbenzene (cl), acido resinico saponificato con idrossido di potassio (c2), sulfonato di sodio α-olefina (c3), e il solfato di sodio nonilfeniltere poliossietilene (c4) aggiunti come (c) agli ingredienti (a) e (b). Gli esperimenti dal N. 26 al N. 31 nella tabella 3 sono casi in cui è aggiunto il cenerino, e le miscele AE che usano questi ingredienti mostrano eccellenti proprietà a piccoli dosaggi. L'esperimento N. 32 è un caso in cui è usato l'acido resinico saponificato con idrossido di potassio ad un rapporto di miscelazione superiore a quello desiderato del 25 percento in peso e il contenuto di aria diminuisce con il trascorrere del tempo.

Esempio 2

1) Metodo di prova

a. Metodo di miscelazione del calcestruzzo - come per l’esempio 1.

Sono misurati la consistenza (JIS A 1101) e il contenuto di aria (JIS a 1128).

2 . Materiali usati

a. Cemento

E' usato cemento portland ordinario (gravità specifica = 3.16) formato in partì uguali da cemento ordinario portland delle compagnie Onoda e Sumitomo e Mitsubishi Material, miscelati insieme.

b. Cenerino

Sono usati otto lotti (da FI a F8) di cenerino di differenti perdite all'accensione prodotti dalla stessa centrale elettrica. Le gravità specifiche, le perdite all'accensione e l’assorbimento di blu di metilene di questi cenerini sono riportate nella tabella 5.

c. Aggregato fine

E’ usata sabbia di cava del bacino Oi River (gravità specifica = 2.64, moduli di finezza = 2.76).

d. Aggregato grezzo

E' usata pietra frantumata da Ome, Tokyo (grandezza massima = 20 mm, gravità specìfica - 2,65; moduli di finezza = 6.63).

e. Acqua di miscelazione

E' usata acqua di rubinetto.

f. Miscela AE

Sono usate le miscele AE descritte di seguito.

AE1

Somo miscelati insieme tallolio saponificato con idrossido di potassio come agente attivo di superficie a base di acido grasso (a) in una proporzione del 50 percento in peso e un additivo dell'etere nonilfenil poliossietilene avente 25 unità di ossietilene come agente attivo di superficie non ionico (b) in una proporzione del 50 percento in peso.

EA2

Sono miscelati insieme tallolio saponificato con idrossido di potassio come agente di superficie a base di acido grasso (a) in una proporzione del 35 percento in peso, un additivo dell'etere nonilfenil poliossietilene avente 25 unità di ossietilene come agente attivo di superficie non ionico (b) in una proporzione del 60 percento in peso, e acido resinico saponificato con idrossido di potassio in una proporzione del 5 percento in peso.

AE3

Una miscela AE fabbricata dalla NMB Ltd (nome di proprietà: No. 303A, con un sulfonato alchilarile come ingrediente principale).

AE4

Una miscela AE per cenerino della Toho Kagaku Kogyo (nome di proprietà: "Cemerol" T-80, con monooleato di sorbitano poliossietilene come ingrediente principale).

3. Proporzioni di miscelazione del calcestruzzo e risultati delle prove

Viene determinato il dosaggio della miscela AE che ha un contenuto di aria di circa il 5 percento quando si usa cenerino F4 con una perdita all'accensione approssimativamente media. Questo dosaggio è usato per altro cenerino e sono misurate le fluttuazioni nel contenuto di aria.

Le proporzioni della miscela quando è usato cenerino al 20 percento del peso totale del cemento più cenerino, sono determinate mediante miscele di prova. Le proporzioni della miscela sono mostrate nella Tabella 4.

Tabella4

W: acqua; C: cemento; FA: cenerino, S: sabbia (aggregato fine), G: ghiaietto (aggregato grezzo)

I risultati della prova sono mostrati nelle tabelle 5 e 6 Come mostrato nella tabella 5, poiché il contenuto di aria usando AE1 è in una gamma dal 3.7 al 5.2 percento con il coefficiente di variazione del 10.0 percento e 1 contenuti di aria usando AE2 sono in una gamma dal 3.7 al 5.2 percento con il coefficiente di variazione del 9.8 percento, i contenut di aria usando AE3 sono in una gamma da 2.5 a 7.0 percento con il coefficiente di variazione del 35.2 percento, i contenuti di aria usando AE4 sono in una gamma da 2.7 al 6.4 percento con

il coefficiente di variazione del 25,0 percento. Inoltre, quando sono usate AE1 e AE2, le fluttuazioni nei contenuti di aria sono estremamente piccoli e contenuti stabili di aria sono ottenuti con piccoli dosaggi, sebbene varia la perdita all'accensione del cenerino. Questo contrasta con i risultati ottenuti quando sono usate AE3 ed AE4, dove le variazioni sono molto maggiori.

