DE102016114340B3

DE102016114340B3 - Verfahren zur Herstellung eines Erstarrungsbeschleunigers für hydraulische Bindemittel

Info

Publication number: DE102016114340B3
Application number: DE102016114340.5A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-08-03
Filing date: 2016-08-03
Publication date: 2017-05-24
Anticipated expiration: 2036-08-04

Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren zur Herstellung eines Erhärtungsbeschleunigers für hydraulische Bindemittel mit den Schritten a) Erhitzen von Wasser auf eine Temperatur von 50°C bis 99°C unter Zugabe von Aluminiumsulfathydrat und Rühren der Mischung bis zur vollständigen Auflösung des Aluminiumsulfathydrats, b) Zugabe von Ameisensäure c) Zugabe von Metakaolin, d) Rühren der in Schritt c) erhaltenen Mischung bei einer Temperatur von 50°C bis 99°C über einen Zeitraum von zumindest 3 Stunden, wobei Aluminiumsulfathydrat in einem Anteil von 30 Gew.% bis 50 Gew.%, Ameisensäure in einem Anteil von 3 Gew.% bis 10 Gew.% und Metakaolin in einem Anteil von 15 Gew.% bis 30 Gew.% zugegeben werden, wobei der Rest zu 100% Wasser ist.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Erstarrungsbeschleunigers für hydraulische Bindemittel.
Stand der Technik
Spritzbeton und Spritzmörtel, der auf verschiedenartige Untergründe wie beispielsweise auf Felsoberflächen von Tunneln aufgetragen wird, muss schnell abbinden und aushärten, damit seine Haftung und somit die Sicherheit gewährleistet sind. Aus diesem Grund werden dem Spritzbeton oder Spritzmörtel Beschleuniger zugegeben, welche eine schnelle Aushärtung gewährleisten.
Ebenso wird bei Beton- oder Stahlbetonfertigteilen und auch bei Fahrbahnsanierungen vermehrt eine hohe Frühfestigkeit gefordert, damit die entsprechenden Fertigteile bereits nach kurzer Zeit entschalt, transportiert und gestapelt werden können bzw. die Fahrbahnen wieder befahren werden können. Neben der bekannten Wärme- oder Dampfbehandlung, die mit einem hohen Energiebedarf verbunden ist, werden auch in diesem Zusammenhang Zusätze verwendet, welche das Abbinden und Erhärten des Betons beschleunigen.
In der Vergangenheit wurden vor allem stark alkalische Beschleuniger eingesetzt, wobei sich in den vergangenen Jahren auf Grund der Anforderungen bezüglich Arbeitssicherheit alkalifreie Beschleuniger allgemein durchgesetzt haben. Diese alkalifreien Beschleuniger mit einem pH-Wert im Bereich von 3 können sowohl in Form eines Pulvers, einer Dispersion wie auch als Lösung vorliegen. Technisch von Vorteil sind jedoch Dispersionen oder Lösungen, das diese leichter auf Baustellen dosiert werden können. Wesentlich ist, dass die Dispersionen oder Lösungen einerseits einen hohen Aktivstoffgehalt aufweisen und andererseits hinreichend stabil sind. Als stabil werden Dispersionen oder Lösungen angesehen, wenn die dispergierten oder gelösten Aktivsubstanzen nicht sedimentieren und gelöste Beschleuniger nicht ausfallen oder gelieren.
Das in den genannten Beschleunigern als Aktivsubstanz eingesetzte, technische Aluminiumsulfathydrat hat einen Wassergehalt von ungefähr 14 Molekülen pro Formeleinheit und weist einen Al₂O₃-Gehalt von rund 17 Gew.% auf. Dies würde an sich ausreichen, um einen Erstarrungs– und Erhärtungsbeschleuniger für hydraulische Bindemittel, insbesondere für Spritzbeton, Spritzmörtel oder Zemente, mit guten Eigenschaften zu gewährleisten. Bei Herstellung der Lösungen oder Suspensionen verringert sich der Gehalt an Aluminium aber aufgrund der Verdünnung mit Wasser auf Bereiche von rund 11 Gew.%, was den gewünschten Eigenschaften des Beschleunigers abträglich ist.
