AT392063B - Verfahren zur herstellung eines pulverfoermigen zusatzmittels fuer beton bzw. moertel - Google Patents

Description

AT 392 063 B

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines pulverförmigen Zusatzmittels für Beton bzw. Mörtel zur Verbesserung der Wasserabdichtung unter Verwendung von Silikapulver, Kalziumfluorid-Kieselsäureschlamm und pulverförmigem Kalk.

In der Bauindustrie, insbesondere in dem Bereich des Wasserbaues oder des Tiefbaues, ergibt sich ein immer 5 größerer Bedarf nach wasserdichten Beton- und Stahlbetonkonstruktionen. Die Wasserdichtheit der Baukonstruktionen wird in erster Linie durch ihre Dichtigkeit und ihren Porengehalt bestimmt. Die Voraussetzung für die Dichtigkeit ist durch Zusatzmittel mit einer streng homogenen Korn Verteilung, den geringen Wasserinhalt und die zementbreigesättigte oder übersättigte Zusammensetzung gegeben. In dem verfestigten Beton oder Mörtel bleibt jedoch auch im Falle einer optimalen Zusammensetzung des Grundmaterials 10 ein Porenanteil, welcher der Summe der Porenvolumina gleich ist, die zufolge des zum Verarbeiten beigemischten, dann entfernten Freiwassers, der unvermeidbar hineingemischten Luft und der Unvollkommenheit der Verdichtung entstehen.

Das auf die Oberfläche der Konstruktion gelangte Wasser dringt wegen der Kapillarsaugwirkung und/oder eines .anderen Druckgradienten in die Poren ein, sättigt die Struktur und tritt sodann an der anderen Seite aus. 15 Bei der Herstellung von wasserdichten Betonen wird angestrebt, daß durch den Beton immer weniger Feuchtigkeit sickern soll, als an der Gegenseite verdunsten kann.

Die Wasserdichtheit des Betons wird mit jenem Wert eines Wasserdruckes in bar ausgedrückt charakterisiert, auf dessen 24 Stunden lang dauernde Wirkung hin sich keine Feuchtigkeit im Laufe der gemäß einer MSZ 4715 (gemäß ungarischem Standard) durchgeführten Untersuchung an der untersuchten Hache erkennen läßt und das 20 Wasser höchstens bis zu einem Drittel der Dicke des genormten Betonprüfkörpers vordringt.

Demgemäß werden die wasserdichten Betone in vier Gruppen entsprechend dem ungarischen Standard 4719 (MSZ 4719) eingeteilt: 25 30

Das Zeichen des Angewandter Wasserdruck wasserdichten Betons_gemäß MSZ 4715 vz 1 vz2 vz3 vz4 0,1 MPa (1 bar) 0,2 MPa (2 bar) 0,4 MPa (4 bar) 0,8 MPa (8 bar)

Die praktische Bewertung der Wasserdichtheit einer hergestellten Betonkonstruktion weicht von der obigen 35 ab, da ja bei sehr großen Betriebswasserdrucken auch die Struktur mit Wasserdichtheit vz 8 das Wasser mit der Zeit durchläßt. Deshalb charakterisiert man die Wasserdichtheit der Betonkonstruktionen mit jener Wasserquantität, die während 24 Stunden durch einen Quadratmeter bei dem größten Betriebswasserdruck durchsickert: mäßig wasserdicht max. 0,41/m^.Tag 40 wasserdicht max. 0,21/m^.Tag außerordentlich wasserdicht max. 0,11/m^.Tag

Zur Erhöhung der Wasserdichtheit von Beton- und Mörtelkonstruktionen mit Zementbindung gibt es grundsätzlich zwei Möglichkeiten: 45 - das Aufbringen einer Wasserdichtungsüberzugsschicht aus der Angriffsrichtung des Wassers. Nachteilig sind die bedeutenden Mehrkosten und Mehrarbeit, sowie daß im Falle einer mechanischen oder korrosiven Beschädigung des Überzugs die unter ihm befindliche Struktur nicht mehr wasserdicht bleibt. - die Modifikation der Zusammensetzung von Beton oder Mörtel bei der Hineinmischung eines Zusatzmittels, wodurch die Struktur über den ganzen Querschnitt wasserdicht wird, somit auch bei der Beschädigung der 50 Oberfläche weiterhin wasserdicht bleibt.

