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Die Erfindung betrifft einen Zusatz für Zement oder Mörtel, der aus einer Mischung von zumindest einem Bestandteil aus der Gruppe der wasserreduzierenden und hochgradig wasser- reduzierenden Mitteln für Zement und Beton und Mikrosiliziumdioxyd besteht, wobei dieser Bestand- teil im Siliziumdioxyd dispergiert ist.
Aus der DE-PS 2730943 ist eine trockene Zusatzmischung aus Siliziumdioxyd, Zement und wasserreduzierendem Mittel bekannt. Der Zementanteil liegt vorzugsweise bei 10 Gew.-%.
Es ist bekannt, einen ausschliesslich aus Mikrosiliziumoxyd und Wasser bestehenden
Schlamm als Zusatz zu verwenden, der zum Gelieren neigt und der daher unpumpbar und schlecht lagerfähig wird.
Aus der DE-OS 2510224 ist ein Betonzusatz, bestehend aus einer Suspension kleiner Sili- ziumdioxydteilchen in einer zweiphasigen Flüssigkeit bekannt. Die beiden Phasen sind eine lyotrophische Flüssigkristallphase und Wasser. Wie in dieser Druckschrift zugegeben, ist das
Mischungsverhältnis äusserst kritisch für den Erhalt der drei Phasen. Bei geringen Störungen verschwindet eine der flüssigen Phasen oder die Suspension wird instabil.
Aus den DE-OS 2822757,1671286 und 3030611 sowie den EP-A1-38126 und 10777 sind zement- artige Zusammensetzungen, die hydraulischen Zement, wasserreduzierende Mittel und Silizium- dioxyd enthalten, oder Zusätze zu andern Stoffen als Zement und Mörtel, bekannt.
Einer der grössten Fortschritte in der Betontechnologie der letzten Jahre war die Entdeckung der Luftbeimischung um den Beton frostresistenter zu gestalten, besonders in der Gegenwart von enteisenden Chemikalien. Die Verwendung von mit Luft angereichertem Beton ist für fast alle Anwendungen empfehlenswert. Tests haben gezeigt, dass Beton, der zwischen 5 und 7, 5 Vol.-% +/-1% Luft enthält bis zu 1900 Frier-Tau-Zyklen erträgt, während ein sonst völlig identischer, keine Luft enthaltender, Beton ein Maximum von 150 solcher Zyklen erträgt. Als Beispiel sei "Air-Entrained Concrete", Portland Cement Assosiatin, Document ISO 45. 02T, 1967 genannt.
Die Luftbeimischung bringt noch eine Reihe weiterer Vorteile wie : Verbesserte Bearbeitbarkeit, verbeserte Widerstandsfähigkeit gegen enteisende Chemikalien wie Calciumchlorid, erhöhte Schwefelresistenz und verbesserte Wasserdichtheit mit sich.
Ein weit verbreitetes Verfahren zur Herstellung von lufthaltigem Beton beinhaltet den Schritt der Zugabe von lufteinschleppendem Material während des Betonmischens. Die Erfahrung hat gezeigt, dass die Mischaktion der wichtigste Faktor in der Herstellung von lufthaltigem Beton ist und daher die gleichmässige Verteilung der eingebrachten Luft unabdingbar für die Produktion solchen Betons ist. Eine nicht gleichmässige Verteilung der Luft beinhaltet immer ein Risiko. Die Faktoren der verarbeiteten, d. h. zu mischenden Menge des Betons, der Zustand des Mischers und die Mischrate sind ebenfalls wichtig.
Durch Übermischen kann der Verlust eines Teiles der eingebrachten Luft erfolgen, doch sind die Techniken und die bevorzugten Prozeduren im Zusammenhang mit dem Einmischen der Luft derzeit weitgehend verstanden und ein näheres Eingehen ist für den Fachmann nicht erforderlich.
Eine Anzahl von lufteinbringenden Materialien, die aus einer Vielzahl von Bestandteilen bestehen, sind kommerziell verfügbar, beispielsweise thermoplastische Harze, die Phenolaldehyde und Äthergruppen und Salze oder Seifen davon enthalten.
Vinsolharze sind zweifellos die meist verwendeten lufteinbringenden Materialien in den Vereinigten Staaten. Vinsolharz ist ein thermoplastisches Harz, welches aus Kiefernharz gewonnen wird, und Phenolaldehyd und Äthergruppen enthält. Die Natriumseife des Vinsolharzes ist ein besonders effektives lufteinbringendes Material und man benötigt nur 0, 15 Gew.-% des Zements, um Luft in den Beton nach konventionellen Methoden einzubringen. DAREX AEA ist ein sulfoniertes Carbonsäurederivat von Fetten und Schmieren und wird von der Dewey and Almy Chemical Co. verkauft und ist ebenfalls ein weitverbreitetes lufteinbringendes Mittel.
Der luftversetzte Beton, der durch die Verwendung von lufteinbringenden Mitteln hergestellt wird, enthält eine grosse Anzahl von Luftblasen extrem kleiner Grösse, der durchschnittliche Blasendurchmesser reicht normalerweise von 0, 076 bis 0, 152 mm und es können bis zu 3, 9. 10 11 und 6, 5. 1011 Blasen pro m3 des luftangereicherten Betons mit einem Luftgehalt im Bereich von 4 bis 6 Vol.-% bei einer maximalen Korngrösse von 38, 1 mm auftreten. Die Blasen sind nicht
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in Verbindung untereinander und gleichmässig in der Zement/Wasserphase verteilt.
Der Abstand der Luftblasen ist ein wichtiger Faktor der Frier-Tau-Widerstandskraft des Betons und ein
Abstand der kleiner ist als 0, 20 mm, gemessen nach dem ASTM C457 STANDARD wird als wesentlich für die gewünschten Widerstandswerte angesehen.
Einer der wichtigsten Fortschritte in der Betontechnologie seit der luftversetzte Beton in den 30iger Jahren entdeckt wurde, ist die Verwendung der sogenannten wasserreduzierenden
Mittel.
Wasserreduzierende Mittel sind chemische Verbindungen, die, wenn sie dem Beton zugesetzt werden, den Beton für eine Zeitdauer verflüssigen, so dass (1) normale Verarbeitbarkeit bei
Beton mit niedrigem Wasser/Zement-Verhältnis erreicht werden kann oder (2) extrem gut verarbeit- barer "fliessender" Beton erhalten wird (der ohne ungewünschte Seiteneffekte, wie niedrige Ab- riebswerte, geringe Standfestigkeit, Entmischung, selbstnivellierend ist) oder (3) eine Kombina- tion von (1) und (2).
Wasserreduzierende Mittel sind bekannte Zusätze für Beton. Die im Handel erhältlichen
Materialien fallen in sechs verschiedene Klassen.
1. Carbonsäuren und deren Salze, mit Hydroxylgruppen versehen.
2. Modifikationen und Derivate von 1.
3. Anorganische Materialien wie Zinksalze, Borate, Phosphate und Chloride.
4. Hydrocarbonate, Polysaccharide und Zuckersäuren.
5. Amine, deren Derivate und Polymeren, wie Celluloseäther und Siliconharze.
6. Verschiedene Modifikationen der Ligninsulfonsäure.
Die Bezeichnung wasserreduzierendes Mittel und Wasserreduzierer, wie hier verwendet, bezeichnet eines oder mehrere der oben genannten Materialien allein oder kombiniert.
Die hochgradig wasserreduzierenden Mittel, wie sie derzeit gebraucht werden, inkludieren :
1. Lignosulfonsäuren und deren Salze und Modifikationen und Derivate.
2. Melaminderivate.
3. Naphthalinderivate.
Die Bezeichnung hochgradig wasserreduzierende Mittel und Hochgradigwasserreduzierer, wie sie hier verwendet werden, bezeichnen eines oder mehrere der oben erwähnten Mittel allein oder in Kombination.
Es gibt zumindest zwölf weitverbreitete hochgradig wasserreduzierende Mittel von denen acht zu den Gruppen (2) und (3) gehören. Die vorzugsweise verwendeten Materialien der Kategorie (2) sind ein konventionelles sulfoniertes Kondensat von Melamin und Formaldehyd, verkauft unter dem Namen Melment und das vorzugsweise verwendete Material der Kategorie (3) ist ein sulfoniertes Kondensat von Naphthalin und Formaldehyd.
Die hochgradigwasserreduzierenden Mittel haben einen wesentlich grösseren plastifizierenden Effekt auf die normalen Betonmischungen. Die besten Resultate in Verarbeitbarkeit, Formbarkeit und Härte werden durch Verwendung von hochgradigwasserreduzierenden Mittel gemeinsam mit der Erfindung erzielt.
