CH690303A5

CH690303A5 - Abbindezusatzmittel für Beton.

Info

Publication number: CH690303A5
Application number: CH03021/95A
Authority: CH
Inventors: Peter Ellenberger
Original assignee: Mbt Holding Ag
Priority date: 1994-11-01
Filing date: 1995-10-26
Publication date: 2000-07-14
Also published as: GB9421984D0; FR2726264A1; ITRM950713A0; IT1279226B1; JPH08208297A; FR2726264B1; ITRM950713A1; US5925699A; DE19539250A1

Description


  
 



  Diese Erfindung betrifft Zementzubereitungen, insbesondere Zementzubereitungen zur Anwendung auf Trägermaterialien in fortlaufenden Schichten und ganz besonders diejenigen, die durch Versprühen aufgetragen werden und Zusatzmittel zur Verwendung darin. 



  Es wird oft verlangt, dass eine Zementzubereitung in fortlaufenden Schichten aufgetragen wird. Die bestbekannte solcher Anwendungen ist das Versprühen von Zementzubereitungen, wie "Spritzbeton", worin eine Anzahl von einzelnen Schichten mittels Spritzbeton-Pistole aufgetragen wird. Eines der häufig bei solchen Anwendungen anzutreffenden Probleme ist die Rissbildung und das Schrumpfen der Zubereitung und Haftungsfehler an den Grenzflächen der Schichten. Die Lösung für dieses Problem bestand bisher darin, dass man der zu versprühenden Zubereitung ein Abbindemittel zusetzte, das ist eine Zubereitung, die auf der Oberfläche versprüht wird und welche darauf einen Film bildet. Charakteristische Beispiele hiervon sind Kohlenwasserstoffe, Fettsäuresalze und Emulsionen von Paraffinen oder Mikrowachsen.

   Wegen des Wasserverlustes an der Oberfläche der versprühten Zementzubereitungen, muss dieses innerhalb einer sehr kurzen Sprühzeit erfolgen, üblicherweise innerhalb von 15-20 Minuten. Überdies muss, bevor eine weitere Schicht aufgetragen wird, das Abbindemittel entfernt werden, andernfalls es ein genügendes Haften zwischen benachbarten Schichten der versprühten Zubereitung verhindern würde. Verschiedene, relativ leicht zu entfernende Abbindemittel wurden hergestellt und auf den Markt gebracht, sie sind noch immer mit einer zeitraubenden Arbeit der Anwendung und der Erneuerung verbunden. 



  Es wurde nunmehr gefunden, dass die Nachteile dieser Ab bindemittel zumindest im Wesentlichen dadurch überwunden werden können, dass man darin ein besonderes Zusatzmittel verwendet. Es werden daher erfindungsgemäss Zusatzmittel zur Verwendung in Zementzubereitungen zur Verfügung gestellt, welche in fortlaufenden Schichten angewendet werden sollen. Das erfindungsgemässe Abbindezusatzmittel ist durch die Merkmale von Anspruch 1 gekennzeichnet. 



  Das wasserlösliche Polyalkylenoxid zur Verwendung in der Erfindung besitzt ein Molekulargewicht (Viskositätsmittel) von 100 000-8 000 000, vorzugsweise von 2 000 000-5 000 000. Die Anforderung, dass das Polyalkylenoxid wasserlöslich sein muss bedeutet, dass es einen hohen Anteil an Ethylenoxid aufweisen muss. Das bevorzugte Material ist ein Polyethylenoxid. Charakteristische Handelsprodukte, die zur Kennzeichnung dieser Erfindung brauchbar sind, können in dem "Polyox" (Handelsmarke) Sortiment der Union Carbide Chemicals+Plastics Company, Inc. angetroffen werden. Es ist möglich und zulässig, mehr als eines dieser Polyalkylenoxide in einer erfindungsgemässen Zubereitung zu verwenden. 