Von den obigen zwei Methoden ist die Verwendung von Zusatzmitteln sowohl in technischer als auch in wirtschaftlicher Hinsicht vorteilhafter.

Die Zusalzmittel sind gemäß der Definition der MI. (Technische Grundsätze) Nr. 04560-82 - solche flüssige oder pulverförmige (seltener breiförmige) Produkte, die bei der Umrührung des frischen Betons, oder 55 gegebenenfalls während seines Transportes oder darauffolgend, in der vorgeschriebenen, im Vergleich mit den anderen Komponenten des Betons im allgemeinen kleiner Menge, in die Mischeinrichtung eingeführt werden, damit die einzelnen Eigenschaften des frischen und/oder des festen Betons vorteilhafter werden, beziehungsweise damit dar Bindungs- und/oder der Erhärtungsprozeß zweckmäßig beeinflußt wird.

Die Wasserdichtheit des Betons oder des Mörtels kann auch bei Verwendung von für eine Wassererspamis 60 verwendeten Plastikator- und Verflüssigungsmitteln besser werden, da das Kapillarporenvolumen durch die Verringerung dar zur Hydratation nicht nötigen, überflüssigen Mischwasserquantität kleiner wird. Dies ist jedoch -2-

AT 392 063 B nur eine Nebenwirkung der obigen Agenden.

Die Abdichtungszusatzmittel mit einer abdichtenden Hauptwirkung (Mit dem Zeichen T) verengen oder dichten die Kapillarporen des Betons bzw. Mörtels ab, oder sie verleihen den Porenwänden Wasserdichtheit, wodurch sie die Wasseraufnahme, das Eindringen des unter Druck stehenden Wassers und das Ausmaß des 5 Durchsickerns verringern. Es weisen jene Dichtmittel eine gesteigerte Wasserdichtwirkung auf, die eine Plastikatomebenwiikung besitzen, sodaß sie auf solche Weise unter Verringerung der zur Zementhydratation nicht notwendigen Freiwassermenge zur Herstellung einer weniger Poren enthaltenden, dichteren Struktur geeignet sind.

Es werden Materialien mit sehr unterschiedlicher Wirkung zur Verwendung als Dichtmittel vorgeschlagen. 10 Ein Teil davon hat eine Plastikatorwirkung, diese wirken durch die Reduktion des W/Z (Wasser/Zement) Faktors.

Ein anderer Teil ist ein feines mineralisches Mahlprodukt, das durch Gelbildung die Porosität verringert. Andere Arten schwellen unter Wirkung des Wassers an, wobei sie den weiteren Weg des Wassers versperren. Auch hydrophobe Materialien werden verwendet, welche die Wasseraufsaugfahigkeit des Betons verringern.

Die wichtigsten Arten der Wirkstoffe sind: 15 - Materialien, welche das Wassereindringen vermindern: feinbrüchige inerte Stoffe (Betonit), feinbrüchige

Stoffe mit hydraulischen Eigenschaften (Traß, Flugasche), Materialien mit Plastikatorwirkung (Ligninsulfonatsalze, wasserlösliche und in dem Wasser dispergierte Polymere), Luftporen bildende Materialien (neutralisierte Baumharze) - Hydrophobe Materialien: Metallseifen (Sulfosalze, Ester von Fettsäuren, Oleat- und 20 Stearinsäurefolgeprodukte), Butilstearat, Petroleumfolgeprodukte (Mineralöle, aus Destillation stammende

Asphalte) - Materialien mit gemischter Wirkung: Wachsemulsionen, Naphtalinfolgeprodukte, Kohlenteer, Natriumsilikat, Aluminiumpulver, Fluorwasserstoff· und Silikofluorwasserstoffsalze, hydrolisierte Eiweiße.

Die Wirkungsweisen der verschiedenartigen Mittel weichen voneinander ab. 25 Die Verringerung der Wasseraufhahme und Wasserdurchlässigkeit des Betons kann - durch die Verringerung der Kapillarporenmenge - durch die Einengung und die Dichtung der Kapillarporen - durch die Veränderung der Kapillarpoien zu hydrophoben Kapillarporen erfolgen.