Ansatzpunkt für die Verbesserung der Beschleunigereigenschaften ist also das Verschieben des Verhältnisses von Sulfat zu Aluminium in Richtung Aluminium, was durch Verwendung von amorphem Aluminiumhydroxid oder von Metakaolin möglich ist. Beschleuniger, die Aluminiumsulfat und Metakaolin beinhalten und in Form von Pulvern vorliegen, die im trockenen Zustand gemischt werden, sind beispielsweise in der DE 697 21 121 T2 und der DE 10 2013 200 121 A1 beschrieben.
Das Problem im Zusammenhang mit diesen bekannten Beschleunigerzusammensetzungen liegt in der Tatsache, dass keine über längere Zeiträume hinweg stabilen Lösungen bzw. Suspensionen erhalten werden. Die Herstellung von flüssigen, kostengünstigen, stabilen Erstarrungs- und Erhärtungsbeschleunigern für hydraulische Bindemittel mit guten Erhärtungseigenschaften bleibt daher ein zentrales Ziel der Weiterentwicklung von Erhärtungsbeschleunigern.
Darstellung der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher ein Verfahren zur Herstellung eines Erstarrungs- und Erhärtungsbeschleunigers für hydraulische Bindemittel zur Verfügung zu stellen, welches die Herstellung eines kostengünstigen Beschleunigers mit verbesserten Eigenschaften ermöglicht. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren gemäß unabhängigem Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Aspekte, Details und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines Erhärtungsbeschleunigers für hydraulische Bindemittel zur Verfügung. Das Verfahren umfasst die Schritte

a) Erhitzen von Wasser auf eine Temperatur von 50°C bis 99°C unter Zugabe von Aluminiumsulfathydrat und Rühren der Mischung bis zur vollständigen Auflösung des Aluminiumsulfathydrats,
b) Zugabe von Ameisensäure
c) Zugabe von Metakaolin,
d) Rühren der in Schritt c) erhaltenen Mischung bei einer Temperatur von 50°C bis 99°C über einen Zeitraum von zumindest 3 Stunden,

Optimale Ergebnisse im Hinblick auf die Eigenschaften des Erhärtungsbeschleunigers werden mit 30 Gew.% bis 50 Gew.% Aluminiumsulfat, 3 Gew.% bis 10 Gew.% Ameisensäure und 15 Gew.% bis 30 Gew.% Metakaolin erzielt. Der erfindungsgemäße Beschleuniger weist somit einen Al₂O₃-Gehalt zwischen 11,3 Gew.% und 21,6 Gew.% auf.
Bei einem Überschreiten der maximalen Menge an Metakaolin (30 Gew.%) und einem Unterschreiten der minimalen Menge an Aluminiumsulfathydrat (30 Gew.%) löst sich bei Einsatz von 3 Gew.% bis 10 Gew.% Ameisensäure, insbesondere 6 Gew.% Ameisensäure, nicht genug Metakaolin auf und die Reaktivität der Mischung ist nicht ausreichend. Bei einem Überschreiten der maximalen Menge an Aluminiumsulfathydrat (50 Gew.%) steigt die Viskosität der Suspension zu stark an.
Bei der Herstellung eines Erhärtungsbeschleunigers für hydraulische Bindemittel nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgen also chemische Reaktionen bzw. Auflösungsreaktionen, was im Vergleich zum bloßen Mischen der Rohstoffe zu einer deutlichen erhöhten Reaktivität des Erhärtungsbeschleunigers führt.
Durch die erfindungsgemäße Verwendung von Metakaolin kann der extrem teure Rohstoff amorphes Aluminiumhydroxid vermieden werden, was zu einer entsprechenden Kostenersparnis führt. Zusätzlich ergibt sich der Vorteil, dass Metakaolin im Gegensatz zu amorphen Aluminiumhydroxid (ca. 12 Gew.% CO₂) kein Carbonat enthält, weshalb die gesamte Menge an Metakaolin sofort zugeben werden kann, ohne dass die Gefahr eines durch Kohlendioxid verursachten massiven Überschäumens besteht.
