Zusatzmittel für Mörtel und Beton
Gegenstand der Erfindung ist ein Zusatzmittel für Mörtel und Beton in Form einer wässrigen Kunstharzoder Naturlatexdispersion, die im wesentlichen aus Wasser, einem fein verteilten Polymeranteil und einem Emulgator besteht, und die bestimmte Zusätze enthält, die das Schäumen der Dispersion beim Anmischen des Mörtels oder Betons verhindern. Der besondere Vorteil der Erfindung liegt darin, dass der entschäumende Zusatz den Dispersionen unmittelbar bei der Herstellung zugegeben werden kann, seine Wirkung auch bei langer Lagerung nicht verliert und die Stabilität der Dispersionen nicht beeinträchtigt.
Die in Frage stehenden Dispersionen werden im folgenden einfachheitshalber nur als Kunstharzdispersionen bezeichnet. Unter Beton und Mörtel sollen Mischungen aus Zement und Zuschlagstoffen, unter Mörtel auch Kalk- und Gipsmörtel ohne Zementgehalt verstanden werden.
Beton und Mörtel sind, bedingt durch die chemischen Eigenschaften der anorganischen Bindemittel, anfällig gegen aggressive Medien. Sie enthalten ausserdem in ihrem Gefüge Poren, Kapillaren und Fehlstellen, in die Wasser eindringen und durch die Wasser durchtreten kann. Endfestigkeit und Abriebfestigkeit des erhärteten Materials werden dadurch beeinträchtigt, dass beim Anmischen mehr Wasser zugesetzt werden muss, als für das Abbinden erforderlich ist, damit die Massen gut zu verarbeiten sind.
Es ist bekannt, die Plastizität von Frischbeton und Frischmörtel durch Zusätze von beispielsweise Netzmitteln zu erhöhen, wodurch bei gleich guter Verarbeitbarkeit ein Teil des überschüssigen Anmachwassers eingespart werden kann. Es wird dadurch zwar erreicht, dass die Massen leichter und vollständiger verdichtet werden können, was zu einem kompakten Gefüge und zu höherer Endfestigkeit führt, doch ist ein derartiger Beton oder Mörtel noch nicht dicht gegen Feuchtigkeit und Wasser.
Es ist weiter bekannt, Beton und Mörtel gegen Feuchtigkeit und Wasser durch Zusatz sogenannter Dichtungsmittel, beispielsweise Trass, Schlacken, Wasserglas, Silikone, Seifen oder Fettsäuren, abzudichten. Derartige Stoffe dichten zwar im Beton oder Mörtel die Fehlstellen ab, führen jedoch zu einer bisweilen beträchtlichen Verminderung der Endfestigkeit, insbesondere der Druckfestigkeit, des erhärteten Materials.
Als Zusätze zu Beton und Mörtel werden bekanntlich Kunstharzdispersionen verwendet. Solche Dispersionen erhält man, indem man geeignete Monomere unter Zusatz von Emulgatoren in Wasser dispergiert und in diesem Zustand polymerisiert. Sie werden dem Beton oder Mörtel beim Anmischen zugesetzt und bewirken eine Plastifizierung der Mischung. Beim Aushärten des Betons oder Mörtels scheidet sich das Kunstharz aus und bildet innerhalb des erhärteten Materials, vornehmlich in Poren, Kapillaren und Fehlstellen eine feste Masse, die diese Hohlräume ganz oder weitgehend ausfüllt und abdichtet. Durch den Einsatz geeigneter Kunstharze entsteht ein homogenes, festes Endprodukt von guter Dichtigkeit und Chemikalienbeständigkeit. Auch die Verarbeitbarkeit der frischen Mischung und die Haftfestigkeit auf altem, bereits erhärteten Material wird verbessert.
Als Zusatz zu Beton und Mörtel sind eine Vielzahl von Kunstharzdispersionen bekannt, beispielsweise Dispersionen von jPolyvinyl- und Polyvinylidenchlorid, Polyvinylestern, wie Polyvinylacetat, Polyvinylpropionat, Polyvinyläthern, Polystyrol, Polyäthylen, Polypropylen, Polybutadien, Polymethylbutadien, Polychlorbutadien, Polyäthylenoxyd, Polyacrylsäure sowie ihre Derivate wie Polymethacrylsäure, Polyacrylsäureester und -nitrile, sowie auch von Naturlatices.
