ITRM950620A1 - Metodo di controllo della idratazione di sistemi cementizi - Google Patents
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Abstract
Il controllo della idratazione in composizioni cementizie viene realizzato aggiungendo una quantità capace di ritardare la procedura di un sale neutralizzato solubile in acqua di un acido alfa-monoidrossi carbossilico a doppia o multipla funzionalità al miscuglio iniziale ed una quantità attivatrice di un sale neutralizzato solubile in acqua di un acido alfa-monoidrossi carbossilico a doppia o multipla funzionalità quando si richiede l'attivazione. I sali di acido citrico, di acido malico e di acido citramalico sono particolarmente favoriti. Un tale controllo specialmente utile nell'applicazione di "shotcrete".
Description
DESCRIZIONE
"Metodo di controllo della idratazione di sistemi cementizi"
1. Campo dell'Invenzione
La presente invenzione si riferisce al control lo di idratazione dei sistemi cementizi e più partlco larmente all'impiego di sali neutralizzati di acidi alfa-monoidrossi carbossilici a doppia e multipla fun zionalità per ottenere il controllo della idratazione.
2. Descrizione della Tecnica Relativa
Il controllo della idratazione si riferisce al controllo sul tempo di presa o di indurimento del cemento, vale a dire ad un ritardo controllato seguito da una successiva attivazione della idratazione del cemento. Il controllo della idratazione è utile in nu merose diverse situazioni, per esempio nel ricupero di calcestruzzo non utilizzato, come descritto nel brevetto statunitense No. 4.964.917, in situazioni in cui il calcestruzzo viene preparato in una posizione lontana e successivamente trasportato sul cantiere di opera in uno stato di presa ritardata per ragioni di spesa e/o per convenienza, come descritto nel brevetto statunitense No. 4.676.832, per le operazioni di cementazione che vengono eseguite, per esempio nelle operazioni di intonacatura di piattaforme in mare aperto ed in applicazioni di applicazione a spruzzo o shotcrete di calcestruzzo, in cui spesso si richiedono lunghi tempi di lavoro seguiti da una presa molto rapida .
Il controllo della idratazione può essere des_i_ derato a partire dal mescolamento iniziale oppure in qualche tempo successivo dopo che la idratazio ne è già iniziata. Nella situazione in cui la composi zione cementizia viene preparata In un posto lontano e quindi viene trasportata sul cantiere di lavoro, un tale ritardo è desiderato a partire dall'inizio con successiva attivazione in qualche tempo successivo. In altre situazioni, per esempio il ricuDero del calcestruzzo, la idratazione del cemento è già iniziata, ma deve essere ritardata per un certo periodo di tempo, generalmente per tutta la notte oppure per un fine settimana, fino a che si desidera impiegare il cal_ cestruzzo.
Il controllo della idratazione è stato realizzato in alcune situazioni utilizzando due diversi agenti di mescolamento, un agente ritardatore o di ral lentamente) per ritardare la presa ed un agente accele ratore per attivare la presa del sistema cementizio. Tuttavia, molti dei materiali comunemente impiegati in qualità di agenti di rallentamento sono acidi, per esempio acido gluconico, acido citrico ed acido fosfo rico, aventi un pH inferiore a 2,5, mentre la maggior parte dei tradizionali agenti acceleratori sono basici, per esempio soluzioni fortemente alcaline di sil cati e di alluminati, aventi un pH superiore a 12. Am bedue gli agenti additivi pertanto sono indesideratili dal punto di vista ambientale e della sicurezza.
SOMMARIO DELL INVENZIONE
La presente invenzione fornisce un procedimento conveniente e sicuro per ottenere il controllo de_I_ la idratazione di sistemi cementizi comprendenti un legante idraulico. Specificamente, il controllo della idratazione di sistemi cementizi è stato inaspettatamente realizzato mediante la scelta del dosaggio di un sìngolo additivo, un sale neutralizzato di un acido alfa-monoidrossi carbossilico a doppia o multipla funzionalità. Per bassi valori di dosaggio, usualmente al disotto del 4% in peso, in base al peso del legante idraulico, tali sali neutralizzati agiscono in qualità di agenti rallentatori. A dosaggi superiori (fra circa 5% e circa 8% in peso, in base al peso del legante Idraulico), i sali neutralizzati Invertono i loro ruoli ed agiscono come agenti acceleratori. Poiché i sali neutralizzati secondo la presente invenzio ne hanno un pH in un sistema acquoso fra 7,5 e 8,3, gli evidenti pericoli ambientali e di sicurezza associati alla fabbricazione, al trasporto ed alla applicazione di molti dei tradizionali agenti rallentatori e/o acceleratori vengono eliminati. In aggiunta, poiché un agente di mescolamento o additivo può essere usato sia per ritardare (stabilizzare) sia quindi Der riattivare la idratazione di un sistema cementizio, la presente invenzione rende più facile, più sicuro, più conveniente e più efficiente Der l'utente finale realizzare il controllo della idratazione.
La Dresente invenzione è particolarmente utile nell 'appiicazione di calcestruzzo a spruzzo, cioè shotcreting, e più partieoiarmento nelle operazioni di shotcreting ad umido, in cui la composizione cemen_ tizia applicata deve indurire o far presa rapida dopo l'applicazione. In un'altra forma di realizzazione, la presente invenzione è utile nelle applicazioni di calcestruzzo sotterranee, in cui si richiede la stab_i_ lizzazione per un certo periodo di tempo, seguita so_l_ tanto da temDi di presa leggermente accelerati e da un rapido sviluppo della resistenza meccanica. Ancora In una ulteriore forma di realizzazione, la presente invenzione è utile per il ricupero di residui di calcestruzzo.
DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL INVENZIONE
Nel senso usato nella presente descrizione, il termine "calcestruzzo" rappresenta un miscuglio comprendente acqua, un materiale cementizio ed un aggregato.
Specificamente, l'invenzione si riferisce ad un procedimento di controllo della idratazione di un miscuglio di acqua e cemento, consistente nell'aggiu_n ta al miscuglio di una quantità rallentatrice di un sale neutralizzato di un acido monoidrossi carbossil co a doppia o multipla funzionalità con una operazione di mescolamento iniziale e di una ulteriore quanti tà ad azione attivatrice di un sale neutralizzato di un acido monoidrossi carbossilico a doppia o multipla funzionalità quando l'attivazione è desiderata.
L'invenzione inoltre fornisce un procedimento per preparare una composizione cementizia, la cui idratazione sia controllata, comprendente le seguenti operazioni:
i) preparare una composizione cementizia che comprende un materiale cementizio ed acqua e contenen te una quantità rallentatrice di un sale neutralizzato di un acido monoidrossi carbossilico a doppia o multipla funzionalità, e
ii) quando si desidera l'attivazione, aggiunge re una sufficiente quantità di un ulteriore sale neutralizzato per attivare la composizione cementìzia ra1lentata .
Mediante attivazione della composizione rallen tata o ritardata si intende che la idratazione e la presa della composizione ritardata avranno luogo più rapidamente di quanto non farebbero se l'attivazione non avesse luogo. Modificando la quantità del sale neutralizzato supplementare aggiunto alla composizione cementizia ritardata, l'attivazione della idratazione può comportare un tempo di presa ritardato, lo stesso tempo di presa oppure un tempo di presa accele rato rispetto ad una composizione cementizia che non contiene un effetto di rallentamento o di accelerazio ne.
I sali neutralizzati solubili in acqua dì acidi aIfa-monoidrossi carbossilici a doppia e multipla funzionalità secondo la presente invenzione contengono due o più gruppi di acido carbossilico ed un gruppo ossidrilico che si trova in posizione alfa rispetto ad uno dei gruppi di acido carbossilico. Il termine di "sale neutralizzato" significa che tutti i grup pi di acido carbossilico esistono nella loro forma di sale. Esempl specifici di convenienti sali neutralizzati comprendono i sali neutralizzati di acido citrico, malico e citramalico. I preferiti sali neutralizzati sono i salì con metalli alcalini, particolarmente il litio ed il potassio ed i sali di sodio, per esempio il trìlitio ed il tripotassio citrato ed il di litio ed il disodio malato e citramalato. I materiali particolarmente preferiti sono i sali neutralizzati dell'acido citrico, poiché essi tendono ad impartire migliori proprietà fisiche, per esempio una più eleva ta resistenza alla compressione, particolarmente una elevata resistenza alla compressione iniziale, nella composizione cementizia indurita, rispetto ad altri sali neutralizzati solubili in acqua di acidi alfa-mo noidrossi carbossilici a doppia e multipla funzionali tà. I sali con litio di acidi alfa-monoidrossi carbos, silici a doppia e multipla funzionalità sono preferi bilmente usati nel caso In cui si abbia interesse al la reazione alcali-silice, poiché è ben noto che i sa li di litio inibiscono la reazione alcali-silice. Ta li sali neutralizzati di acidi alfa-monoidrossi car bossilici a doppia e multipla funzionalità sono generalmente disponibili in commercio oppure possono esse re facilmente prodotti dal corrispondente acido dispo rubile. Se l'acido non è commercialmente disponibile, esso può essere prodotto con procedure ben note nella tecnica.
I sali neutralizzati solubili in acqua di acidi alfa-monoidrossi carbossillei a doppia e multipla funzionalità usati nelle procedure di rallentamento e di attivazione nel procedimento già sopra menzionato possono essere gli stessi o diversi nei due stadi oppure ambedue gli stadi possono utilizzare miscugli di almeno due di tali sali neutralizzati. Usualmente si preferisce usare lo stesso sale neutralizzato sia per l'effetto di ritardo sia per la successiva attivazione. Tuttavia, in certe applicazioni specifiche, DUÒ essere desiderabile impiegare una combinazione di due o più sali neutralizzati di acidi alfa-monoidrossi carbossilici a doppia o multipla funzionalità per ottenere il controllo della idratazione. Per esempio, i sali neutralizzati di acido citrico impartiscono un effetto plasticizzante (in misura maggiore di alcuni degli altri sali neutralizzati, per esempio i sali di acido malico), cosa che è indesiderabile in certe applicazioni, per esempio nelle applicazioni di shotcreting. D'altra parte, come precedentemente menziona to, i sali neutralizzati di acido citrico hanno dimostrato dì migliorare la resistenza alla compressione, particolarmente la resistenza alla compressione iniziale (in misura maggiore che non altri sali neutralizzati), ciò che è molto desiderabile in applicazione di shotcreting. Un modo per bilaclare questi effet ti in applicazioni di shotcrete ed ottenere ancora il controllo della idratazione consiste nell'usare una combinazione di diversi sali neutralizzati nei due stadi, per esempio un sale di acido citrico per ritar dare ed un sale di acido malico per attivare. Questa combinazione fornisce buoni risultati complessivi in termini di controllo della idratazione, lavorabilità e proprietà fisiche della composizione cementizia indurita.
