CH640206A5 - Verfahren zur herstellung von erhaertenden bindemitteln auf der basis von zement. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von erhärtenden Bindemitteln auf der Basis von Zement unter Zusatz von Emulsionen bituminöser Produkte.

Unter bituminösen Produkten im Sinne vorliegender Erfindung sind insbesondere Bitumen, Teere, Peche und Harze zü verstehen, wie sie aus dem Erdöl und der Kohle in an sich bekannter Weise durch Destillation oder Extraktion gewonnen werden können. Bevorzugt sind jedoch Bitumen, insbesondere Bitumen einer Penetrationszahl von 10 bis 300.

Es ist bekannt, Fahrbahndecken aus bituminösen Rohstoffen herzustellen, denen mineralische Füllstoffe, wie z.B. Splitte, beigemengt sind. Derartige Fahrbahndecken haben viskoelastische Eigenschaften. Sie neigen bei hoher Druckbelastung und insbesondere bei erhöhten Temperaturen zu einer bleibenden Verformung.

Es ist auch bekannt, Fahrbahndecken auf der Basis von Zementbeton herzustellen. Diese Fahrbahndecken zeichnen sich durch eine grosse Härte und Druckbelastbarkeit aus. Ein Nachteil dieser Beläge auf Basis von Zementbeton ist deren unelastisches, starres Verhalten. Ein weiterer Nachteil besteht in der Schwierigkeit, im Schadensfall derartige Fahrbahndecken zu reparieren.

Es hat deshalb nicht an Versuchen gefehlt, die viskoela-stischen Eigenschaften von Bitumen/Asphaltbeton-Asphalt-Fahrbahndecken mit den guten mechanischen Eigenschaften der Fahrbahndecken auf Zementbetonbasis dadurch zu kombinieren, dass man dem Zement vor seiner Aushärtung wässrige Emulsionen bituminöser Produkte, gegebenenfalls ausserdem Kunststoffdispersionen, zusetzte. Die bituminösen Produkte, im folgenden als Bitumen bezeichnet, sollen dabei die Zementteilchen partiell bis vollständig umhüllen und hierdurch bewirken, dass beim Aushärten des Zements ein Verbund der Mineralteilchen miteinander teilweise oder ganz vermieden wird. Man erhält hierbei zwar Produkte auf der Basis von Zement, deren elastisches Verhalten jedoch in Abhängigkeit von der Art, Menge und Verteilung des eingebrachten Bitumens beeinflusst werden kann, so dass die mechanischen Eigenschaften von starr bis elastisch beliebig eingestellt werden können.

In der DE-OS 2 613 075 ist ein rasch härtendes Gemisch beschrieben, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass es einen äusserst rasch härtenden Zement mit einem Gehalt an 1 ICaO • 7A1203 • CaX2, wobei X ein Halogenatom ist, 3CaO • Si02 und CaS04 als unerlässlichen Bestandteilen, mindestens einem Kurzbereichs-Festigkeitsbeschleuniger aus der Gruppe Calciumaluminate, Kalke, Amine und Äthylen-glykole sowie Calciumsulfat-halbhydrat, mindestens eine Emulsion aus der Gruppe bituminöse Emulsionen, Kau-tschuklatices und Harzemulsionen und 12 bis 50 Gewichtsprozent Wasser, bezogen auf das gesamte Gemisch, enthält. Die Bitumenemulsion kann dabei geprägt durch die Art des Emulgators eine kationische, anionische oder nichtionogene Emulsion oder eine Emulsion vom Clay-Typ sein. Bezogen auf 1 Gew.-Teil Zementgemisch sollen dabei 0,02 bis 3 Gew.-Teile, vorzugsweise 0,15 bis 1,5 Gew.-Teile Emulsion, angegeben in nichtflüchtigen Bestandteilen, enthalten sein. Die bituminösen Emulsionen enthalten dabei im allgemeinen 40 bis 70 Gew.-% bituminöses Material. Die Penetrationszahl des eingedampften Rückstandes der bituminösen Emulsion beträgt dabei bei 25 °C im allgemeinen 10 bis 300.

Es hat sich nun gezeigt, dass beim Zusatz von Bitumenemulsionen zum Zement oder seiner wässrigen Aufschläm-mung sehr häufig Unverträglichkeitserscheinungen beobachtet werden. Eine wässrige Aufschlämmung von Zement reagiert stark alkalisch und weist einen hohen Gehalt an Kationen auf, die z.B. bei Verwendung einer Emulsion, die mit einem anionischen Emulgator hergestellt ist, zu einem Ausfällen des Emulgators und zu einem unkontrollierten Brechen der Bitumenemulsion führen können. Dies bewirkt eine unkontrollierte Einlagerung von Bitumenteilchen in dem abgebundenen Zement und verhindert die gewünschte Umhüls