  Unter superabsorbierende Polymere versteht man ein Material, welches in der Lage ist, eine sehr grosse Menge von Wasser zu absorbieren und festzuhalten (typischerweise von mehreren hundert- bis zu eintausendmal seines eigenen Gewichtes). Solche Materialien wurden bisher verbreitet in Windeln und in Inkontinenz- und Gesundheitsbinden verwendet, und sie werden nunmehr bei einer zunehmenden Zahl von industriellen, landwirtschaftlichen und medizinischen Anwendungen angetroffen. Es wurde ebenfalls empfohlen, solche Materialien in der Bauindustrie zu verwenden, beispielsweise als Wasser abwehrende Überflutungsmittel beim Tunnelbau. Superabsorbierende Polymere können von einer Anzahl verschiedener Arten von Polymeren abstammen, jede von diesen Arten ist zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet, beispielsweise Polyvinylalkohol und Polyethylenoxid-Arten.

   Die bevorzugten Arten sind jedoch Polyacrylate und durch Stärke modifizierte Polyacrylate. Materialien dieser Art sind im Handel erhältlich, beispielsweise sind es die "Sanwet" (Handelsmarke) Materialien von Sanyo Chemical Industries, Tokyo,  Japan und Hoechst AG, Frankfurt/Main, Deutschland. Wiederum ist es möglich und zulässig, mehr als einen dieser Superabsorber zu verwenden. 



  In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält das Zusatzmittel zumindest noch einen Hochleistungsverflüssiger, welcher mit dem oben beschriebenen Polyalkylenoxid nicht reagiert. In einer am meisten bevorzugten Ausführungsform besteht das Zusatzmittel nur aus Polyalkylenoxid, einem superabsorbierenden Polymer und einem Hochleistungsverflüssiger. Ein Beispiel eines Hochleistungsverflüssigers, welcher für die Verwendung in der vorliegenden Erfindung nicht brauchbar ist, ist das  beta -Naphthalinsulfonat-Formaldehyd-Kondensat; dieses ist einer der weitestgehend am meisten verwendeten Hochleistungsverflüssiger, er reagiert jedoch mit Polyalkylenoxiden. Es gibt aber viele Hochleistungsverflüssiger, welche für die Verwendung in der Erfindung geeignet sind. Einzelheiten von geeigneten Materialien können in Standardwerken, wie "Concrete Admixtures Handbook" ed.

   Ramachandran (Noyes, 1984) gefunden werden, dessen Einzelheiten durch Hinweis darauf hier mitumfasst werden. Beispiele hierfür sind Lignosulfonate und sulfonierte Melamin-Formaldehyd-Kondensate. 



  Eine bevorzugte Klasse von Hochleistungsverflüssigern ist diejenige, die auf Styrol-Maleinsäureanhydrid Copolymeren ("SMA") Basis beruht. Über solche Hochleistungsverflüssiger wurde in der Patentliteratur und anderswo berichtet. Jeder dieser Hochleistungsverflüssiger auf SMA-Basis wird in einem erfindungsgemässen Zusatzmittel brauchbar sein, besonders bevorzugte SMAs sind aber von Styrol-Maleinsäureanhydrid abstammende Copolymere in Form von freien Säuren oder von Salzen, die ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus denjenigen, welche die folgenden Typen und Anzahl von Monomereinheiten besitzen 
EMI3.1
 
 



  worin
 R ein C2-6 Alkylen Rest ist
 R1 eine C1-20 Alkyl-, C6-9 Cycloalkyl- oder Phenyl Gruppe bedeutet,
 x, y und z für Zahlen von 0.01 bis 100 stehen
 m eine Zahl von 1 bis 100 und
 n eine Zahl von 10 bis 100 bedeuten 



  mit den Massgaben, dass
 i) das Verhältnis von x zu (y + z) von 1:10 bis 10:1 beträgt,
 ii) das Verhältnis von z:y von 3:1 bis 100:1 beträgt und
 iii) m + n = 15-100 



  und diejenigen, welche die folgenden Typen und Anzahl von Monomereneinheiten besitzen 
EMI4.1
 
 



  worin M für Wasserstoff oder den Rest eines hydrophoben Polyalkylenglykols oder Polysiloxans steht,
 R1, m und n die oben angegebene Bedeutung besitzen
 x, y und z für Zahlen von 1 bis 100 stehen
 mit den Massgaben, dass
 i) das Verhältnis von x zu (y + z) von 1:10 bis 10:1 beträgt,
 ii) das Verhältnis von z:y von 5:1 bis 100:1 beträgt und
 iii) m + n = 15-100. 



