-
Zusatzmischung für hydraulische Zementmischungen Die Erfindung betrifft
Zusatzstoffe zur Einverleibung in hydraulische Zementmischungen, z. B. Portlandzementbetons
und -mörtel, und trockene Mischungen zur Herstellung solcher Betons und Mörtel sowie
solche Zusätze enthaltende hydraulische Zementmischungen.
-
Ziel der Erfindung ist es, hydraulische Zementzusätze zu schaffen,
welche als Wasserverminderungsmittel überlegene Eigenschaften besitzen, indem sie
die Verwendung einer geringeren Menge an Wasser und Zement für eine vorgegebene
endgültige Druckfestigkeit erlauben, wobei jedoch diese Zusätze keinen oder nur
einen geringen Verzögerungseffekt bewirken. Sie sollen auch bei einem vorgegebenen
Ausbreitverhältnis, selbst in sehr armen Mischungen mit einem abnorm hohen Wassergehalt,
einen hohen Grad an Kohäsionsvermögen und Fließbarkeit ohne ein Absetzen besitzen.
Ebenso sollen sie auch eine verstärkte Luftmitführung erlauben, wobei keine oder
nur eine geringe Verminderung der Festigkeit als bisher eintritt.
-
Insbesondere ist es ein Ziel der Erfindung, hydraulische Zementzusätze
zu schaffen, die in der Aufrechterhaltung der Festigkeit bei vermindertem Zementgehalt
und in der Aufrechterhaltung eines hohen Ausbreitverhältnisses, Plastizität und
Fließbarkeit bei vermindertem Wassergehalt wirksamer sind als die früheren Zusätze.
-
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, wirksame Wasserverminderungsmittel
zu schaffen, welche eine Härtegeschwindigkeit aufrechterhalten, die an die von einfachen
Zementmischungen von vergleichbarer Druckfestigkeit bei normaler und erhöhter Temperatur
nahekommen, und welche das Abbinden bei sehr niedrigen Temperaturen, die sonst normalerweise
das Abbinden von einfachen Mischungen stark verlangsamen, beschleunigen.
-
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, hydraulische Zementmischungen
zu schaffen, die den Zementmischungen ein höheres Maß an Plastizität und Fließbarkeit
verleihen als die früheren Zusätze, so daß eine Verminderung des Verhältnisses von
Sand zu den großen Zuschlagstoffen und daher eine noch größere Wasserverminderung
sowie ein daraus folgender niedrigerer Zementgehalt möglich sind.
-
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, hydraulische Zementzusätze
zu schaffen, die den Zementmischungen ein größeres Ausmaß an Kohäsionsvermögen verleihen,
damit ein Absetzen von sehr mageren, sich stark ausbreitenden Mischungen trotz des
hohen Wassergehalts, der normalerweise ein bedenkliches Absetzen verursacht, wenn
eine solche Mischung größere Strecken in oder über von Verschalungen umschlossene
Flächen fließt, vermieden wird. Ein weiterer Zweck der Erfindung liegt in der Schaffung
von Wasserverminderungsmitteln für hydraulische Zementmischungen, die eine Mitführung
von Luft bis zu 7 oder gar 8°/o ermöglichen, wobei nur eine verhältnismäßig geringe
Verminderung der Druckfestigkeit eintritt, und diesen Mischungen, die bis zu 5 oder
6°/o Luft erhalten, eine gleiche oder sogar größere Festigkeit verleihen, als diese
mit normalem Luftgehalt besitzen würden.
-
Weitere Ziele der Erfindung liegen in der Schaffung hydraulischer
Zementmischungen, die alle obengenannten verbesserten Eigenschaften besitzen, d.
h. geringerer Zementgehalt und Wassergehalt für eine Mischung mit einer vorgegebenen
endgültigen Druckfestigkeit; eineHärtungsgeschwindigkeitbei normalen und erhöhten
Temperaturen, die der von einfachen Mischungen, die die gleiche Endfestigkeit besitzen,
nahekommt; eine größere Härtungsgeschwindigkeit bei niedrigen Temperaturen; eine
verbesserte Plastizität und Fließbarkeit; ein verbessertes Kohäsionsvermögen über
einen weiten Bereich von Wassergehalten und Zementgehalten; und die Fähigkeit, größere
Mengen an mitgeführter Luft zuzulassen, ohne daß die endgültige Druckfestigkeit
merklich vermindert wird.
Die erfindungsgemäße Zusatzmischung zur
Regelung der Festigkeit, des Kohäsionsvermögens, der Verarbeitungsfähigkeit und
der Abbindefähigkeit von hydraulischen Zementmischungen ist nun gekennzeichnet durch
ihre Zusammensetzung aus 1 bis 15 Gewichtsteilen einer wasserlöslichen aromatischen
Carbonsäure oder eines wasserlöslichen Salzes oder Esters derselben, 1/s bis 40
Gewichtsteilen eines wasserlöslichen chloridhaltigen Beschleunigers und 1/2 bis
10 Gewichtsteilen eines wasserlöslichen, von Carbonsäuregruppen freien Amins und
5 bis 50 Gewichtsteilen Sulfitablaugen-Feststoffen.