Beton, der hochgradigwasserreduzierende Mittel enthält, wird besonders im Gebiet des Lieferbetons verwendet, wo extreme Anforderungen an die Flüssigkeitscharakteristik gestellt werden, überall wo es auf Pumpbarkeit ankommt und komplizierte Formen zu füllen sind. Vorteile bei der Verwendung der hochgradigwasserreduzierenden Mittel beim fertiggemischten Beton sind (a) erhöhte Härte in allen Altersstufen, (b) verbesserte Widerstandskraft gegen den Angriff von Sulfaten, (c) verbesserte Bindung an den Verstärkungsstahl, (d) verbesserte Verarbeitbarkeit und Formbarkeit und (e) herabgesetzte Neigung zum Wassereindringen.
Wenn ein hochgradigwasserreduzierendes Mittel dem gemischten Beton zugesetzt wird, dauert der Effekt der Plastifizierung für ungefähr 30 bis 60 min, abhängend von den Umgebungsbedingungen. Daher soll bei Verwendung im fertiggemischten Beton das Mittel am Ort der Verwendung zugegeben werden.
Beton der eines oder mehrere der hochgradigwasserreduzierenden Mittel enthält, wird in "Super Plasticized Concrete", ACI Journal, May 1977, pp. N6-Nll und den darin genannten Stellen, beschrieben.
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Die wasserreduzierenden Mittel und die gegebenenfalls beigegebenen Beschleuniger und/oder
Verzögerer sind bekannte und üblicherweise verwendete Materialien für hochfesten Beton, der eine Kompressionsfestigkeit von 413, 7 bis 827, 4 bar aufweist.
Obwohl Beton, der entweder luftversetzt oder mittels Wasserreduzierer plastifiziert ist, hervorragende Eignung für viele Anwendungsgebiete bewiesen hat, gab es Probleme überall dort, wo die Eigenschaften von beiden Sorten verlangt worden sind.
Es ist heute allgemein anerkannt, dass die Luftverteilung von ausgehärtetem luftversetztem
Beton, der ein hochgradigwasserreduzierendes Mittel und neutralisiertes Vinsolharz enthält, sehr schlecht ist ; d. h. der Luftverteilungsfaktor ist grösser als 0, 020 mm und es besteht die Gefahr des Luftverlustes aus dem frischen Beton. Wie bereits erwähnt, ist speziell der Abstands- faktor des Luftverteilungssystems ein Hauptkriterium zur Vorhersage des Verhaltens von Beton der wiederholten Frier-Tau-Zyklen ausgesetzt ist.
Das Problem ist es, einen Beton herzustellen, der die gewünschten Frier-Tau-Eigenschaften und die damit verbundenen Eigenschaften von luftversetztem Beton, gemeinsam mit der exzillenten
Bearbeitbarkeit und erhöhten Härte des mit Wasserreduzierern versetzten, plastifizierten Betons besitzt.
Es ist Ziel der Erfindung, die Nachteile im Zusammenhang mit luftversetztem Beton zu vermeiden, die durch die Benutzung von Wasserreduzierern auftreten, ohne dabei die bekannten
Vorzüge, wie Verarbeitbarkeit, Formbarkeit und Härte des mit wasserreduzierenden Mitteln behan- delten Betons zu verlieren.
Demnach ist es auch Aufgabe der Erfindung, ein wasserreduzierendes, plastifizierendes
Additiv für Beton anzugeben, welches die Frier-Tau-Resistenz nicht reduziert, sondern verbes- sert.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass, wenn das Mikrosiliziumdioxyd 30 bis
98 Gew.-% der Mischung ausmacht und der wasserreduzierende Bestandteil in einem Ausmass von
2, 0 bis 50 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Mikrosiliziumdioxyds vorliegt, wobei die Mi- schung in Wasser und/oder einer organischen Flüssigkeit aufgeschlämmt ist, und der Anteil der Feststoffe an der Aufschlämmung 20 bis 80 Gew.-% ausmacht, sowohl die Dichte und Undurch- dringlichkeit von Mörtel und Beton um mehrere Grössenordnungen verbessert wird. Es hat sich herausgestellt, dass der nicht luftversetzte Beton, der mit der Mikrosiliziumdioxydmischung gemäss der Erfindung hergestelt ist, praktisch kein Eindringen von frierbaren Wasser und aggressi- ven Fluiden gestattet.
Beton, der die Mikrosiliziumdioxydmischung aufweist, besitzt einen Frier-Tau- -Widerstand, der gleich oder besser ist dem vom Beton der luftversetzt ist, und weist zusätz- lich gleiche oder höhere Härte auf. Die Verschlechterung des Luftverteilungssystems, die normaler- weise mit wasserreduzierenden Mitteln, sowohl normalen als auch hochwirksamen, wesentlich ist, tritt bei der Erfindung nicht auf, da der Luftverlust oder die Vergrösserung des Blasenab- standes durch den günstigen Einfluss der Mikrosiliziumdioxydmischung überlagert wird, was zu einem fundamentalen Wechsel in der Porenstruktur der Bindemittelphase des Betons führt.
Spezieller gesagt, erhält man eine gleichmässigere Dispersion der Bindephase mit wesentlich feinerer Porenstruktur.
Erfindungsgemäss wird das Mikrosiliziumdioxyd und zumindest ein wasserreduzierendes
Mittel mit oder ohne zusätzlichen Bestandteil vermischt und die daraus resultierende Mischung in den Beton zu jeder gewünschten Zeit beigegeben. Das Vormischen bewirkt grosse Vorteile gegen- über dem üblichen Zumischen der einzelnen Bestandteile zum Beton, da die Wirkung des wasser- reduzierenden Mittels während des Vormischens bewirkt, dass die Mikrosiliziumdioxydpartikeln gleichmässig bedeckt und homogen verteilt werden, wodurch Klumpenbildung vermieden wird.
Die Klumpenbildung geschieht beim getrennten Zugeben der einzelnen Bestandteile gemäss der konventionellen Technik und kann ein schwerwiegender Nachteil sein, da daraus die gewünschte gleichmässige Härte und Dauerhaftigkeit des Betons nicht erreicht wird.
Wenn Klumpenbildung im Beton eingetreten ist, benötigt man eine verlängerte Mischphase um die Klumpen zu zerkleinern und zu verteilen und das "Übermischen" führt zu schlechterer Verarbeitbarkeit und Formbarkeit der Mischung.
Die wirksamen Mechanismen des Vormischens sind noch nicht komplett verstanden worden,
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doch wird angenommen, dass ein synergistischer Effekt die Plastifizierbarkeit, Verarbeitbarkeit der Betonmischung gemeinsam mit erhöhter Härte die Eigenschaften gegenüber normalem Beton, bei dem die Bestandteile einzeln zugegeben werden, wesentlich verbessert.
In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Zusatz zumindest ein wasserreduzierendes Mittel und zumindest ein hochgradig wasserreduzierendes Mittel enthält sowie gegebenenfalls zumindest einen Beschleuniger und/oder zumindest einen Verzögerer und/oder zumindest ein lufteinbringendes Mittel enthält.
Das erfindungsgemäss verwendete Mikrosiliziumdioxyd ist ein amorphes Siliziumdioxyd, ein Nebenprodukt bei der Herstellung von Ferrosilikon und Silizium, welches in den Gichtgasen von elektrischen Ofen anfällt. Mikrosiliziumdioxyd ist eine Pozolanerde, d. h. es verbindet sich mit Kalk und Feuchtigkeit bei Umgebungstemperaturen zu Verbindungen mit zementartigen Eigenschaften. Der Hauptbestandteil ist Siliziumdioxyd, welches üblicherweise zu mindestens 60% vorliegt, aber die besten Resultate werden erhalten, wenn der Siliziumdioxydgehalt zumindest 85 Masse-% ausmacht.
Ein amorphes Siliziumdioxyd das extrem günstig für die Verwendung gemäss der Erfindung ist, wird als ein Nebenprodukt bei der Herstellung von Siliziummetall oder Ferrosilizium in elektrischen Reduktionsöfen erhalten. In diesem Verfahren werden grosse Mengen von Siliziumdioxyd als Staub, der in Filtern oder andern Apparaten zurückgehalten wird, gebildet. Solches Siliziumdioxyd kann von Elkem a/s, Norwegen erhalten werden.
Bevorzugt wird somit das verwendete Mikrosiliziumdioxyd aus dem Abgas eines Elektroofens gewonnen wird, in dem Ferrosilikon oder Silikonmetall gewonnen wird.
Die Analyse- und physikalischen Daten für typische Proben des Siliziumdioxyds wie es oben beschrieben wurde, sind in der folgenden Tabelle angegeben.