Die Verringerung der Kapillarporenmenge ist in erster Linie durch die Verwendung von Mitteln mit einer 30 Plastikatorwirkung möglich und ergibt sich aus der Reduktion des Wasser-Zementfaktors, bzw. des Zementbreiinhaltes.

Die Unterbrechung der Kapillaren ist mit luftporenbildenden Mitteln möglich. Die künstlich eingeführten, geschlossenen Luftbläschen verhindern das Ausbreiten des Wassers in kapillaren Systemen (die unter Druck entstandene Wasserausbreitung wird dadurch nicht verhindert). Auch die durch die Plastikatoren erreichte W/Z 35 Faktoneduktion kann zum Aufheben des Zusammenhangs des Kapillarsystems führen.

Die Einengung bzw. die Dichtung der Poren ist durch die Beimischung beim Einwirken von Wasser auf das Mehrfache ihrer ursprünglichen Volumina anschwellender oder mehlfeiner mineralischer Mehlpiodukte erzielbar. Letztere bilden, indem sie mit dem während der Hydratation des Zements frei werdenden Kalk in Reaktion treten, ein Kalzium-Hydrosilikat-Gel, und das Gel mit einem großen Volumen dichtet die Kapillaren ab. Die 40 Verwendung der Mahlprodukte ist nur bei Betonen mit einem verhältnismäßig geringen Zement- und Feinteilanteil zweckmäßig, im Falle großer Zementanteile kann sie den Wasserbedarf der Mischung schädlich erhöhen.

Die Veränderung des Kapillarsystems zum Hydrophoben erfolgt durch die Zugabe von hydrophoben Mitteln, welche die zwischen den Porenwänden auftretende Spannung erhöhen. Diese Wirkung verringert sich gemäß den 45 Angaben in der Fachliteratur in Abhängigkeit von der Betonporosität mit der Zeit.

Neuere Zusatzmittel weisen im allgemeinen eine kombinierte Wirkung auf.

Die eingeführten Dichtungsmittel beeinflußen außer der Wasserdichtheit auch die anderen physikalischen-mechanischen Eigenschaften des Betons.

Abgesehen von den Plastikatormitteln verringern sie im allgemeinen die Druckfestigkeit des Betons. Diese 50 hinzukommende Wirkung ist bei der Verwendung von Zuschlägen zu beachten. Gemäß den technischen Zweiggrundsätzen (MI 04.560-82) ist das Mittel noch entsprechend, wenn sich daraus eine Druckfestigkeit-Verringerung in der Höhe von höchstens 5 % ergibt. Neben der Druckfestigkeit sinken im allgemeinen auch die Adhäsiv- und die Zerreißfestigkeit. Ein Teil der Mittel hemmt auch den Wasserverkehr, der zum ungestörten Ablauf der Hydratation des Zementes nötig ist, wodurch sie eine bindungsverzögemde Nebenwirkung aufweisen. 55 Dies kann im Falle einer Plastikatomebenwirkung mit der Verringerung des W/Z Faktors ausgeglichen werden; in anderen Fällen muß man sie mit Erhärtungsbeschleunigern kombinieren oder bei dem Ausschalen berücksichtigen. Fallweise nimmt das Eingehen des Betons, jedoch nur innerhalb des bei der Anwendung von Betonzuschlägen gemäß dem oben angeführten Grundsatz erlaubten Wertes, zu.

Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht die Herstellung eines solchen 60 Abdichtungszusatzmittels, wofür billige Nebenprodukte als Grundstoffe verwendet werden, welche auch im Falle geringer Beimischungsmengen eine entsprechende wasserdichtheiterhöhende Wirkung aufweisen, und die Festigkeit des Betons bzw. des Mörtels nicht verschlechtern. Als weiterer Vorteil ist hervorzuheben, daß sie kein -3-

