Zementmischung geringer Dichte
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Zementmischung geringer Dichte, die zur Herstellung von Beton geringer Dichte geeignet ist.
In den letzten Jahren richtete sich das Interesse in stärkerem Masse auf die Herstellung leichter Baumaterialien, die anstelle von gewöhnlichem Beton verwendet werden sollten. Gewöhnlicher Baubeton hat ein Gewicht von etwa 2,403 gcma. Es wurde nun gefunden, dass das Gewicht des Betons durch die Verwendung leichter Zuschlagstoffe oder durch eine Auflockerung des Betons mit Luft ( aeration ) erheblich verringert werden kann. Gewisse Verringerungen des Eigengewichts von Beton lassen sich durch Verwendung nicht natürlicher leichter Zuschlagstoffe wie expandierter Schiefer oder Hochofenschlacke erzielen. Mit diesen Materialien hergestellter Beton wird allgemein als leichter Baubeton bezeichnet und hat normalerweise ein Gewicht von etwa 1,442 bis 1,922 g/cm3. Wenn ein noch geringeres Gewicht gewünscht wird, z.
B. bei Verwen-.
dung als Füllmaterial für Boden- und Dachisolierungen, kann die Mischung besondere Zuschlagstoffe, z. B.
Perlit oder Vermiculit, enthalten. Der unter Verwendung von Perlit oder Vermiculit hergestellte Beton hat jedoch bei geringer Dichte auch eine verhältnismässig schlechte Festigkeit. Eine weitere Möglichkeit zur Gewichtsverringerung besteht darin, alle Zuschlagstoffe fortzulassen und statt dessen die Betonmenge durch Luft oder Gas in Form winziger Blasen zu vergrössern.
Überraschenderweise wurde nun gefunden, dass ein Beton geringer Dichte hergestellt werden kann, wenn als Zuschlagstoff expandierte Polymerisatteilchen mit einzelnen geschlossenen Zellen homogen in einem Zementbindemittel verteilt werden, in dem mindestens 13,5 bis 60 Vol.%' Luft enthalten sind. Der mit einer solchen Zementmischung erhältliche Beton geringer Dichte hat im allgemeinen ein Ofen-Trockengewicht von etwa 0,240 bis 0,561 g/cm3. Er ist wärmeisolierend, praktisch unbrennbar und kann leichte Belastungen aushalten.
Die erfindungsgemässe Zementmischung kann zur Herstellung von Dachabdeckungen und Trennwänden sowie zur Herstellung von Kernmaterial für Schichtkörper verwendet werden. Der ausgehärtete Zement lässt sich mit den üblichen Zimmermannswerkzeugen nageln, sägen oder bohren. Ausserdem ist das Material nicht nur ungewöhnlich leicht, sondern hat im Vergleich zu seiner Dichte auch eine sehr grosse Festigkeit.
Die erfindungsgemässe Betonmischung geringer Dichte ist dadurch gekennzeichnet, dass sie als leichten Zuschlagstoff Polymerisatteilchen mit einer Dichte von 0,016 bis 0,16 g/cm3, hydraulischen Zement sowie als Luftporenbildner einen oberflächenaktiven Zusatz enthält.
Diese Mischung verwendet man derart, dass eine solche Menge Luft in die mit Wasser versetzte Mischung eingeführt und gleichmässig verteilt wird, dass die Masse, bezogen auf die zuschlagstofffreie Mischung, 13,5 bis 60 Vol.% Luft gleichmässig dispergiert enthält, und dass die Masse in eine Form gegossen und ausgehärtet wird.
Der leichte Zuschlagstoff besteht vorzugsweise aus expandierten Polymerisattellchen mit diskreten geschlossenen Zellen. Diese Teilchen werden so expandiert, dass ihre endgültige Dichte zwischen etwa 0,016 und 0,160 g/cm3, vorzugsweise etwa 0,016 bis 0,048 g/cm3, beträgt. Sie haben einzelne geschlossene Zellen, so dass sie für Wasser praktisch undurchlässig sind und dadurch den Wasserbedarf für die nasse Ze mentmischung nicht vergrössern. Diese Teilchen oder Perlen können nicht nur aus Polystyrol, sondern auch aus anderen Kunstharzen wie Polyäthylen, Phenolformaldehyd - Kondensationsprodukten, Polyvinylchlorid, Polyacrylnitril, Polyacrylestern, Polymethacrylestern und Mischpolymerisaten aus Styrol und Mischmonomeren wie Butadien oder Acrylnitril hergestellt werden..
Die expandierten Polystyrolperlen werden von verschiedenen Herstellern auf den Markt gebracht; so wird beispielsweise expandierbares Polystyrol üblicherweise unter dem Handelsnamen DYLITE verkauft. Die nicht expandierten Polystyrolteilchen enthalten etwa 3 bis 15 Gew.% eines flüchtigen Kohlenwasserstoffblähmittels, wie z. B. Pentan oder Petroleumäther, das sich bei höheren Temperaturen sehr schnell verflüchtigt. Beim unbehinderten Erhitzen dieser Teilchen werden die Polystyrolperlen auf das 10- bis 60fache ihrer ursprünglichen Grösse expandiert. Das Erhitzen erfolgt normalenveise mit heisser Luft, Dampf, heissem Wasser, Infrarotstrahlen und dergleichen. Ein bekanntes Verfahren für das Expandieren von Perlen in einem Dampf-Vorbläher wird in der US-Patentschrift Nummer 3 023 175 (von Rodman) beschrieben.
Die Verwendung dieses Rodman-Vorblähers bringt besondere Vorteile mit sich, da sich mit ihm das Schüttgewicht der expandierten Teilchen leicht regeln lässt.
Die nicht expandierten Polystyrolteilchen haben etwa die gleiche Dichte wie Wasser. Beispielsweise hat das blähbare Polystyrol, das unter dem Handelsnamen DYLITE verkauft wird, eine tatsächliche Dichte von etwa 1,041 g/cmS und ein Schüttgewicht von etwa 0,609 glcm3. Nach dem Vorblähen beträgt das Schüttgewicht der Polystyrolteilchen jedoch nur etwa 0,016 ggcm. Diese expandierten Teilchen sind freifliessend, haben ein mattweisses Aussehen und eine ununterbrochene Oberfläche. Ein Schnitt durch die expandierten Polystyrolteilchen lässt erkennen, dass sie aus einer grossen Anzahl ausserordentlich feiner, einzelner, geschlossener Zellen bestehen.
Anscheinend ergeben kleine Teilchen des expandierten Polymerisates einen Beton mit der grössten Festigkeit. Vorzugsweise sind die Grössenunterschiede der expandierten Polymerisatteilchen, z. B. der Polystyrolperlen, nicht sehr erheblich, so dass über 90 % der Teilchen durch ein Sieb mit einer Feinheit von 10 Maschen hindurchgehen, auf einem Sieb mit einer Feinheit von 60 Maschen jedoch liegenbleiben (US-Standardgrössen), d. h. die Teilchen haben einen Durchmesser von 2,0 bis 0,58 mm. Diese Grösse ist jedoch nicht ausschlaggebend, und es können auch Teilchen mit einem Durchmesser von bis zu etwa 6,5 mm verwendet werden.
Die Bindemittelphase der erfindungsgemässen Mischung ist derjenige Teil der Betonmischung, der dem Zuschlagstoff Halt verleiht. Die Bindemittelphase enthält zunächst hydraulischen Zement, Wasser und einen oberflächenaktiven Zusatz, der eine homogene Verteilung der Zuschlagstoffphase bewirkt und ausserdem als Luftmitführungsmittel dienen kann, das für den Einschluss eines Teils oder der ganzen erforderlichen Mindestluftmenge von 13,5 Vol.% sorgt. Erforderlichenfalls können zusätzliche Luftmitführungsmittel oder Synergisten verwendet werden, welche die Luftmitführungswirkung des oberflächenaktiven Mittels verstärken.