Tabelle 1 Staub, gesammelt in Sackfilter bei der Produktion von Si-Metall
EMI4.1
<tb>
<tb> Bestandteil <SEP> Gew.-%
<tb> SiO. <SEP> 94 <SEP> - <SEP> 98 <SEP>
<tb> SiC <SEP> 0, <SEP> 2-0, <SEP> 7 <SEP>
<tb> FeZ03 <SEP> 0, <SEP> 05 <SEP> - <SEP> 0, <SEP> 15 <SEP>
<tb> Tri02 <SEP> 0, <SEP> 01-0, <SEP> 02 <SEP>
<tb> Alz03 <SEP> 0, <SEP> 1-0, <SEP> 3 <SEP>
<tb> MgO <SEP> 0, <SEP> 2-0, <SEP> 8 <SEP>
<tb> CaO <SEP> 0, <SEP> 1-0, <SEP> 3 <SEP>
<tb> Na2 <SEP> 0, <SEP> 3-0, <SEP> 5 <SEP>
<tb> K2O <SEP> 0, <SEP> 2-0, <SEP> 6 <SEP>
<tb> Mn <SEP> 0, <SEP> 003-0, <SEP> 01 <SEP>
<tb> Cu <SEP> 0, <SEP> 002-0, <SEP> 005 <SEP>
<tb> Zn <SEP> 0, <SEP> 005-0, <SEP> 01 <SEP>
<tb> Ni <SEP> 0, <SEP> 001 <SEP> - <SEP> 0, <SEP> 002 <SEP>
<tb> S <SEP> 0, <SEP> 1-0, <SEP> 3 <SEP>
<tb> C <SEP> 0, <SEP> 2-1, <SEP> 0 <SEP>
<tb> P <SEP> 0, <SEP> 03-0,
<SEP> 06 <SEP>
<tb> Glühverlust <SEP> (1000 C) <SEP> 0, <SEP> 8-1, <SEP> 5
<tb> Schüttdichte <SEP> locker, <SEP> g/l <SEP> 200 <SEP> - <SEP> 300 <SEP>
<tb> Schüttdichte <SEP> gepresst, <SEP> g/l <SEP> 500 <SEP> - <SEP> 700 <SEP>
<tb> Echte <SEP> Dichte, <SEP> g/cm3 <SEP> 2, <SEP> 20 <SEP> - <SEP> 2, <SEP> 25 <SEP>
<tb> Spezifische <SEP> Oberfläche, <SEP> m2/g <SEP> 18-22
<tb> Hauptpartikelgrösse <SEP> < <SEP> l <SEP> (im, <SEP> % <SEP> 90
<tb>
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Tabelle 2 Staub, gesammelt in Sackfiltern bei der Produktion von 75% FeSi
EMI5.1
<tb>
<tb> Bestandteil <SEP> Gew.-%
<tb> Si02 <SEP> 86 <SEP> - <SEP> 90 <SEP>
<tb> SiC <SEP> 0, <SEP> 1-0, <SEP> 4 <SEP>
<tb> Fe <SEP> 203 <SEP> 0, <SEP> 3 <SEP> - <SEP> 0, <SEP> 9 <SEP>
<tb> TiO2 <SEP> 0, <SEP> 02-0, <SEP> 06 <SEP>
<tb> Al203 <SEP> 0, <SEP> 2-0, <SEP> 6 <SEP>
<tb> MgO <SEP> 2, <SEP> 5-3,
<SEP> 5 <SEP>
<tb> CaO <SEP> 0, <SEP> 2-0, <SEP> 5 <SEP>
<tb> Na2 <SEP> 0, <SEP> 9-1, <SEP> 8 <SEP>
<tb> K20 <SEP> 2, <SEP> 5 <SEP> - <SEP> 3, <SEP> 5 <SEP>
<tb> Mn
<tb> Cu
<tb> Zn
<tb> Ni
<tb> S <SEP> 0, <SEP> 2-0, <SEP> 4 <SEP>
<tb> C <SEP> 0, <SEP> 8-2, <SEP> 0 <SEP>
<tb> P <SEP> 0, <SEP> 03-0, <SEP> 08 <SEP>
<tb> Glühverlust <SEP> (1000 C) <SEP> 2, <SEP> 4-4, <SEP> 0 <SEP>
<tb> Schütt <SEP> dichte <SEP> locker, <SEP> g/l <SEP> 200 <SEP> - <SEP> 300 <SEP>
<tb> Schüttdichte <SEP> gepresst, <SEP> g/l <SEP> 500 <SEP> - <SEP> 700 <SEP>
<tb> Echte <SEP> Dichte, <SEP> g/cm3 <SEP> 2, <SEP> 20-2, <SEP> 25 <SEP>
<tb> Spezifische <SEP> Oberfläche, <SEP> m2/g <SEP> 18-22
<tb> Hauptpartikelgrösse <SEP> < <SEP> 1 <SEP> go, <SEP> % <SEP> 90
<tb>
Amorphes Siliziumdioxyd des obigen Typs kann auch von andern Herstellern von Si und
FeSi bezogen werden,
da beispielsweise die Herstellung von Silizium die Reduktion von Siliziumdioxyd mit Kohle bedingt. Eisen wird zugesetzt, wenn Ferrosilizium hergestellt werden soll.
Ein Teil des Produkts dieser Reduktion kann in der Gasphase, d. h. in der Luft reoxydiert werden, und formt kleine spezielle Siliziumdioxydaggregationen, die für die erfindungsgemässe Verwendung so nützlich sind. Bevorzugt wird der Staub verwendet, der von einem Elektroofen stammt, in dem Ferrosilikon mit zumindes 75% Silizium hergestellt wird. Der Staub, der von einem Elektroofen, in dem 50% Ferrosilizium hergestellt wird, kann ebenfalls verwendet werden.
Es ist möglich, das amorphe Siliziumdioxyd nicht als Nebenprodukt sondern als Hauptprodukt zu gewinnen, indem man die Reaktionskonditionen entsprechend ändert. Amorphes Siliziumdioxyd dieser Art kann auch synthetisch ohne Reduktion und Reoxydation hergestellt werden.
Das amorphe Siliziumdioxyd gemäss der Erfindung besteht grossteils aus Submikronen, kugeligen Teilchen. Die Kugelform gemeinsam mit der Feinheit und den pozzolanischen Eigenschaften machen das amorphe Siliziumdioxyd überraschend geeignet für die Erfindung.
Die amorphen Siliziumdioxydpartikel können beispielsweise zumindest 60 bis 90 Gew.-% Si02, veine echte Dichte von 2, 2 bis 2, 25 g/cm3 und eine spezifische Oberfläche von 18 bis 22 m2/g, die Partikeln sind im wesentlichen kugelig und zumindest 90 Gew.-% der Ausgangspartikel haben eine Grösse von kleiner als 1 11. Es ist selbstverständlich möglich, dass diese Werte schwanken. Beispielsweise kann das Siliziumdioxyd einen geringeren Gehalt an Si02 aufweisen. Darüber hinaus kann die Partikelgrössenverteilung verändert werden, ist es möglich, grösserte Partikel mittels Sieben zu entfernen.
Das amorphe Siliziumdioxyd kann auf Grund eines gewissen Kohlenstoffgehaltes dunkelgrau sein. Dieser Kohlenstoff kann abgebrannt werden, beispielsweise bei Temperaturen über 400 C.
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EMI7.1
<tb>
<tb>
Inverse <SEP> Rotor-Zugfestigkeit <SEP> nach
<tb> Probe <SEP> geschwindigkeit <SEP> 1 <SEP> h <SEP> 7 <SEP> Tagen <SEP> 28 <SEP> Tagen
<tb> Leerprobe <SEP> 32 <SEP> 53 <SEP> > <SEP> 150 <SEP> > 150 <SEP>
<tb> 16 <SEP> 56 <SEP> > <SEP> 150 <SEP> > 150
<tb> 8 <SEP> 60 <SEP> > <SEP> 150 <SEP> > 150
<tb> 4 <SEP> 64 <SEP> > <SEP> 150 <SEP> > 150
<tb> 2 <SEP> 69 <SEP> > <SEP> 150 <SEP> > 150
<tb> 1 <SEP> 78 <SEP> > <SEP> 150 <SEP> > 150
<tb> gestockt <SEP> 49 <SEP> > <SEP> 150 <SEP> > 150 <SEP>
<tb> Probe <SEP> A
<tb> Lignosulfonat <SEP> 32 <SEP> 4 <SEP> 8 <SEP> 11
<tb> 2, <SEP> 5 <SEP> Gew.-% <SEP> 16 <SEP> 4 <SEP> 11 <SEP> 16
<tb> Borresperse <SEP> NA <SEP> 8 <SEP> 5 <SEP> 11 <SEP> 17
<tb> 4 <SEP> 6 <SEP> 12 <SEP> 18
<tb> 2 <SEP> 7 <SEP> 14 <SEP> 23
<tb> 1 <SEP> 9 <SEP> 16 <SEP> 23
<tb> gestockt <SEP> 2 <SEP> 3, <SEP> 5 <SEP> 15,
<SEP> 0
<tb> Probe <SEP> B
<tb> sulfoniertes <SEP> 32 <SEP> 18 <SEP> 17 <SEP> 26
<tb> Kondensat <SEP> von <SEP> 16 <SEP> 20 <SEP> 21 <SEP> 27
<tb> Naphthylen <SEP> und <SEP> 8 <SEP> 25 <SEP> 23 <SEP> 26
<tb> Formaldehyd <SEP> 4 <SEP> 27 <SEP> 24 <SEP> 25
<tb> 2, <SEP> 5 <SEP> Gew.-% <SEP> 2 <SEP> 32 <SEP> 28 <SEP> 27
<tb> Mighty <SEP> 1 <SEP> 39 <SEP> 34 <SEP> 33
<tb> gestockt <SEP> 28 <SEP> 28 <SEP> 43
<tb> Probe <SEP> C
<tb> sulfoniertes <SEP> 32 <SEP> 21 <SEP> 57 <SEP> 55
<tb> Kondensat <SEP> von <SEP> 16 <SEP> 32 <SEP> 63 <SEP> 61
<tb> Melamin <SEP> und <SEP> 8 <SEP> 33 <SEP> 68 <SEP> 64
<tb> Formaldehyd <SEP> 4 <SEP> 36 <SEP> 74 <SEP> 69
<tb> 2, <SEP> 5 <SEP> Gew.-% <SEP> 2 <SEP> 42 <SEP> 81 <SEP> 76
<tb> Rescon <SEP> H <SEP> P <SEP> 1 <SEP> 49 <SEP> 91 <SEP> 88
<tb> gestockt <SEP> 32 <SEP> 63 <SEP> 72
<tb>
Wie aus der Tabelle hervorgeht,
bewirkt das Mikrosiliziumdioxyd die Bildung einer thixotropen Mischung in Wasser, was zu einem Stocken des wässerigen Schlammes führt. Wenn der Schlamm stockt, ist das unpraktisch, da es schwer ist, ihn in diesem Zustand vom Behälter zu pumpen.