Alternativamente, se si desidera impiegare un singolo sale neutralizzato con proprietà plasticizzan ti, l'effetto plasticizzante dei sali neutralizzati, particolarmente i sali di acido citrico, può essere compensato, per esempio, mediante l'aggiunta alla com posizione cementizia di un materiale modificatore di reologia, capace di impartire proprietà tissotroplche. Alternativamente oppure in aggiunta a questa somministrazione, la quantità attivatrice del sale neutraliz zato può essere aggiunta alla composizione cementizia nel tubo flessibile di erogazione in una posizione che si trova prima del raggiungimento dell'ugello, ri ducendo così al minimo gli effetti negativi plasticiz zanti .
Utili materiali modificatori delle proprietà reologiche che imoartiranno proprietà tissotropiche alle composizioni sono i materiali come quelli descrit ti nella domanda PCT pubblicata WO 92/11982 e che com prendono un poli(ossido alchilenico) solubile in acqua, un prodotto di condensazione di beta-naftalen solfonato e formaldeide e facoltativamente un plasticizzante o superplasticizzante scelto dal gruppo che consiste dì 1ignosolfonati, prodotti di condensazione di melammin solfonato e formaldeide, poiicarbossiIati e certi copolimeri a base di stirene ed anidride maleica in forma di acido libero oppure in forma di sale; materiali cellulosici; gomme ed argille; acidi po liacrilici aventi un peso molecolare medio superiore a 50.000 ed i lattici di gomma di stirene e butadiene modificati (SBR), per esempio il lattice carbossilato di copolimero stirene-butadiene. I preferiti materiali di modificazione delle proprietà reologiche sono i lattici SBR modificati. Il materiale modificatore di reologia viene aggiunto generalmente alla comoosizione cementizia nel tubo flessibile di erogazione prefe ribilmente dopo che è stata aggiunta la quantità atti vatrice del sale neutralizzato. I materiali modificatori di reologia sono usualmente aggiunti alla comoosizione cementizia nella forma di soluzioni acquose, generalmente in quantità fra 0,5 e 2% in peso, sulla base del peso del cemento.
Mediante aggiunta della quantità attivatrice del sale plasticizzante neutralizzato alla composizio ne cementizia in un punto ulteriormente distanziato lungo il tubo flessibile di erogazione orima di raggiungere l'ugello, per esempio in corrispondenza di un attenuatore di pulsazioni, l'effetto plasticizzante non sarà cosi pronunciato poiché la composizìone cementizia con il sale di attivazione avrà da percorrere un tempo ulteriore nella conduttura e si indurirà quasi istantaneamente a seguito del contatto con la superficie su cui essa viene spruzzata. Una forma di realizzazione particolarmente preferita della presente invenzione per ottenere il controllo di idratazione in operazioni di shotcreting consiste nell introdurre la quantità attivatrice di un sale plasticiz zante solubile in acqua nella composizione cementizia nel tubo flessibile di erogazione in corrispondenza dell'attenuatore di pulsazioni e nell'introdurre successivamente un materiale modificatore di proprietà reologiche nel tubo flessibile di erogazione in corrisDondenza dell'ugello.
Come già sopra menzionato, la quantità rallentatrice dei sali neutralizzati della presente invenzione può essere aggiunta quando si effettua il mesco lamento iniziale del cemento oppure dopo che la idratazione del cemento è già Iniziata. I sali neutralizzati sono preferibilmente aggiunti come soluzioni acquose, generalmente con concentrazioni di circa 50% in peso del sale neutralizzato. Tuttavia, per i sali meno solubili, per esempio i sali di litio, le concen trazioni sarebbero inferiori al 50% in peso del sale neutralizzato.
Nel caso in cui si desideri un ritardo o rallentamento a partire dall'inizio, il sale neutralizz^ to viene aggiunto alla composizione cementizia al momento della sua creparazione, preferibilmente dono che il cemento è stato mescolato con l'acqua allo sco DO di ottenere un rallentamento ottimale. Il rallentai mento dall'inizio può essere ottenuto per un periodo di tempo che si estende fino a circa 1 mese, anche se normalmente il rallentamento è generalmente desiderato per periodi fino a circa 72 ore.
Quando il rallentamento è desiderato in qualche punto dopo che la idratazione è già iniziata, per esemplo nelle situazioni di ricupero, è preferibile che la quantità rallentatrice dei sali neutralizzati sla aggiunta alla composizione cementizia prima che si verifichi la presa iniziale, generalmente entro un tempo compreso fra 0,5 e 7 ore dopo il mescolamento iniziale, con maggiore preferenza fra 1 e 4 ore dopo il mescolamento iniziale. Usualmente, il calcestruzzo viene collocato entro 1,5 ore dal mescolamento ed II sale neutralizzato verrebbe aggiunto al termine del periodo di posa ad una qualsiasi porzione non utilizzata del calcestruzzo. Tuttavia, Il tempo effettivo di aggiunta dell'agente di rallentamento può essere prolungato se la composizione cementizia mantiene il richiesto assettamento, contenuto di aria e peso unitario.
La quantità di acido alfa-monoidrossi carbossi Ileo a doppia o multipla funzionalità neutralizzato, richiesta per rallentare la presa di una data composi zione cementizia, dioenderà dalla lunghezza del rallentamento temporale che si desidera, dalla temperata ra del miscuglio cementizio, dal rapporto fra acqua e cemento (W/C) e dalla composizione del cemento, vale a dire dal tipo del cemento e dal fattore del cemento, con da circa 0,05 a 4%, preferibilmente da 1 a 3% in peso del sale neutralizzato, sulla base del peso del cemento, che fornisce generalmente un effetto di stabilizzazione (rallentamento della idratazione della composizione) per un tempo fino ad 1 mese. Il fattore di cemento rappresenta la misura della quantità di ce mento in un volume normalizzato della composizione ce ment1zia.