Als Zement kann jede der üblichen anorganischen hydraulischen Zementsorten verwendet werden. So eignet sich das erfindungsgemässe Verfahren für Portlandzement, Gipsprodukte, Zement mit hohem Tonerdegehalt und Magnesiumoxydzement. Diese Zementsorten sind ohne weiteres auf dem Markt erhältlich. Die Wahl der Zementsorte hängt für gewöhnlich vom gewünschten Verwendungszweck ab. Für normale Bauarbeiten sollte üblicher Portlandzement gewählt werden, vorzugsweise Typ I (für allgemeine Zwecke) oder Typ III (hohe Anfangsfestigkeit), entsprechend der von der American Society of Testing and Materials festgelegten Bezeichnung.
In der Zementchemie spielt Wasser eine wichtige Rolle bei der erforderlichen Hydratation des Zementes.
Ausserdem wird die Zementmischung durch Wasser verarbeitbar und fliessend. Für die meisten Zwecke kann normales Leitungswasser verwendet werden.
Das oberflächenaktive Mittel ist ein wesentlicher Bestandteil der erfindungsgemässen Mischung. Dieser oberflächenaktive Zusatz verleiht der Zementmischung Giessfähigkeit, indem er für eine homogene Verteilung der Zuschlagstoffphase in der Bindemittelphase sorgt, und verringert gleichzeitig den Wasserbedarf der Mischung. Wenn ein solcher Zusatz vorhanden ist, bleibt die Zuschlagstoffphase, d. h. die Polymerisatperlen, homogen in der Mischung verteilt. Fehlt dieser Zusatz, benötigt die Mischung eine so grosse Wassermenge, dass die Beweglichkeit der Perlen in der Bindemittelphase zunimmt und die Perlen sich infolge des Unterschiedes zwischen der Dichte der Perlen und derjenigen des Zementes absondern und zur Oberfläche der Mischung geschwemmt werden.
Der Zusatz verringert ausserdem, und zwar entweder allein oder zusammen mit einem Luftmitführungsmittel, die Dichte der neuen Betonmischung, indem Luft in einer Menge von mindestens 13,5 Vol.% der Bindemittelphase in die Mischung eingeführt wird. Dieser Einschluss einer Mindestmenge von Luft ist zum grossen Teil für die neuartigen Eigenschaften des Produktes verantwortlich.
Für die praktische Durchführung der Erfindung kommen zahlreiche oberflächenaktive Zusätze in Betracht. Zu den geeigneten Zusätzen gehören alle bekannten Arten von anionischen, kationischen und nichtionischen oberflächenaktiven Mitteln. Zweckmässigerweise werden diejenigen Mittel ausgewählt, die für die Mitführung der erforderlichen Luftmenge sorgen oder die nur geringe Mengen eines zusätzlichen Luftmitführungs-Synergisten benötigen. Die besonders gut geeigneten Zusätze können entsprechend ihrer chemischen Struktur wie folgt klassifiziert werden:
1.
Anionische Mittel, zu denen die Alkylarylsulfonate gehören, wie Alkylnaphthalinsulfonate, die unter dem Handelsnamen Alkanol B, Alkanol S und Nekal BX-78 erhältlich sind; Natriumsalze von mit Formaldehyd kondensierten Naphthalinsulfonsäuren, die unter dem Handelsnamen Darvan Nr. 1, Darvan Nr. 2 und Tamol SN erhältlich sind; Alkylsulfate wie Laurylsulfat, das unter dem Handelsnamen Duponol WA er hältlich ist; Lignosulfonate, die durch die Sulfonierung von Lignin erhalten werden, z. B. Calciumlignosulfat, das unter dem Handelsnamen Marsperse C, und Natriumlignosulfat, das unter dem Handelsnamen Polyfon F bekannt ist; sowie verseifte Harze wie der verseifte Harzextrakt von Kiefernholz, der unter dem Handelsnamen Vinsol NVX bekannt ist.
2. Kationische Mittel, zu denen die quaternären Ammoniumsalze gehören, wie Laurylpyridiniumchlorid und Trimethyloctodecylammoniumbromid; und die sekundären Amine, wie N-(l-Methylheptyl)-äthanolamin und N,N-bis-(l-methylheptyl)-äthylendiamin, das unter dem Handelsnamen Alkams erhältlich ist.
3. Nichtionische Mittel, zu denen die mit Athylenoxyd kondensierten Fettsäuren, Alkohole oder Phenole gehören, wie z. B. alkylierte Arylpolyätheralkohole, die unter den Handelsnamen Triton X45, Triton X100 und DMS bekannt sind. Besonders gute nichtionische Mittel, die vorzugsweise als Mischungen verwendet werden, sind Tween-80, ein Polyoxyäthylensorbitanmonooleat, und Span-80, ein Sorbitanmonooleat.
Obgleich die meisten oberflächenaktiven Zusätze die Herstellung einer giessbaren Betonmischung durch homogene Suspension der Zuschlagstoffphase ermöglichen, bewirken doch manche von ihnen, wie festgestellt wurde, den Einschluss von Luftmengen, die den Mindestanforderungen für das erfindungsgemässe Produkt nicht entsprechen. Dieses Problem lässt sich dadurch lösen, dass eine geringe Menge eines synergistischen Luftmitführungsmittels zugegeben wird, der die Luftmitführungswirkung des oberflächenaktiven Zusatzes verbessert und dabei gleichzeitig für den Einschluss der erforderlichen Mindestmenge an Luft sorgt, so dass hierdurch die Wahl unter einer grösseren Anzahl ober flächenaktiver Mittel möglich wird.
Die synergistischen Luftmitführungsmittel müssen den folgenden Anforderungen entsprechen. Sie sollen im wesentlichen aus einem flüssigen aliphatischen, naphthenischen undloder aromatischen Kohlenwasserstoff bestehen; sie müssen in Wasser praktisch unlöslich sein; sie müssen verhältnismässig schwer flüchtig sein, so dass sie beim anfänglichen Verfestigen des Betons in diesem enthalten bleiben; ihr Angriff auf die Oberfläche der Perlen soll so langsam erfolgen, dass diese sich in der Mischvorrichtung nicht zusammenballen, nicht zusammenfallen und auch nicht vor dem ersten Verfestigen des Betons aufgelöst werden; ausserdem muss ihre Viskosität bei den Mischtemperaturen so niedrig sein, dass sie sich leicht auf der Oberfläche der im Mischer vorhandenen Perlen verteilen.
Ein besonders gut geeignetes synergistisches Luftmitführungsmittel wird unter dem Handelsnamen Transphalt L-3 verkauft und besteht aus einem dunklen thermoplastischen Harz aus polymeren vielkernigen Kohlenwasserstoffen, die durch das Cracken von Erdöl unter genau geregelten Bedingungen gewonnen werden, wobei ungesättigte aromatische Stoffe entstehen, die dann polymerisiert werden und ein Produkt mit einem Schmelzpunkt von ungefähr 30 ergeben. Dieser Synergist hat ein verhältnismässig niedriges Molekulargewicht und ein hohes Kohlenstoff/Wasserstoff-Verhältnis. Er enthält weniger als 2 % freien Kohlenstoff sowie erhebliche Mengen polymerisierter ungesättigter Stoffe, die ähnlich denjenigen sind, die sich in Kohlenteerfraktionen mit einem Siedepunkt zwischen 150 und
3000 finden.
Transphalt L-3 ist in aromatischen, chlorierten und Terpen-Lösungsmitteln vollständig, in aliphatischen Kohlenwasserstoffen jedoch nur teilweise löslich. Bei Raumtemperatur ist es flüssig und hat bei 990 eine Saybolt-Viskosität von etwa 45 bis 55 Saybolt Standard-Einheiten. Es löst eine Polystyrolperle in 25 bis 30 Minuten auf.