-
Alle obigen vier Klassen von Komponenten wurden bereits als hydraulische
Zementzusätze verwendet und besitzen jeweils bekannte Eigenschaften bezüglich der
Änderung der Eigenschaften von Zementmischungen. Die chloridhaltigen und aminogruppenhaltigen
Beschleuniger sind ebenfalls bekannt, sie werden erfindungsgemäß jedoch für die
meisten Zwecke in so geringen Mengen verwendet, daß es schwer festzustellen ist,
ob sie in der beanspruchten Kombination tatsächlich als Beschleuniger wirken oder
nicht.
-
Die hierin beschriebenen Sulfitablaugen können in Form der Feststoffe
der unbehandelten Ablaugen oder in Form der Feststoffe, die in den Ablaugen verbleiben,
wenn diese einer üblichen Behandlung, z. B. Neutralisation, Entfernung der Kohlehydrate
usw., unterworfen werden, vorliegen. Es kann auch die aus irgendeiner Ablauge abgetrennte
Ligninsulfonsäure allein oder zusammen mit anderen in der Ablauge enthaltenen Feststoffen
sowohl in flüssiger Form als auch als getrockneter fester Rückstand daraus verwendet
werden. Feststoffe, gleichgültig, ob sie nun zu einem festen Rückstand oder Derivat
der Ablauge, aus der sie erhalten wurden, verarbeitet wurden oder nicht, sind alle
als Wasserverminderungsmittel oder Plastifizierungsmittel bekannt und werden hierin
zur Vereinfachung alle als »Sulfitablauge-Feststoffe« bezeichnet.
-
Die große Klasse von wasserlöslichen aromatischen Carbonsäureverbindungen
und deren wasserlöslichen Salzen und Estern stellen eine weitere Komponente der
erfindungsgemäßen Kombination dar. Beispiele für solche Verbindungen sind: Benzoesäure
und deren wasserlösliche Salze und Ester, wie das Natriumbenzoat und andere Alkali-
und Erdalkalimetallbenzoate, Methylbenzoat und Äthylbenzoat, wasserlösliche Oxybenzoesäuren,
Alkoxybenzoesäuren usw. und deren wasserlösliche Salze und Ester, wie Salicylsäure,
Acety1salicylat, Acetylsalicylsäure, Methylsalicylat, Syringasäure, Natriumsalicylat,
Calciumsalicylat und Magnesiumsalicylat. Auf Grund der Kosten, der Zugänglichkeit
und der Wirksamkeit werden Salicylsäure und Natriumsalicylat bevorzugt.
-
Es wird bemerkt, daß die Löslichkeit einer der obengenannten aromatischen
Carbonsäureverbindungen in Wasser ziemlich niedrig ist und daß dies auch für einige
der anderen sogenannten wasserlöslichen Verbindungen gilt. Es werden jedoch alle
diese Verbindungen nur in sehr geringen Mengen verwendet, und durch den Ausdruck
»wasserlöslich« wird nur die Löslichkeit dieser Mengen in einer Beton- oder Mörtelmischung
verlangt.
-
Der chloridhaltige Beschleuniger, der die dritte erfindungsgemäße
Komponente der beanspruchten Mischung darstellt, ist eine bekannte Klasse von Verbindungen,
die als Beschleuniger in hydraulischen Zementmischungen brauchbar sind. Verwendbar
sind die Alkali- und Erdalkalichloride sowie Ammoniumchlorid. Von diesen wurde Calciumchlorid
in hvdrau-Tischen Zementmischungen weitgehend verwendet, und dieses ist auf Grund
der Zugänglichkeit und der Kosten erfindungsgemäß am geeignetsten.
-
Die wasserlöslichen Amine, die vierte Komponente der erfindungsgemäßen
Mischung, sind wasserlösliche, substituierte und nichtsubstituierte, von Carboxylgruppen
freie Amine und deren wasserlösliche Mineralsäureadditionsprodukte usw., welche
in wäßriger Lösung die gewünschten Amine liefern. Beispiele für solche Amine sind:
die Mono-, Di- und Triäthanolamine, Triisopropylamin, 2-Amino-l-butanolamin, N-Methyl-glucamin,
Mono-, Di- und Triäthylamine, 1-Amino-2-methyl-l-propanolamin usw. Die primären.
sekundären und tertiären Alkyl- und Alkylolamine sind besonders geeignet, wobei
das Triäthanolamin vom Standpunkt der Zugänglichkeit und der Kosten das bevorzugte
Amin ist.
-
Alle vier Komponenten der neuen Mischung werden in sehr geringen Mengen
in der Zementmischung verwendet. Werden die Verbindungen als wasserlöslich bezeichnet,
so bezieht sich dies auf die Löslichkeit dieser geringen Mengen im Wasser einer
hydraulischen Zementmischung.