La quantità dì aggiunta del sale neutralizzato richiesta per attivare il sistema varierà anche in di pendenza dallo specìfico sistema cementizio, dalla temperatura del miscuglio cementizio e dal desiderato tempo di presa, l'attivazione più rapida essendo otte nuta mediante una quantità supplementare di sale neutralizzato per fornire un totale fino a circa 8% in peso (quantità rallentatrice più quantità attivatrice) del sale neutralizzato. Una quantità di sale neutralizzato superiore a circa 8% in peso, sulla base del peso del cemento idraulico, generalmente non ha alcun effetto maggiore sul tempo di presa, anche se quantità fino al 20% in peso o più possono essere impiegate in dipendenza dalla formulazione finale, dagli obiettivi e dalle condizioni di uso. La regolazione del do saggio del sale neutralizzato consente di realizzare un intervallo di tempi di presa, vale a dire più rapi di, più lenti oppure identici a quelli che si otter rebbero, qualora non vi fosse stato alcun rallentamen to.
Le composizioni cementizie comprendono un mate riale cementizio ed acqua. Il "materiale cementizio" è un legante idraulico che, quando mescolato con acqua, si indurirà per formare un prodotto duro. Preferibilmente, 11 materiale cementizio è un materiale che comprende cemento idraulico, vale a dire un miscu glio di minerale di alluminosilicato di calcio prodot to in commercio che, quando mescolato con acqua, farà presa per formare un prodotto duro. Il tipo più comune di cemento idraulico è il cemento portland, facilmente reperibile in commercio in numerosi diversi tipi, per esempio ASTM Tipi I-V. Per gli scopi della Dresente invenzione, il cemento portland è il prefer_i_ to materiale cementizio. Altri leganti idraulici utili nella presente invenzione comprendono cemento ad elevato contenuto di allumina e cemento di scoria. Un legante idraulico oppure una qualsiasi combinazione di due o più leganti idraulici possono essere usati come materiale cementizio.
In aggiunta al cemento ed all'acqua, le composizioni cementizie della presente invenzione in generale comprendono un aggregato. L'aggregato può essere un qualsiasi materiale noto nella tecnica come utile in quanto tale, per esempio sabbia, pietrisco, ciotto li, quarzo, marmo, plastica ed aggregato metallico.
In applicazioni tipiche, l'aggregato è general_ mente presente In una percentuale in peso fra il 50 e I '85%, preferibilmente fra il 65 ed il 75% in peso, in base al peso totale dei componenti secchi presenti (cemento, miscugli minerali ed aggregato). In applica zioni di shotcrete, un aggregato fine, come la sabbia, viene usualmente Impiegato anche se PUÒ essere usato un aggregato più grande, per esempio pietrisco (con diametro massimo di 0,375 pollici), a condizione che l'ugello sia di conveniente grandezza. In tipiche applicazioni di shotcrete, la quantità dell'aggregato sarà presente in una percentuale in peso fra il 25 e 1'853⁄4, più usualmente fra il 50 e 1180% ed in particlare fra il 60 e l'80% in peso, in base al peso totale dei componenti secchi presenti (cemento, mescole minerali ed aggregato).
Le composizioni cementizie possono comprendere altri materiali comunemente presenti nei sistemi cementizi per modificare le loro proprietà, a condizione che questi materiali non interferiscano sostanzia^ mente con la capacità di controllo della idratazione dei sali neutralizzati. Esempi di tali materiali comprendono i miscugli riduttori di acqua ad alto intervallo, i miscugli di trascinamento dell'aria ed i miscugli minerali, per esempio la cenere impalpabile di classe F, i materiali pozzolanici, come la cenere Impagabile in classe C ed i fumi di silice. Fibre di rinforzo possono anche essere usate, per esempio, fibre di vetro, fibre di materiali polimerici e fibre di acciaio. Possono anche essere usati agenti che for niscono coesione o legano la composizione di cemento apolicata, per esempio gli alcool polivinilici.
La quantità di acqua da includere nelle composizioni cementizie della presente invenzione varierà in dipendenza dalla particolare applicazione e di altri fattori noti, però sarà sempre sufficiente per la presa idraulica del cemento. In generale, l'acqua vie ne aggiunta in modo da fornire un rapporto W/C inferiore a 0,45, preferibilmente nell'intervallo fra 0,35 e 0,40. Se il sale neutralizzato è un sale di acido citrico solubile in acqua, la quantità di acqua può essere inferiore a quella altrimenti indicata per una particolare applicazione, poiché i citrati solubi_ li in acqua hanno dimostrato di avere un effetto di dispersione dei solidi. In applicazioni shotcrete, la quantità di acqua usata viene preferibilmente mantenu ta al minimo per evitare una indesiderata fluidità.