Ausser Transphalt L-3 gibt es noch eine grosse Anzahl weiterer Kohlenwasserstoffe, welche die Luftmitführungswirkung typischer oberflächenaktiver Zusätze wie Tamol SN verbessern. Diese verschiedenen Kohlenwasserstoffe reichen von Farböl ( ink oil ) und einer Mischung von Asphalt und Farböl im Verhältnis von
1:1, die zu den aliphatisch-naphthenischen Mischtypen gehören, bis zu Teer/Kreosotmischungen, die stark aromatisch sind. Dagegen haben sich Trioresylphosphat und Dibutylphthalat, die nicht zu diesen Kohlenwasser stoffgruppen gehören, als ungeeignet für die Förderung des Lufteinschlusses erwiesen.
Die Kohlenwasserstoffsynergisten für die Luftmit führung dürfen sich nicht leicht verflüchtigen, damit sie beim Mischen und anfänglichen Verfestigen des Betons nicht aus der nassen Mischung entweichen und eine gleichmässige und stabile Luftmitführung bewirken. Aus praktischen Gründen ist es ausserdem zweckmässig, das bei leichten flüchtigen Kohlenwasserstoffen auftretende plötzliche Entweichen und die damit verbundene Explosionsgefahr zu vermeiden. Daher sollte im allgemeinen der Siedepunkt der Kohlenwasserstoffe über 1750 (760 mm) liegen, damit diesen Erfordernissen entsprochen werden kann.
Die Geschwindigkeit, mit der der Kohlenwasserstoff-Synergist die Polystyrolperlen angreift, hängt von der Viskosität, dem Molekulargewicht und der Art des Kohlenwasserstoffs ab. Aliphatische Kohlenwasserstoffe greifen die Polystyrolperlen am langsamsten an, naphthenische Kohlenwasserstoffe wirken mässig schnell auf die Perlen und aromatische Kohlenwasserstoffe üben die rascheste Wirkung auf die Perlen aus. Wenn Viskosität und Molekulargewicht jeder Kohlenwasserstoffart zunehmen, nimmt die Angriffsgeschwindigkeit auf die Polystyrolperlen entsprechend ab. Zu den üblichen aromatischen Kohlenwasserstoffen, welche die Polystyrolperlen zu schnell angreifen, gehören Xylol und Tetralin; d. h. eine Perle, die in eine überschüssige Menge Xylol oder Tetralin gegeben wird, löst sich in etwa 15 Sekunden auf.
Octahydrophenanthren und Kolineum (der Handelsname für eine gereinigte Kreosotfraktion) bilden die Grenze, da sie so langsam auf die Polystyrolperlen einwirken, dass diese noch in einer brauchbaren Mischung verwendet werden können. Eine in eine überschüssige Menge dieses letztgenannten Kohlenwasserstoffs gegebene Perle löst sich in etwa 5 bis 6 Minuten auf.
Die langsamere Wirkung naphthenischer Kohlenwasserstoffe auf Polystyrol wird durch Cyclohexan veranschaulicht, das eine Perle in ein bis zwei Minuten auflöst, und Perhydrophenanthren, das eine Perle noch nicht einmal in zwei Tagen auflöste. Die sehr langsame Wirkung aliphatischer Kohlenwasserstoffe auf Polystyrolperlen zeigt sich bei n-Heptan und Farböl, in denen eine Perle noch nicht einmal nach mehreren Tagen aufgelöst wurde.
Der Ausdruck Luftmitführungs- bzw. -einschluss, wie er hier gebraucht wird, bezeichnet eine stabile Verteilung feiner Luftbläschen mit einem Durchmesser von etwa 0,05 mm in einer Mischung aus Zement, Wasser und Zuschlagstoff. Diese Verteilung wird durch den oberflächenaktiven Zusatz stabilisiert; die Menge der eingeschlossenen Luft hängt von dem oberflächenaktiven Zusatz und dem gegebenenfalls verwendeten Synergisten ab. Die grösste Luftmenge, die in einem Beton enthalten sein kann, beträgt etwa 60 % des Gesamtvolumens der Bindemittelphase einschliesslich der eingeschlossenen Luft.
Eine Schaumbildung tritt auf, wenn das Volumen der eingeschlossenen Luft die ungefähre Grenze von 60 % übersteigt. In diesem Fall reicht die Menge der Bindemittelphase nicht mehr aus, um die Luft in Form kleiner runder Bläschen einzuschliessen. Die Luft bildet dann grosse unregelmässige Zellen oder Schaum, und als Folge davon entsteht ein unregelmässiger und schwacher Beton.
Die Festigkeit des erfindungsgemässen Betons geringer Dichte ist in erster Linie eine Funktion der Dichte und wird nach einem ersten Aushärten während sieben Tagen und dann nochmals nach 28 Tagen gemessen. Für die Druckfestigkeit müssen selbstverständlich die Faktoren berücksichtigt werden, welche die Dichte beeinflussen. So ist die Dichte des Betons eine
Funktion des Wasser/Zement-Verhältnisses, des Per len/Zement-Verhältnisses, der Perlengrösse und -dichte, der Art und Konzentration des oberflächenaktiven Zu satzes und des Prozentsatzes der eingeschlossenen Luft.
Diese Faktoren stehen in Beziehung zueinander und können nicht als unabhängige Variable angesehen wer den. Aus diesem Grund muss die Einzelwirkung jedes
Faktors in ihrer Beziehung zu den anderen Faktoren betrachtet werden.
Das Verhältnis von Wasser zu Zement hängt zum grossen Teil von der Verarbeitbarkeit und Giessfähig keit der nassen Zementmischung ab. Es ist eine Frage der Praxis und lässt sich von einem Fachmann ohne weiteres bestimmen. Berechnet wird die Giessfähigkeit durch Fliessfähigkeitsmessungen nach dem ASTM-Verfahren C-230. Bei diesem Verfahren wird nasser Beton in der Mitte des Messtisches in Form eines Kegelstumpfes aufgeschichtet. Dann wird der Tisch in 15 Sekunden 25 Mal plötzlich etwa 19 mm tief gesenkt. Der nasse Zement breitet sich dabei entsprechend seiner Giessfähigkeit aus, und dieses Auseinanderfliessen wird als prozentuale Zunahme des Durchmessers der Probe gegenüber dem ursprünglichen Durchmesser von 10 cm gemessen.
Der neuartige Beton geringer Dichte sollte eine Fliessfähigkeit von 45 bis 75 %, vorzugsweise 60 bis 65 % haben, die nachstehend als Standard-Fliessfähigkeit bezeichnet wird.
Das Wasser/Zement-Verhältnis, das für die Standard-Fliessfähigkeit erforderlich ist, wird von verschiedenen Faktoren beeinflusst. So muss das Wasser/ Zement-Verhältnis erhöht werden, wenn auch das Perlen/Zement-Verhältnis zunimmt. Das für die Standard Fliessfähigkeit erforderliche Wasser/Zement-Verhältnis hängt ausserdem auch von der Perlengrösse ab. Bei gleicher Standard-Fliessfähigkeit erfordern grössere Perlen weniger Wasser oder ein entsprechend niedrigeres Wasser/Zement-Verhältnis. Für gewöhnlich ist jedoch innerhalb des oben angegebenen Bereiches für die Perlengrösse der Einfluss der Perlengrösse nur gering.
Art und Menge des oberflächenaktiven Zusatzes beeinflussen das für die Standard-Fliessfähigkeit erforderliche Wasser/Zement-Verhältnis. Wenn der Zusatz vollkommen fortgelassen wird, ist für die Standard-Fliessfähigkeit eine erheblich grössere Wassermenge erforderlich als bei Anwesenheit eines oberflächenaktiven Zusatzes. Die Luftmitführung beeinflusst das erforderliche Wasser/Zement-Verhältnis nur in zweiter Linie, wenn ein wirksamer oberflächenaktiver Zusatz vorhanden ist.