Es war äusserst überraschend und unerwartet, dass die hochgradig wasserreduzierenden Mittel der Beispiele B und C und die normal wasserreduzierenden Mittel des Beispiels A die Tendenz des wässerigen Schlammes zu stocken, vermindert haben.
Es wird angenommen, dass während des Mischens die hochgradig und die normal wasserreduzierenden Mittel dazu neigen, die Oberfläche des Mikrosiliziumdioxyds zu überziehen und dadurch sehr effektiv die Neigung des Schlammes zu stocken, verhindern. Die Erfahrung hat gezeigt, dass ein Stockpunkt in der Umgebung von etwa 25 einen hervorragend zu gebrauchenden wässerigen Schlamm gemäss der Erfindung liefert, und dass der wässerige Schlamm befriedigend zu verwenden ist, für einen Stockungspunkt bis etwa 75. Wenn der Stockpunkt über etwa 100 liegt, wird der Schlamm schwer pumpbar und ist für die erfindungsgemässe Verwendung nicht ausreichend.
Gemäss der Erfindung werden die wässerigen Aufschlämmungen des Mikrosiliziumdioxyds stabilisiert und die Neigung zu stocken kann vollständig vermieden werden, wenn zirka 0, 1 bis 10 und vorzugsweise zwischen 2 und 5% eines hochgradig oder normalwasserreduzierenden Mittels, gemessen als Gewichtsprozent und bezogen auf das Trockengewicht des Mikrosiliziumdioxyds
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mehrere hochgradig oder normal wasserreduzierende Mittel allein oder in Kombination verwendet werden, um das Mikrosiliziumdioxyd in wässerigen Schlamm zu stabilisieren. Wenn diese wässerige
Aufschlämmung als ein Additiv für Beton oder Mörtel verwendet wird, kann der Anteil des wasser- reduzierenden Mittels 10 Gew.-% übersteigen, und zwischen 0, 5 bis 40 Gew.-% der Aufschlämmung betragen.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer Mehrkomponentenmischung, die als Zusatz für Zement verwendet wird und ist dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein
Bestandteil aus der Gruppe der wasserreduzierenden oder hochgradig wasserreduzierenden Mitteln mit Wasser und Mikrosiliziumdioxyd gemischt wird, wobei das Mikrosiliziumdioxyd in der wässeri- gen Aufschlämmung in einem Ausmass zwischen etwa 10 bis etwa 80 Gew.-% vorliegt, und dass das wasserreduzierende Mittel etwa 0, 5 bis etwa 40 Gew.-%, bezogen auf das Trockengewicht der wässerigen Aufschlämmung ausmacht.
Der Anteil der erfindungsgemässen Mischung, der dem normalen frischen Beton oder Mörtel zugesetzt wird, hängt von der Anwendung ab. Der Anteil der zugesetzten Mischung wird auf das Gewicht des Zements im Beton bzw. Mörtel bezogen.
Im allgemeinen ist ein Anteil von 2 bis knapp 100% und vorzugsweise von 2 bis 25 Gew.-% trockenen Mikrosiliziumdioxyds, bezogen auf das Zementgewicht in Beton und von 0, 1 bis
5 Gew.-% des hochgradig oder normal wasserentziehenden Mittels, bezogen auf das Zementgewicht im Beton oder Mörtel ausreichend.
Gemäss der üblichen Praxis der Industrie wird die optimale Menge der Bestandteile der
Mischung und die Menge der Mischung innerhalb der spezifizierten Grenzen an Hand von Tests festgelegt, bei denen die Umweltbedingungen und die Bau- und Mischverfahren für die der Test durchgeführt wird, simuliert werden. Normale Tests werden durchgeführt, um die Auswirkung der Mischungszugabe im Hinblick auf den Luftgehalt des Betons, dessen Konsistenz Wasserausblühun- gen und eventuell Luftverlust von frischen Beton Aushärtungsrate, Kompression und Biegefestig- keit, Resistenz gegen Frieren und Tauen, Schrumpfen während des Trocknens und zulässigen
Chloridgehalt festzustellen.
Die üblicherweise zugegebenen hochgradig und normal wasserreduzierenden Mittel bewirken oft ein exzessives Blühen und Entmischen des Betons, was durch eine dünne wässerige Paste, die die Partikel nicht in Suspension halten kann, angezeigt wird. Es ist auch bekannt, dass die meisten der hochgradig und normal wasserreduzierenden Mittel dazu neigen, die Oberflächenspannung der Wasserkomponente des Betons herabzusetzen, was zur Bildsamkeit des Betons führt.
Daraus kann die Abtrennung einzelner Aggregatpartikel resultieren und daraus die geringe Frier-Tau-Resistenz, der Verlust der Pumpbarkeit, schlechte Abriebeigenschaften, Schwierigkeiten bei den abschliessenden Behandlungen und schlechte Oberflächenausbildung bei Arbeiten mit Formen.
Der Zusatz von Mikrosiliziumdioxyd gemäss der Erfindung mit seinem hohen Grad von kleinen Partikeln, vergrössert die Oberfläche der Feststoffe pro Wasservolumen, wodurch eine bessere Suspension und Verteilung der Partikeln resultiert und weiters eine verbesserte Plastizität und Verarbeitbarkeit durch einen Wechsel in der Beeinflussung der Partikeln. Da die erfindungsgemässe Mischung von Zement, Wasser und Zusatzmischung mehr Feststoffvolumen enthält, ist sie weniger wässerig und neigt weniger zum Entmischen. Dadurch sind die Ausblühungen reduziert und das Mikrosiliziumdioxyd hält das Wasser in der pastösen Mischung. Daraus ergibt sich eine homogene, hervorragend verarbeitbare gut pumpbare Mischung mit verminderten Ausblühungsneigungen.
Die Kompressionsfesigkeit des Betons, der die erfindungsgemässe Mischung enthält, ist im allgemeinen höher als man aus der Zugabe der einzelnen Bestandteile erwarten würde. Der Grund dafür ist nicht ganz geklärt, aber es wird angenommen, dass die hochgradig oder normal wasserreduzierenden Mittel eine bessere Verteilung der Mikrosiliziumdioxydpartikel in der Betonmasse ergeben und das einige synergistische Effekte zwischen den Bestandteilen der Mischung herrschen.
Die erfindungsgemässe Mischung wird vorteilhaft in üblichen frischen Betonmischungen
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verwendet, und wird mittels konventioneller Techniken, wie sie derzeit zur Mischung des Betons verwendet werden, vermischt. Beispielsweise kann eine wässerige schlammige Aufmischung, die
11, 3 kg Mikrosiliziumdioxyd, 3, 6 kg trockenes Lomar D (ein hochgradig wasserreduzierendes
Mittel, welches ein sulfoniertes Kondensat von Naphthalen und Formaldehyd ist) und 20, 82 1
Wasser in eine frische Betonmischung, die 204, 11 kg Portlandzement der Type l ohne weitere
Zusätze enthält, gemischt werden. Die erhaltene Betonmischung hat ein Wasser zu Zement-Gewichts- verhältnis von 0, 35, und verfügt über gute Verarbeitbarkeit, Konsistenz und zeigt keine Trenn- effekte im frischen Zustand.