Il metodo di controllo della idratazione della presente invenzione è utile per preparare composizioni cementizie a presa rallentata, le quali debbono e_s sere trasportate in diversa posizione per essere impiegate, per esempio, nelle piattaforme In mare aperto, come quelle descritte nel brevetto statunitense No. 4.676.832 precedentemente menzionato, Il cui contenuto viene citato a titolo di riferimento, in apol_^ cazioni di calcestruzzo sotterranee. In applicazioni di calcestruzzo sotterranee, si richiede un effetto di stabilizzazione per trasportare il calcestruzzo sotto terra, seguito da un tempo di presa leggermente accelerato con rapido sviluppo della resistenza meccai nica. In applicazioni sotterranee, il calcestruzzo viene mescolato al disopra del terreno in maniera tra dizionale per ottenere una mescola pronta, al quale calcestruzzo si aggiunge quindi una quantità rallenta trice dei sali neutralizzati della presente invenzione e quindi il miscuglio del calcestruzzo viene fatto cadere lungo un condotto verticale su carrelli ferroviari sotterranei. Il calcestruzzo viene trasportato nei carrelli fino al posto desiderato dove quindi vie ne rimescolato (nel qual punto si aggiunge la quantità acceleratrice del sale neutralizzato) ed il calcestruzzo rimescolato viene quindi pompato nelle casseforme. La stabilizzazione, in generale per periodi fi_ no a circa 8 ore, può essere necessaria per il traspor to, seguita da 3 ore di tempo di lavoro dopo II rimescolamento. Una resistenza alla compressione di almeno 1200 libbre oer pollice quadrato (8,27 MPa) in 12 ore è necessaria per l'estrazione dagli stampi o dalle casseforme.
Il procedimento della presente invenzione è particolarmente utile per ottenere un controllo della idratazione in composizioni di calcestruzzo a oresa rapida, per esempio nelle operazioni di shotcreting precedentemente menzionate. In operazioni di shotcreting, la composizione cementizia viene convogliata pneumaticamente ad alta velocità su una superficie. L'operazione di shotcreting può essere eseguita impie gando una composizione di cemento in mescola secca (il sistema in mescola secca) oppure una composizione di cemento in mescola umida (il sistema in mescola umida). Il sistema in mescola secca è un sistema in cui il cemento e l'aggregato mescolati a secco vengono mescolati e pneumaticamente convogliati attraverso un tubo flessibile di erogazione ad un ugello, in cui l'acqua ed un agente di presa rapida vengono aggiunti in prossimità dell'ugello, generalmente nello stesso complesso dell'ugello oppure a monte dell'ugello imme diatamente prima della Introduzione nel complesso del l'ugello. Il miscuglio viene applicato sulla richiesta superficie mediante una espulsione pneumatica di esso dall'ugello sotto pressione, per esemplo per mez zo di aria compressa. E' difficile controllare la quantità dì acqua aggiunta e, pertanto, il rapporto fra acqua e cemento con il sistema di mescolamento a secco e la indesiderata formazione di polvere viene usualmente provocata.
Il sistema di mescolamento ad umido è un siste ma in cui il cemento e l'aggregato vengono mescolati in presenza di acqua ed il risultante miscuglio umido viene pneumaticamente convogliato attraverso un tubo flessibile di erogazione ad un ugello e viene espulso dall'ugello sotto pressione sulla richiesta superficie. L'agente di presa rapida viene aggiunto in prossimità dell'ugello, generalmente nello stesso comple_s so dell'ugello oppure a monte dell'ugello immediatamente prima del oassaggio nell'ugello. Il sistema del la mescola ad umido consente un buon controllo del rapporto W/C e provoca la formazione di poca polvere. Tuttavia, le interruzioni del lavoro sono un evento comune e richiedono che il tubo flessibile di erogazione venga svuotato e pulito allo scopo di evitare l'Intasamento del tubo flessibile con calcestruzzo parzialmente o completamente indurito. Sia nel sistema di mescola a secco sia nel sistema di mescola ad umido, il convogllamento può essere in pratica esegui_ to mediante una operazione di pompaggio seguita dal convogliamento pneumatico del calcestruzzo fuori dell'ugello. Le pressioni impiegate nella erogazione pneumatica delle composizioni cementizie in applicazione di shotcreting in generale sono comprese fra 60 e 40 psi (413-965 KPa) e sono più usualmente com prese fra 80 e 120 psi (551-827 KPa).
La presente invenzione è particolarmente utile in operazioni di shotcreting con mescole ad umido, in cui la quantità rallentatrice del sale neutralizzato viene aggiunta in un miscuglio di cemento, aggregato ed acqua e la quantità attivatrice del sale neutraliz zato viene aggiunta in qualche punto nel tubo flessi bile di erogazione, oreferibiImente a monte dell'ugel lo in qualche punto prima del passaggio nell'ugello, per esempio in corrispondenza dell'attenuatore di pul sazioni. Alternativamente, la quantità attivatrice del sale neutralizzato può essere aggiunta in corrispondenza stessa dell'ugello. Il procedimento di controllo della idratazione secondo la presente inven zione consente delle interruzioni di lavoro mentre si eseguono le operazioni di shotcreting, senza la neces sità di pulire le condutture, e fornisce anche I tem pi di presa super-rapidi richiesti in tali applicazio ni.
In un'altra forma di realizzazione, il procedi mento di controllo della idratazione della Dresente Invenzione è utile Der il ricupero del calcestruzzo lasciato come residuo al termine di un giorno di lavo ro, come per esempio quello descritto nel brevetto statunitense No. 4.964.917, il cui contenuto viene cj_ tato nella presente a titolo di riferimento. Specificamente, la presente Invenzione fornisce un procedimento per ricuperare calcestruzzo comprendente le seguenti operazioni:
i) rallentare la idratazione del calcestruzzo che deve essere ricuDerato mediante aggiunta a detto calcestruzzo di una quantità rallentatrice di un sale neutralizzato di un acido alfa-monoidrossi carbossil co a doppia o multipla funzionalità per formare calce struzzo a presa rallentata, e
ii) quando si desidera ripristinare il calcestruzzo ad uno stato suscettibile di far presa o di indurire, aggiungere a detto calcestruzzo rallentato oppure ad un suo miscuglio con calcestruzzo fresco una quantità supplementare di un sale neutralizzato di un acido alfa-monoidrossi carbossilico a doppia o multipla funzionalità in quantità efficace per riatti vare la idratazione del calcestruzzo rallentato oppure di un suo miscuglio con calcestruzzo fresco.