-
Wie bereits erwähnt, wurden bisher die verschiedenen Sulfitablaugen-Feststoffe
in Zementmischungen fast ausschließlich als Wasserverminderungsmittel verwendet
(früher als Plastifizierungsmittel oder als Zementdispergierungsmittel bezeichnet).
Diese Sulfitablaugen-Feststoffe wurden zu diesem Zweck im allgemeinen in einer Menge
von etwa 0,25 bis 0,5 Gewichtsprozent, bezogen auf den Zement, verwendet. Obwohl
diese Sulfitablaugen-Feststoffe die einzige Komponente der neuen Kombination darstellen,
von der bekannt ist, daß sie eine wesentliche Wirkung als Wasserverminderungsmittel
besitzt, so werden erfindungsgemäß geringere Mengen dieser Komponente in der Kombination
verwendet, als es bisher notwendig war, um die gleiche Verminderung an Wasser- und
Zementgehalt bei einer Mischung mit vorgegebenem Ausbreitverhältnis, Verarbeitbarkeit
und endgültiger Druckfestigkeit zu erzielen.
-
In Verbindung mit Calciumchlorid als Beschleunigungsmittel in Mengen
von etwa 1 bis 2 oder sogar 3 Gewichtsprozent, bezogen auf den Zement, wurde die
verzögernde Wirkung der Sulfitablaugen-Feststoffe und deren Derivate, was die Festigkeit
bei 1 und 7 Tagen betrifft, vermindert. Jedoch wurden, wie oben erwähnt, die unerwünschten
Verzögerungen der Bearbeitungszeit während des Einstellungstages nicht zufriedenstellend
gebessert.
-
Es ist bekannt, daß Mono-, Di- und Triäthanolamin als Beschleuniger
wirken und daß sie die Endfestigkeit des gehärteten Betons oder Mörtels vergrößern,
wenn sie in hydraulischen Zementmischungen in einer Menge von etwa 0,01% oder mehr,
bezogen auf den Zement, verwendet werden. So bewirkt die Zugabe solcher Amine zu
einer vorgegebenen einfachen Zementmischung aus Zement, Wasser und Zuschlagstoffen
praktisch keine Änderung in der Steifigkeit, d. h. im Ausbreitverhältnis und der
Verarbeitbarkeit. Über diese Angaben hinaus ist über die Wirkung von Aminen in Zementmischungen
nur sehr wenig bekannt.
-
Auch Natriumsalicylat wurde als Zusatz in hydraulischen Zementmischungen
verwendet, um die endgültige Druckfestigkeit zu erhöhen. Zu diesem Zweck wurde es
in Mengen von etwa 0,1% aufwärts, bezogen auf den Zement, verwendet. In diesen Mengen
besitzt es jedoch keine wesentliche Wirkung auf die Geschwindigkeit der Frühhärtung
oder die Festigkeitszunahme oder auf die Plastizität, die Fließbarkeit, das
Kohäsionsvermögen
bzw. die in der Mischung benötigte Wassermenge.
-
Die vorliegende Erfindung beruht auf der überraschenden Feststellung,
daß die Kombination der vier obengenannten Zusatzstoffe in Zementmischungen alle
obengenannten Vorteile bei hydraulischen Zementmischungen erfüllt, wobei jede dieser
Verbindungen in einer geringeren Menge verwendet wird, als es bisher für eine praktische
Wirkung angenommen wurde. Diese Ergebnisse waren aus allen über die vier Komponenten
bisher bekannten Tatsachen, wenn diese einzeln oder in den bekannten Kombinationen
mit einem oder mehreren Zusatzstoffen verwendet wurden, nicht voraussagbar.
-
Die Wirkung des Vierkomponentensystems auf die Härtungsgeschwindigkeit
von Zementmischungen ist von den von den einzelnen Komponenten ausgeübten Wirkungen
verschieden. Die Aufrechterhaltung einer etwa normalen Härtungsgeschwindigkeit,
bis eine Mischung über den Punkt hinaus gehärtet ist, bei dem eine Bearbeitung der
Oberfläche möglich ist, d. h. das Vermeiden einer unerwünschten Beschleunigung oder
Verzögerung während der Bearbeitungszeit, stellt einen Effekt dar, der bis jetzt
durch die Verwendung von Wasserverminderungsmitteln und/oder Beschleunigern nicht
erreicht wurde und ist nicht vorhersehbar gewesen. So hat z. B. die Verwendung von
verhältnismäßig großen Mengen üblicher Beschleunigungsmittel den obenerwähnten nachteiligen
Effekt, daß die Aushärtung während der Bearbeitungszeit zu sehr beschleunigt wird.
Andererseits sind die erfindungsgemäß verwendeten Mengen an Beschleunigungsmitteln
so gering, daß sie keine oder nur eine geringe Wirkung besitzen, wenn sie allein
verwendet werden. Doch ist ihre Anwesenheit in den erfindungsgemäßen Zusätzen in
diesen Mengen notwendig, um die gewünschte Härtungsgeschwindigkeit sowie die anderen
Vorteile zu erhalten.