Für das erfindungsgemäße Verfahren ist es unerheblich, ob die Zugabe von Aluminiumsulfathydrat erst nach dem vollständigen Erhitzen des Wassers auf eine Temperatur von 50°C bis 99°C erfolgt, ob das Aluminiumsulfathydrat während des Erhitzens des Wassers zugegeben wird, ob die Zugabe unter Rühren erfolgt oder ob das Rühren der Mischung erst nach Zugabe des Aluminiumsulfathydrats erfolgt. Ausschlaggebend ist in diesem Zusammenhang lediglich die Tatsache, dass das Rühren bis zur vollständigen Auflösung des Aluminiumsulfathydrats erfolgt. Dieser Vorgang sollte so schnell wie möglich erfolgen, wobei aber längere Zeiträume den Erfolg des Verfahrens nicht mindern.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden sämtliche Verfahrensschritte bei einer Temperatur von 65°C bis 95°C, besonders bevorzugt von 70°C bis 90°C, insbesondere bevorzugt von 75°C bis 85°C durchgeführt. Experimentelle Ergebnisse belegen, dass eine Temperatur unterhalb von 50°C nicht praktikabel ist, da die Lösungsgeschwindigkeit der Aluminium-Ionen aus dem Metakaolin zu gering ist. Die bevorzugten Temperaturbereiche erlauben ausreichend hohe Lösungs- bzw. Reaktionsgeschwindigkeiten bei gleichzeitig möglichst geringem Energieaufwand. Grundsätzlich wären auch Temperaturen über 99°C denkbar, allerdings ist dies nur bei Verwendung eines Autoklaven zur Herstellung des Erhärtungsbeschleunigers möglich.
Grundsätzlich kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung jede Art von Aluminiumsulfathydrat eingesetzt werden. Neben der gewöhnlichen Form mit 18 Molekülen Kristallwasser, welche bei Raumtemperatur aus wässriger Lösung ausfällt, können also auch die Hydrate mit 6, 10 und 16 Molekülen Wasser verwendet werden. Bevorzugt handelt es sich bei dem in Schritt a) zugegebenen Aluminiumsulfathydrat um Al₂(SO₄)₃·xH₂O, wobei x zwischen 10 und 18 liegt und x bevorzugt ungefähr gleich 14 ist. Dieses bevorzugte Form von Aluminiumsulfat-Hydrat wird hergestellt, indem in einen Autoklaven kristallines Al-Hydroxid mit Schwefelsäure und Wasser unter Druck reagiert. Nach der Reaktion lässt man die heiße Lösung in Wannen auskristallisieren. Dabei verdunstet ein Teil des Wassers und es entsteht das kristalline Aluminiumsulfat mit ca. 14 Molekülen Wasser. Alternativ kann die heiße Lösung aus dem Autoklaven in Wasser verdünnt werden. Grundsätzlich gilt, dass die Lösungsgeschwindigkeit des Aluminiumsulfat-Hydrats mit abnehmenden Hydratanteil abnimmt. Allerdings macht die Verwendung von Aluminiumsulfat-Hydrat mit einer deutlich geringeren Zahl als 14 Hydratmolekülen aus Kostengründen keinen Sinn.
Die in Schritt b) zugegebene Ameisensäure kann grundsätzlich als Reinstoff oder in verschiedenen Verdünnungen vorliegen. Bevorzugt wird 85%ige Ameisensäure in technischer Qualität eingesetzt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird in Schritt b) Ameisensäure in einer Menge zugegeben, dass der pH-Wert der nach Schritt b) erhaltenen Mischung zwischen 0,2 und 4, bevorzugt zwischen 0,4 und 2, besonders bevorzugt zwischen 0,5 und 1 und insbesondere bevorzugt bei rund 0,6 liegt. Bei Einhaltung der genannten pH-Bereiche werden qualitativ besonders hochwertige Beschleuniger erhalten.
Bevorzugt werden sämtliche Verfahrensschritte unter Rühren durchgeführt, was ebenfalls zu einer Verbesserung der Qualität des erhaltenen Beschleunigers führt.