Quando si effettu all ricuper del calcestruzzo, la quantità attivatrice del sale neutralizzato PUÒ es sere aggiunta direttamente al calcestruzzo rallentato oppure il calcestruzzo rallentato può essere prima mescolato con calcestruzzo fresco immediatamente prima di aggiungere ad esso la quantità supplementare del sale neutralizzato necessaria per riattivare la i dratazione. La quantità di calcestruzzo rallentato può essere compresa fra circa 5% e circa 100% In peso, mentre la quantità del calcestruzzo fresco sarà compresa fra il 95% e lo 0%. Preferibilmente, la quantità di calcestruzzo rallentato sarà compresa fra circa 10% e circa 30%, mentre la quantità del calcestruzzo fresco sarà compresa fra circa 90% e circa 70%.
In situazioni in cui il calcestruzzo rallentato viene mescolato con calcestruzzo fresco prima del la riattivazione, la concentrazione complessiva del sale neutralizzato nel miscuglio combinato sarà inferiore alla concentrazione del sale neutralizzato nel calcestruzzo rallentato. Cosi, una maggiore quantità di sale neutralizzato, in confronto con quella che sa rebbe stata richiesta qualora non fosse stato aggiunto calcestruzzo fresco, sarà necessaria per ottenere un miscuglio di attivazione.
L'invenzione è ulteriormente illustrata dai se guenti esempi non limitativi. Si nota che il cemento, in fumi di silice, la sabbia e l'acqua usati negli esempi sono stati mescolati intimamente prima dell'aggiunta della quantità rallentatrice del sale neutralizzato, allo scopo di ottenere la massima stabilizza zione del sistema, a meno che non sia specificato diversamente. Negli esempi, i tempi di presa e le misurazioni di resistenza alla compressione sono conformi alle procedure C 266 e C 109, rispettivamente, del si sterna American Society for Testing and Materials. Tut te le misurazioni sono state effettuate a temperatura ambiente. Il tempo di presa viene misurato a partire dal momento della seconda aggiunta (quantità attivatrice) del sale neutralizzato.
ESEMPIO 1
Cemento portland di tipo Medusa I (1150 g), fu mo di silice (100 g) e sabbia silicea (3750 g) vengono mescolati insieme ed aggiunti a 356 grammi di acqua nella vasca di mescolamento di un miscelatore da laboratorio Hobart. La risultante malta viene mescola ta per due minuti iniziali. Nella vasca di mescolarnen to si aggiungono quindi 17,65 grammi di una soluzione di citrato tripotassico (TPC) (66% in peso di TPC) e la malta viene rimescolata per un ulteriore minuto. Questa malta viene quindi mantenuta in uno stato di presa rallentata nella vasca di mescolamento per 72 ore. Al termine delle 72 ore, alla malta si aggiungono 122 grammi della soluzione di TPC e quindi la malta viene rimescolata per 30 secondi. Una serie di cam oloni di prova (2M x 2", pari a 5 cm x 5 cm con stampo a cubo per la resistenza alla compressione) vengono realizzati immediatamente per colata. I tempi di presa Iniziali e finali, come anche la resistenza alla compressione in corrispondenza dei vari tempi, sono riportati nella Tabella 1. Una seconda malta viene preparata nel modo precedentemente descritto, eccetto per il fatto che una quantità equivalente in peso di citrato trilitico (TLC) viene usata al posto del TPC. I tempi di presa ed i dati sulla resistenza alla compressione sono riportati nella Tabella 1 (TLC) insieme con i dati corrispondenti misurati per i campioni sperimentali di riferimento (REF). Il campione di riferimento viene preparato in maniera analoga, eccetto per il fatto che non viene aggiunto sale di acido citrico e la quantità di acqua aggiunta è di 402,5 gram m1.
TABELLA 1
ESEMPIO 2
Cemento di tipo Medusa I (1000 g) e sabbia silicea C 109 (2000 g) vengono mescolati insieme ed aggiunti a 340 grammi di acqua in una vasca di mescolamento dì un mescolatore da laboratorio Hobart. La risultante malta viene mescolata per due minuti iniziali. Nella vasca di mescolamento si aggiungono quindi 40 grammi di malato dipotassico acquoso (DPM) in solij zione (50% in peso di DPM*, il 2% di DPM in peso, in base al peso del cemento) e la malta viene mescolata per un ulteriore minuto. La malta viene quindi mantenuta in uno stato di presa o indurimento rallentato nella vasca di mescolamento per 24 ore. Al termine
delle 24 ore, una ulteriore quantità di 100 grammi di soluzione acquosa di DPM viene aggiunta (5% di ulteriore DPM) alla malta ed il contenuto della vasca vie ne rimescolato per 30 secondi. Campioni di prova del tipo descritto nell'Esempio 1 vengono immediatamente ricavati per gettata. Il tempo di presa iniziale è di 5 minuti, 30 secondi ed il tempo di presa finale è di 8 minuti, 50 secondi. La resistenza alla compressione dopo 1 ora era di 766 psi (5,28 MPa); ad 1 giorno era di 2920 psi (20,13 MPa); a 7 giorni era di 4411 psi (30,41 MPa) ed a 28 giorni era di 5650 osi (33,96 MPa).