Auch geeignete Emulgatoren stehen in reicher Auswahl zur Verfügung, und zwar: Anionenaktive Verbindungen:
Salze von Carbonsäuren (z. B. von Fettsäuren, Aryl aminocarbonsäuren, Alkylsulfamidocarbonsäuren),
Salze saurer Schwefelsäureester (Sulfate) wie sulfa tierte Öle, Fette, Fettsäuren und Derivate, Alkyl sulfate, sulfatierte Fettsäurealkanolamide, sulfatierte
Polyglykolätherderivate,
Salze von Sulfonsäuren (Sulfonate) wie Alkylsulfo nate, Kondensationsprodukte von Oxy- und Amino alkanolsulfonsäuren,
Salze von Alkylsulfopolycarbons äureestern, Alkyl arylsulfonate, Salze von Alkylarylpolyglykoläther sulfonat.
Kationenaktive Verbindungen: wie z. B. Salze von aliphatischen Aminen, quater näre Ammoniumsalze.
Nichtionogene Verbindungen: wie Fettsäureester von Polyalkoholen, Fettsäure alkanolamide, Athylenoxyaddukte wie Polyglykole von Fettsäuren, Polyglykoläther von ettsäureestern,
Polyglykoläther von Fettalkoholen und Mercaptanen,
Polyglykoläther von Acylamiden und Fettsäuren alkanolamiden, Polyglykoläther von Fettaminen,
Polyglykoläther von Alkylaromaten, Polypropylen oxyd-Äthylenoxydaddukte, Phosphorsäureester (se kundär und tertiär), deren Alkyl- bzw. Acylreste direkt oder über eine Äthylenoxyd-Brücke an ortho
Phosphorsäure gebunden sind.
Hochpolymere, grenzflächenaktive Verbindungen:
Polyvinylalkohole, Polyacrylate, Polyvinyl pyrrolidon, Polyvinylpyridin.
Ein Nachteil solcher Kunstharzdispersionen ist ihr Emulgatorgehalt, der jedoch zur Erhaltung der Lagerfähigkeit erforderlich ist. Der Emulgator führt beim Anmischen des Betons oder Mörtels zur Schaumbildung und zur Einführung von Luft in das Gemisch, wodurch die Endfestigkeit des Materials nicht die an sich möglichen Werte erreicht.
Ein Nachteil der bisher verwendeten Kunstharzdispersionen besteht darin, dass sie wegen ihres Emulgatorgehaltes beim Anmischen von Beton oder Mörtel schäumen. Dadurch wird Luft in das Gemenge eingeführt, die nicht mehr entweichen kann. Die Endfestigkeit des abgebundenen Materials erreicht infolge des Luftporengehaltes nicht die an sich möglichen Werte.
Um das Schäumen der Dispersionen zu unterbinden, sind schon Entschäumer zugesetzt worden. Die bisher bekannten Entschäumer konnten den Dispersionen aber erst unmittelbar vor dem Anmischen des Betons oder Mörtels zugesetzt werden, weil die entschäumende Wirkung bereits nach kurzer Lagerzeit verlorengeht. Manche Entschäumer führen sogar zum Zusammenbruch der Dispersion.
Es wurde nun ein Zusatzmittel für Mörtel und Beton in Form einer wässrigen Kunstharz- oder Naturlatexdispersion gefunden, das beim Anmischen nicht schäumt, und das über lange Zeiträume gelagert werden kann, ohne dass die Wirkung des Entschäumers nachlässt. Das erfindungsgemässe Zusatzmittel besteht im wesentlichen aus Wasser, einem fein verteilten Polymerenanteil und einem Emulgator, und enthält als Entschäumer ein Gemisch aus mindestens zwei oxäthylierten Verbindungen, die Anlagerungsprodukte von Äthylenoxid an Alkylphenole, Fettalkohole, Fettamine oder Fettsäuren sind, mit der Massgabe, dass die oxäthylierten Verbindungen gleiche oder verschiedene hydrophobe Reste und unterschiedlichen Oxäthylierungsgrad haben.