Grundsätzlich kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung jede Art von Metakaolin eingesetzt werden. Bei dem in Schritt b) zugegebenen Metakaolin handelt es sich bevorzugt um Metakaolin mit Verunreinigungen an Quarz und/oder Feldspaten. Zur Herstellung des erfindungsgemäß eingesetzten Metakaolins wird Kaolin (Al₂Si₂O₅(OH)₄) verwendet. Bei Kaolin handelt es sich um ein wasserhaltiges Alumosilikat, das bei schnellem Erhitzen Wasser abgibt und sich in ein amorphes Aluminium-Silizium-Oxid (Al₂Si₂O₇) umwandelt. Dieses amorphe Aluminium-Silizium-Oxid kann sowohl im stark Alkalischen wie auch im Sauren in Lösung gebracht werden. Es gibt sehr reine, weiße Kaoline, die fast zu 100 % aus Kaolinit bestehen. Diese sind sehr teuer und werden üblicherweise für die Porzellanherstellung eingesetzt. Bevorzugt wird daher eine technische Qualität von Kaolinit zur Herstellung des Metakaolins verwendet. Das so hergestellte Metakaolin weist dann Verunreinigungen an Quarz oder Feldspaten auf.
Bevorzugt wird der Schritt c) über einen Zeitraum von zumindest 5 Stunden, besonders bevorzugt zumindest 7 Stunden, insbesondere bevorzugt zumindest 10 Stunden durchgeführt. Experimentelle Ergebnisse zeigen, dass ein Zeitraum von 2 Stunden auf jeden Fall zu gering gewählt ist. Bei Einhaltung der genannten bevorzugten Zeiträume werden Beschleuniger mit besonders guten Eigenschaften erhalten.
Bevorzugt wird zusätzlich zumindest ein anorganisches oder organisches Stabilisierungsmittel zugegeben, insbesondere ein Additiv aus der Gruppe der Bentonite, der Sepiolite, der Methylcellulosen, der Xanthan-Gums oder der Welan-Gums. Besonders bevorzugt wird das Stabilisierungsmittel nach Schritt d) zugegeben.
Ebenfalls bevorzugt wird zu einem beliebigen Zeitpunkt des erfindungsgemäßen Verfahrens, besonders bevorzugt während Schritt d) zusätzlich zumindest ein Beschleuniger zugegeben, insbesondere ein Alkanolamin.
Bevorzugt wird zu einem beliebigen Zeitpunkt des erfindungsgemäßen Verfahrens, besonders bevorzugt während Schritt d) zusätzlich zumindest ein Fließmittel zugegeben, insbesondere ein Polycarboxylatether oder ein sulfoniertes Polykondensat von Melaminen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird Aluminiumsulfathydrat in einem Anteil von 35 Gew.% bis 45 Gew.%, Ameisensäure in einem Anteil von 5 Gew.% bis 8 Gew.% und Metakaolin in einem Anteil von 17,5 Gew.% bis 25 Gew.% zugegeben. Besonders bevorzugt wird Aluminiumsulfathydrat in einem Anteil von rund 40 Gew.%, Ameisensäure in einem Anteil von rund 6,5 Gew.% und Metakaolin in einem Anteil von rund 20 Gew.% zugegeben. Bei Verwendung der genannten bevorzugten Anteile werden Beschleuniger mit zunehmend optimalen Eigenschaften erhalten. Experimentelle Ergebnisse zeigen, dass die Stabilität der Suspension mit steigender Menge an Aluminiumverbindungen zunimmt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nach Schritt d) der Schritt e) Rühren bei Raumtemperatur über einen Zeitraum von zumindest 12 Stunden, bevorzugt zumindest 24 Stunden, besonders bevorzugt zumindest 36 Stunden durchgeführt. Weiteres Rühren bei Raumtemperatur ergibt zunehmend verbesserte Eigenschaften des hergestellten Beschleunigers.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird in Schritt b) Ameisensäure in einer Menge zugegeben, dass der pH-Wert der nach Schritt d) erhaltenen Suspension zwischen 1,6 und 3,5 liegt. Bei Einhaltung des genannten pH-Bereichs werden qualitativ besonders hochwertige Beschleuniger erhalten.