ESEMPIO 3
Questo esempio mostra l'effetto che crescenti quantità di citrato tripotassico (TPC) hanno sul tempo di presa finale di un sistema cementizio che comprende il 23% di cemento portland di tipo Medusa I, il 75% di sabbia silicea, il 2% di fumo di silice ed acqua sufficiente per fornire un rapporto fra acqua e cemento di 0,375. Gli ingredienti secchi vengono combinati e mescolati. A questo miscuglio secco si aggiunge la quantità indicata di citrato tripotassico (che viene disciolto nell'acqua di mescolamento) in una sola volta. La malta viene mescolata per 2 minuti iniziali e quindi per altri 30 secondi. I campioni di Drova {come nell'Esempio 1) vengono ricavati immediatamente per gettata. La quantità di TPC, espressa in percentuale In peso basata sul peso del cemento, ed il tempo di Dresa finale (misurato a oartire dal momento di aggiunta del TPC) sono indicati nella Tabella 2.
TABELLA 2
Come si DUÒ vedere dalla Tabella 2, i dosaggi inferiori del TPC, fino a circa 43⁄4 in questo esempio, ritardano il tempo di presa del sistema cementizio, mentre dosaggi superiori al 4% attivano il tempo di presa rispetto allo stesso sistema cementizio ma senza TPC. Tempi di presa più lunghi o più corti possono essere ottenuti impiegando lo stesso dosaggio di TPC, ma alterando i fattori precedentemente discussi, per esempio il rapporto fra acqua e cemento, la temperata ra, Il tipo del cemento ed il fattore di cemento, e ciò rientra nelle capacità degli esperti nel ramo.
ESEMPIO 4
Due campioni di prova cementizi vengono preparati e ricavati per gettata seguendo la procedura generale dell'Esempio 1, utilizzando il 65% di sabbia silicea, il 35% di cemento Medusa I ed acqua sufficiente per fornire un rapporto acqua/cemento di 0,40. In uno dei sistemi, il 3% in peso di citrato tripotas^ sico (TPC) viene aggiunto per stabilizzare il miscuglio cementizio ed il 4% in peso di malato dipotassico (DPM) viene aggiunto per attivare il sistema. Nell'altro sistema, il 3% di DPM viene aggiunto per stabilizzare il sistema ed un altro 4% di DPM viene aggiunto per attivare il sistema. I tempi di presa iniziali e finali e la resistenza alla compressione, misurati a diversi intervalli di tempo, sono riportati nella Tabella 3.
(segue Tabella 3)
TABELLA 3
ESEMPIO 5
Sei serie di provini vengono preparati e ricavati per gettata come nell'Esempio 4 utilizzando le stesse quantità relative di cemento Medusa I, sabbia silicea ed acqua. In tre dei sistemi, Γ 13⁄4 di tripotassio citrato (TPC) viene aggiunto per stabilizzare il sistema per 72 ore. Al termine delle 72 ore, una diversa quantità di TPC viene aggiunta a ciascun sistema, vale a dire il 3%, il 5% ed il 7% di TPC ed i sistemi vengono singolarmente valutati. Negli altri tre sistemi, 1<1>1% di trilitio citrato (TLC) viene aggiunto per stabilizzare i sistemi per 72 ore. Al termine delle 72 ore, una diversa quantità di TLC viene aggiunta a ciascun sistema, vale a dire il 3%, il 5%
ed il 7% ed i sistemi vengono singolarmente valutati. I tempi di presa iniziali e finali per ciascuno di es si sono Indicati nella Tabella 4.
TABELLA 4
Come si può vedere dai dati precedenti, un incremento della quantità attivatrice del sale neutralizzato dal 3% al 7% in peso, in base al peso del cemento, provoca una diminuzione sia dei tempi di presa iniziali sia dei tempi di presa finali di un sistema cementizio stabilizzato con 111% in peso di sale neutralizzato, sulla base die peso del cemento.
ESEMPIO 6
Quattro malte sono preparate ed una serie di provini vengono ricavati per gettata per ciascuna di esse in conformità con l'Esempio 1, con le seguenti quantità di materiali secchi:
Componente Quantità (3⁄4 in peso deimateriali secchi) Cemento Tipo II 23
Sabbia silicea 75
Fumo di silice 2
Si aggiunge acqua in quantità sufficiente per fornire un rapporto fra acqua e cemento di 0,35. Diverse quantità totali di citrato trìpotassico vengono aggiunte a ciascuna composizione, vale a dire 0%, 4,96%, 8% e 16% in peso, in base al peso del cemento più il fumo di silice, rispettivamente. La presa iniziale, la presa finale e la resistenza alla compressione (C.S.) in vari tempi vengono misurati e sono rj_ portati nella Tabella 5.