-
Das gegenüber einfachen Mischungen beschleunigte Abbinden bei niedrigen
Temperaturen, ohne daß eine merkliche Beschleunigung während der Bearbeitungszeit
bei normalen und hohen Temperaturen eintritt, steht im Gegensatz zu allen bekannten
Wirkungen früherer Zusätze für hydraulische Zementmischungen.
-
Die Verminderung an Wasser und Zement, die durch das erfindungsgemäße
Vierkomponentensystem möglich ist, geht über die ähnliche Wirkung der gleichen Menge
der wirksamsten früheren allein verwendeten Sulfitablaugen-Feststoffe hinaus, und
es ist nicht bekannt, daß eine der anderen drei Komponenten Eigenschaften besitzt,
die diese Ergebnisse erklären könnten.
-
Wenn auch bekannt ist, daß die Sulfitablaugen-Feststoffe und Calciumchlorid
in verhältnismäßig großen Konzentrationen das Kohäsionsvermögen von Zementmischungen
in einem gewissen Ausmaß verbessern, so ist bei der einzelnen Verwendung der beiden
anderen Komponenten über eine derartige Verbesserung nichts bekannt. Nichtsdestoweniger
verleiht die Kombination der vier Komponenten mit niedrigeren Konzentrationen der
Komponente als normal, Zementmischungen ein Kohäsionsvermögen, das weit über das
hinausgeht, was mit jeder einzelnen Komponente oder irgendeiner bekannten Kombination
derselben in irgendeiner Konzentration erzielt werden kann. Der Widerstand gegen
ein Absetzen von mageren Mischungen mit einem sehr hohen Wassergehalt ist, wenn
das Vierkomponentensystem verwendet wird, besonders ausgeprägt und außerordentlich
erstaunlich.
-
Die Eigenschaft, daß bei 5 bis 6% mitgeführter Luft Festigkeiten erzielt
werden, die größer sind als die bisher mit viel weniger Luftgehalt erhaltenen Festigkeiten,
ist eine überraschende und vorteilhafte Erscheinung des Vierkomponentensystems.
Versuche, auch unter Verwendung bekannter Zusätze, ergaben, daß eine Vergrößerung
der mitgeführten Luft im allgemeinen mit einer entsprechenden Verminderung der endgültigen
Druckfestigkeit begleitet ist.
-
Die oben beschriebenen Eigenschaften des erfindungsgemäßen Vierkomponentensystems
können nur einer Art synergistischem Effekt der Kombination zugeschrieben werden,
für die eine Erklärung zur Zeit noch nicht möglich ist.
-
Die relativen Mengen der erfindungsgemäßen vier Komponenten zueinander
können innerhalb der oben angegebenen Grenzen über einen beträchtlichen Bereich
variieren, wobei die erfindungsgemäßen Vorteile in wechselndem Ausmaß auftreten.
-
Mischungen der vier Komponenten in den obigen Grenzen können in hydraulische
Zementmischungen in einer Menge von etwa 0,1 bis etwa 0,75 Gewichtsprozent, vorzugsweise
0,25 bis 0,75 Gewichtsprozent, bezogen auf den Zement, einverleibt werden.
-
Für die meisten Anwendungen sollen die Mengenverhältnisse der vier
Komponenten innerhalb der folgenden Werte liegen:
| Teile |
| Sulfitablaugen-Feststoff .............. 10 bis 20 |
| Aromatische Carbonsäureverbindung . . 2 bis 6 |
| Chloridbeschleuniger ................ 1 bis 12 |
| Wasserlösliches Amin ................ 1 bis 5 |
Die durch die Erfindung bewirkten Verbesserungen und die vorzugsweise verwendeten
Mengen und Anteile der vier Komponenten werden nun in Verbindung mit der Beschreibung
der verschiedenen Teste sowie Beispielen der bevorzugten Zusätze beschrieben.
-
Um die Wirkungen des erfindungsgemäßen Vierkomponentensystems aufdieDruckfestigkeit
vonBetonmischungen nach 1, 7 und 28 Tagen zu veranschaulichen, sind die Beispiele
1 und 2 aufgeführt, in denen die Anteile der vier Komponenten des Zusatzes variiert
werden. In jedem Beispiel ist eine einfache Mischung aus Zement, Sand und groben
Zuschlagstoffen einer gleichen Mischung gegenübergestellt, die die erfindungsgemäße
Zusatzmischung enthält, wobei beide Mischungen praktisch das gleiche Ausbreitverhältnis
besitzen.