Die Dichte des Produktes hängt in erster Linie von dem Verhältnis der Perlen zu dem Zement ab. Für das Bestimmen der Dichte des Betons werden die Ofen Trockengewichte bevorzugt, da hierdurch Ungenauigkeiten ausgeschaltet werden, die durch unterschiedlichen Wassergehalt des Betons verursacht werden können.
Das Ofen-Trockengewicht wird erhalten, indem Beton so lange auf eine Temperatur von etwa 110 bis 1150 erhitzt wird, bis er ein konstantes Gewicht hat. Ofen Trockengewichte zwischen 0,240 bis 0,561 g/cm3 lassen sich ohne weiteres herstellen, wenn Perlen/Zement Verhältnisse von etwa der Hälfte bis dem Doppelten des bevorzugten Standardverhältnisses von 7,8 Gew.-Teilen Perlen (mit einer Dichte von etwa 0,030 g/cm3) auf 100 Gew.-Teile Zement verwendet werden, was einer Menge von etwa 3,7 lit Perlen auf 1585 g Zement entspricht. Diese Angaben lassen sich leicht auf die normalerweise benutzten Werte umrechnen, d. h. auf die
Anzahl der Zementsäcke und die Menge des Zuschlag stoffes in Kubikfuss.
Ein Zementsack enthält für ge wöhnlich 42,63 kg (94 Ibs). Das Verhältnis der Perlen menge in Kubikfuss zu den Zementsäcken schwankt bei diesem Verfahren zwischen etwa 2:1 und 8: 1.
Das Perlen/Zement-Verhältnis beeinflusst das für die Standard-Fliessfähigkeit der nassen Mischung er forderliche Wasser/Zement-Verhältnis. Ausserdem be einflusst das Perlen/Zement-Verhältnis auch das Aus mass des Lufteinschlusses, der mit einem bestimmten oberflächenaktiven Zusatz erzielt werden kann. Der
Lufteinschluss scheint von der Grösse der festen Ober fläche des Zuschlagstoffes oder der Perlen abhängig zu sein, da die kleineren Perlen eine grössere Luftmitfüh rung bewirken als die grösseren Perlen.
Ein typischer nach dem erfindungsgemässen Ver fahren hergestellter Beton geringer Dichte enthält die folgenden Bestandteile, die in der weiteren Beschreibung als Standardmischung bezeichnet werden.
Standardmischung
Bestandteile Gewichtsteile synergistisches Luftrnitfül:uungsmittel 0,56
Portlandzement 100
Wasser 51 oberflächenaktiver Zusatz 0,36 synergistisches Luftrnitführungsmittel 0,56
Art und Menge des oberflächenaktiven Zusatzes, der zur Herstellung des erfindungsgemässen Betons geringer Dichte verwendet wird, sollten so gewählt werden, dass eine Benetzungs- und Dispergierungswirkung ausgeübt wird und der Zusatz entweder allein oder zusammen mit einem synergistischen Luftmitführungsmittel eine bestimmte Menge Luft einschliesst. Es hat sich gezeigt, dass geringe Dichten von etwa 0,240 bis 0,561 g/cm (Ofen-Trockengewicht) bei annehmbaren Festigkeitswerten nicht erzielt werden können, wenn nur Perlen oder nur Luft verwendet wird, sondern dass allein diese besondere Kombination das gewünschte Produkt ergibt.
Einige oberflächenaktive Zusätze sind, wenn sie allein verwendet werden, nur schwache Luftmitführungsmittel, sorgen aber dennoch für eine gute Verteilung der Bindemittelphase um die Polymerisatperlen herum und damit auch für gute Festigkeitswerte bei Dichten, die mehr als 0,561 g/cm3 betragen. Ein nichtionisches oberflächenaktives Mittel, das unter dem Handelsnamen Tween-Span verkauft wird (eine Mischung aus 75 Teilen Tween-80 und 25 Teilen Span-80) ist ein gutes Beispiel für derartige Verbindungen. Mit diesem Mittel ergibt sich eine Fliessfähigkeit von 50 S (ASTM-Verfahren C-230) bei einem Wasser/Zement Verhältnis von 0,446 gegenüber einem Wasser/Zement Verhältnis von 0,510 bei der Standardmischung mit derselben Fliessfähigkeit.
Die mit der Mischung aus Tween und Span erzielten Druckfestigkeitswerte sind mindestens so gross wie bei der Standardmischung. Bei gleichem Perlen/Zement-Verhältnis haben die Tween und Span enthaltenden Mischungen jedoch eine um 20 bis 30% grössere Dichte als die Standardmischungen.
Dieser Unterschied lässt sich dadurch erklären, dass in den Standarmischungen mehr Luft als in den Tween und Span enthaltenden Mischungen eingeschlossen ist.
Um die Dichte dieses Produktes zu verbessern, muss daher ein geeignetes synergistisches Luftmitführungsmittel zugegeben werden.
Die Fähigkeit eines oberflächenaktiven Zusatzes, bei bestimmter Konzentration Luft in Beton einzuschliessen, hängt zum grossen Teil von der Oberflächengrösse der Zuschlagstoffphase ab. Wenn daher keine Perlen vorhanden sind, bewirkt die Mischung aus Tamol SN und Transphalt L-3 nur einen geringen Lufteinschluss. Beim Vorhandensein von Perlen nimmt jedoch die Lufteinschlusswirkung in dem Masse zu, wie auch das Verhältnis der Perlen zur Bindemittelphase grösser wird. Im Falle von Vinsol NVX ist diese Beziehung dagegen nicht so stark ausgeprägt.
Die Grenzen für die zu verwendende Menge des oberflächenaktiven Zusatzes werden einerseits von der ausreichenden Benetzungs- und Dispergierungswirkung und anderseits von der übermässigen Schaumwirkung bestimmt. Diese Grenzen schwanken erheblich von einem oberflächenaktiven Zusatz zum anderen. Beispielsweise umfassen das Tamol SN/Transphalt L-3-System, Tween-Span und Vinsol NVX einen weiten Bereich innerhalb dieser Grenzen. Anderseits sind diese Grenzen für Triton X 100 und Laurylpyridiniumchlorid sehr eng gezogen. Im allgemeinen beträgt die Menge des zur Herstellung des erfindungsgemässen Betons erforderlichen oberflächenaktiven Zusatzes zwischen 0,01 und 1,0 %, bezogen auf das Gewicht des Zementes.
Ein Vergleich der verschiedenen Oberflächenmittel, die ausreichende Benetzungs- und Dispersionswirkung haben, findet sich in der nachstehenden Tabelle. Diejenigen Oberflächenmittel, welche die Herstellung eines Betons mit Nassdichten von weniger als 0,593 g/cm3 oder Ofen-Trockengewichten von weniger als 0,480 g/cm3 ermöglichen, d. h. ein Beton, bei dem die eingeschlossene Luftmenge mehr als 35 % der Bindemittelphase ausmacht, werden als gute bis ausgezeichnete Luftmitführungsmittel bezeichnet. Luftmitführungsmittel, die einen Beton geringer Dichte mit einem Lufteinschluss von 20 bis 35 % der Bindemittelphase ergeben, gehören zu den durchschnittlichen Luftmitführungsmitteln; diejenigen jedoch, die einen Lufteinschluss von weniger als 20 % der Bindemittelphase bewirken, werden als schwache Luftmitführungsmittel bezeichnet.
Diese Klassifikation ist jedoch nicht absolut und dient lediglich zu Vergleichszwecken.
Ausgezeichnet Durchschnittlich Schwach
Vinsol NVX Alkanol S Trimethyloctyldecyl- ammoniumbromid
Tamol SN Polyfon F, H Laurylpyridinium- chlorid
Darvan Nr. 1 DMS Tween 80 und
Span 80
Darvan Nr. 2 Deriphat 151 Nekal BX-78
Die Anwesenheit eines synergistischen Luftmitführungsmittels wie Transphalt L-3 ist für die Lufteinschlusswirkung einiger oberflächenaktiver Zusätze, wie z. B. Tamol SN, wesentlich, für andere wie Vinsol NVX jedoch nicht erforderlich. Mischungen aus Teer und Kolineum geeigneter Viskosität können anstelle von Transphalt L-3 verwendet werden und führen zu ähnlichen Ergebnissen. Für gewöhnlich beträgt die Menge des zugefügten Synergisten zwischen 0 und 2,0 %, bezogen auf das Gewicht des Zementes.