  Diese SMA Copolymere werden im US Patent 5 158 916 und in der publizierten Französischen Patentanmeldung 2 671 090 beschrieben, deren Inhalte durch Hinweis darauf hier mitumfasst werden. 



  Die relativen Anteile der drei Bestandteile eines erfindungsgemässen Zusatzmittels betragen 
<tb><TABLE> Columns=2 
<tb><SEP>SMA<SEP>5-60 Gew.-% Feststoffe
<tb><SEP>Polyalkylenoxid<SEP>0.01-2 Gew.-%
<tb><CEL AL=L>superabsorbierendes Polymer<SEP>0.01-5 Gew.-% 
<tb></TABLE> 
 



  der bevorzugte Bereich der Zubereitung beträgt 
<tb><TABLE> Columns=2 
<tb><SEP>SMA<SEP>10-30%
<tb><SEP>Polyalkylenoxid<SEP>0.2-1.0%
<tb><SEP>superabsorbierendes Polymer<CEL AL=L>0.1-0.5% 
<tb></TABLE> 



  Zusätzlich zu diesen Bestandteilen enthält ein im Handel befindliches Zusatzmittel Wasser, das Wasser macht von 40 bis 95 Gew.-%, vorzugsweise von 60 bis 80 Gew.-% des Zusatzmittels aus. 



  Das Zusatzmittel wird durch Vermischen der Bestandteile mit einem geeigneten Anteil von Wasser hergestellt. Die Arbeitsweise ist einfach und kann mithilfe üblicher maschineller Einrichtungen durchgeführt werden. Es ist manchmal zweckmässig, zusätzlich zu den obigen Bestandteilen ein Lösungsmittel für das Polyalkylenoxid zu verwenden. Ein typisches Beispiel ist ein niedermolekulares Polyethylenglykol (Mol Gew.typischerweise um 500), welches in Anteilen bis zu 10 Gew.-% der drei Bestandteile verwendet wird. Zum Zwecke der vorliegenden Erfindung wird es als ein Teil des Polyethylenglykols angesehen. In allen Fällen ist die Lagerbeständigkeit des Zusatzmittels sehr gut. 



  Zementzubereitungen, welche ein erfindungsgemässes Zusatzmittel enthalten, entfalten verbesserte Eigenschaften. Beispielsweise besteht eine verbesserte Haftung zwischen den aufgetragenen Schichten. Dies ist zutreffend bei allen Anwendungen, wo die Zubereitungen in Schichten aufgetragen werden, ist jedoch speziell gut beim "Nass" Verfahren Spritzbetonieren, wobei die Zementzubereitung vor dem Pumpen und Versprühen mit Anmachwasser vermischt wird. Das Zusatzmittel wird in dieser Stufe zugefügt. Die Erfindung betrifft dementsprechend ein Verfahren zur Ausbildung einer Zementbeschichtung auf einem Trägermaterial, welches die Stufen der Herstellung eines hydraulischen Zementgemisches und dessen  Auftragen auf das Trägermaterial in fortlaufenden Schichten umfasst, wobei in das Gemisch ein oben beschriebenes Zusatzmittel eingearbeitet wird.

   Die Erfindung betrifft ebenfalls einen festen Gegenstand (die Verwendung dieses Ausdrucks umfasst, unter anderem, ein Beschichten eines Trägermaterials und einer Platte (ob freistehend oder in situ auf einer tragenden Fläche" hergestellt aus einer ausgehärteten Zementzubereitung, welche ein oben beschriebenes Zusatzmittel enthält. Der Gegenstand ist vorzugsweise geschichtet, das bedeutet, aufgebaut aus einzelnen, aufeinander folgend aufgetragenen Schichten der Zementzubereitung. 