-
In den folgenden Beispielen sind folgende Werte tabellenförmig zusammengestellt:
Die Zusammensetzung der Zusätze in Gewichtsprozent, bezogen auf den Zement in der
Endmischung, das Ausbreitverhältnis (bestimmt durch das unten angegebene Verfahren)
in cm, der Zementgehalt in kg/m3, die Menge an Wasser in 1/m3, die Menge an in die
Mischung mitgeführter Luft in Vo-lumpro.zent und die von einer Anzahl zylinderförmiger
Testkörper zu den entsprechenden Zeitpunkten gemessene durchschnittliche Druckfestigkeit
in kg/cm2. Auf Grund der Möglichkeit unkontrollierbarer Temperatur- und Feuchtigkeitsunterschiede
und auf Grund kleinerer Unterschiede in den zu verschiedenen Zeiten verwendeten
Zement-, Sand- und Zuschlagstofflieferungen können die für ein Beispiel angegebenen
Werte nur ungefähr mit den Werten eines anderen Beispieles verglichen werden.
-
Der in allen Beispielen verwendete Sulfitablaugen-Feststoff war der
getrocknete Rückstand aus einer neutralisierten Sulfitablauge, aus der die vergärbaren
Zucker entfernt worden waren.
Das Ausbreitverhältnis wurde wie folgt
gemessen: ;ine kegelstumpfförmige Hohlform (Höhe 30 cm, znterer Durchmesser 20 cm,
oberer Durchmesser 10 cm) wird auf eine ebene Unterlage gestellt und mit der Zementmischung
völlig gefüllt. Dann wird die Form abgehoben. Die Zementmischung besitzt nun die
Neigung zusammenzusinken und sich auszubreiten. Das Ausbreitverhältnis, wie es hierin
angegeben ist, ist die Differenz der ursprünglichen Höhe der Zementmischung (30
cm) weniger der nach der Entfernung der Form gemessenen Höhe des Zementes in cm.
| Beispiel 1 |
| Einfache Mischung |
| Mischung mit Zusätzen |
| Gesamte Zusätze .......... keine 0,25 |
| Sulfitabl augen-Feststoffe 0,10 |
| Natriumsalicylat ........ 0,06 |
| Calciumchlorid ......... 0,07 |
| Triäthanolamin ......... 0,02 |
| Ausbreitverhältnis ........ 9 7,5 |
| Zementgehalt ............. 279,41 279,41 |
| Wassergehalt ............. 160,38 146,52 |
| Luftgehalt ................ 2,1 3,5 |
| 1-Tag -Festigkeit ........ 36 52 |
| 7-Tage-Festigkeit ........ 191 299 |
| 28-Tage-Festigkeit ........ 324 400 |
| Beispiel 2 |
| Einfache |
| Mischung |
| Mischung mit Zusätzen |
| Gesamte Zusätze .......... keine 0,38 |
| Sulfitablaugen-Feststoffe 0,20 |
| Natriumsalicylat ........ 0,06 |
| Calciumchlorid ......... 0,10 |
| Triäthanolamin ......... 0,02 |
| Ausbreitverhältnis ........ 12,5 12,5 |
| Zementgehalt ............. 278,29 279,97 |
| Wassergehalt ............. 166,32 137,61. |
| Luftgehalt ................ 2,0 4,4 |
| 1-Tag -Festigkeit ........ 32 63 |
| 7-Tage-Festigkeit ........ 198 321 |
| 28-Tage-Festigkeit ........ 316 420 |
Das folgende Beispiel 3 wurde in der gleichen Weise wie die vorhergehenden Beispiele
durchgeführt, wobei die gleichen `'Werte aufgeführt werden; die beiden Mischungen
besitzen jedoch einen verschiedenen Zementgehalt, um die Festigkeiten zu zeigen,
die durch Verwendung des Vierkomponentensystems und 20% weniger Zement erhalten
werden.
| Beispiel 3 |
| Einfache Mischung |
| Mischung mit Zusätzen |
| Gesamte Zusätze .......... keine 0,25 |
| Sulfitablaugen-Feststoffe 0,08 |
| Natriumsalicylat ........ 0,06 |
| Calciumchlorid ......... 0,09 |
| Triäthanolamin ......... 0,02 |
| Ausbreitv erhältnis ........ 7,5 9 |
| Zementgehalt ............. 308,97 244,83 |
| Einfache Mischung |
| Mischung mit Zusätzen |
| Wassergehalt ............. 167,31 135,63 |
| Luftgehalt ................ 2,0 5,7 |
| 1-Tag -Festigkeit ........ 38 46 |
| 7-Tage-Festigkeit ........ 206 264 |
| 28-Tage-Festigkeit ........ 319 351 |
Die folgenden Beispiele 4 und 5 wurden während wenigen Tagen durchgeführt und sollten
zum direkten Vergleich steigender Mengen an aromatischer Carbonsäureverbindung und
wasserlöslichem Amin dienen, wobei die Mengen an Ablaugen-Feststoff und Calciumchlorid
konstant auf einer solchen Menge gehalten werden, wie es für diese ohne Verwendung
der beiden anderen Komponenten bekannt ist. Da Teste von verschiedenen Tagen nur
annähernd verglichen werden können, so ist jedem Versuch ein gleichzeitig durchgeführter
Ansatz mit einer vergleichbaren einfachen Mischung als Kontrollversuch beigefügt,
wobei jeder Test wieder in einem eigenen Beispiel zusammen mit dem Kontrollansatz
mit der einfachen Mischung aufgeführt wird.