Bei denjenigen oberflächenaktiven Zusätzen, die, wenn sie allein verwendet werden nicht den erforderlichen Lufteinschluss bewirken, wird das synergistische Luftmitführungsmittel im allgemeinen in einer Menge von mindestens 0,1 %, bezogen auf das Gewicht des Zementes, verwendet.
Bei Verwendung von mehr als der Höchstmenge tritt Schaumbildung auf und die Lösungswirkung des Synergisten auf die Perlen nimmt zu.
Bei einem Beton, der ein Ofen-Trockengewicht zwischen 0,240 und 0,561 g/cm3 haben soll, muss der Beton sowohl Polymerisatperlen als auch eingeschlossene Luft enthalten. Fig. 1 zeigt den Prozentsatz der eingeschlossenen Luft gegenüber der Dichte bei verschiedenen Wasser/Zement- und Perlen/Zement-Verhältnissen. Der höchste Prozentsatz an Luft, den die Bindemittelphase enthalten kann, beträgt 60 Vol.%.
Fig. 1 zeigt, dass bei konstanter Zementmenge und zunehmender Perlenmenge, d. h. wenn das Verhältnis der Perlen zu Zement vom Wert der Standardmischung auf das Doppelte ansteigt, auch der Mindestprozentsatz der erforderlichen Luftmenge zunimmt. Wenn die Anzahl der Perlen in bezug auf die Zementmenge steigt, werden auch die Hohlräume zwischen den Perlen grö sser; um diese grössere Zahl von Hohlräumen zu füllen, muss dann auch die Menge der Bindemittelphase vergrössert werden, was in diesem Fall durch die Zugabe von Luft zur Bindemittelphase erfolgt. Die Mindestmenge der für die Bindemittelphase erforderlichen Luft beträgt bei den oben angeführten Dichten des Betons 13,5 Vol. %, was auch der Mindestluftmenge für die Standardmischung entspricht.
Wenn die Menge der eingeschlossenen Luft unter dieses Minimum absinkt, reicht die Bindemittelphase nicht mehr aus, um die Hohlräume zwischen den Perlen zu füllen, die Perlen werden nicht genügend von der Zementmischung umhüllt und das Ergebnis ist ein nichthomogenes schwaches Produkt.
In Fig. 2 ist die Menge der eingeschlossenen Luft der gesamten Betonmischung gegenübergestellt. Der grösste Prozentsatz an Luft, der in der Gesamtmischung enthalten ist, ist der tatsächlich vorhandenen Menge der Bindemittelphase direkt proportional. Da die Menge der vorhandenen Luft nicht mehr als 60 Vol.% der Bindemittelphase betragen kann, beläuft sich der höchste Prozentsatz an eingeschlossener Luft in der Gesamtmischung auf 60 %, bezogen auf das Volumen der in der Gesamtmischung tatsächlich enthaltenen Bindemittelphase. Der geringste Prozentsatz lässt sich auch als die zur Ausdehnung der Bindemittelphase auf die Menge, mit der die Hohlräume zwischen den Perlen bedeckt oder ausgefüllt werden können erforderliche Luftmenge definieren.
Fig. 2 erleichtert die Bestimmung des Verhältnisses der Perlen zum Zement und des zur Herstellung eines Produktes gewünschter Dichte erforderlichen Lufteinschlusses. Die angegebenen Dichten wurden bei nassen Mischungen bestimmt und sind auf der Dichteskala für die nasse Mischung angegeben. Die Ofen-Trockengewichte sind geschätzte Werte, die von den Dichtewerten der nassen Mischung abgeleitet wurden.
Beispielsweise wird bei der Herstellung einer Betonmischung bestimmter Dichte davon ausgegangen, dass ein Beton geringer Dichte mit einem Ofen-Trokkengewicht von etwa 0,400 g/cm3 gewünscht wird. Die ungefähr 0,400 g/cm3 entsprechende Linie schneidet die Linien D, E und F, die für verschiedene Perlen/ Zement-Verhältnisse stehen. Dadurch ist es theoretisch möglich, eine Mischung herzustellen, deren Perlen/Zement-Verhältnis dem 0,75- bis 1,25fachen des Verhältnisses für die Standardmischung entspricht. Die Luftmenge, die für die gewünschte Dichte erforderlich ist, würde dann etwa 23, 27 oder 37 %, bezogen auf die gesamte nasse Mischung, betragen.
Da sich die Menge der erforderlichen Luft in der Linie F dem theoretischen Maximum nähert und bei wiederholter Herstellung dieser Mischung Schwankungen ausgesetzt ist, würde ein Fachmann wahrscheinlich eine Mischung wählen, die auf dem durch die Linien D oder E dargestellten Verhältnis basiert.
Fig. 3 veranschaulicht die Beziehung zwischen der Dichte und der Druckfestigkeit des Betons geringer Dichte, der nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellt wurde. Diese Figur zeigt, dass die Druckfestigkeit ungefähr proportional der Dichte ist. Dies lässt sich durch die Tatsache erklären, dass die Druckfestigkeit zunimmt, wenn auch die in der Betonmischung enthaltene Zementmenge zunimmt. Im Gegensatz zu gewöhnlichem Beton, bei dem die Festigkeit des Kies Zuschlagstoffes erheblich über derjenigen des Bindemittels liegt, bestimmt bei einem Beton geringer Dichte in erster Linie die Wasser-Zement-Paste die Festigkeitseigenschaften, während die Polymerisatperlen und Lufträume nur sehr wenig zur Festigkeit des Endproduktes beitragen. Die untere Kurve zeigt die Festigkeit der Standardmischung nach einer Aushärtungszeit von sieben Tagen unter nassen Bedingungen.
Nach 28 Tagen hat die Festigkeit erheblich zugenommen, wie die oberen Kurven zeigen, in denen die Werte sowohl für eine relative Feuchtigkeit von 50 % als auch für das durch Trocknen im Ofen erzielte konstante Gewicht dargestellt sind. Bei einem Trockengewicht von etwa 0,545 g/cm lassen sich in erfindungsgemässer Weise Druckfestigkeiten von mehr als 42 kgKm2 erzielen.
Die ungewöhnliche Beschaffenheit des erfindungsgemässen Betons geringer Dichte ist in Fig. 4 veranschaulicht, wo sie handelsüblichem Beton, wie er auf dem Markt erhältlich ist, gegenübergestellt wurde. Die als Perlit und Vermiculit bezeichneten Betone sind übliche Betonmischungen geringer Dichte. Perlit ist ein vulkanisches Glasgestein, das eingeschlossenes Wasser enthält. Wird das Gestein auf etwa 8150 erhitzt, dehnen sich die rohen Perlitteilchen aus und werden weiss, etwa wie Puffreis, da das eingeschlossene Wasser verdampft und mikroskopisch feine Zellen oder Hohlräume in dem erweichten Glas bildet. Ebenso ist Vermiculit ein glimmerartiges Material, das beim Erhitzen auf 540 bis 8150 abblättert und ein Produkt mit einem Schüttgewicht von etwa 0,064 bis 0,340 g/cm3 ergibt.
Dagegen sind die Polystyrolschaumperlen kleine zellenförmige Teilchen mit einem Schüttgewicht von etwa 0,016 bis 0,16 g/cm3. Die Polystyrolperlen bestehen aus einzelnen geschlossenen Zellen, während der expandierte Perlit und der expandierte Vermiculit beide offene Zellen haben. Man würde annehmen, dass diese offenen Zellen eine bessere Haftung des Betons an den Vermiculit- und Perlitteilchen bewirken und dadurch grössere Festigkeit hervorrufen würden, doch wurde überraschenderweise festgestellt, dass der neue Beton geringer Dichte, der nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellt wird, eine Festigkeit besitzt, die etwa doppelt so gross ist wie diejenige der üblichen Vermiculit- oder Perlitbetonmischungen gleicher Dichte.