Besonders geeignet haben sich Mischungen aus gleichen Teilen von oxäthyliertem Oleylamin mit 2-3 Mol Äthylenoxid pro Mol und oxäthyliertem Oleylalkohol mit 4 Mol Äthylenoxid pro Mol.
Gute Ergebnisse zeigen auch Mischungen, die aus 1-3 Teilen Nonylphenolpolyglykoläther mit 6-30 Mol Äthylenoxid pro Mol und 1-2 Teilen oxäthylierter Ölsäure mit 2 Mol Äthylenoxid pro Mol bestehen.
Anstelle des Nonylphenolpolyglykoläthers kann mit gleichem Erfolg Tributylphenolpolyglykoläther mit 4 bis 7 Mol Äthylenoxid pro Mol verwendet werden.
Die zuzusetzende Entschäumermenge hängt etwas von der Art und Menge des in der jeweiligen Dispersion enthaltenen Emulgators ab und wird in jedem Fall durch einen einfachen Vorversuch ermittelt. Im allgemeinen sind Mengen zwischen 2,5 bis 20 Gew.%, vorzugsweise 5 und 15 Gew.% Entschäumermischung, bezogen auf den Feststoffgehalt der Dispersion, erforderlich.
Die folgende Tabelle I zeigt an einer Reihe von Vergleichen die Vorteile der gemäss der Erfindung entschäumten Zusatzmittel.
Tabelle II zeigt an einem Beispiel, dass die entschäumende Wirkung auch bei lang andauernder Lagerung voll erhalten bleibt.
1 2 3 4 5 6 7 8
Zusatz von Zusatzmenge und Zusammensetzung Nr. Zusammensetzung der Kunststoff- Feststoff- Art und Menge des Dispersions- des Entschäumungsmittels Ausbreit- Luft dispersion gehalt Emulgators feststoff (Zusätze auf Kunstharztrockenmasse mass gehalt auf Zement in der Dispersion) (cm) (Vol.%) - ohne - 17,5/17,8 4,2 1 Butylacrylat/Methylmethacrylat/ 47% 3% Nonylphenolpolyglycol- 2,5% 15% 4 GT Ricinusöl + 9 Mol AeO
Acrylsäure 55:44:1 mit äther mit 30 Mol AeO 1 GT Ricinusöl + 3 Mol AeO 18,5/18,6 4,5
NH4OH auf pH 8,5 2 Vinylchlorid/Butylacrylat/ etwa 35% 3% Na-Laurylsulfat 2,5% - 16,2/16,3 16,0
Acrylsaüre 54:43:
:3 auf pH 7 2,5% 10% 3 GT Tributylphenol + 4 Mol AeO mit Triäthanolamin 2 GT Nonylphenol + 6 Mol AeO 24,0/23,5 7,0 3 Vinylacetat 50% 5% Polyvinylalkohol 2,5% - 19,5/19,6 16,0
10 % - 23,0/23,1 14,0
2,5% 10% 2 GT Ölsäure + 2 Mol AeO
3 GT Nonylphenol + 6 Mol AeO 20,5/20,4 3,2
2,5% 12% 1 GT Oleylalkohol + 4 Mol AeO
1 GT Oleylamin + 2-3 Mol AeO 22,3/22,0 7,0
10 % 5% 2 GT Ölsäure + 2 Mol AeO
3 GT Nonylphenol + 6 Mol AeO 24,7/25,0 1,0
10 % 5% Oleylalkohol + 4 Mol AeO 23,0/23,6 2,3
10 % 5% 1 GT Oleylalkohol + 4 Mol AeO
1 GT Oleylamin + 2-3 Mol AeO 24,4/24,2 5,0 4 Vinylacetat 50% 1% äthensulfosaures Na 2,5% - 16,8/16,8 21,5
2% 2% dodecylsulfosaures Na 10 % - 13,2/13,1 16,8
2,5% 10% 2 GT Ölsäure + 2 Mol AeO
3 GT Nonylphenol + 6 Mol AeO 23,0/23,2 3,9
2,5% 12% 1 GT Oleylamin + 2-3 Mol AeO
1 GT Oleylalkohol + 4 Mol AeO 23,9/24,1 6,5
10 % 5% 2 GT Ölsäure + 2 Mol AeO
3 GT Nonylphenol + 6 Mol AeO
27,0/27,4 6,5
10 % 5% 1 GT Oleylamin + 2-3 Mol AeO
1 GT Oleylalkohol + 4 Mol AeO über 30 6,5 Tabelle I Verarbeitungsversuche mit Zementmörtel unter Zusatz verschiedener Kunststoffdispersionen (mit und ohne entschäumend wirkende Zusätze) Für die Versuche wurde eine Zement-Sand-Mischung mit folgender Zusammensetzung verwendet: 1 Gewichtsteil Portlandzement 275 3 Gewichtsteile Quarzsand 0-3 mm 0,55 Gewichtsteile Anmachwasser, in einigen besonders angezeigten Fällen 0,7 und 0,9 Gewichtsteile Wasser.