| Beispiel 4 |
| Einfache Mischung |
| Mischung mit Zusätzen |
| Gesamte Zusätze .......... keine 0,33 |
| Sulfitablaugen-Feststoffe 0,20 |
| Natriumsalicylat ........ 0,05 |
| Calciumchlorid |
| Triäthanolamin ......... 0,03 |
| Ausbreitverhältnis ........ 11,5 14 |
| Zementgehalt ............. 280,52 281,64 |
| Wassergehalt ............. 158,90 128,21 |
| Luftgehalt ................ 2,0 4,6 |
| 1-Tag -Festigkeit ........ 39 66 |
| 7-Tage-Festigkeit ........ 202 360 |
| 28-Tage-Festigkeit ........ 321 467 |
| Beispiel 5 |
| Einfache Mischung |
| Mischung mit Zusätzen |
| Gesamte Zusätze .......... keine 0,31 |
| Sulfitablaugen-Feststoffe 0,20 |
| Natriumsalicylat ........ 0,01 |
| Calciumchlorid ......... 0,05 |
| Triäthanolamin ......... 0,05 |
| Ausbreitv erhältnis ...... . . 9 9 |
| Zementgehalt ............. 281,64 281,64 |
| Wassergehalt ............. 156,42 126,72 |
| Luftgehalt ................ 2,0 4,8 |
| 1-Tag -Festigkeit ........ 36 72 |
| 7-Tage-Festigkeit ........ 211 365 |
| 28-Tage-Festigkeit ........ 328 454 |
Um die sehr schnelle Festigkeitszunahme, die mit dem erfindungsgemäßen Vierkomponentensystem
gegebenenfalls in ungewöhnlichen Situationen erhalten werden kann, zu veranschaulichen,
ist im folgenden Beispiel 6 die Zugabe wachsender Mengen an Calciumchlorid bei konstanten
anderen Zusatzstoffen beschrieben.
| Beispiel 6 |
| Zusatz |
| A I B C |
| Gesamte Zusätze ....................... 0,38 0,78 2,78 |
| Sulfitablaugen-Feststoffe .............. 0,20 0,20 0,20 |
| Natriumsalicylat ..................... 0,06 0,06 0,06 |
| Calciumchlorid ....................... 0,10 0,50 2,50 |
| Triäthanolamin ...................... 0,02 0,02 0,02 |
| Ausbreitverhältnis ...................... 14 12,5 12,5 |
| Zementgehalt ........................... 277,73 278,85-
277,18 |
| Wassergehalt........................... 136,13 135,14 l35,63 |
| Luftgehalt ............................. 5,0 5,0 5,2 |
| 1-Tag -Festigkeit ..................... 54 69 j 123 |
| 7-Tage-Festigkeit ..................... 308 339 366 |
| 28-Tage-Festigkeit ..................... 424 430 446 |
Wie weiter oben angegeben, war die Wirkung des erfindungsgemäßen Vierkomponentensystems
zur Verminderung der Verzögerungen bei der Verarbeitung aus dem, was über die Einzelwirkung
der vier verwendeten Komponenten bzw. deren bekannten Kombinationen bekannt war,
nicht vorherzusagen. Natriumsalicylat wurde bis jetzt allein als Zusatzmittel verwendet,
wobei kein wesentlicher Effekt auf die Geschwindigkeit der Frühhärtung oder die
Geschwindigkeit der Festigkeitszunahme festgestellt werden konnte. Es wurde jedoch
durch kürzlich entwickelte, nachstehend beschriebene Härtungsgeschwindigkeitsteste,
durch welche die Geschwindigkeit der Zunahme der Bindungsfestigkeit gemessen wird,
festgestellt, daß die aromatischen Carbonsäureverbindungen in geringen Mengen in
den Anfangsstadien des Abbindens als Beschleuniger wirken, obwohl sie die 1-Tag-Festigkeit
nicht merklich beeinflussen. Überraschenderweise besitzen die verschiedenen aromatischen
Carbonsäureverbindungen, wenn sie im erfindungsgemäßen Vierkomponentensystem verwendet
werden, einen Verzögerungseffekt besonders in der Zeit, in der die Mischung in einem
Zustand ist, bei dem die Oberfläche bearbeitet werden kann. Bis zu wenigen Stunden
nach der Einstellung scheint je nach Konzentration und Temperatur die Gegenwart
oder Abwesenheit dieser Verbindung keine meßbare Auswirkung auf die Härtungsgeschwindigkeit
zu besitzen. Wird diese Verbindung jedoch weggelassen, so erfolgt danach eine schnelle
Härtung, während die Mischung in einem eine Oberflächenbearbeitung zulassenden Zustand
ist, wobei zur Bearbeitung größerer Flächen oft keine genügende Zeit verbleibt.