Im ausgehärteten Zustand ist die Komprimierfestigkeit nach 28
Tagen auf typische Weise hoch im Bereich von 827, 4 bar und die Frier-Tau-Resistenz ist über- raschend hoch, auch ohne Luftzumischung. Die Betonmischung enthält 10 Gew.-% Mikrosilizium- dioxyd (trocken) und etwa 1, 5% Lomar D (trocken), bezogen auf das Gewicht des Zements in der Betonmischung. Die herabgesetzte Durchlässigkeit der Mischung erhöht den Widerstand gegen eindringendes Wasser und aggressive Chemikalien und verbessert die Frier-Tau-Charakteristik, verglichen zu einem Beton- oder Mörtelgemisch, welches die erfindungsgemässe Mikrosiliziumdioxyd- aufschlämmung nicht enthält.
Die erfindungsgemässe Mischung wird in der gewünschten, durch Standard-Tests festgelegten
Zusammensetzung vorgemischt und bildet ein einziges Zugabesystem, verglichen mit drei bis vier zuzugebenden Systemen gemäss der konventionellen Technik. Die Zugabe aller Additive kann simultan mit der erfindungsgemässen Mischung erfolgen, in der alle Ingredienzien gleichmässig und homogen dispergiert sind, während bei der konventionellen Technik die Bestandteile se- quentiell zugegeben werden, um Ausflockungen zu vermeiden. Die erfindungsgemässe Mischung spart Ladezeit für die LKW und reduziert die Fehlermöglichkeit, da nur eine Zugabe erfolgt, statt drei oder vier.
Die Lagerhaltung wird vereinfacht und die Qualitätskontrolle verbessert, da die erfindungsgemässe Mischung von einem einzelnen Zulieferanten stammt, und die Probleme der Qualitätserhaltung bei der Lagerhaltung nicht anfallen. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemässen Mischung ist die Vermeidung von Staubbildung am Arbeitsplatz. Die trockene Partikelmischung kann in 36, 3 bis 45, 4 leg-Säcken abgepackt sein und auch für kleinere Arbeitsplätze bis zum Platz verpackt geliefert werden.
Die Eignung der erfindungsgemässen Mischung, die Sulfatresistenz zu erhöhen und die Resistenz gegen Alkali-Silizium-Reaktionen im Beton, der diese Stoffe enthält, zu erhöhen, stammt aus der Zugabe des Mikrosiliziumdioxyds und wird durch Zugabe der erfindungsgemässen Mischung erreicht.
Da die erfindungsgemässe Mischung unter Umständen zur Verlängerung der Härtezeit führt und dies ein unangenehmes Ausmass annehmen kann, können Beschleuniger der Mischung zugegeben werden, um eine optimale Aushärtezeit und eine frühe Festigkeit zu verleihen. Es kann weiters wünschenswert sein, die Aushärtezeit zu verlängern, beispielsweise beim Brückenbau, so dass das Aushärten erst nach dem Abschluss einer gewissen Reihe von Tätigkeiten erfolgen soll.
Die erfindungsgemässe Mischung kann mit Zusätzen aller Art für die jeweilige Aufgabe optimal gestaltet werden und erlaubt so eine Anpassung an alle Aufgaben.
Beschleuniger, wie das bekannte Calciumchlorid, Calciumnitrat und Calciumformat können der erfindungsgemässen Mischung zugesetzt werden, wobei die Anteile gemäss den in der Industrie üblichen Standard-Tests ermittelt werden. Die Beschleuniger können beispielsweise von 5 bis 20 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Mikrosiliziumdioxyds in der Mischung betragen. Verzögerer, wie Zucker in der Form von Glucose oder Sucrose, wie sie in normalen Beton und Mörtelmischungen verwendet werden, können der erfindungsgemässen Mischung ebenfalls zugesetzt werden, wobei auch hier die besten Anteile durch Standard-Tests zu ermitteln sind. Verzögerer können beispielsweise in der Menge von 5 bis 20 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Mikrosiliziumdioxyds zu gegeben werden.
Wenn es gewünscht wird, können luftzuführende Mittel, wie Vinsolharz oder Darex, welches ein sulfiniertes Kohlenwasserstoffsäurederivat von Fetten ist, in die Mischung eingebracht werden, wenn ein bestimmter Anteil von zugeführter Luft gewünscht wird. Ein oder mehrere der luftzuführenden Mittel kann in einer Menge von 0, 5 bis 20 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Mikrosiliziumdioxyds, zugegeben werden.
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Eines oder mehrere der genannten Additive allein oder in Kombination mit andern Additiven kann der erfindungsgemässen Mischung zugegeben werden. Verwendbarkeit und Konsistenz der erfindungsgemässen Mischung kann mittels Standard-Test-Prozeduren ebenso festgestellt werden, wie die Eigenschaften des speziellen Betons oder Mörtels, der jeweils verwendet wird.
Die erfindungsgemässe Mischung kann die beschriebenen Bestandteile in den mittels Tests ermittelten variierenden Mengen enthalten, doch der Anteil der Mischung, der einen konven- tionellen hergestellten Betongemisch zugesetzt wird, zeigt ausreichende Wirkung bei einem jeweils auf das Gewicht des Zements bezogenen Anteil von 2 bis 100 Gew.-% Mikrosiliziumdioxyd von 0, 1 bis 5 Gew.-% eines oder mehrerer hochgradig oder normal wasserreduzierender Mittel allein oder gemischt ebenfalls auf das Zementgewicht bezogen. Wasser oder eine organische Flüssigkeit, die mit dem frisch angerührten Beton kompatibel ist, wird der Mischung in genügender Menge zugesetzt, um einen Schlamm bzw. eine Aufschlämmung zu erzielen, in der die Bestandteile gleichmässig und homogen verteilt sind.
Beschleuniger, Verzögerer, lufteintragende Mittel und andere konventionelle Additive werden mit den essentiellen Bestandteilen der Mischung gemäss der Erfindung in dem Ausmass zugegeben, dass die gewünschte Konzentration im Betongemisch erreicht wird. Auf alle Fälle ist die optimale Menge der zugegebenen Bestandteile nach Standard-Tests zu ermitteln, wobei die Einsatzbedingungen des Betons simuliert werden, und auch die Bearbeitungsverfahren des Betons berücksichtigt werden.
Es ist klar, dass die beschriebenen Änderungen und Modifizierungen den Bereich der Erfindung nicht verlassen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Zusatz für Zement oder Mörtel, der aus einer Mischung von zumindest einem Bestandteil aus der Gruppe der wasserreduzierenden und hochgradig wasserreduzierenden Mittel für Zement und Beton und Mikrosiliziumdioxyd besteht, und dieser Bestandteil im Siliziumdioxyd dispergiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Mikrosiliziumdioxyd 30 bis 98 Gew.-% der Mischung ausmacht und der wasserreduzierende Bestandteil in einem Ausmass von 2, 0 bis 50 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Mikrosiliziumdioxyds vorliegt, wobei die Mischung in Wasser und/oder einer organischen Flüssigkeit aufgeschlämmt ist, und der Anteil der Fest-
EMI10.1
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The invention relates to an additive for cement or mortar, which consists of a mixture of at least one component from the group of water-reducing and highly water-reducing agents for cement and concrete and microsilicon dioxide, this component being dispersed in the silicon dioxide.
From DE-PS 2730943 a dry additional mixture of silicon dioxide, cement and water-reducing agent is known. The cement content is preferably 10% by weight.
It is known to consist exclusively of microsilica and water
To use sludge as an additive, which tends to gel and therefore becomes unpumpable and difficult to store.
A concrete additive consisting of a suspension of small silicon dioxide particles in a two-phase liquid is known from DE-OS 2510224. The two phases are a lyotrophic liquid crystal phase and water. As admitted in this publication, that is
Mixing ratio is extremely critical for maintaining the three phases. With minor disturbances, one of the liquid phases disappears or the suspension becomes unstable.
From DE-OS 2822757,1671286 and 3030611 and EP-A1-38126 and 10777 cement-like compositions containing hydraulic cement, water-reducing agents and silicon dioxide, or additives to substances other than cement and mortar, are known.
One of the greatest advances in concrete technology in recent years has been the discovery of air admixture to make the concrete more frost resistant, especially in the presence of deicing chemicals. The use of air-enriched concrete is recommended for almost all applications. Tests have shown that concrete containing between 5 and 7.5% by volume +/- 1% air can withstand up to 1900 freeze-thaw cycles, while an otherwise completely identical, non-air containing concrete can withstand a maximum of 150 endured such cycles. An example is "Air-Entrained Concrete", Portland Cement Association, Document ISO 45.02T, 1967.
The addition of air brings with it a number of other advantages such as: improved machinability, improved resistance to de-icing chemicals such as calcium chloride, increased sulfur resistance and improved water resistance.
A widely used process for the production of aerated concrete involves the step of adding air entraining material during concrete mixing. Experience has shown that the mixing action is the most important factor in the production of air-containing concrete and therefore the uniform distribution of the air introduced is essential for the production of such concrete. A non-uniform distribution of the air always involves a risk. The factors of the processed, i.e. H. The amount of concrete to be mixed, the condition of the mixer and the mixing rate are also important.