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

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65

3

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lung der einzelnen Zementteilchen mit Bitumen ganz oder teilweise. Verwendet man dagegen mit kationaktiven Emulgatoren hergestellte Emulsionen, deren Stabilitätsbereich bevorzugt im sauren pH-Bereich liegt, brechen diese Emulsionen durch die Änderung des pH-Wertes bei der Zugabe zur Zementschlämme. Mit nichtionogenen Emulgatoren und mit anionischen Emulgatoren auf Basis von Sulfosäuren oder Sulfonaten können zwar Bitumenemulsionen hergestellt werden, die den Vorteil einer gewissen Unempfindlich-keit gegen Änderung des pH-Wertes und gegen die Erdal-kalionen des Zements haben. Jedoch ist mit solchen Emulsionen ein zeitlich steuerbarer Brechvorgang nicht erreichbar. Es kommt zu starker Schaumbildung beim Mischen mit den Mineralien und zum Auswaschen von ungebrochener Emulsion, wenn eine fertige Beschichtung vor dem völligen Durchtrocknen und Abbinden dem Regen ausgesetzt wird.

Ferner ist es bereits bekannt, ionogene Emulgatoren enthaltende Emulsionen durch Zusatz von wasserlöslichen Kolloiden wie Eiweiss-Abbauprodukten oder Zelluloseäthern oder durch Vermischen mit quellfähigen Mineralien wie Be-tonit zementstabil zu machen. Auch können die bituminösen Bindemittel direkt in wässrige Aufschlämmungen solcher Produkte emulgiert werden. Derart hergestellte Emulsionen sind zwar mit Zement verträglich, die damit hergestellten Be-schichtungen und Formkörper neigen aber zur Bildung von Schwundrissen beim Abbinden infolge der Austrocknung der darin enthaltenen quellfähigen Substanzen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von erhärtenden Bindemitteln auf der Basis von Zement unter Zusatz von Bitumenemulsionen zu finden, welche einerseits mit dem Zement bzw. seiner wässrigen Aufschlämmung über eine gewisse Zeit, die durch die Materialaufbereitung und -Verarbeitung vorgegeben ist, stabil sind und deren Brechverhalten entsprechend den anwendungstechnischen Bedingungen, z.B. durch Wahl der geeigneten Emulgatorkonzentration, in gewünschter Weise gesteuert werden kann, und die sich insbesondere zur Fertigung von Fahrbahndecken sowie flexiblen Tragschichten unter Fahrbahndecken aus Asphalt oder Beton, für die Herstellung von Estrichen sowie von Gussgegenständen in Form von Rohren, Blöcken oder Platten eignen. Dabei soll erreicht werden, dass die Bitumenemulsionen in der Lage sind, die Zementteilchen möglichst gleichförmig zu umhüllen, bevor diese abbinden, und es soll vermieden werden,

dass das Bitumen in Form von Tröpfchen oder Koagulaten in einer Zementmatrix grob verteilt ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass man Emulsionen bituminöser Produkte verwendet, die als Emulgatoren grenzflächenaktive Betaine enthalten.

Grenzflächenaktive Betaine sind zur Herstellung von Bitumenemulsionen bereits bekannt und z.B. in der DE-PS 1 180 300 beschrieben. Es war jedoch nicht zu erwarten, dass mit grenzflächenaktiven Betainen hergestellte Bitumenemulsionen auch gegenüber alkalischen Zementschlämmen über den anwendungstechnisch geforderten Zeitraum stabil sind. So lehrt beispielsweise die vorgenannte DE-PS 1 180 300, dass der pH-Wert der mit solchen Betainen hergestellten Emulsionen so eingestellt werden soll, dass er in der Nähe des isoelektrischen Punktes der Betaine liegt. Der isoelektrische Punkt von Betainen liegt jedoch im Regelfall im neutralen bis schwach sauren Bereich, während die Zementschlämmen einen pH-Bereich von etwa 12 bis 13 aufweisen.

Es war überdies überraschend, dass festgestellt werden konnte, dass das Brechverhalten der Betain-Emulgatoren enthaltenden Emulsionen durch die Wahl der Konzentration des Emulgators und des pH-Wertes der zuzusetzenden Emulsion in weiten Grenzen steuerbar ist. Die Wichtigkeit dieser erwünschten Steuerbarkeit des Brechverhaltens ergibt sich aus der Tatsache, dass z.B. während des Aufbaus einer Strassendecke sich sowohl die Temperaturen der zu beschichtenden Strasse als auch die Aussentemperaturen während eines Tages verändern können, wodurch die Verarbeitungszeiten des Bindemittels (z. B. Abbindezeit des Zements) und die Brechzeit der Emulsion beeinflusst werden. Durch geeignete Einstellung der Konzentration des Emulgators und/oder des pH-Wertes der Bitumenemulsion kann diese nun an die Verarbeitungsbedingungen angepasst werden, so dass das gewünschte Resultat mit Sicherheit erzielt werden kann.