In den bevorzugten Mengen übt diese Komponente jedoch eine verzögernde Wirkung während
der Bearbeitungszeit aus, und diese Wirkung wird, wie durch die neue oben beschriebene
Testmethode gezeigt wird, verstärkt, wenn die Menge an dieser Verbindung im Vierkomponentensystem
erhöht wird. Überraschenderweise beschleunigen jedoch im Vergleich zu einfachen
Mischungen die gleichen Mengen des gleichen Vierkomponentensy stems die Härtungsgeschwindigkeit
bei niedrigen Temperaturen erheblich, wodurch Verzögerungen in der Bearbeitung und
bei der Entfernung der Verschalungen erfindungsgemäß behoben werden.
-
Es bestehen keine befriedigenden Teste zum Messen der Verarbeitungsfähigkeit
oder Fließbarkeit der das erfindungsgemäße Vierkomponentensystem enthaltenden Zementmischungen.
Alle auf diesem Gebiet gesammelten Erfahrungen zeigen jedoch, daß eine wesentliche
Verbesserung in der Verarbeitbarkeit der das Vierkomponentensystem enthaltenden
Mischungen gegenüber den früheren Wasserverminderungsmitteln besteht. Zum Beispiel
wird, wo früher ein Ausbreitverhältnis von etwa 7,5 und 10 cm gefordert wurde, um
für bestimmte Arbeiten eine zufriedenstellende Verarbeitbarkeit zu erzielen, beim
Ersetzen der früher verwendeten Wasserverminderungsmittel durch die erfindungsgemäße
Kombination es möglich, niedrigere Ausbreitverhältnisse von etwa 21/s bis 5 cm mit
wesentlich weniger Wassergehalt zu verwenden, wobei, soweit es durch'Beobachtungen
der Handhabung der Materialien bei den Versuchen ersehen werden kann, die gleiche
Verarbeitungsfähigkeit und Einstellungsfähigkeit erzielt wird. In anderen Fällen
war die verbesserte Verarbeitbarkeit günstig, da sie sowohl die Verwendung geringerer
Mengen an Sand als auch geringerer Mengen an Wasser zuließ, ohne daß dabei eine
Verminderung der Verarbeitbarkeit oder eine Verringerung des Ausbreitverhältnisses
auftrat, und wobei das Kohäsionsvermögen der Mischung tatsächlich verbessert wurde,
wie aus dem Widerstand gegen ein Absetzen und dem ausgezeichneten Überziehen der
groben Zuschlagstoffe mit dem Mörtel gezeigt wurde. Dies trat besonders in wasserreichen
mageren Mischungen auf.
-
Bezüglich der Luftmitführung zeigen die das erfindungsgemäße Vierkomponentensystem
enthaltenden Mischungen außerordentlich überraschende Eigenschaften. Wie es bei
den meisten Wasserverminderungsmitteln der Fall ist, insbesondere bei denjenigen,
die Sulfitablaugen-Feststoffe enthalten, zeigen auch die erfindungsgemäßen Vierkomponentensysteme
eine wesentliche Luftmitführung. Diese Eigenschaft der Wasserverminderungsmittel
hat bisher deren Verwendung in größeren Mengen zur Erzielung einer größeren Plastizität
begrenzt, da durch eine übergroße Luftmitführung ein Festigkeitsverlust und eine
erhebliche Verzögerung bewirkt wurde. In anderen Fällen, wo mäßige Mengen der bekannten
Wasserverminderungsmittel verwendet wurden, wurden manchmal besondere Luftmitführungsmittel
verwendet, um den Widerstand der gehärteten Betons gegen das Frieren und Tauen und
gegen die abblätternde Wirkung von zum Enteisen verwendeten Salzen zu erhöhen. Als
solche Luftmitführungsmittel wurden z. B. Produhte verwendet, die Petroleumkohlenwasserstoff
aus Kiefernholz bzw. Triäthanolaminsalz eines sulfonierten Kohlenwasserstoffes enthalten.
Die Menge an Luft, die zu diesem Zwecke mitgeführt wurde, war jedoch oft durch die
Notwendigkeit begrenzt, Festigkeitsverluste, die durch den höheren Luftgehalt auftreten,
zu vermeiden. Werden jedoch die erfindungsgemäßen Zusätze verwendet, so verursachen
Luftgehalte bis zu 8'% keine sichtbare
iestigkeitsverminderung,
verglichen mit einfachen Mischungen mit einem 20°/o höheren Zementgehalt, so laß
es möglich ist, verhältnismäßig große Mengen an Vasserverminderungsmitteln zu verwenden,
um eine naximale Zementersparnis bei besserer Verarbeitungsähigkeit sowie die Vorteile
einer hohen Luftmitfühung ohne einen wesentlichen Festigkeitsverlust zu ereichen.