(segue Tabella 5)
TABELLA 5
ESEMPIO 7
Questo esempio dimostra l'effetto che i materiali modificatori di reologia presentano sul flusso della composizione cementizia della presente invenzio ne, la misurazione essendo effettuata su una tabella di flusso che si conforma alla procedura C 266 del si_ sterna ASTM. Tre malte vengono preparate in maniera si_ mile a quella dell’Esempio 6, con acqua sufficiente per fornire un rapporto acqua/cemento di 0,4% ed un totale di 8% di TPC eccetto per il fatto che immediatamento dopo il mescolamento di 1% dì TPC per 1 minuto si aggiunge un altro 7% di TPC ed il miscuglio risultante viene rimescolato oer 30 secondi. Al termine di questo tempo, l'1% in peso di polHossido etilenico) (PEO), sulla base del peso del cemento (aggiunto come una soluzione acquosa contenente l 1% in peso di PEO) e l 1% in peso di un prodotto di condensazione di beta-naftalen solfonato e formaldeide (BNS) (aggiunto come una soluzione acquosa contenente il 42% in peso di BNS) vengono aggiunti ad una delle composi_ zioni e ad un'altra di esse si aggiunge l 1% di un lattice di copolimero di stirene-butadiene carbossile to all'1%, disponibile con la denominazione commercia le TYCHEM^ dalla Reichold Chemicals, Ine., Research Triangle Park, North Carolina (aggiunto come una solu zlone acquosa contenente il 35% in peso di SBR). Il flusso della malta senza l'aggiunta del materiale che modifica le proprietà reologiche raggiunge il 150% in corrispondenza delle due cadute della tavola di flusso. Il flusso della malta con 1% di PEO e con 1% di BNS raggiunge il 120% con 15 cadute della tavola di flusso ed il flusso della malta con il lattice di SBR all'1% raggiunge il 150% a 15 cadute della tavola di flusso. I dati di cui sopra indicano che l'effetto plasticizzante della malta viene diminuito mediante l'aggiunta di un materiale che modifica le proprietà reologiche.
Claims (10)
- RIVENDICAZ IONI 1. Metodo per controllare la idratazione di un miscuglio di acqua e cemento consistente nell'aggiunta al miscuglio di una quantità rallentatrice di un sale neutralizzato di un acido monoidrossi carbossili co a doppia o multipla funzionalità in una operazione di mescolamento iniziale e di una ulteriore quantità attivatrice di un sale neutralizzato di un acido mono idrossi carbossilìco a doppia o multipla funzionalità quando si desidera l'attivazione.
- 2. Metodo per preparare una composizione cemen tizia la cui idratazione avvenga in maniera controlla ta, comprendente le seguenti fasi: i) preparare una composizione cementizia che comprende un materiale cementizio ed acqua e contenen te una quantità rallentatrice di un sale neutralizzato di un acido monoidrossi carbossilìco a doppia o multipla funzionalità, e ii) quando si desidera l'attivazione, aggiunga re sufficiente ulteriore sale neutralizzato per attivare la composizione cementizia rallenatata.
- 3. Metodo secondo la rivendicazione 1 o la ri vendicazione 2, in cui il sale neutralizzato di un acido alfa-monoidrossi carbossilìco a doppia o multipla funzionalità viene scelto dal gruppo che comprende sali neutralizzati di acido citrico, acido malico ed acido citramalico.
- 4. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-3, in cui il sale neutralizzato dell'acido alfa-monoidrossi carbossilico a doppia o multipla futi zlonalità di cui all'operazione i) è identico al sale neutralizzato dell'acido alfa-monoidrossi carbossilico a doppia o multipla funzionalità di cui all'operazione ii).
- 5. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-3, in cui il sale neutralizzato di cui alla operazione i) è diverso dai sale neutralizzato di cui all'operazione ii).
- 6. Metodo per il ricupero di calcestruzzo comprendente le seguenti fasi: i) rallentare la idratazione del calcestruzzo che deve essere ricuperato mediante aggiunta al calce struzzo di una quantità rallentatrice di un sale neutralizzato di un acido alfa-monoidrossi carbossilico a doppia o multipla funzionalità per formare un calce struzzo rallentato, e ii) quando si desidera ripristinare 11 calcestruzzo rallentato ad uno stato suscettibile di indurimento, aggiungere a detto calcestruzzo rallentato oppure ad un suo miscuglio rallentato con calcestruzzo fresco una quantità attivatrice di un sale neutralizzato di un acido alfa-monoidrossi carbossilico a doppia o multipla funzionalità oppure un secondo sale neutralizzato di un acido alfa-monoidrossi carbossili co a doppia o multipla funzionalità in quantità efficace per attivare la idratazione del calcestruzzo ral_ lentato oppure del miscuglio rallentato di esso con calcestruzzo fresco.
- 7. Metodo per ricuperare calcestruzzo secondo la rivendicazione 6, in cui il sale neutralizzato di un acido alfa-monoidrossi carbossilico a doopia o mul_ tipla funzionalità viene scelto dal gruppo comprenden te i sali neutralizzati di acido citrico, malico e ci tramalico.
- 8. Metodo per ricuperare calcestruzzo secondo la rivendicazione 5 o la rivendicazione 7, in cui il sale neutralizzato dell'acido alfa-monoidrossi carbos_ silico a doppia o multipla funzionalità di cui alla operazione i) è lo stesso sale neutralizzato dell aci_ do alfa-monoidrossi carbossilico a doppia o multipla funzionalità di cui all'operazione il).
- 9. Metodo per ricuperare calcestruzzo secondo la rivendicazione 6 o la rivendicazione 7, in cui il sale neutralizzato di cui all'operazione i) è diverso dal sale neutralizzato di cui all'operazione ii).
- 10. Procedimento di shotcreting In cui una com posizione cementizia viene preparata e convogliata ad un ugello di spruzzatura attraverso un attenuatore di pulsazioni, nel quale procedimento si introduce (a) nello stadio di preparazione una quantità rallentata ce di un sale neutralizzato solubile in acqua di un acido alfa-monoidrossi carbossilico a doppia o multipla funzionalità che presenta un effetto plasticizza_n te sulla composizione, (b) nell'attenuatore di pulsazioni, una quantità attivatrice di un sale neutralizzato solubile in acqua di un acido alfa-monoidrossi carbossilico a doppia o multipla funzionalità non avente alcun effetto plasticizzante oppure avente un ridotto effetto plasticizzante rispetto al sale di cui alla fase (a), e (c) nell'ugello, un materiale mo dificatore di caratteristiche reologìche.
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