Der Gehalt an Emulgator in der Bitumenemulsion kann dabei innerhalb der Grenzen von 0,2 bis 5 Gew.-%, bezogen auf Gesamtemulsion, variiert werden. Die Anwendungskonzentration liegt insbesondere innerhalb eines Konzentrationsbereiches von 1 bis 3 Gew.-%. Je höher der Emulgator-gehalt ist, desto länger bleibt die Emulsion gegenüber der Zementschlämme stabil. Der Gehalt der Emulsion an Bitumen kann dabei zwischen 30 und 70, insbesondere 50 bis 65 Gew.-%, bezogen auf Gesamtemulsion betragen. Der pH-Wert der Emulsion kann durch Zugabe von Säure oder Lauge auf jeden gewünschten Wert zwischen etwa 1,5 und 10 eingestellt werden. Bevorzugt sind dabei Emulsionen, welche einen pH-Wert von 5 bis 9, insbesondere 5 bis 8, aufweisen.

Bekanntlich zeichnen sich die grenzflächenaktiven Betaine dadurch aus, dass sie ein inneres Salz bilden können und einen die Grenzflächenaktivität bewirkenden hydrophoben Rest aufweisen. Als hydrophilen Rest können die Verbindungen mindestens eine quaternäre Ammoniumgruppe, die intramolekular mit einer Säuregruppe, vorzugsweise mit einer Carboxylgruppe, zur inneren Salzbildung befähigt ist, enthalten. Als Säuregruppen sind auch die von den Sauerstoffsäuren des Schwefels oder Phosphors hergeleiteten Gruppen geeignet. Der hydrophobe Rest ist in der Regel ein Fettalkylrest mit 8 bis 22 Kohlenstoffatomen. Er kann auch der von der Naphthensäure hergeleitete Naphthenylrest oder ein cycloaliphatischer Kohlenwasserstoffrest sein.

Bei dem Verfahren nach der Erfindung werden vorzugsweise als Emulgatoren Betaine der allgemeinen Formel r1co-nh-r2-n ©-r5-coo ©

verwendet. In dieser Formel bedeutet R1 einen vorzugsweise geradkettigen aliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit 8 bis 22 Kohlenstoffatomen oder einen cycloaliphatischen Kohlenwasserstoffrest. R2 ist ein zweiwertiger Kohlenwasserstoffrest mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen, der vorzugsweise geradkettig ist. Besonders bevorzugt ist der Äthylen- und Propylenrest. R3 und R4 sind gleich oder verschieden und bedeuten einen einwertigen Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, insbesondere den Methylrest. R5 ist ein zweiwertiger Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise der Methylen- oder Äthylenrest. Beispiele solcher Betaine sind:

Stearoyl-l,3-amidopropyl-dimethylaminoessigsäure-betain c17h35conh (ch2)3~ ©n-ch2-coo©

5

10

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20

25

30

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45

50

55

60

65

640206 4

Oleyl-1,2-amidoäthyl-diäthylaminoessigsäure-betain

CoHc

(+)1 G)

C, „H CONH (CH ) -^N-CH -COO 17 33 2 2 } * 2

C iî 2 5

Acoyl-1,2-amidoäthyl-diäthylaminopropionsäure-betain,

wobei der Acoylrest von Kokosölfettsäuren abgeleitet ist

RXCONH(CH2) 2~ ^N-CH2CH -coo-^

^2H5

Myristoyl-l,4-amido-l-methyl-butyldiäthylaminoessigsäure-betain

CH C H_

! 3 (+)1 G)

C13H27CONH"CH(CH2)3~ N"CH2~C0°

C2H5

Lauroyl-1,3-amidopropyl-dimethylaminopropionsäure-

betain _

CH

__ j

C1iH23CONH <CH2'3" N-CH2CH -COO ©

0H3

Palmitoyl-l,2-amidoäthyl-dimethylaminoessigsäure-betain

C15H31CONH(CH2)2~ ®N-CH -COO©

ch3

Weitere geeignete Betaine sind solche der Formel CH2— CH2 R6

R1 -CO-N ^ ^ 1 © -R5-COO ^

\ /

Œ—CH2

wobei R1 und Rs die bereits angegebene Bedeutung haben. R6 ist ein einwertiger Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 4 Koh-lenstoffatomen, insbesondere der Methylrest.