Diese überraschenden Ergebnisse werden Lurch das folgende Beispiel veranschaulicht:
Beispiel 7 Es wurden Teste durchgeführt mit einer Mischung ohne Zusätze, B. mit
einer Mischung, die verhältnismäßig große Mengen des erfindungsgemäßen Vierkomponentensystems
sowie ein »luftverminderungsmittel« zur Begrenzung der durch das Wasserverminderungsmittel
mitgeführten Menge an Luft enthielt, C. mit der gleichen Mischung wie B, jedoch
ohne Luftverminderungsmittel, so daß eine hohe Luftmitführung eintritt.
-
Die erhaltenen Luftgehalte in Volumprozent und die Druckfestigkeit
bei 1, 7 und 28 Tagen in kg/cm2 sind in der folgenden Tabelle aufgeführt, in welcher
die Ergebnisse derartiger Vergleichsversuche aufgeführt sind. Das Luftverminderungsmittel
in der MischungB war Tributylphosphat.
| Einfache |
| Mischung Mischung B Mischung C |
| schung A |
| Gesamte Zusätze ....................... keine 0,75 0,75 |
| Sulfitablaugen-Feststoffe .............. 0,39 0,39 |
| Natriumsalicylat ..................... 0,09 0,09 |
| Calciumchlorid ....................... 0,21 0,21 |
| Triäthanolamin ...................... 0,06 0,06 |
| Luftverminderungsmittel ............. 0,0007 |
| Ausbreitverhältnis ...................... 10 10 9 |
| Zementgehalt ........................... 308,96 247,06
242,04 |
| Wassergehalt ........................... 158,40 124,24
117,81 |
| Luftgehalt ............................. 2,2 6,0 8,0 |
| 1-Tag -Festigkeit ..................... 41 30 32 |
| 7-Tage-Festigkeit ..................... 239 303 297 |
| 28-Tage-Festigkeit ..................... 375 396 382 |
Aus den Werten der obigen Tabelle kann entnomaen werden, daß mit 8% mitgeführter
Luft die 7- und 8-Tage-Festigkeit der Mischung C, die das erfin-'ungsgemäße Vierkomponentensystem
enthält, wenig ,erschieden ist von der der Mischung B, die nur 6,0°/o aitgeführte
Luft enthält, und praktisch gleich oder ;rößer war als die mit der einfachen, 25%
mehr ;ement enthaltenden Mischung A erhaltenen Festig-:eiten.
-
So können die erfindungsgemäßen Zusätze in noraalen Mengen in Kombination
mit bekannten Luftnitführungsmitteln verwendet werden, um gegebenenalls höhere Luftgehalte
zu bewirken, ohne daß der onst übliche Festigkeitsverlust eintritt. Ebenso könien
die erfindungsgemäßen Zusätze, obwohl sie wesentiche Luftmengen mitführen, in Mischung
mit luftmitührenden Zementen verwendet werden, ohne daß ein onst zu erwartender
Festigkeitsverlust eintritt.
-
Wenn sich auch die obige Beschreibung der Erfinlung und ihrer verschiedenen
Vorteile weitgehend auf lie Verwendung einer besonderen Kombination der #ier Zusatzstoffe
in Mischungen von Zement, Wasser ind Zuschlagstoffen befaßt, so können jedoch auch
andere Zusatzstoffe den erfindungsgemäß hergestellten :ementmischungen einverleibt
werden. Solche anderen :usatzstoffe sind z. B. Luftmitführungsmittel, Luftrerminderungsmittel
(Beispiel 7), Puzzolanische Mateialien, Flugasche, färbende Materialien, Wasserabtoßungsmittel
usw.
-
Die erfindungsgemäßen Vierkomponentensysteme sönnen allein oder gemischt
mit solchen anderen Zuätzen entweder dem Zement, den Zuschlagstoffen >der dem Wasser
zugegeben werden oder sie können Lllein oder gleichzeitig mit anderen Zusätzen der
zu-,ammengesetzten Zementmischung einverleibt werden, ie können dem Zement aber
auch in irgendeiner inderen gewünschten Form zugemischt werden. Die bevorzugte Verwendung
der Erfindung besteht im Vermischen der flüssigen Aminkomponente mit dem pulverförmigen
trockenen chloridhaltigen Beschleuniger und anschließender Zugabe der pulverförmigen
trockenen Sulfitablaugen-Feststoffe und der pulverförmigen trockenen aromatischen
Carbonsäurenverbindung, wodurch das Vierkomponentensystem als trockenes Pulver erhalten
wird. Dieser trockene Zusatz kann dann mit oder ohne weiteren Zusatzstoffen der
Zementmischung entsprechend irgendeinem der obenerwähnten Verfahren zugesetzt werden.
Gegebenenfalls können die vier Komponenten des erfindungsgemäßen Zusatzes getrennt
in die Zementmischung einverleibt werden, wobei flüssige Komponenten am besten dem
Wasser einverleibt werden, bevor dieses den trockenen Komponenten der Mischung zugefügt
wird.