AT 392 063 B für die Betonbewehrung gefährliches Chloridion enthalten und während der Vorfertigung der Trockenmörtelprodukte beigemischt werden können.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren gründet sich die theoretische Überlegung für die Auswahl der Grundstoffe auf der Tatsache, daß die aktive Kieselsäure, die auch bei Zimmertemperatur mit dem Kalk reagiert und sich zum Trikalzium-Silikathydrat, das mit einem der Endprodukte der Zementherstellung identisch ist, um wandelt, in mehreren, in der Industrie nur wenig ausgenutzten Abfallstoffen (z. B. Flugasche, Hochofenschlacke, Traß) in großer Menge zur Verfügung steht. Ein solches aktives, strukturloses Siliziumoxyd mit der sog. Puzzolanwirkung befindet sich zu 90-98 Massen% Quantität beispielsweise in dem trocken abgetrennten Silikapulver, das sich als Nebenprodukt bei der Ferrosilizium-Herstellung bildet und in dem Kalziumfluorid-Kieselsäureschlamm, der als Nebenprodukt bei der Kryolith-Herstellung entsteht. Um die für die weiteren Reaktionsstufen nötige Kalziumhydroxyd-Menge aufrecht zu erhalten, die sich bei dem Bindungs- und Festigungsverfahren der Klinkermineralien bildet, kann der Kalkbedarf der Puzzolanreaktion durch das Zuführen des zum Pulver gelöschten Kalks gewährleistet werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren besteht in der Herstellung eines pulverförmigen Beton- bzw. Mörtelabdichter-Zusatzmittels. Die Neuheit des Verfahrens gemäß der Erfindung liegt darin, daß der während der Kryolithherstellung entstehende Kalziumfuorid-Kieselsäureschlamm mit einem 90 gewichtsprozentigem Trockenstoffinhalt pulverisiert wird, sodann durch eine darauffolgende Zerkleinerung in ein Trockenprodukt mit Zementfeinheit umgewandelt wird, wobei nachher pulverförmiger gelöschter Kalk und Silikapulver solange zugemischt werden, bis sich ein gleichförmiges fahlgraues Pulver ergibt.

Das Dosierungsmassenverhältnis der Pulvermischungskomponenten ist folgendes:

Silikapulver 40-60 Massen%

Ausgetrocknete Kalziumfluorid-Kieselsäure 10-35 Massen%

Pulverförmiger gelöschter Kalk 25-40 Massen%

Das nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellte Produkt wird bei der Vermischung der trockenen Grundstoffe des Betons bzw. des Mörtels in 3-6 % in Bezug auf die Bindematerialmasse des Zements der Mischung zugeführt und die Naßvermischung wird darauffolgend mit der berechneten Wasserquantität durchgeführt

Das Erzeugnis enthärtet die Konsistenz der Mörtel- bzw. Betonmischung ein wenig, was eine 5-8 prozentige Verringerung des Wasserzusatzes ermöglicht Der Luftporengehalt, die Bindungszeit und die Körperdichte werden nicht maßgeblich beeinflußt. Verglichen mit den Festigkeitswerten der Eichmischungen (zuschlagsfrei, jedoch mit gleicher Zusammensetzung) hat die Festigkeit der Mischungen mit Zusatzmitteln, insbesondere der nach 91 Tagen gemessene Wert zugenommen (+ 50-.. + 110 %). Dies beweist, daß das Produkt an der Hydratation, insbesondere in dem Zeitabschnitt der Nacherhärtung aktiv teilnimmt. Das lineare Eingehen der mit diesem Produkt gemischten Betone weist im Vergleich mit dem Eichmaß einen gleichen oder kleineren Wert auf. Im Laufe der genormten Überprüfung der Wasserdichtheit haben sich die dieses Produkt enthaltenden Prüfkörper im Verhältnis zu dem Eichmaß, das nach der 1 bar Druckstufe völlig verwässert ist, auch bei 8 bar Wasserdruck wasserdicht erwiesen. Die Zumischung des Produkts stört die Dampferhärtung der vorgefertigten Betonelemente nicht, wobei es kein für eine Stahlkorrosion gefährliches Chloridion enthält.