Dies lässt sich aus Fig. 4 erkennen, in der die Druckfestigkeit üblicher Vermiculit- und Perlitmischungen sowie des erfindungsgemässen neuen Betons bei gleicher Dichte aufgezeichnet sind. Diese Druckfestigkeit ist selbstverständlich von ausserordentlich grosser Bedeutung, wenn der Beton geringer Dichte für vorgefertigte Dachabdeckplatten verwendet werden soll. Die grössere Druckfestigkeit des neuen Betons bedeutet, dass bei Perlit- und Vermiculitbeton im allgemeinen eine Armierung erforderlich ist, der neue Beton jedoch in einer solchen Weise hergestellt werden kann, dass er keine Armierungsstäbe benötigt, um z. B. die Schneelast auf einem Dach tragen zu können.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von Beispielen.
Beispiel I
Zur Herstellung einer Lösung wurden 56,7 Liter Wasser und 454 g Tamol SN in einen Mischer (340 Liter-Essick-Mischer für Putz und Mörtel) gegeben. Dann wurden 283 Liter Polystyrolperlen mit einem Schüttgewicht von 0,304 g/cm3 zugegeben (90 % dieser Mischung gingen durch ein Sieb mit einer Feinheit von 10 Maschen (US-Standardgrösse) hindurch und blieben auf einem Sieb mit einer Feinheit von 60 Maschen liegen). Das Mischen wurde mit 34 U./min während etwa einer Minute fortgesetzt. Hierauf wurden 680 g Transphalt L-3 in den Mischer gegeben und die Mischung nochmals während etwa einer Minute gerührt.
Nach dieser Zeit wurden 127 kg Portlandzement, Typ III, zur Mischung zugegeben und das Mischen nochmals 6 Minuten lang fortgesetzt.
Die Betonmischung wurde unter Rühren in eine Form gegossen und unter üblichen Bedingungen ausgehärtet, wie dies in dem ASTM-Verfahren C-332 für leichten B aubeton beschrieben ist (erste Aushärtung während sieben Tagen unter feuchten Bedingungen, anschliessend dreiwöchige Aushärtung bei einer relativen Feuchtigkeit von 50 %, wobei die Temperatur während beider Aushärtungszeiten 230 betrug). Die Nassdichte betrug etwa 0,561 g/cm3.
Der aus der erfindungsgemässen Mischung hergestellte Beton sieht homogen aus, ist hellgrau und neigt zu Flexibilität. Sein Ofen-Trockengewicht beträgt 0,432 g/cm3 und seine Druckfestigkeit 33,46 kg/cm2.
Der Beton konnte mit üblichen Zimmermannswerkzeugen gesägt, gebohrt und genagelt werden.
Beispiel II
Nach dem gleichen Verfahren wie in Beispiel I wurden 51 Liter Wasser, 454 g Tamol SN, 225 Liter Polystyrolperlen (die auf ein Schüttgewicht von 0,030 g/cm3 expandiert worden waren) und 635 g Transphalt L-3 in den gleichen Mischer wie beim vorherigen Beispiel gegeben und so lange gerührt, bis die Perlen gleichmässig mit der wässrigen Mischung überzogen waren. Hierauf wurden 115 kg Portlandzement (Typ III) zugegeben und die Mischung nochmals während 6 Minuten gerührt. Dann wurden weitere 11,3 Liter Wasser zugegeben und das Mischen nochmals während 4 Minuten fortgesetzt.
Die nasse Zementmischung wurde aus dem Mischer ohne Vibration in eine Form gegossen und dann unter den üblichen Bedingungen während 28 Tagen ausgehärtet.
Dichte und Druckfestigkeit des hierbei erhaltenen Produktes entsprachen denjenigen des Produktes gemäss Beispiel I. Ein Vergleich der beiden Produkte zeigte, dass die Mischung des Beispiels II eine etwas grössere Fliessfähigkeit besass, die kleinen Luftzellen in dieser Mischung etwas gleichmässiger verteilt waren und innerhalb oder ausserhalb der Form keine Vibration erforderlich war.
Beispiel III
In einen 9,5 Liter Hobart-Mischer mit einer Drahtstab-Rührvorrichtung, die mit 258 U./min lief, wurden 608 cm3 Wasser und 5,7 g Tamol SN gegeben und so lange miteinander vermischt, bis sich das oberflächenaktive Mittel gelöst hatte. Dann wurde der Mischer angehalten und 3,8 Liter Polystyrolperlen zugegeben.
Hierauf wurde das Mischen fortgesetzt, bis die Perlen gut befeuchtet waren (etwa 2 Minuten), und dann wurden 8,8 g Transphalt L-3 langsam während 10 bis
15 Sekunden zugegeben und weitere 30 Sekunden gemischt. Der Zement 1585 g, wurde schnell zu der Mischung gegeben und diese nochmals während 5 Minuten gemischt. Dann wurde der Mischer angehalten und die nasse Mischung während 5 Minuten stehengelassen.
Hierauf wurde der Mischvorgang fortgesetzt und nochmals 200 cm3 Wasser zugegeben, damit die gewünschte Fliessfähigkeit von etwa 14 bis 16,5 cm erreicht wurde, die auf einem Setztisch (25 Hübe in 15 Sekunden) gemessen wurde. Nach dieser letzten Zugabe wurde die Mischung noch eine Minute gerührt.
Die nasse Zementmischung wurde dann in Kartons von 0,9 Liter Inhalt gegossen, wobei ein Vibrationsstab in jeden Karton eingeführt und die Kartons auf einen Vibrationstisch gesetzt wurden. Hierbei setzte sich der Beton und die Bildung grosser Hohlräume in den Proben wurde vermieden. Nach dem Füllen eines Kartons wurde der eingeführte Vibrationsstab wieder entfernt, der Karton aber noch eine weitere Minute auf dem Vibrationstisch gelassen. Es wurden etwa 3,8 bis 4,7 Liter nasse Zementmischung erhalten. Die Proben in den Kartons wurden anschliessend nach dem üblichen, im obigen Beispiel I beschriebenen Verfahren ausgehärtet.
Das oben beschriebene Verfahren wurde wiederholt, wobei sechs Proben hergestellt wurden und das durchschnittliche Nassgewicht der Kartons mit 0,9 Liter Inhalt 550 g betrug.
Beispiel IV
Um die Wirkung des oberflächenaktiven Zusatzes in der Mischung ohne die Verwendung eines synergistischen Luftmitführungsmittels festzustellen, wurden die nachstehenden Mischungen hergestellt, wobei das Verfahren des Beispiels III wiederholt, das Transphalt L-3 jedoch in allen Mischungen fortgelassen und für die Mischung C 4,7 Liter Perlen verwendet wurden.
Diese Mischungen wurden mit der Standardmischung, die Transphalt L-3 enthält, verglichen. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle aufgeführt.
Tabelle I
Eigenschaften nach 7 Tagen Mischung Perlen Dichte Druckfestigkeit Prozent der Bindemit
Nr. (Ltr.) g/cm3 kg/cm2 Standard-Mischung telphase %
A 3,8 0,621 31,35 99 22
B 3,8 0,636 30,66 89 18
C 4,7 0,572 21,07 77 (io Standard 3,8 0,540 24,71 100 37
Dieser Versuch lässt erkennen, dass ohne den Synergisten die Menge der eingeschlossenen Luft erheblich verringert wird und dementsprechend die Dichte des Betons zunimmt.
Beispiel V
Um die Wirkung des Synergisten ohne die Verwendung eines oberflächenaktiven Zusatzes festzustellen, wurden die nachstehenden Mischungen hergestellt, wobei das Verfahren des Beispiels III wiederholt, das Tamol SN jedoch fortgelassen wurde. Die Ergebnisse dieses Versuchs sind in der nachstehenden Tabelle aufgeführt. Zu Vergleichszwecken wurde ausserdem eine Standardmischung verwendet.