Part of the air introduced can be lost by overmixing, but the techniques and the preferred procedures in connection with the mixing in of the air are currently largely understood and a closer examination is not necessary for the person skilled in the art.
A number of air introducing materials consisting of a variety of ingredients are commercially available, for example thermoplastic resins containing phenol aldehydes and ether groups and salts or soaps thereof.
Vinsol resins are undoubtedly the most widely used airborne material in the United States. Vinsol resin is a thermoplastic resin that is derived from pine resin and contains phenol aldehyde and ether groups. The sodium soap of the Vinsol resin is a particularly effective air-introducing material and you only need 0.15% by weight of the cement to bring air into the concrete according to conventional methods. DAREX AEA is a sulfonated carboxylic acid derivative of greases and greases and is sold by Dewey and Almy Chemical Co. and is also a widely used airborne agent.
The aerated concrete, which is produced by the use of air-entraining agents, contains a large number of extremely small-sized air bubbles, the average bubble diameter normally ranges from 0.076 to 0.152 mm and it can be up to 3, 9, 10 and 6, 5. 1011 bubbles per m3 of air-enriched concrete with an air content in the range of 4 to 6% by volume occur with a maximum grain size of 38.1 mm. The bubbles are not
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in connection with each other and evenly distributed in the cement / water phase.
The distance of the air bubbles is an important factor in the freeze-thaw resistance of the concrete and one
Distance less than 0, 20 mm, measured according to ASTM C457 STANDARD is considered essential for the desired resistance values.
One of the most important advances in concrete technology since aerated concrete was discovered in the 1930s is the use of so-called water-reducing
Medium.
Water reducing agents are chemical compounds that, when added to the concrete, liquefy the concrete for a period of time, so that (1) normal workability
Concrete can be achieved with a low water / cement ratio or (2) extremely easy to process "flowing" concrete is obtained (which is without undesirable side effects such as low abrasion values, low stability, segregation, self-leveling) or (3) a combination of (1) and (2).
Water-reducing agents are known additives for concrete. The commercially available
Materials fall into six different classes.
1. Carboxylic acids and their salts, provided with hydroxyl groups.
2. Modifications and derivatives of 1.
3. Inorganic materials such as zinc salts, borates, phosphates and chlorides.
4. Hydrocarbonates, polysaccharides and sugar acids.
5. Amines, their derivatives and polymers, such as cellulose ethers and silicone resins.
6. Various modifications of the lignosulfonic acid.
The term water reducing agent and water reducing agent as used herein means one or more of the above materials alone or in combination.
The highly water-reducing agents currently used include:
1. Lignosulfonic acids and their salts and modifications and derivatives.
2. Melamine derivatives.
3. Naphthalene derivatives.
The term highly water reducing agents and high water reducing agents as used herein mean one or more of the above-mentioned agents alone or in combination.
There are at least twelve widespread, highly water-reducing agents, eight of which belong to groups (2) and (3). The preferred materials of category (2) are a conventional sulfonated condensate of melamine and formaldehyde, sold under the name Melment, and the preferred material of category (3) is a sulfonated condensate of naphthalene and formaldehyde.
The highly water-reducing agents have a much greater plasticizing effect on normal concrete mixes. The best results in processability, formability and hardness are achieved by using highly water-reducing agents together with the invention.
Concrete, which contains highly water-reducing agents, is used particularly in the field of ready-mixed concrete, where extreme demands are placed on the liquid characteristics, wherever pumpability is important and complicated forms have to be filled. Advantages of using the highly water-reducing agents in the ready-mixed concrete are (a) increased hardness at all ages, (b) improved resistance to attack by sulfates, (c) improved bonding to the reinforcing steel, (d) improved workability and formability and (e ) reduced tendency to penetrate water.
When a highly water reducing agent is added to the mixed concrete, the effect of the plasticization lasts for about 30 to 60 minutes depending on the environmental conditions. Therefore, when used in ready-mixed concrete, the agent should be added at the point of use.
Concrete containing one or more of the highly water reducing agents is described in "Super Plasticized Concrete", ACI Journal, May 1977, pp. N6-Nll and the locations specified therein.
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The water-reducing agents and any accelerators and / or added
Retarders are known and commonly used materials for high-strength concrete, which has a compression strength of 413, 7 to 827, 4 bar.
Although concrete, which is either aerated or plasticized using a water reducer, has proven excellent suitability for many areas of application, there have been problems wherever the properties of both types have been required.
It is now widely accepted that the air distribution is from hardened to airborne
Concrete containing a highly water reducing agent and neutralized Vinsol resin is very poor; d. H. the air distribution factor is greater than 0.020 mm and there is a risk of air loss from the fresh concrete. As already mentioned, the distance factor of the air distribution system in particular is a main criterion for predicting the behavior of concrete which is subjected to repeated freeze-thaw cycles.
The problem is to produce a concrete that has the desired freeze-thaw properties and associated properties of aerated concrete, along with the oscillating one
Machinability and increased hardness of the plasticized concrete mixed with water reducers.
The aim of the invention is to avoid the disadvantages associated with aerated concrete that occur through the use of water reducers, without the known ones
Benefits of losing the workability, formability and hardness of the concrete treated with water-reducing agents.
Accordingly, it is also an object of the invention, a water-reducing, plasticizing
To be given as an additive for concrete, which does not reduce freeze-thaw resistance, but improves it.
The invention is based on the finding that when the microsilica 30 to
98% by weight of the mixture and the water-reducing constituent to an extent of
2.0 to 50% by weight, based on the weight of the microsilica, the mixture being slurried in water and / or an organic liquid, and the proportion of solids in the slurry making up 20 to 80% by weight , both the density and impenetrability of mortar and concrete are improved by several orders of magnitude. It has been found that the non-aerated concrete, which is produced with the microsilica mixture according to the invention, practically does not allow the penetration of freezable water and aggressive fluids.
Concrete which has the microsilica mixture has a freeze-thaw resistance which is equal to or better than that of the concrete which is aerated, and additionally has the same or higher hardness. The deterioration of the air distribution system, which is normally essential with water-reducing agents, both normal and highly effective, does not occur with the invention, since the loss of air or the increase in the bubble spacing is superimposed by the favorable influence of the microsilica mixture, which leads to leads to a fundamental change in the pore structure of the binder phase of the concrete.
More specifically, a more uniform dispersion of the binder phase with a much finer pore structure is obtained.
According to the invention, the microsilica and at least one that reduces water
Agent mixed with or without additional ingredient and the resulting mixture added to the concrete at any desired time. The premixing has great advantages over the usual admixing of the individual components to the concrete, since the effect of the water-reducing agent during the premixing causes the microsilica particles to be evenly covered and homogeneously distributed, thereby avoiding clumping.
The lump formation occurs when the individual components are added separately in accordance with conventional technology and can be a serious disadvantage since the desired uniform hardness and durability of the concrete cannot be achieved.
If lumps have formed in the concrete, an extended mixing phase is required to shred and distribute the lumps and the "overmixing" leads to poorer processability and formability of the mixture.
The effective mechanisms of premixing have not yet been fully understood,
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however, it is believed that a synergistic effect significantly improves the plasticizability, workability of the concrete mix, together with increased hardness, the properties compared to normal concrete, in which the components are added individually.
In one embodiment it is provided that the additive contains at least one water-reducing agent and at least one highly water-reducing agent and optionally contains at least one accelerator and / or at least one retarder and / or at least one air-introducing agent.
The microsilicon dioxide used according to the invention is an amorphous silicon dioxide, a by-product in the production of ferrosilicon and silicon, which is obtained in the top gases of electric furnaces. Microsilica is a pozola, i.e. H. it combines with lime and moisture at ambient temperatures to form compounds with cement-like properties. The main ingredient is silicon dioxide, which is usually at least 60%, but the best results are obtained if the silicon dioxide content is at least 85% by mass.
An amorphous silicon dioxide that is extremely inexpensive for use in accordance with the invention is obtained as a by-product in the manufacture of silicon metal or ferrosilicon in electrical reduction furnaces. In this process, large amounts of silicon dioxide are formed as dust, which is retained in filters or other apparatus. Such silica can be obtained from Elkem a / s, Norway.
The microsilicon dioxide used is thus preferably obtained from the exhaust gas of an electric furnace in which ferrosilicon or silicone metal is obtained.
The analysis and physical data for typical samples of the silica as described above are given in the following table.