  Die Erfindung wird ferner unter Bezugnahme auf die folgenden, nicht beschränkenden Beispiele beschrieben. 



  Es werden die folgenden Materialien zusammengemischt: 
<tb><TABLE> Columns=2 
<tb><SEP>Styrol-Maleinsäureanhydrid Copolymer<1><SEP>19.80 Teile
<tb><SEP>Poly(ethylenglykol) MW 500<2><SEP>1.68 Teile
<tb><SEP>Poly(ethylenoxid) MW 4 000 000<3><SEP>0.56 Teile
<tb><SEP>superabsorbierendes Polymer<4><SEP>0.28 Teile
<tb><SEP>Wasser<SEP>77.68
 1 Copolymer, wie es im Beispiel 15 der publizierten Französischen Patentanmeldung 2 671 090 beschrieben wird
 2 MPEG 500 von Hoechst
 3 WSR 301 von Union Carbide
 4 "Sanwet" (Handelsmarke) IM 5000 S
  
<tb></TABLE> 



  Das superabsorbierende Polymer wird zunächst mit Wasser vermischt, und das SMA wird danach zugesetzt und gemischt, bis das Gemisch homogen ist. Das Polyethylenoxid und das -glykol werden danach zugesetzt und gemischt, bis das Gemisch homogen ist. 



  Das, wie oben beschrieben hergestellte, Zusatzmittel wird in Mörtel und Betonmischungen wie  folgt getestet: 
<tb><TABLE> Columns=2 
<tb><SEP>Mörtelgemisch:<SEP>3/4  Gewichtsteile feiner Sand (DIN Standard), 1/2  normaler Portlandzement
<tb><SEP>Betongemisch:<SEP>79 Gew.-% Zuschlagstoff (0-8 mm, 60% fein 0-4 mm, 40% 4-8 mm) 21% normaler Portlandzement 
<tb></TABLE> 



  Die Dosierungen und Resultate sind in der folgenden Tabelle angegeben; Tests Nos. 1-4 sind Mörtel, Tests Nos. 5-10 sind Beton 
<tb><TABLE> Columns=6 
<tb>Head Col 1: Test No. 
<tb>Head Col 2: Dosierung des Zusatzmittels<1> 
<tb>Head Col 3: W/Z Verh.<SEP>Fliessverm.<2> (cm) 
<tb>Head Col 4: Haftfestigkeit<3> (28 Tag) 
<tb>Head Col 5:

   Druckfestig.<4> (28 Tag)
<tb><SEP>1<SEP>0<5><SEP>0.5<SEP>16<SEP>0.35
<tb><SEP>2<CEL AL=L>1.5<CEL AL=L>0.5<SEP>16.8<SEP>2.00
<tb><SEP>3<SEP>1.5<6><SEP>0.5<SEP>16.0<SEP>1.63
<tb><SEP>4<CEL AL=L>1.5<7><SEP>0.5<SEP>15.3<SEP>1.49
<tb><SEP>5<SEP>1.0<SEP>0.52<SEP>47.0<SEP>1.00<CEL AL=L>20.4
<tb><SEP>6<SEP>1.5<SEP>0.54<SEP>47.0<SEP>2.07<SEP>24.3
<tb><SEP>7<SEP>1.0<8><CEL AL=L>0.56<SEP>42.0<SEP>1.45<SEP>24.0
<tb><SEP>8<SEP>1.5<8><SEP>0.54<SEP>42.0<SEP>1.94<CEL AL=L>23.8
 1 bezogen auf das Gewicht des Zements,
 2 gemessen gemäss Testmethode DIN 18 555,
 3 Einheiten N/mm<2>; gemessen gemäss Testmethode ZTV-SIB 90,
 4 Einheiten N/mm<2>; gemessen (für Mörtel) gemäss Testmethode DIN 1045 (für Beton) gemäss Testmethode durchgeführt auf 10 cm hoch X 10 cm.