Die Mischungen wurden in einem Labormischer hergestellt.
Das in der Dispersion befindliche Wasser wurde von Anmachwasser abgezogen.
Tabelle I (Fortsetzung) 1 2 3 4 5 6 7 8 5 Naturlatex 50% auf Eiweissbasis 2,5% - 17,3/17,5 21,0
2,5% 20% 2 GT Ölsäure + 2 Mol AeO
3 GT Nonylphenol + 6 Mol AeO 22,0/22,3 9,0 6 Naturlatex 50% auf Eiweissbasis 2,5% - 17,3/17,5 21,0
2,5% 20% 2 GT tert.-Oleylphosphat
3 GT Nonylphenol + 6 Mol AeO 22,0/22,3 9,0 In den hier dargestellten Versuchen wurde anstelle des bisher zu Prüfung benutzten Zementmörtels ein Kalkmörtel mit einer Zusammensetzung von 1 Gewichtsteil Weisskalkhydrat + 3 Gewichtsteile Zuschlagstoff (Körnung 0-3 mm) + 0,9 Gewichtsteile Anmachwasser eingesetzt.
Zusatz von Zusatzmenge und Zusammensetzung Zusammensetzung des Kunststoff- Feststoff- Emulgatormenge und -art Dispersions- des Entschäumungsmittels Ausbreit- Luft dispersion gehalt (bezogen auf eingesetztes feststoff (bezogen auf Kunstharztrockenmasse mass gehalt
Monomeres) auf Kalk in der Dispersion) (cm) (Vol.%) Butylacrylat/Methylmethacrylat/ 47% 3% Nonylphenol ohne - 17,2/17,3 2,0 Acrylsäure 40:59:1 mit NH4OH + 30 Mol AeO 2,5% - 18,7/18,8 12,0 auf pH 8,5 eingestellt 2,5% 10% 2 GT Ölsäure + 2 Mol AeO 19,4/19,5 3,5
3 GT Nonylphenol + 6 Mol AeO
Tabelle II
Dauerlagerfähigkeit der entschäumten Dispersionen
Die Versuche wurden mit einem Mörtel folgender Zusammensetzung durchgeführt:
1 Gewichtsteil Portlandzement : 3 Gewichtsteile Zuschlagstoff :
0,5 Gewichtsteile Anmachwasser
Prüfwerte beim Prüfwerte nach 4 Monate-Lagerung bei
Emulgatormenge Zusatz von Zusatzmenge und Zusammen- Lagerbeginn 20 C 60 C Zusammensetzung der Feststoff- und -art, bezogen Dispersions- setzung des Entschäumungs- Ausbreit- Luft- Ausbreit- Luft- Ausbreit- Luft Kunststoffdispersion gehalt auf eingesetztes feststoff mittels (Zusätze auf Kunstharz- mass gehalt mass gehalt mass gehalt
Monomeres auf Zement trockenmasse in der Dispersion) (cm) (Vol.%) (cm) (Vol.%) (cm) (Vol.%) - - - ohne - 17,5/17,8 3,6 17,4/17,2 4,2 17,4/17,2 4,2 Butylacrylat/ 47% 3% Nonylphenol 2,5% - 18,7/18,9 15,2 17,9/18,0 16,6 18,0/18,2 15,4 Methylmethacrylat/ + 30 Mol AeO 2,5% 15% 4 GT Ricinusöl 18,6/18,8 4,5 18,8/18,9 4,9 18,5/18,7 4,8 Acrylsäure 55:44:1 + 9 Mol AeO mit NH4OH auf pH 8,5 1 GT Ricinusöl + 3 Mol AeO