Die betontechnologische Wirkung des Produkts gemäß der vorliegenden Erfindung wird bezogen auf das von diesem zusatzmittelfreien Eichmaß in den folgenden Tabellen aufgezeigt:

Untersuchungsresultate des Frischbetons gemäß MSZ 4714

Zeichen der Betonmischung Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Abdichtungsmittel (Zement Massen%) Fließbar keit (cm) Luft poren gehalt Vol.% Köiper- dichte (kg/m3) T0 53 2,7 2,354 TI 5 54 3,6 2,351 T2 10 50 4,5 2,314 T3 10 48 4,6 2,303 4-

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Untersuchungsresultate der Druckfestigkeit gemäß MSZ 4715

Zeichen der Betonmischung

Druckfestigkeit an einem 15 cm großen Quadrat (15N/mm^) 7 Tage 28 Tage 91 Tage alt alt_ alt T0 5,2 13,1 16,9 TI 9,6 17,3 23,7 T2 8,8 21,1 27,4 T3 20,3 31,4 35,9

Untersuchungsresultate der Wasserdichtheit gemäß MSZ 4715

Zeichen der Betonmischung Wasseraufhahme per Druckstufe (ml) 48 St 24 St 1 bar 2 bar 24 St 4 bar 48 St 8 bar Max. Ein-dringtiefe (mm) Wasser dichtheits stufe T0 750 1700* _ 120* _ TI 6 9 12 21 22 vz 8 T2 42 87 110 170 71 vz 2 T3 8 17 31 43 25 vz 8

Bemerkung: * Bei der 2 bar Druckstufe vollkommen durchfeuchtet

Lineare Eingehenswerte gemäß MSZ 4715

Zeichen der Lineares Eingehen (mm/m)

Betonmischung_8 Tage_14 Tage 28 Tage_56 Tage 91 Tage T0 0,058 0,116 0,252 0,349 0,388 TI 0,034 0,088 0,219 0,325 0,393 T2 0,107 0,179 0,398 0,461 0,495 T3 0,054 0,152 0,267 0,344 0,388

Bemerkung: Die Grundzusammensetzung der untersuchten Betone ist folgende: 300 kg/m3 1800 kg/m3 2101/m3 350 KSPC 20 Zement von Väc sandiger Kieszuschlag Wasserzusatz

Ausführungsbeispiele: 1. Beispiel

Beton- bzw. Mörtelabdichtungszusatzmittel werden hergestellt und in den folgenden Massenprozentsätzen im Pulvermischer zusammengerührt

Silikapulver 53 Massen%

KaMumfluorid-Kieselsäuip-Pulver 14 Massen%

Pulverförmiger gelöschter Kalk 33 Massen% -5-

Claims (2)

1. AT 392 063 B 3 Massen% aus der Pulvermischung werden zur Herstellung eines wasserdichten Betons bei einer Verringerung des Wasserzusatzes um 5 Massen % zugeführt.
2. 2. Beispiel: Das Produkt wird in von dem ersten Beispiel abweichenden Massenverhältnissen in dem Pulvermischer zusammengerührt, wobei Silikalpulver 44 Massen% Kalziumfluorid-Kieselsäure-Pulver 26 Massen% Pulverförmiger äbgelöschter Kalk 30 Massen% in den obigen Verhältnissen zugeführt werden. Aus der Pulvermischung werden 6 Prozent in Bezug auf die Masse des Zements zur Herstellung des wasserdichten Zementmörtels bei einer Verringerung des vorgesehenen Wasserzusatzes um 8 Massen % zugeführt. PATENTANSPRUCH Verfahren zur Herstellung eines pulverförmigen Zusatzmittels für Beton bzw. Mörtel zur Verbesserung der Wasserabdichtung unter Verwendung von Silikapulver, Kalziumfluorid-Kieselsäureschlamm und pulverförmigem Kalk, dadurch gekennzeichnet, daß der Kalziumfluorid-Kieselsäureschlamm, zweckmäßigerweise durch Vakuumdestillation, zunächst pulverisiert wird, sodann durch Zerkleinern in ein zementfeines, trockenes Pulver umgewandelt wird, wobei anschließend aus 40 bis 60 Massen% Silikapulver, 10 bis 35 Massen% Kalziumfluorid-Kieselsäurepulver und aus 25 bis 40 Massen% pulverförmigem Kalk ein gleichförmiges, fahlgraues Pulverprodukt hergestellt wird, das beim Zusammenmischen der trockenen Grundstoffe des Betons bzw. Mörtels vor dem Naßmischen in 3 bis 6 % bezogen auf die Masse des Zementbindematerials der Mischung zugemischt wird. -6-