Table 1 Dust collected in bag filters in the production of Si metal
EMI4.1
<tb>
<tb> component <SEP>% by weight
<tb> SiO. <SEP> 94 <SEP> - <SEP> 98 <SEP>
<tb> SiC <SEP> 0, <SEP> 2-0, <SEP> 7 <SEP>
<tb> FeZ03 <SEP> 0, <SEP> 05 <SEP> - <SEP> 0, <SEP> 15 <SEP>
<tb> Tri02 <SEP> 0, <SEP> 01-0, <SEP> 02 <SEP>
<tb> Alz03 <SEP> 0, <SEP> 1-0, <SEP> 3 <SEP>
<tb> MgO <SEP> 0, <SEP> 2-0, <SEP> 8 <SEP>
<tb> CaO <SEP> 0, <SEP> 1-0, <SEP> 3 <SEP>
<tb> Na2 <SEP> 0, <SEP> 3-0, <SEP> 5 <SEP>
<tb> K2O <SEP> 0, <SEP> 2-0, <SEP> 6 <SEP>
<tb> Mn <SEP> 0, <SEP> 003-0, <SEP> 01 <SEP>
<tb> Cu <SEP> 0, <SEP> 002-0, <SEP> 005 <SEP>
<tb> Zn <SEP> 0, <SEP> 005-0, <SEP> 01 <SEP>
<tb> Ni <SEP> 0, <SEP> 001 <SEP> - <SEP> 0, <SEP> 002 <SEP>
<tb> S <SEP> 0, <SEP> 1-0, <SEP> 3 <SEP>
<tb> C <SEP> 0, <SEP> 2-1, <SEP> 0 <SEP>
<tb> P <SEP> 0, <SEP> 03-0,
<SEP> 06 <SEP>
<tb> loss of ignition <SEP> (1000 C) <SEP> 0, <SEP> 8-1, <SEP> 5
<tb> bulk density <SEP> easy, <SEP> g / l <SEP> 200 <SEP> - <SEP> 300 <SEP>
<tb> bulk density <SEP> pressed, <SEP> g / l <SEP> 500 <SEP> - <SEP> 700 <SEP>
<tb> Real <SEP> density, <SEP> g / cm3 <SEP> 2, <SEP> 20 <SEP> - <SEP> 2, <SEP> 25 <SEP>
<tb> Specific <SEP> surface, <SEP> m2 / g <SEP> 18-22
<tb> main particle size <SEP> < <SEP> l <SEP> (im, <SEP>% <SEP> 90
<tb>
<Desc / Clms Page number 5>
Table 2 Dust collected in bag filters in the production of 75% FeSi
EMI5.1
<tb>
<tb> component <SEP>% by weight
<tb> Si02 <SEP> 86 <SEP> - <SEP> 90 <SEP>
<tb> SiC <SEP> 0, <SEP> 1-0, <SEP> 4 <SEP>
<tb> Fe <SEP> 203 <SEP> 0, <SEP> 3 <SEP> - <SEP> 0, <SEP> 9 <SEP>
<tb> TiO2 <SEP> 0, <SEP> 02-0, <SEP> 06 <SEP>
<tb> Al203 <SEP> 0, <SEP> 2-0, <SEP> 6 <SEP>
<tb> MgO <SEP> 2, <SEP> 5-3,
<SEP> 5 <SEP>
<tb> CaO <SEP> 0, <SEP> 2-0, <SEP> 5 <SEP>
<tb> Na2 <SEP> 0, <SEP> 9-1, <SEP> 8 <SEP>
<tb> K20 <SEP> 2, <SEP> 5 <SEP> - <SEP> 3, <SEP> 5 <SEP>
<tb> Mn
<tb> Cu
<tb> Zn
<tb> Ni
<tb> S <SEP> 0, <SEP> 2-0, <SEP> 4 <SEP>
<tb> C <SEP> 0, <SEP> 8-2, <SEP> 0 <SEP>
<tb> P <SEP> 0, <SEP> 03-0, <SEP> 08 <SEP>
<tb> loss of ignition <SEP> (1000 C) <SEP> 2, <SEP> 4-4, <SEP> 0 <SEP>
<tb> bulk <SEP> density <SEP> easy, <SEP> g / l <SEP> 200 <SEP> - <SEP> 300 <SEP>
<tb> bulk density <SEP> pressed, <SEP> g / l <SEP> 500 <SEP> - <SEP> 700 <SEP>
<tb> Real <SEP> density, <SEP> g / cm3 <SEP> 2, <SEP> 20-2, <SEP> 25 <SEP>
<tb> Specific <SEP> surface, <SEP> m2 / g <SEP> 18-22
<tb> main particle size <SEP> < <SEP> 1 <SEP> go, <SEP>% <SEP> 90
<tb>
Amorphous silicon dioxide of the above type can also be obtained from other manufacturers of Si and
FeSi can be obtained,
because, for example, the production of silicon requires the reduction of silicon dioxide with coal. Iron is added if ferrosilicon is to be produced.
Part of the product of this reduction can be in the gas phase, i.e. H. are reoxidized in the air and form small special silica aggregates so useful for use in the present invention. It is preferred to use the dust that comes from an electric furnace in which ferro-silicone is produced with at least 75% silicon. The dust from an electric furnace in which 50% ferrosilicon is produced can also be used.
It is possible to obtain the amorphous silicon dioxide not as a by-product but as the main product by changing the reaction conditions accordingly. Amorphous silicon dioxide of this type can also be produced synthetically without reduction and reoxidation.
The amorphous silicon dioxide according to the invention largely consists of submicrons, spherical particles. The spherical shape together with the fineness and the pozzolan properties make the amorphous silicon dioxide surprisingly suitable for the invention.
The amorphous silicon dioxide particles can for example contain at least 60 to 90% by weight SiO 2, a real density of 2.2 to 2.25 g / cm 3 and a specific surface area of 18 to 22 m2 / g, the particles are essentially spherical and at least 90 % By weight of the starting particles have a size of less than 11. It is of course possible that these values fluctuate. For example, the silicon dioxide can have a lower SiO 2 content. In addition, the particle size distribution can be changed, it is possible to remove larger particles using sieves.
The amorphous silicon dioxide can be dark gray due to a certain carbon content. This carbon can be burned off, for example at temperatures above 400 C.
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EMI6.1
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EMI7.1
<tb>
<tb>
Inverse <SEP> rotor tensile strength <SEP> after
<tb> sample <SEP> speed <SEP> 1 <SEP> h <SEP> 7 <SEP> days <SEP> 28 <SEP> days
<tb> blank sample <SEP> 32 <SEP> 53 <SEP>> <SEP> 150 <SEP>> 150 <SEP>
<tb> 16 <SEP> 56 <SEP>> <SEP> 150 <SEP>> 150
<tb> 8 <SEP> 60 <SEP>> <SEP> 150 <SEP>> 150
<tb> 4 <SEP> 64 <SEP>> <SEP> 150 <SEP>> 150
<tb> 2 <SEP> 69 <SEP>> <SEP> 150 <SEP>> 150
<tb> 1 <SEP> 78 <SEP>> <SEP> 150 <SEP>> 150
<tb> bushhammered <SEP> 49 <SEP>> <SEP> 150 <SEP>> 150 <SEP>
<tb> sample <SEP> A
<tb> lignosulfonate <SEP> 32 <SEP> 4 <SEP> 8 <SEP> 11
<tb> 2, <SEP> 5 <SEP>% by weight <SEP> 16 <SEP> 4 <SEP> 11 <SEP> 16
<tb> Borresperse <SEP> NA <SEP> 8 <SEP> 5 <SEP> 11 <SEP> 17
<tb> 4 <SEP> 6 <SEP> 12 <SEP> 18
<tb> 2 <SEP> 7 <SEP> 14 <SEP> 23
<tb> 1 <SEP> 9 <SEP> 16 <SEP> 23
<tb> bushhammered <SEP> 2 <SEP> 3, <SEP> 5 <SEP> 15,
<SEP> 0
<tb> sample <SEP> B
<tb> sulfonated <SEP> 32 <SEP> 18 <SEP> 17 <SEP> 26
<tb> condensate <SEP> from <SEP> 16 <SEP> 20 <SEP> 21 <SEP> 27
<tb> naphthylene <SEP> and <SEP> 8 <SEP> 25 <SEP> 23 <SEP> 26
<tb> formaldehyde <SEP> 4 <SEP> 27 <SEP> 24 <SEP> 25
<tb> 2, <SEP> 5 <SEP>% by weight <SEP> 2 <SEP> 32 <SEP> 28 <SEP> 27
<tb> Mighty <SEP> 1 <SEP> 39 <SEP> 34 <SEP> 33
<tb> bushhammered <SEP> 28 <SEP> 28 <SEP> 43
<tb> sample <SEP> C
<tb> sulfonated <SEP> 32 <SEP> 21 <SEP> 57 <SEP> 55
<tb> condensate <SEP> from <SEP> 16 <SEP> 32 <SEP> 63 <SEP> 61
<tb> melamine <SEP> and <SEP> 8 <SEP> 33 <SEP> 68 <SEP> 64
<tb> formaldehyde <SEP> 4 <SEP> 36 <SEP> 74 <SEP> 69
<tb> 2, <SEP> 5 <SEP>% by weight <SEP> 2 <SEP> 42 <SEP> 81 <SEP> 76
<tb> Rescon <SEP> H <SEP> P <SEP> 1 <SEP> 49 <SEP> 91 <SEP> 88
<tb> bushhammered <SEP> 32 <SEP> 63 <SEP> 72
<tb>
As the table shows
the microsilica causes a thixotropic mixture to form in water, which causes the aqueous sludge to stall. If the sludge stagnates, it is impractical because it is difficult to pump it from the container in this state.