Beispiele solcher Betaine sind: 1 -Methyl- l-carboxymethyl-4-acoylamidopiperazinium-

betain, wobei R1 von Talgfettsäuren abgeleitet ist

CH0 CH0 CH

/ \ 1 jA r\

R^CO-N N©-CH„coo^

\ /

CH2 — ch2

1 -Äthyl-1 -carboxyäthyl-4-acoylamidopiperazinium-betain,

wobei R1 von Tallölfettsäuren abgeleitet ist

✓ CHV~~CHo 9-^

i / G

R -CO-N N^-(CHo)oC00w

\ 22

CH2— CH2

5

640206

Ein weiteres Beispiel eines geeigneten Betains ist ein Be-tain folgender Formel

COO^ r-'-c —n©-(ch.) -r7

II 1 • 2 y n-(ch2)x

R1 und R5 haben wieder die bereits angegebene Bedeutung, R7 ist Wasserstoff oder ein Alkylrest oder eine Hydroxylgruppe.

x hat einen Wert von 2 oder 3, y einen Wert von 1 oder 2.

Beispiele solcher Betaine sind:

1 -Methyl-1 -carboxymethyl-2-oleyl-imidazolinium-betain

©

eoo I

CH,

i (.

R--C— N ^ -CH.

A

î-'-.-r —N ^ -c

R1 = Oleylrest n-(ch2> 2

1 -Hydroxyäthyl-1 -carboxyäthyl-2-lauryl-imidazolinium-be-tain

COO^

l

(chj r-c—n

è!

(ch2)2oh

R1 = Laurylrest n-(ch2)2

1 -Methyl-1 -carboxymethyl-2-stearyl-tetra-hydropyrimidi-nium-betain

COO^

I

ch„

R1-C— N©-

ch.

R1 = Stearylrest h-(ch2>3

1 -Hydroxyäthyl-1 -carboxyäthyl-2-palmityl-tetrahydro-pyr-imidinium-betain

COO

4 V 2

r*-c — n © -

II I

N-<CH2>3

Ri = Palmitylrest

(ch2)2oh

Die Herstellung der Betaine ist bekannt und unter anderem in «Surface Active Agents», Interscience Publishers Inc., 1949, Seiten 218ff., beschrieben.

Bei den Betainen sollte zur Ausschaltung von Unverträglichkeiten vermieden werden, dass diese ausser der Betain- ' struktur zusätzlich noch kationische oder anionische Gruppen aufweisen.

Die erfindungsgemäss zu verwendenden Emulsionen bituminöser Produkte sind mit den üblichen Zusatzmitteln für Zement verträglich. Derartige Zusatzmittel haben die Aufgabe, die Abbindezeit des Zements im Sinne einer Be-5 schleunigung oder Verzögerung zu beeinflussen oder die Zement-Wasser-Mischung zu verflüssigen, wodurch diese Mischungen pumpfähig werden bzw. bei verringertem Wassergehalt verarbeitet werden können. Andere Zusatzstoffe sollen als Porenbildner wirken. Beispiele solcher Zusatzstoffe io sind Borate, Phosphate, Fluorosilikate, Halogenide, Carbonate, Hydrogencarbonate, Silikate und Aluminate. An organischen Zusatzmitteln sind insbesondere Zucker, Hydro-xycarbonsäure und ihre Salze, Ligninsulfonate, Alkylaryl-sulfonate, Harzseifen und Melaminharze zu nennen. 15 Es ist auch bekannt, dem Zement Kunststoffdispersionen zuzusetzen. Derartige Kunststoffdispersionen sind z. B. in der DE-OS 2 613 075 genannt. Beispiele solcher Kunststoffdispersionen sind Kautschukdispersionen, wobei als Kautschuk natürlicher Kautschuk, Styrol-Butadien-Kautschuk, 2o Butylkatuschuk, Acrylnitril-Butadien-Kautschuk oder Chloroprenkautschuk verwendet werden kann. Andere bekannte Polymerisatkunststoffe sind Polyvinylacetat, Äthylenvinylacetatcopolymerisate, Polyvinylidenchlorid, Polyacrylsäureester. Als Modifizierungsmittel werden be-25 kanntlich auch Alkydharze verwendet. Die Kunststoffdispersionen beeinflussen die Zug- und Biegezugfestigkeit des abgebundenen Zements und können die Haftung des Zements auf dem Untergrund verbessern.

Zum Stand der Technik der Zusatzmittel und Hilfsstoffe 30 sei auf das Buch «Zusatzmittel, Anstrichstoffe, Hilfsstoffe für Beton und Mörtel» von Albrecht und Mannherz, Bau-Verlag GmbH, Wiesbaden und Berlin, 1968, sowie auf die 1976 und 1977 erschienenen Berichte der «Forschungsgesellschaft für Strassenwesen» von Zenke über polymermodifi-35 zierte Strassenbaubitumen verwiesen.

Die erfindungsgemäss zu verwendenden Emulsionen bituminöser Produkte sind in der Regel auch mit derartigen Kunststoffdispersionen verträglich. Man kann daher die bituminösen Emulsionen und die Kunststoffdispersionen dem 40 Zement-Wasser-System entweder getrennt oder gemeinsam zugeben.