Die vorliegende Erfindung umfasst auch einen Erhärtungsbeschleuniger für hydraulische Bindemittel herstellbar nach einem der oben genannten Verfahren. Der nach Reaktion der einzelnen Komponenten vorliegende Erhärtungsbeschleuniger lässt sich nicht mit einer eindeutigen chemischen Struktur beschreiben. Vielmehr handelt es sich um Gemisch einer Vielzahl verschiedener Komponenten. Die oben im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und den einzelnen bevorzugten Ausführungsformen des Verfahrens genannten Vorteile treffen auch für die entsprechenden, durch eines der Verfahren herstellbaren Erhärtungsbeschleuniger zu.
Wege zur Ausführung der Erfindung
Beispiel 1
Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Erstarrungs– und Erhärtungsbeschleunigers für hydraulische Bindemittel wird wie folgt vorgegangen:
268 g (33,5 Gew.%) Wasser werden auf 85°C erhitzt. Anschließend werden 320 g (40,0 Gew.%) Aluminiumsulfat*14Hydrat (entsprechend 40,0 Gew.% × 0,17 = 6,8 Gew.% Al₂O₃) zugegeben und gerührt bis sich das Aluminiumsulfat vollständig gelöst hat. Nachfolgend werden 52 g (6,5 Gew.%) Ameisensäure zugegeben, wobei sich ein pH von 0,6 einstellt. Nach 5 Minuten Rühren werden 160 g (20,0 Gew.%) Metakaolin (Reinheit 95%) (entsprechend 20,0 Gew.% × 0,44 = 8,8 Mol-% Al₂O₃) zugeben. Die Mischung wird bei einer Temperatur von 75°C bis 85°C über 5 Stunden gerührt. Es wird eine dünnflüssige Emulsion mit einem pH von 1,9 erhalten.
Nach weiteren 28 Stunden Rühren bei Raumtemperatur weist die weiterhin dünnflüssige Emulsion einen pH von 2,4 auf. Weiteres Rühren über 5 Tage verändert den pH auf 2,6, wobei weiterhin eine dünnflüssige Emulsion vorliegt.
Der rechnerische Al₂O₃-Gehalt des Beschleunigers beträgt 40,0 Gew.% × 0,17 + 20 Gew.% × 0,44 = 15,6 Gew.%. Die Dichte liegt bei 1,56 kg/dm³.
Beispiel 2
Zum Nachweis der ausgezeichneten Eigenschaften des Erhärtungsbeschleunigers gemäß Beispiel 1 wird wie folgt vorgegangen:
Es werden 320 g einer Zement-Slurry mit einem Wasser-/Zement Wert von 0,42 (Zement: CEM I 52,5 R) vorgelegt. 8,6 ml (13,5 g = 6,0 Gew.% bezogen auf die Zementmasse) bzw. 9,5 ml (15,1 g = 6,7 Gew.% bezogen auf die Zementmasse) des Beschleunigers gemäß Beispiel 1 werden mit einem Hochleistungsmischer mit 1400 rpm innerhalb von 3 Sekunden gemischt. Die Abbindezeit wurde mit einem Vicat-Nadelgerät nach EN 196 ermittelt.
Bei Verwendung von 8,6 ml (13,5 g = 6,0 Gew.% bezogen auf die Zementmasse) des Beschleunigers gemäß Beispiel 1 beginnt das Abbinden des Zements nach 13 Minuten bei einer Temperatur von 30,9°C und endet nach 17 Minuten bei einer Temperatur von 30,1°C.
Bei Verwendung von 9,5 ml (15,1 g = 6,7 Gew.% bezogen auf die Zementmasse) des Beschleunigers gemäß Beispiel 1 beginnt das Abbinden des Zements nach 9,5 Minuten bei einer Temperatur von 35,5°C und endet nach 12 Minuten bei einer Temperatur von 35,0°C.