It was extremely surprising and unexpected that the highly water reducing agents of Examples B and C and the normal water reducing agents of Example A reduced the tendency of the aqueous sludge to stall.
It is believed that during mixing the high grade and normal water reducing agents tend to coat the surface of the microsilica and thereby very effectively prevent the tendency of the sludge to stall. Experience has shown that a pour point in the vicinity of about 25 provides an excellent to use aqueous sludge according to the invention and that the aqueous sludge is to be used satisfactorily for a pour point up to about 75. If the pour point is above about 100, the sludge becomes difficult to pump and is not sufficient for the use according to the invention.
According to the invention, the aqueous slurries of the microsilica are stabilized and the tendency to stall can be completely avoided if approximately 0.1 to 10 and preferably between 2 and 5% of a high-grade or normal water reducing agent, measured as weight percent and based on the dry weight of the microsilica
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several high or normal water reducing agents can be used alone or in combination to stabilize the microsilica in aqueous sludge. If this watery
If slurry is used as an additive for concrete or mortar, the proportion of water-reducing agent may exceed 10% by weight, and may be between 0.5 to 40% by weight of the slurry.
The invention also relates to a method for producing a multicomponent mixture which is used as an additive for cement and is characterized in that at least one
Ingredient from the group of water-reducing or highly water-reducing agents is mixed with water and microsilica, the microsilica being present in the aqueous slurry in an amount between approximately 10 to approximately 80% by weight, and the water-reducing agent being approximately 0.5 to about 40% by weight based on the dry weight of the aqueous slurry.
The proportion of the mixture according to the invention which is added to the normal fresh concrete or mortar depends on the application. The proportion of the mix added is based on the weight of the cement in the concrete or mortar.
In general, a proportion is from 2 to almost 100% and preferably from 2 to 25% by weight of dry microsilica, based on the cement weight in concrete and from 0.1 to
5% by weight of the highly or normally dehydrating agent, based on the cement weight in the concrete or mortar, is sufficient.
According to the usual practice of the industry, the optimal amount of the components of the
Mixing and the amount of the mixture within the specified limits are determined on the basis of tests which simulate the environmental conditions and the construction and mixing processes for which the test is carried out. Normal tests are carried out to determine the effect of the addition of the mix on the air content of the concrete, its consistency, water efflorescence and possible loss of air from fresh concrete, hardening rate, compression and flexural strength, resistance to freezing and thawing, shrinkage during drying and admissible
Determine chloride content.
The commonly added high and normal water reducing agents often cause excessive blooming and segregation of the concrete, which is indicated by a thin aqueous paste that cannot keep the particles in suspension. It is also known that most of the high grade and normal water reducing agents tend to lower the surface tension of the water component of the concrete, resulting in the plasticity of the concrete.
This can result in the separation of individual aggregate particles and the low freeze-thaw resistance, loss of pumpability, poor abrasion properties, difficulties in the final treatments and poor surface formation when working with molds.
The addition of microsilica according to the invention with its high degree of small particles increases the surface area of the solids per water volume, which results in a better suspension and distribution of the particles and furthermore an improved plasticity and processability due to a change in the influence on the particles. Since the mixture of cement, water and additional mixture according to the invention contains more solids volume, it is less aqueous and has less tendency to separate. Efflorescence is reduced and the microsilica keeps the water in the pasty mixture. This results in a homogeneous, easily processable, well pumpable mixture with reduced tendency to efflorescence.
The compressive strength of the concrete containing the mixture according to the invention is generally higher than would be expected from the addition of the individual components. The reason for this is not fully understood, but it is believed that the high or normal water reducing agents result in a better distribution of the microsilica particles in the concrete mass and that there are some synergistic effects between the components of the mixture.
The mixture according to the invention is advantageous in customary fresh concrete mixtures
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and is mixed using conventional techniques currently used to mix the concrete. For example, an aqueous muddy mixture that
11.3 kg of microsilica, 3.6 kg of dry Lomar D (a highly water-reducing
Agent which is a sulfonated condensate of naphthalene and formaldehyde) and 20, 82 1
Water into a fresh concrete mix, the 204, 11 kg of Type 1 Portland cement without further
Contains additives to be mixed. The concrete mix obtained has a water to cement weight ratio of 0.35 and is easy to work with, has a consistency and shows no separation effects when fresh.
In the hardened state, the compressive strength is after 28
Days typically in the range of 827.4 bar and the freeze-thaw resistance is surprisingly high, even without air admixture. The concrete mix contains 10% by weight of microsilica dioxide (dry) and about 1.5% Lomar D (dry), based on the weight of the cement in the concrete mix. The reduced permeability of the mixture increases the resistance to penetrating water and aggressive chemicals and improves the freeze-thaw characteristic compared to a concrete or mortar mixture which does not contain the microsilica slurry according to the invention.
The mixture according to the invention is determined in the desired manner by standard tests
Premixed composition and forms a single addition system, compared to three to four systems to be added according to the conventional technique. All additives can be added simultaneously with the mixture according to the invention, in which all the ingredients are uniformly and homogeneously dispersed, while in the conventional technique the constituents are added sequentially in order to avoid flocculation. The mixture according to the invention saves loading time for the trucks and reduces the possibility of errors since only one addition is made instead of three or four.
Warehousing is simplified and quality control is improved, since the mixture according to the invention comes from a single supplier and the problems of maintaining quality in warehousing do not arise. Another advantage of the mixture according to the invention is the avoidance of dust formation at the workplace. The dry particle mixture can be packed in 36, 3 to 45, 4 leg bags and can also be delivered packed for smaller workplaces.
The suitability of the mixture according to the invention to increase the sulfate resistance and to increase the resistance to alkali-silicon reactions in the concrete which contains these substances stems from the addition of the microsilica and is achieved by adding the mixture according to the invention.
Since the mixture according to the invention may lead to an extension of the hardening time and this can become uncomfortable, accelerators can be added to the mixture in order to give an optimal hardening time and an early strength. It may also be desirable to extend the curing time, for example when building bridges, so that curing should only take place after a certain number of activities have been completed.
The mixture according to the invention can be optimally designed with additives of all kinds for the respective task and thus allows adaptation to all tasks.
Accelerators such as the known calcium chloride, calcium nitrate and calcium format can be added to the mixture according to the invention, the proportions being determined in accordance with the standard tests customary in industry. The accelerators can be, for example, from 5 to 20% by weight, based on the weight of the microsilica in the mixture. Retarders, such as sugar in the form of glucose or sucrose, as used in normal concrete and mortar mixtures, can also be added to the mixture according to the invention, the best proportions also being determined here by standard tests. Retarders can be added, for example, in the amount of 5 to 20% by weight, based on the weight of the microsilica.
If desired, air-supplying agents such as Vinsol resin or Darex, which is a sulfinated hydrocarbon acid derivative of fats, can be incorporated into the mixture if a certain proportion of air supplied is desired. One or more of the air-supplying agents can be added in an amount of 0.5 to 20% by weight, based on the weight of the microsilica.
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One or more of the additives mentioned, alone or in combination with other additives, can be added to the mixture according to the invention. The usability and consistency of the mixture according to the invention can be determined by means of standard test procedures, as can the properties of the special concrete or mortar that is used in each case.
The mixture according to the invention can contain the constituents described in the varying amounts determined by means of tests, but the proportion of the mixture to which a conventionally produced concrete mixture is added has sufficient effect with a proportion of 2 to 100% by weight based on the weight of the cement .-% microsilica from 0.1 to 5 wt .-% of one or more highly or normally water-reducing agents alone or mixed also based on the cement weight. Water or an organic liquid that is compatible with the freshly mixed concrete is added to the mixture in sufficient quantities to achieve a slurry or slurry in which the components are evenly and homogeneously distributed.
Accelerators, retarders, air-entraining agents and other conventional additives are added with the essential components of the mixture according to the invention to the extent that the desired concentration in the concrete mixture is reached. In any case, the optimal amount of the added components has to be determined according to standard tests, simulating the conditions of use of the concrete and also taking into account the processing methods of the concrete.
It is clear that the changes and modifications described do not depart from the scope of the invention.
PATENT CLAIMS:
1. Additive for cement or mortar, which consists of a mixture of at least one component from the group of water-reducing and highly water-reducing agents for cement and concrete and microsilica, and this constituent is dispersed in silicon dioxide, characterized in that the microsilica 30 to 98 % By weight of the mixture and the water-reducing constituent is present in an amount of 2.0 to 50% by weight, based on the weight of the microsilica, the mixture being suspended in water and / or an organic liquid, and the proportion The festival-
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