In den folgenden Beispielen wird die'Herstellung der Bitumenemulsionen, ihr Verhalten gegenüber Zementschlämmen sowie das äussere Erscheinungsbild der ausgehärteten 45 Bindemittel auf Zementbasis beschrieben.

1. Herstellung der Bitumenemulsion

Die Herstellung der Bitumenemulsionen erfolgte in l-kg-Ansätzen. Dabei wurde der betreffende Emulgator in Was-50 ser von 80 °C gelöst, je nach Emulsionstyp mit Säure oder Lauge der gewünschte pH-Wert eingestellt und anschliessend mit Hilfe eines Hochleistungsdispergiergerätes (Type «Ultra-Turrax T 45» der Firma Janke + Kunkel) bei einer Generatordrehgeschwindigkeit von 10 000 U./min das be-55 treffende, auf 120 °C erwärmte Bitumen kontinuierlich eingetragen. Nach Beendigung dieses Vorganges folgte über insgesamt 5 Minuten der Nachemulgierprozess. Die fertige Emulsion wurde dann auf eine Temperatur unter 30 °C abgekühlt.

60 Nach dieser Herstellungsvorschrift wurden verschiedene erfindungsgemäss und zum Vergleich nicht erfindungsgemäss zu verwendende Emulsionen bituminöser Produkte hergestellt. Der Ladungssinn der dispersen Phase wurde durch Elektrophorese bestimmt. Dementsprechend wurde es der Ladungssinn der Teilchen und damit der Charakter der Emulsion als kationisch bezeichnet, wenn die dispergierten Teilchen bei der Elektrophorese zur Kathode wanderten; verhielt sich die disperse Phase anionisch, waren also die

640206

Teilchen negativ geladen, wanderten sie zur Anode. Konnte unter den Bedingungen der Elektrophorese keine Wanderung zu einer Elektrode beobachtet werden, wurde die Emulsion als neutral bezeichnet.

Es wurden folgende Emulgatoren eingesetzt. Die Emulgatoren I bis III sind erfindungsgemäss, die Emulgatoren IV bis X sind nicht erfindungsgemäss.

Emulgator I = Acoyl-1,3-amidopropyl-1 -dimethylamino essigsäure-betain

(der Acoylrest ist von einem natürlichen Kokosfettsäuregemisch hergeleitet) Emulgator II = 1-Methyl-l-carboxymethyl-4-acoylami-do-piperazinium-betain (der Acoylrest ist von einem natürlichen Kokosfettsäuregemisch hergeleitet) Emulgator III = I-Methyl-l-carboxymethyl-2-alkyIimi-dazolinium-betain

Emulgator IV 5 Emulgator V

Emulgator VI io Emulgator VII

Emulgator VIII i5 Emulgator IX Emulgator X

(der Alkylrest ist von einem natürlichen Kokosfettsäuregemisch hergeleitet) = Kaliumseifen von Tallölfettsäuren

(anionaktiv) = Stearoyl-1,3-amidopropyl-trimethyl-ammonium-chlorid (kationaktiv) = Stearoyl-1,3-amidopropyldimethylamin

(kationaktiv)

= Gemisch von Talgfettpolyaminen unterschiedlicher Kettenlänge (kationaktiv) = Polyoxyäthylen-sorbitanmonooleat

(nichtionogen) = Polyoxyäthylen-alkylaryläther

(nichtionogen)

= Ton (Clay-Typ)

Zusammensetzung der Emulsionen und deren Ladungssinn

Emulgator

Rezeptur Bitumen B 200 Emulgator pH

Gew.-% Gew.-%

Ladungssinn der dispersen Phase

60

e 3 •U

e e

II

III

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

2.1

2.2

2.3

3.1

3.2

3.3

50 50 50 50 50

50 50 50

50 50 50

0,90 0,90 0,90 0,30 1,50

0,90 1,20 1,50

0,90 1,20 1,50

2,4

6.1

8.2 6,7

6.6

5.7 5,9

6.3

5,9

5.9

6.10

kationisch neutral anionisch neutral neutral neutral neutral neutral neutral neutral neutral a

öß

W

00 G 3

-a c «

o

IV

4.1

60

0,70

11,5

anionisch

4.2

60

1,00

11,8

anionisch

V

5.1

50

2,00

2,3

kationisch

VI

5.2

60

2,50

2,7

kationisch

VII

5.3

50

2,00

1,8

kationisch

VIII

6.1

50

2,00

2,1

kationisch

6.2

50

2,00

7,2

neutral

6.3

50

2,00

9,2

anionisch

IX

6.4

50

2,00

8,8

anionisch

6.5

50

5,00

12,7

anionisch

X

6.6

50

5,00

7,8

anionisch

2. Verhalten der erfindungsgemäss zu verwendenden, Betaine enthaltenden Emulsionen gegenüber Zementschlämmen In den folgenden Tabellen wird das Verhalten der erfindungsgemäss zu verwendenden, Betaine enthaltenden Emulsionen gegenüber Zementschlämmen beschrieben, wobei mit PSZ ein schnell abbindender, Calciumfluorid enthaltender

Portlandzement und mit EPZ ein normal abbindender Eisenportlandzement bezeichnet ist.