Tabelle II
Eigenschaften nach 7 Tagen Mischung Perlen Dichte Druckfestigkeit Prozent der Bindemit Nr. (Ltr.) g/cms kg/cm2 Standardmischung telphase %
D 3,8 0,668 28,42 75 10
E 3,8 0,7!19 30,45 69 < 10
F 4,7 0,657 22,47 62 < 10 Standard 3,8 0,540 24,71 100 37
Diese Ergebnisse zeigen, dass mit dem Synergisten keine Verbesserung der Eigenschaften erzielt wird, wenn der oberflächenaktive Zusatz fehlt.
Beispiel VI
Um festzustellen, ob die Verwendung des oberflächenaktiven Zusatzes und des Synergisten für die Herstellung des Betons von Bedeutung ist, wurden die nachstehenden Mischungen hergestellt, wobei das Verfahren des Beispiels III wiederholt, jedoch sowohl der Zusatz als auch der Synergist vollständig fortgelassen wurden.
Die Ergebnisse dieses Versuchs sind in der nachstehenden Tabelle aufgeführt.
Tabelle III
Eigenschaften nach 7 Tagen
Festigkeit in % Fliessfähigkeit der Mischung Wassergehalt Perlengenge Druckfestigkeit Festigkeit in % Fliessfähigkeit der
Nr. in g (Itr.) Dichte g/cm3 kg/cm2 der nassen Mischung,
Standardmischung %
G 808 3,8 0,l695 34,51 84 < 10 0,702 36,61 87
H 908 4,7 0,644 26,39 75 10
0,649 27,79 78
I 958 5,7 0,537 16,45 67 < 10
Wenn sowohl der Zusatz als auch der Synergist fehlt, war die Fliessfähigkeit so schlecht, dass die nasse Mischung in die Kartons gestampft werden mussten.
Im Vergleich zu der Standardmischung war also die Dichte der mit den obigen Mischungen erhaltenen Produkte grösser, die Festigkeit dagegen geringer. Die Mischungen G und H liessen sich gut einfüllen und enthielten keine ungewöhnlich grossen Löcher oder Luftblasen, während in der Mischung I zu wenig Zement für die Perlen vorhanden war und die Bindemittelphase nicht ausreichte, um die Perlen zu bedecken.
Beispiel VII
Um den Einfluss einer Zunahme oder Abnahme der Konzentration des oberflächenaktiven Zusatzes auf den Beton festzustellen, wurden mehrere Mischungen nach dem Verfahren des Beispiels III hergestellt, wobei die Menge des Tamol SN zwischen Null und dem Doppelten der Standardmenge von 5,7 g Tamol SN je 1585 g Zement, wie sie für die Standardmischung verwendet wurde, variierte. Die Ergebnisse dieses Versuchs sind in der nachstehenden Tabelle aufgeführt.
Tabelle IV Luftmitführnng Ofen-Trok- Festigkeit in %
Mischung Tamol-Konz. Wasser Fliessfähigkeit in % der Druckfestigkeit kengewicht der Standard-
Nr. (Standard=l) gehalt cm3 % Bindemittel- kg/cm2 g/cm3 der mischung phase
J 0 808 25 10 36,61 0,524 92
K t/8 908 50 12 37,38 0,517 96
L V4 808 40 18 41,37 0,517 105
M t/2 808 43 29 36,96 0,481 105 Standard 1 808 58 37 29,54 0,436 100
N 11/2 708 50 41 32,55 0,457 102
0 2 808 40 43 28,14 0,436 95
Beispiel VIII
Um den Einfluss einer Zunahme oder Abnahme der Konzentration des Synergisten auf die Eigenschaften des fertigen Produktes festzustellen, wurden mehrere Mischungen nach dem Verfahren des Beispiels III hergestellt,
wobei die Konzentration des Transphalt L-3 zwischen Null und dem Vierfachen der Standardmenge von 8,8 g Transphalt L-3 je 1585 g Zement, wie sie für die Standardmischung verwendet wurde, variierte.
Die Ergebnisse dieses Versuchs sind in der nachstehenden Tabelle aufgeführt.
Tabelle V
Transphalt- Luftmitführung Druck- Ofen-Trok- Festigkeit Mischung Konz. Wassergehalt Fliessfähigkeit in % der Festigkeit kengewicht in % der
Nr. (Standard=l) cm3 % Bindemittel- nach 28 Tagen g/cm3 Standard phase kg/cm2 mischung
P 0 908 50 22 40,60 0,500 111
Q ¸ 808 52 35 38,36 0,464 115 Standard 1 808 58 37 29,54 0,436 100
R 2 758 43 35 32,90 0,481 94
S 3 858 60 43 27,86 0,421 102
T 4 808 55 40 29,61 0,437 89
Beispiel IX
Das Verfahren des Beispiels III wurde wiederholt, wobei jedoch als oberflächenaktives Mittel Vinsol NVX verwendet wurde, die Menge des verwendeten Trans Inhalt L-3 unterschiedlich war und so viel Wasser zugegeben wurde, wie für die für das Giessen erforderliche Fliessfähigkeit notwendig war.
Die mit den nachstehend beschriebenen Mischungen erzielten Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle aufgeführt.
Tabelle VI
Eigenschaften nach 7 Tagen
Luftmitführung Festigkeit Mischung Vinsolge- Wasser- Perlen Ltr Fliessfähig- in % der Dichte Druckfestigkeit in % der
Nr. halt g gehalt cm3 keit % Bindemittel- g/cm3 kg/cm2 Standard phase mischung (1) 5,7 708 3,8 44 45 0,503 21,49 102 (2) 5,7 758 3,8 35 51 O,485 18,34 94 (3) 5,7 858 4,7 31 55 0,420 14,07 106 (1) 8,8 g Transphalt und 1585 g Zement (2) 0 g Transphalt und 1585 g Zement (3) 11,25 g Transphalt und 15;
;85 g Zement
Beispiel X
Zur Veranschaulichung der grossen Anzahl oberflächenaktiver Zusätze, die für das erfindungsgemässe Verfahren verwendet werden können, wurden die nachstehenden Mischungen gemäss dem in Beispiel III beschriebenen Verfahren hergestellt, wobei jedoch anstelle von Tamol SN die jeweils angegebenen Mengen der genannten oberflächenaktiven Zusätze verwendet wurden. Die Ergebnisse dieser Versuche sind in der folgenden Tabelle aufgeführt.
Tabelle VII
Dichte der nassen Luftmitführung in % Druckfestigkeit in %
Mischung Nr. Oberflächenaktives Mittel Mischung g/cm3 der Bindemittelphase der Standardmischung 5,7 g oberflächenaktives Mittel(1)
AA Vinsol NVX 0,545 45 92
AB Vinsol(2) NVX 0,5:
:11 51 96
AC Polyfon-F (),641 22
Standard Tamol SN 0,5516 42 100 AD Darvan Nr. 1 0,577 38 104
AE Alkanol 5 0,607 30 110
AF Polgon-H 0,615 28
AG Deriphat 151 0,630 22 99
AH Nekal BX-78 0,705 gering 99 1,14 g oberflächenaktives Mittel(') AI DMS 0,623 27 106
Al Vinsol(2) 0,513Q 48 98(7) 0,57 g oberflächenak.tives Mittel(í)
AK Tween-Span. 0,685:
: gering 107
AL TOAB 0,ó69 14 95
AM LPC 0,664 14 99
AN DMS 0,644 22 100
AO Vinsol(2) NVX 0,567 4'1 109 (1) Die angegebenen Mengen der oberflächenaktiven Mittel wurden für Laboratoriumsmengen von 1585 g Zement und
3,8 Liter Dylite-Perlen verwendet.
(2) Kein Transphalt vorhanden.