   Durchmesser des Betonzylinders, welcher von einer festen, 20 cm dicken Betonplatte geschnitten wurde.
 5 1.5% einer 20 (Gew.-)%igen wässrigen Lösung des oben erwähnten Styrol-Maleinsäureanhydrid Copolymeren wird zugefügt.
 6 In diesem Beispiel wird der Anteil des Superabsorbers, welcher im Zusatzmittel anwesend ist, um 10% reduziert.
 7 In diesem Beispiel wird der Anteil des Superabsorbers, welcher im Zusatzmittel anwesend ist, um 50% reduziert
 8 In diesen Beispielen wird der SMA Anteil des Zusatzmittels  um 25% reduziert
  
<tb></TABLE> 



  Es ist zu sehen, dass die erfindungsgemässen Zubereitungen merklich besser sind als diejenigen, die es nicht sind. Die Zunahme des Haftvermögens ist besonders bemerkenswert. Zusätzlich war das Erscheinungsbild der Oberfläche sehr homogen, und es bestand weniger Neigung zur Rissbildung.

Claims

1. Ein Abbindezusatzmittel für Zementzubereitungen, enthaltend ein wasserlösliches Polyalkylenoxid und ein superabsorbierendes Polymer.

2. Ein Abbindezusatzmittel für Zementzubereitungen gemäss Patentanspruch 1, worin das Polyalkylenoxid ein Viskositäts-Durchschnitts-Molekulargewicht von 100 000 bis 8 000 000, vorzugsweise von 2000 000 bis 5 000 000 besitzt.

3. Ein Abbindezusatzmittel für Zementzubereitungen gemäss Patentanspruch 1 oder Patentanspruch 2, worin das superabsorbierende Polymer ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polyacrylaten und durch Stärke modifizierten Polyacrylaten.

4. Ein Abbindezusatzmittel für Zementzubereitungen gemäss einem der Patentansprüche 1 bis 3, worin das Zusatzmittel zusätzlich noch einen Hochleistungsverflüssiger enthält, welcher mit dem Polyalkylenoxid des Zusatzmittels nicht reagiert.

5.

Ein Abbindezusatzmittel für Zementzubereitungen gemäss Patentanspruch 4, worin der Hochleistungsverflüssiger auf Styrol-Maleinsäureanhydrid Copolymeren Basis beruht.

6. Ein Abbindezusatzmittel für Zementzubereitungen gemäss Patentanspruch 5, worin die relativen Anteile der Bestandteile in der Zubereitung <tb><TABLE> Columns=2 <tb><SEP>SMA<SEP>5-60 Gew.-% Feststoff <tb><SEP>Polyalkylenoxid<SEP>0.01-2 Gew.-% <tb><CEL AL=L>superabsorbierendes Polymer<SEP>0.01-5 Gew.-% <tb></TABLE> betragen, der bevorzugte Bereich der Zubereitung beträgt <tb><TABLE> Columns=2 <tb><SEP>SMA<SEP>10-30% <tb><SEP>Polyalkylenoxid<SEP>0.2-1.0% <tb><SEP>superabsorbierendes Polymer<CEL AL=L>0.1-0.5% <tb></TABLE>

7.

Ein Verfahren zur Ausbildung eines Zementüberzuges auf einem Trägermaterial, welches die Stufen der Herstellung eines hydraulischen Zementgemisches und dessen Auftragen auf ein Trägermaterial in fortlaufenden Schichten umfasst, wobei in das Gemisch ein Zusatzmittel gemäss einem der Patentansprüche 1 bis 6 eingearbeitet wird.

8. Ein fester Gegenstand, hergestellt durch Aushärten einer Zementzubereitung, welche ein Zusatzmittel gemäss einem der Patentansprüche 1 bis 6 enthält.