55 Unter Abbindezeit ist die Zeit zu verstehen, innerhalb der die Zement-Bitumen-Emulsion-Wasser-Mischung verarbeitet werden kann. In der Spalte Konsistenz ist die Konsistenz des Gemisches gleich nach dem Zusammenfügen der Komponenten beschrieben.

Emulgator Rezeptur PSZ H20 Emulsion Abbinde- Konsistenz EPZ H20 Emulsion Abbinde- Konsistenz Gew.-T. Gew.-T. Gew.-T. zeit Min. Gew.-T. Gew.-T. Gew.-T. zeit Min.

I 1.1

100

30

30

10

3

homogen

100

30

30

90

3

1.2

100

30

30

10

4

100

30

30

10

2

1.3

100

30

30

sofort

4

100

30

30

8

1

1.4

100

30

50

25

2

100

30

30

240

1

7

640 206

:cö

S

O b0

CA

00 G 3 •O S

*s

:cS

S

D 60 co 00

c

3

•a c w jc

CJ

Igator

Rezeptur PSZ

h,0

Emulsion

Abbinde

Konsistenz

EPZ

h2o

Emulsion

Abbinde

Konsistenz

Gew.-T.

Gew.-T.

Gew.-T.

zeit Min.

Gew.-T.

Gew.-T.

Gew.-T.

zeit Min.

1.5

100

30

40

40

2

100

40

30

360

1

1.1*

50

10

100

20

1

50

10

100

360-480

1

1.2*

50

10

100

15

1

50

10

100

360-480

1

1.3*

50

10

100

240

1

50

10

100

360-480

1

1.4*

50

10

100

sofort

4

50

10

100

240-360

1

1.5*

50

10

100

20

1

50

10

100

360-480

1

II

2.1

100

40

30

15

3

100

40

30

25

2

2.2

100

40

30

40

2

100

40

30

90

1

2.3

100

40

30

55

1

100

40

30

>400

1

homogen

homogen

III

3.1

100

40

30

10

3

100

40

30

20

2

3.2

100

40

30

20

2

100

40

30

120

1

3.3

100

40

30

60

1

100

40

30

300

1

IV

4.1

100

40

30

—

4

100

40

30

_

4

4.2

100

40

30

-

4

100

40

30

-

4

V

5.1

100

30

30

10

3

100

30

30

60

3

inhomogen

inhomogen

VI

5.2

100

40

30

-

4

100

40

30

-

4

VII

5.3

100

30

30

5-10

3

100

30

30

150

3

inhomogen

inhomogen

VIII

6.1

100

30

30

10

2

100

30

30

180

3

6.2

100

30

30

10

3

100

30

30

360

3

6.3

100

30

30

10

2

100

30

30

300

3

IX

6.4

100

30

30

10

3

100

30

30

10

3

6.5

100

30

30

10

3

100

30

30

5

4

6.6

50

10

100

60

Bewertung der Konsistenz: A) 1 = dünnflüssig

2=dickflüssig, noch giessfähig 3=sehr dick, noch streichfähig 4=steif, nicht mehr verarbeitbar

50

B) homogen inhomogen

10

100

240

Aus den Tabellen ist ersichtlich, dass nur bei Verwendung der erfindungsgemäss zu verwendenden Emulsionen bituminöser Produkte, die als Emulgatoren grenzflächenaktive Betaine enthalten, die Abbindezeit innerhalb eines weiten Bereiches in Abhängigkeit von der Konzentration des Emulgators, dem pH-Wert der Emulsion und der Menge der Emulsion vorbestimmt werden kann.

3. Äussere Beurteilung der erhaltenen ausgehärteten Bindemittelformteile Die Beurteilung der Umhüllung des Zements wird optisch nach der Braun- oder Graufärbung des Zements nach dem Trocknen vorgenommen. Je besser die einzelnen Bitumentröpfchen in der Emulsion die Zementpartikeln umhüllt haben, umso besser ist die Netzwirkung und Adhäsionsverbesserung des Emulgators. Eine intensive Braunfärbung 45 lässt auf eine gute Benetzung, entsprechende Stabilität der Bitumenemulsion und deren Zementverträglichkeit schlies-sen. Bricht die Emulsion bei Zugabe zu dem Zement-Was-ser-Gemisch, liegen die Bitumentröpfchen und die Zementpartikeln nebeneinander, ohne dass eine Umhüllung der Ze-50 mentpartikeln erfolgt ist. Optisch sieht das Gemisch dann grau aus. Der Zement umschliesst als Matrix die Bitumenteilchen.