Beispiel XI
Um unter den zahlreichen, für das erfindungsgemässe Verfahren geeigneten Synergisten diejenigen herauszufinden, die anstelle von Transphalt L-3 verwendet werden können, wurden die nachstehenden Mischungen nach dem Verfahren des Beispiels III hergestellt, wobei jedoch anstelle von Transphalt jeweils 8,8 g der angegebenen Mischungen verwendet wurden. Die Ergebnisse dieser Versuche sind in der nachstehenden Tabelle aufgeführt.
Tabelle VIII
Druckfestigkeit Festigkeit in % Luftmitführung Mischung Synergist Dichte g/cm3 nach 28 Tagen der Standardmischung in % der Binde kg/cm2 mittelphase
BA Standard-Mischung
Transphalt u. Tamol 0,521 21,84 95 45
BB Farböl 0,55 27,37 95 312
BC Perhydrophenanthren 0,613 31,50 99 28
BD Transphalt-Destfflat 0,599 29,89 99 30
BE 1/1 Teer/Kolineum 0,554 27,23 104 40
BF 2/1 Teer/Kolineum 0,554 24,85 96 40
BG Tricresylphosphat 0,641 32,20 93 16
BH Dibutylphthalat 0,692 32,83 81 10
BI 1/1 Apshalt/Kolineum 0,580 26,46 91 35 BJ 1/1 Apshalt/Farböl 0,50 26,60 91 32
Beispiel XII
Zur Veranschaulichung des Einflusses unterschiedlicher
Perlen/Zement-Verhältnisse auf die Dichte des Betons, wurden mehrere Mischungen nach dem Verfahren des Beispiels III hergestellt, wobei jedoch die Perlenmenge zwischen der Hälfte und dem lt/2-fachen der Standardmenge von 3,8 Liter Polystyrolperlen (mit einer Dichte von 0,0304 g/cm3) auf 1585 g Zement variierte. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle aufgeführt.
Tabelle IX
Eigenschaften nach 7 Tagen Eigenschaften nach 28 Tagen
Luftmitführung Mischung Perlen-Konz. Dichte Druckfestig- Dichte Druckfestig- Ofen-Troeken- in Vol.%
Nr. (1) g/cm3 keit kg/cm2 g/cm3 keit kg/cm2 gewicht g/cm3 insge- Binde samt mittel
CA l/2 Q & 2 +77,00 0,842 +77,00 0,756 8 15
CB 1/2 0,838 58,80 0,813 72,94 0,716 14 23
CC 3/4 0,696 40,32 0,658 49,00 0,594 14 22
CD 3/4 0,l637 38,22 0,597 44,59 0,537 18 34
CE 3/4 0,644 35,14 0,617 43,61 0,548 18 39
CF 1 0,546 24,29 0,501 29,12 0,444 19 39 CG 11/4 0,477 19,39 0,439 24,92 0,391 19 41
CH 1j. 0,465 18;
;62 0,420 22,54 0,453 21 44 c 11/2 0,431 13,30 0,370 17,316 0,33.1 19 43 CJ 11/2 0,401 12,81 0,363 17,316 0,327 21 46 (1) Die Mischung CF ist eine Standard -Mischung, 808 g Wasser enthält.
Dieses Perlen/Zement-Standarddie 3,8 Liter Dylite-Perlen und 1585 g Zement sowie verhältnis ist in der Tabelle mit 1 bezeichnet. Beispiel Xlll
Zur Veranschaulichung des Einflusses des oberflächen aktiven Zusatzes auf das Wasser/Zement-Ver hältnis oder die zur Erzielung der erforderlichen Fliessfähigkeit benötigte Wassermenge wurden mehrere Mischungen nach dem Verfahren des Beispiels III hergestellt, wobei jedoch verschiedene oberflächenaktive Zusätze verwendet wurden. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle aufgeführt.
Tabelle X
Mischung Name Typ Gewicht Wasserbedarf
Nr. Name Typ in g g
DA Vinsol NVX anionisch 5,7 708
DB Vinsol(l) NVX anion seh 5,7 758
DC PolyfonWF anionisch 5,7 758
Standard Tamol SN anionisch 5,7 808
DD Darvan Nr. 1 anionisch 5,7 808
DE Alkanol S anionisch 5,7 808 DF PoiyfonH anionisch 5,7 808
DG Deripliat 151 amphoterisch 5,7 808
DH Nekal BX-78 anionisch 5,7 850
DI Darvan Nr. 2 anionisch 5,7 908
DJ Natriumpolyacryl.at anionisch 5,7 908.
DK Triton X45 nichtionisch 5,7 908
DL Alkam kationisch 5,7 1008
DM Marasperse C anioliisch 5,7 1058
DN DMS nichtionisch 5,7 Schaum
DO Triton X 100 nichtioniseh 5,7 Schaum
DP Duponol WA anionisch 5,7 Schaum
DQ DMS nichtionisch 1,14 758
DR Vinsol(1) NVX anionisch 1,14 808
DS LPC(2) kationisch 1,f14 Schaum
DT Triton X 100 nichtionisch 1;14 Schaum
DU Tween-Span nichtionisch 0,57 708
DV TOAB(3) kationisch 0,57 758
DW LPC(1) kationisch 0,57 758
DX DMS nichtionisch 0,57 808
DY Vinsol(l) NVX anionisch 0,57 808 (1) kein Transphalt vorhanden.
(2) LPC ist Laurylpyridiniumchlorid.
(3) TOAB ist Trimethyloctadecylammoniumbromid.
Vorstehend wurde ein neuer Beton beschrieben, der als isolierende Füllmasse und für leichte isolierende
Platten verwendet werden kann, z. B. für Trennwände,
Dachabdeckungen und dergleichen. Das geringe Ge wicht und die ausserordentlich hohe Festigkeit des Pro duktes ergeben ein Material, das isolierend wirkt, sich leicht verarbeiten lässt, praktisch feuerfest und zugleich auch dauerhaft ist. Wegen des geringen Gewichtes eignet sich dieser Beton besonders für die modernen Bau weisen, bei denen so wenig Abstützungen wie nur mög lich verwendet werden.
Ein besonderes Merkmal des erfindungsgemässen Betons besteht darin, dass er sich ohne weiteres mit ge wöhnlichen Werkzeugen für Holzbearbeitung, wie sie Zimmerleute und Handwerker haben, sägen, bohren und bearbeiten lässt. So können die Platten mit einer Säge beschnitten werden, um eine Nut- und Federverbindung herzustellen, mit der sich die verschiedenen Platten zu einteiligen Gebilden zusammenfügen lassen.
In dieser Hinsicht ist zu bemerken, dass das Gewicht des erfindungsgemässen Betons mit demjenigen von normalem Bauholz verglichen werden kann. Beispiels weise beträgt das Ofen-Trockengewicht von Balsaholz, das zu den leichteren Holzarten zählt, zwischen 0,120 bis 0,200 g/cm3 und das Ofen-Trockengewicht von
Kiefern- und Fichtenholz, die zu den üblichen Bauholz arten gehören, zwischen 0,368 bis 0,465 g/cm3. Dar aus lässt sich erkennen, dass das Gewicht des erfindungsgemässen Betons innerhalb des für Baumaterialien üb lichen Rahmens liegt und dass er sich in einer Art und
Weise bearbeiten lässt, die den Zimmerleuten vertraut ist. Es sind keine besonderen Anstrengungen und Erfahrungen erforderlich, um das erfindungsgemässe Material anstelle von Holz zu verwenden, mit dem die Zimmerleute sich auskennen.
Ein weiterer Vorteil ist, dass die erfindungsgemässe Mischung selbstverständlich praktisch nicht brennen kann.
Die Mischung bringt auch in ästhetischer Hinsicht einen grossen Vorteil mit sich, da Perlen verschiedener Farbe verwendet werden können, wodurch sich das Aussehen des Betons überall dort verbessern lässt, wo dies gewünscht wird.