Tabella 5 nell'ultima pagina.

Tabella 6

Nota<1) >II dosaggio dei solidi della miscela AE in peso percentuale di cemento o della quantità totale di cemento e di cenerino.

La tabella 6 mostra i risultati della prova nei cambiamenti nei contenuti di aria del calcestruzzo in funzione del tempo usando AE1, AE2, AE3 ed AE4. I contenuti di aria del calcestruzzo usando AE1 ed AE2 non mostrano quasi alcuna riduzione anche dopo un periodo di 60 minuti. Inoltre, nel caso di AE3, confrontata con AE1 ed AE2, sebbene l'aria può essere introdotta con un basso dosaggio, la riduzione del contenuto di aria dopo un tempo di 60 minuti è considerevole. Nel caso di AE4, sebbene la riduzione del contenuto di aria dopo trascorsi 60 minuti sia ridotto, il dosaggio richiesto è molto alto rispetto ad AE1 e AE2.

Claims

Rivendicazioni 1. Una miscela per l'immissione di aria che comprende : a) un agente attivo di superficie a base di acido grasso b) un agente attivo di superfìcie non ionico l'agente attivo di superficie a base di acido grasso (a) essendo scelto dagli acidi C12-24 alcanoico e i loro sali di metalli alcalini, alchilamine inferiori e alcanolamine inferiori, e l'agente attivo di superficie non ionico (b) essendo scelto dai materiali della formula dove Ph(R) rappresenta un gruppo fenile sostituito con R, essendo R C8-9alchile e n è da 1 a 50.
2. Una miscela di immissione di aria secondo la rivendicazione 1, in cui addizionalmente la miscela comprende (c) un sale scelto dal gruppo formato da sali di sulfonati alchile, sulfonati alchilarile, esteri di solfato di alcoli alti e resinati.
3. Una miscela di immissione di aria secondo la rivendicazione 1, in cui l'agente attivo di superficie a base di acido grasso (a) è scelto dagli acidi grassi, o sali di questi, preferibilmente i sali di metalli alcalini o amine.
4. Una miscela di immissione di aria secondo la rivendicazione 3, in cui i sali di metallo alcalino sono quelli di sodio e di potassio, e i sali preferiti di amine sono preferibilmente quelli delle alchilammine e alcanolammine a basso peso molecolare, preferibilmente quelli della trietilammina o della trietanolammina.
5. Una miscela di immissione di aria secondo la rivendicazione 1, in cui il sostituente R è scelto dai gruppi ottile e nonile.
6. Una miscela di immissione di aria secondo la rivendicazione 1, in cui il numero n di unità di ossietilene per molecola è nella gamma da 1 a 50, preferibilmente da 20 a 30 unità di ossietilene per molecola.
7. Una miscela di immissione dì aria secondo la rivendicazione 2, in cui l'additivo (c) è un sale di metallo alcalino, preferibilmente di sodio e potassio o sale di trietanolammina .
8. Una miscela di immissione di aria secondo la rivendicazione 1, in cui i rapporti in peso dei singoli componenti sono dal 10 al 90% (sulla base del materiale attivo) dell'agente attivo di superficie (a), dal 90 al 10% dell'agente attivo di superficie non ionico (b) e, quando è presente il componente (c), non più del 20% di questo.
9. Un procedimento per la preparazione di una composizione cementizia aerata contenente cenerino, usando cenerino che ha una perdita all'accensione di oltre il 5%, comprendendo l'aggiunta alla composizione cementizia, che comprende cenerino, di una miscela di immissione di aria secondo la rivendicazione 1 o la rivendicazione 2.
10. Una composizione cementizia aerata contenente cenerino in cui il cenerino ha una perdita all'accensione di oltre il 5%, comprendendo la composizione una miscela di immissione di aria secondo la rivendicazione 1 o la rivendicazione 2.