Emulgator

Rezeptur

Mischungen mit PSZ

Mischungen mit EPZ

Umhüllung der

Farbe

Umhüllung der

Farbe

Zementteilchen

Zementteilchen

I

1.1

gleichmässig

Braunfärbung gleichmässig intensive Braunfärbung

1.2

gleichmässig

Braunfärbung gleichmässig intensive Braunfärbung

CA CA

1.3

noch gleichmässig dunkle Braunfärbung gleichmässig intensive Braunfärbung

«Jj g

1.4

gleichmässig

Braunfärbung gleichmässig intensive Braunfärbung

G <D 00

1.5

gleichmässig

Braunfarbung gleichmässig intensive Braunfärbung

3)

C

1.1*

in allen Fällen schwarzbraun bis in allen Fällen schwarzbraun bis

3

•o

1.2*

gleichmässige, gute schwarz gleichmässige, gute schwarz

G G

1.3*

Umhüllung

Umhüllung

u.

V

1.4* 1.5*

640 206

8

îC3

S

D ÖO

60 C 3 •O 8 G

:a

E

o ÖO en 00 S 3 •O

a

43 o

II

III

IV

V

VI

VII Vili

IX

Rezeptur

Mischungen mit PSZ Umhüllung der Zementteilchen

Farbe

Mischungen mit EPZ Umhüllung der Zementteilchen

Farbe

2.1

gleichmässig ocker bis Braunfärbung gleichmässig

Braunfärbung

2.2

gleichmässig ocker bis Braunfärbung gleichmässig

Braunfärbung

2.3

gleichmässig ocker bis Braunfärbung gleichmässig

Braunfärbung

3.1

gut, gleichmässig dunkle Braunfärbung gleichmässig intensive Braunfärbung

3.2

gut, gleichmässig

Braunfärbung gleichmässig intensive Braunfärbung

3.3

gut, gleichmässig

Braunfärbung gleichmässig intensive Braunfarbung

4.1

keine Umhüllung

Graufärbung keine Umhüllung

Graufärbung

möglich

möglich

4.2

keine Umhüllung

Graufärbung keine Umhüllung

Graufärbung

möglich

möglich

5.1

schlechte Umhüllung

Graufärbung schlechte Umhüllung

Graufärbung

5.2

keine Umhüllung

Graufärbung keine Umhüllung

Graufärbung

möglich

möglich

5.3

schlechte Umhüllung

Graufärbung schlechte Umhüllung

Graufärbung

6.1

schlechte Umhüllung

Graufärbung schlechte Umhüllung graubraune Färbung

6.2

schlechte Umhüllung leichte Braunfärbung schlechte Umhüllung graubraune Färbung

6.3

teilweise Umhüllung heterogene schlechte Umhüllung

Graufärbung

Braunfärbung

6.4

befriedigende graubraun befriedigende graubraune Färbung

Umhüllung

Umhüllung

6.5

befriedigende graubraun befriedigende graubraune Färbung

Umhüllung

Umhüllung

6.6

gute Umhüllung mattes Graubraun gute Umhüllung mattes Dunkelbraun

Es zeigt sich, dass nur die erfindungsgemäss zu verwendenden Emulsionen die Eigenschaftskombination: Variable Verarbeitungszeit und gute Umhüllung der Zementteilchen aufweisen.

4. Beispiele für die Verwendung der erfindungsgemäss einzusetzenden Emulsionen a) Mörtel zum Unterfüllen von Betonplatten Im Mischbehälter einer Mörtelpumpe werden 66 kg Rundsand 0/2 66 kg Brechsand 0/3 66 kg Portlandzement 450 F innig gemischt und hierauf unter ständigem Weitermischen 18 kg Wasser und

90 kg erfindungsgemäss zu verwendende Bitumenemulsion zugegeben.

Die erfindungsgemäss zu verwendende Bitumenemulsion wird hergestellt durch Emulgieren von

65 Gew.-% Bitumen der Penetration 65 in 35 Gew.-% Wasser,

welches

1,0 Gew.-% Emulgator I und 0,3 Gew.-% KOH 45%ig enthält.

Die fertige Mischung wird zum Unterpumpen von Betonplatten auf Betonstrassen verwendet, welche durch die Schläge des Schwerlastverkehrs nicht mehr einwandfrei auf dem Unterbau aufliegen. Das Gemisch beginnt nach etwa 1 Stunde abzubinden und erreicht innerhalb 24 Stunden Druckfestigkeiten von 5-10 kg/cm2 und innerhalb 30 Tagen solche von 20-40 kg/cm2. Die Druckfestigkeit wird dabei an zylindrischen Probekörpern von 5 cm 0 und 5 cm Höhe bei einer Vorschubgeschwindigkeit des Druckstempels von 20 mm/min gemessen.

b) Kaltgussasphalt-Estrich

In einem Zyklomischer werden 70 kg Moränesplitt 2/5 40 70 kg Moränebrechsand 0/3 22 kg Portlandzement PZ 250 innig gemischt und hierauf

5-15 kg Wasser (je nach Feuchtigkeit der Mineralmischung) und

45 32 kg erfindungsgemäss zu verwendende Bitumenemulsion zugesetzt.