Beispiel 3 (Vergleich)
Zum Vergleich wird ein Erstarrungs- und Erhärtungsbeschleuniger für hydraulische Bindemittel unter Verwendung von amorphem Aluminiumhydroxid wie folgt hergestellt:
268 g (33,5 Gew.%) Wasser werden auf 85°C erhitzt. Anschließend werden 320 g (40,0 Gew.%) Aluminiumsulfat*14Hydrat (entsprechend 40,0 Gew.% × 0,17 = 6,8 Gew.% Al₂O₃) zugegeben und gerührt bis sich das Aluminiumsulfat vollständig gelöst hat. Nachfolgend werden 52 g (6,5 Gew.%) Ameisensäure zugegeben. Nach 5 Minuten rühren werden 160 g (20,0 Gew.%) amorphes Aluminiumhydroxid (Reinheit 80%) (entsprechend 20,0 Gew.% × 0,52 = 10,4 Gew.% Al₂O₃) zugeben. Die Mischung wird bei einer Temperatur von 75°C bis 85°C über 1 Stunde gerührt.
Der rechnerische Al₂O₃-Gehalt beträgt 40,0 Gew.% × 0,17 + 20 Gew.% × 0,52 = 17,2 Gew.%. Die Dichte liegt bei 1,43 kg/dm³.
Die Dichte des Beschleunigers mit amorphem Aluminiumhydroxid liegt somit 10 % unter der Dichte des Beschleunigers mit Metakaolin. Dies ist auf anwesendes amorphes Siliziumdioxid zurückzuführen.
Beispiel 4 (Vergleich)
Zum Nachweis der Eigenschaften des Erhärtungsbeschleunigers gemäß Beispiel 3 wird wie folgt vorgegangen:
Es werden 320 g einer Zement-Slurry mit einem Wasser-/Zement Wert von 0,42 (Zement: CEM I 52,5 R) vorgelegt. 9,5 ml (13,5 g = 6,0 Gew.% bezogen auf die Zementmasse) des Beschleunigers gemäß Beispiel 3 werden mit einem Hochleistungsmischer mit 1400 rpm innerhalb von 3 Sekunden gemischt. Die Abbindezeit wurde mit einem Vicat-Nadelgerät nach EN 196 ermittelt.
Das Abbinden des Zements beginnt nach 5 Minuten bei einer Temperatur von 35,6°C und endet nach 18 Minuten bei einer Temperatur von 33,0°C.
Vergleich der Beispiele 1 bis 4
Um den unter Verwendung von Metakaolin hergestellten erfindungsgemäßen Beschleuniger gemäß Beispiel 1 und dessen Eigenschaften gemäß Beispiel 2 mit dem auf Basis des deutlich teureren amorphen Aluminiumhydroxid hergestellten Beschleunigers gemäß Beispiel 3 und dessen Eigenschaften gemäß Beispiel 4 vergleichen zu können, muss der jeweilige Gehalt an Wirkstoff bezogen auf die Zementmasse, also der jeweilige Gehalt an Al₂O₃ bezogen auf die Zementmasse berechnet werden.
Beispiel 1: Al₂O₃-Gehalt des Beschleunigers 15,6 Gew.%
Beispiel 2: 6,0 Gew.% bzw. 6,7 Gew.% Beschleuniger bezogen auf die Zementmasse
Für Beispiel 2 ergibt sich somit ein Gehalt an Al₂O₃ bezogen auf die Zementmasse von 0,94 Gew.% bzw. 1,05 Gew.%.
Beispiel 3: Al₂O₃-Gehalt des Beschleunigers 17,2 Gew.%
Beispiel 4: 6,0 Gew.% Beschleuniger bezogen auf die Zementmasse
Für Beispiel 4 ergibt sich somit ein Gehalt an Al₂O₃ bezogen auf die Zementmasse von 1,03 Gew.%.
Bei Verwendung von 0,94 Gew.% Al₂O₃ bezogen auf die Zementmasse bei Einsatz eines erfindungsgemäßen Beschleunigers ist der Zement nach 17 Minuten vollständig abgebunden.
Bei Verwendung von 1,05 Gew.% Al₂O₃ bezogen auf die Zementmasse bei Einsatz eines erfindungsgemäßen Beschleunigers ist der Zement nach 12 Minuten vollständig abgebunden.