Die erfindungsgemäss zu verwendende Bitumenemulsion wird hergestellt durch Emulgieren von so 65 Gew.-% Bitumen der Penetration 80 in 35 Gew.-% Wasser,

welches

1,0 Gew.-% Emulgator I und 0,3 Gew.-% KOH 45%ig ss enthält.

Die fertige Mischung wird innerhalb 30 Minuten als 2,5 cm dicke Estrichschicht auf einem Untergrund aus Magerbeton aufgezogen. Nach etwa 3 Stunden, je nach Temperatur, erfolgt die erste, nach etwa 24 Stunden die zweite so Glättung. Der Estrich ergibt nach dem vollständigen Abbinden Eindrucktiefen von 2,5 mm bei 20 °C, 10 kg/cm2 Belastung und 5 Stunden Messdauer.

c) Emulsionsgebundene Kiestragschicht '

65 Eine Kies-Sand-Mischung, bestehend aus

20 Gew.-% Rundsand 0/2 50 Gew.-% Rundkies bis 20 mm 30 Gew.-% gebrochenem Kies,

9

640 206

wird in feuchtem Zustand (2-4 Gew.-% Wasser) mit senplanum mittels eines Gräders oder eines Fertigers in

5 Gew.-% Portlandzement PZ 350 und 15 cm Schichtstärke ausgebreitet und durch Walzen verdich-

6 Gew.-% Bitumenemulsion gem. Ausführungsbeispiel 1 tet. Der weitere Aufbau der Strasse kann sowohl in Beton als gemischt. Die Mischung wird auf dem vorbereiteten Stras- auch in Asphaltbeton erfolgen.

d) Masse zur Herstellung von Gussformteilen wie Platten oder Verbundsteine In einem Betonmischer werden die Zuschlagstoffe Rundkies 5/8 mm 68,0 Gew.-%

Rundkies 2/5 mm 2,0 Gew.-%

Rundsand 0,71/2 mm 18,0 Gew.-%

Rundsand 0,09/0,71 mm 6,0 Gew.-%

Füller unter 0,09 mm 6,0 Gew.-%

100,0 Gew.-%

zu 69,6 Gew.-% mit 17,08 Gew.-% Zement PSZ vorgemischt, dann 10,7 Gew.-% Wasser und schliesslich 1,9 Gew.-% der erfindungsgemäss zu verwendenden Bitumenemulsion mit zugegeben. Die Bitumenemulsion enthält 60 Gew.-% Bitumen und 1,4 Gew.-% Emulgator II. Das Gemisch wird in Formen gegossen, die mit einem Trennmittel eingesprüht worden waren; die Formkörper können nach 2 Stunden ent-20 formt werden.

s

Claims (5)

640 206

1. Verfahren zur Herstellung von erhärtenden Bindemitteln auf der Basis von Zement unter Zusatz von Emulsionen bituminöser Produkte, dadurch gekennzeichnet, dass man Emulsionen bituminöser Produkte verwendet, die als Emul-gatoren grenzflächenaktive Betaine enthalten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man Emulsionen verwendet, die als Emulgatoren Betaine der allgemeinen Formel r3

r1co-nh-r2-n © -r5-coo 0

U

wobei R

R1 ein aliphatischer Kohlenwasserstoffrest mit 8 bis 22 Kohlenstoffatomen oder ein cycloaliphatischer Kohlenwasserstoffrest,

R2 ein zweiwertiger Kohlenwasserstoffrest mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen,

R3 und R4 gleiche oder verschiedene einwertige Kohlenwasserstoffreste mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen,

Rs ein zweiwertiger Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen ist, enthalten.

2

PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man Emulsionen verwendet, die als Emulgatoren Betaine der allgemeinen Formel ch2— ch2 r6

R1-CO-Ny/ NVN©-R5-COO©

\ /

ch2— ch2

wobei R1 und R5 die bereits angegebene Bedeutung haben und R6 ein einwertiger Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen ist, enthalten.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man Emulsionen verwendet, die als Emulgatoren Betaine der allgemeinen Formel eoo©

r^c—n©-(ch0) -r?

IM 2 y n-(ch2)

wobei

R1 und R5 die bereits angegebene Bedeutung haben und R7 Wasserstoff, ein Alkylrest oder Hydroxyl und x 2 oder 3 und y 1 oder 2 ist,

enthalten.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man erhärtende Bindemittel mit Kunststoff-Zusätzen herstellt.