Bei Verwendung von 1,03 Gew.% Al₂O₃ bezogen auf die Zementmasse bei Einsatz des deutlich teureren Vergleichsbeschleunigers ist der Zement nach 18 Minuten vollständig abgebunden.
Bei einem vergleichbaren Gehalt an Al₂O₃ bindet der erfindungsgemäße Beschleuniger also deutlich schneller ab. Für eine vergleichbare Abbindezeit muss bei Einsatz eines erfindungsgemäßen Beschleunigers deutlich weniger Al₂O₃ verwendet werden, was zu einer deutlichen Kostenersparnis führt.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Erhärtungsbeschleunigers für hydraulische Bindemittel mit den Schritten a) Erhitzen von Wasser auf eine Temperatur von 50°C bis 99°C unter Zugabe von Aluminiumsulfathydrat und Rühren der Mischung bis zur vollständigen Auflösung des Aluminiumsulfathydrats, b) Zugabe von Ameisensäure c) Zugabe von Metakaolin, d) Rühren der in Schritt c) erhaltenen Mischung bei einer Temperatur von 50°C bis 99°C über einen Zeitraum von zumindest 3 Stunden, wobei Aluminiumsulfathydrat in einem Anteil von 30 Gew.% bis 50 Gew.%, Ameisensäure in einem Anteil von 3 Gew.% bis 10 Gew.% und Metakaolin in einem Anteil von 15 Gew.% bis 30 Gew.% zugegeben werden, wobei der Rest zu 100% Wasser ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Schritte bei einer Temperatur von 65°C bis 95°C, bevorzugt von 70°C bis 90°C, besonders bevorzugt von 75°C bis 85°C, durchgeführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem in Schritt a) zugegebenen Aluminiumsulfathydrat um Al₂(SO₄)₃·xH₂O handelt, wobei x zwischen 10 und 18 liegt und x bevorzugt ungefähr gleich 14 ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der in Schritt b) zugegebenen Ameisensäure um 85%ige Ameisensäure handelt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b) Ameisensäure in einer Menge zugegeben wird, sodass der pH-Wert der nach Schritt c) erhaltenen Mischung zwischen 0,2 und 4, bevorzugt zwischen 0,4 und 2, besonders bevorzugt zwischen 0,5 und 1 und insbesondere bevorzugt bei rund 0,6, liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Verfahrensschritte unter Rühren durchgeführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem in Schritt c) zugegebenen Metakaolin um Metakaolin mit Verunreinigungen an Quarz und/oder Feldspaten handelt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt d) über einen Zeitraum von zumindest 5 Stunden, bevorzugt zumindest 7 Stunden, besonders bevorzugt zumindest 10 Stunden, durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zumindest ein anorganisches oder organisches Stabilisierungsmittel zugegeben wird, insbesondere ein Additiv aus der Gruppe der Bentonite, der Sepiolite, der Methylcellulosen, der Xanthan-Gums oder der Welan-Gums.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zumindest ein Beschleuniger zugegeben wird, insbesondere ein Alkanolamin.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zumindest ein Fließmittel zugegeben wird, insbesondere ein Polycarboxylatether oder ein sulfoniertes Polykondensat von Melaminen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass Aluminiumsulfathydrat in einem Anteil von 35 Gew.% bis 45 Gew.%, Ameisensäure in einem Anteil von 5 Gew.% bis 8 Gew.% und Metakaolin in einem Anteil von 17,5 Gew.% bis 25 Gew.% zugegeben werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass Aluminiumsulfathydrat in einem Anteil von rund 40 Gew.%, Ameisensäure in einem Anteil von rund 6,5 Gew.% und Metakaolin in einem Anteil von rund 20 Gew.% zugegeben werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass nach Schritt d) der Schritt e) Rühren bei Raumtemperatur über einen Zeitraum von zumindest 12 Stunden, bevorzugt zumindest 24 Stunden, besonders bevorzugt zumindest 36 Stunden, durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b) Ameisensäure in einer Menge zugegeben wird, sodass der pH-Wert der nach Schritt d) erhaltenen Suspension zwischen 1,6 und 3,5 liegt.
Erhärtungsbeschleuniger für hydraulische Bindemittel herstellbar nach einem Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 15.