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Verfahren zur Verbesserung der Eigenschaften von Mörtel und Beton
Als plastifizierende und festigkeitssteigernde Zusatzmittel für Mörtel und Beton
sind neben Ligninsulfosäure und ihren Salzen auch schon andere organische Sulfosäuren
in Betracht gezogen worden, wie z. B. Kondensationsprodukte der Naphthalinsulfosäuren,
Benzylnaphthalinsulfosäure, Alkylsulfonate mit langen, 12 bis 20 Kohlenstoffatome
enthaltenden Ketten und die ähnlich netz- und schaumkräftigen Arylalkylsulfonate,
deren Seitenketten 8 bis 20 Kohlenstoffatome enthalten können. Charakteristisch
für alle derartigen Netz- und Schaummittel ist nach eingehender wissenschaftlicher
Erkenntnis, daß sie sich in wässeriger Lösung in demselben polymolekularen kolloiden
Lösungszustand befinden wie die altbekannten, micellar gebündelte Paraffinketten
enthaltenden Seifen.
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Derartige organische Sulfosäureprodukte sind für die Verbesserung
von Mörtel und Beton bereits zu praktischer Bedeutung gelangt, ohne jedoch überragende
Vorteile erkennen zu lassen. Zwar ermöglicht ihr intensives Netzvermögen eine sehr
weitreichende Wassereinsparung, jedoch wird die hieraus zu erwartende Festigkeitssteigerung
bei weitem nicht erreicht. Hieraus geht hervor, daß der zwischen Wasser-Zement-Faktor
und Festigkeit bestehende Zusammenhang bei Verwendung von chemischen Zusatzmitteln
durch andere damit zusammenhängende Momente weitgehend gestört werden kann. Unvermeidbar
ist bei Verwendung derartiger Sulfosäuren auch eine mehr oder minder stark ausgeprägte
Luftporenbildung, die den auf hohe Festigkeitswerte gerichteten Anwendungsfällen
entgegenwirkt und die gewünschtenfalls auf anderem Wege günstiger erzielbar sein
kann.
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Wie auch alle sonstigen wassereinsparenden Mittel besitzen die organischen
Sttlfosäuren und ihre Metallverbindungen noch die normalerweise unerwünschte Eigenschaft,
durch Verzögerungswirkungen die Abbindezeit und die Frühfestigkeit von Mörtel und
Beton zu beeinflussen. Diese Erscheinung kann zwar mittels Chlorcalcium u. dgl.
unter Inkaufnahme weiterer anderer Nachteile kompensiert werden, aber es gibt auch
Fälle, wo diese Eigenschaft im Zusammenwirken mit speziellen Gegebenheiten die Anwendung
wassereinsparender Zusatzmittel entscheidend erschwert; z. B. vertragen Schnellbinde-Zusatzmittel
und Frostschutzmittel ohne Beeinträchtigung ihrer Wirksamkeit keinen Zusatz von
plastifizierendem Mittel von üblicher Art, und ferner kann man z. B. auch für reaktionsträge
hydraulische oder latenthydraulische Bindemittel, wie Traß, Schlacken oder Flugaschen,
sei ; es ohne oder mit einem Anregungsmittel, die üblichen wassereinsparenden Mittel
häufig nicht verwenden, weil sie den Abbindeprozeß lähmen.
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Es wurde nun gefunden, daß die Festigkeitseigenschaften von Mörtel
und Beton ohne abbindestörende Nebenwirkungen sehr günstig beeinflußt werden, wenn
dem Mörtel oder Beton oder deren Bestandteilen vor oder bei der Verarbeitung und
zweckmäßig in Form ihrer löslichen Salze solche nicht schaumgebenden, monomolekular
löslichen Sulfosäuren zugegeben werden, die sich von höchstens sechsgliedrigen Ringsystemen
ableiten, einschließlich vorhandener Seitenketten höchstens 10 Kohlenstoffatome
enthalten und die daher ein den Wert von 300 nicht übersteigendes Molekulargewicht,
auf freie Monosulfosäure berechnet, aufweisen. Als Zusatzmittel, die diesen Bedingungen
entsprechen, kommen vorzugsweise die Sulfosäuren des Benzols, seiner Homologen,
wie Toluol, Kylol, Propylbenzol, Cymol, sowie die entsprechenden Substitutionsprodukte
und Hydrierungsprodukte in Betracht, danach auch noch die entsprechend sich von
Ringsystemen, wie Pyridin und Furan, ableitenden Verbindungen.
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Derartige Sulfosäuren, die in der einschlägigen Technik nicht als
Netz- und Schaummittel angesprochen werden, haben auch für Mörtel und Beton bisher
keine Anwendung gefunden. Bekannt ist zwar, komplexbildende organische Verbindungen
ähnlich begrenzter Molekülgröße, wie Weinsäure, Citronensäure oder auch Brenzcatechinsulfosäure,
als Zusatzmittel zu verwenden, jedoch beruht deren Wirksamkeit, wie in dem diesbezüglichen
Vorschlag hervorgehoben wird und wie sich auch aus den begleitenden starken Verzögerungswirkungen
ergibt, ausschließlich auf dem daher zur Kennzeichnung benutzten Komplexbildungsvermögen.
Dieser Vorschlag schließt nicht komplexbildende Sulfosäuren, um die es sich bei
der vorliegenden Erfindung handelt, von vornherein aus. Es handelt sich hier um
andere Verfahrensstoffe und andere Wirkungen, auf die bisher jeder Hinweis gefehlt
hat.
Setzt man zu Mörtel oder Beton vor Qder bei der.-Verarbeitung
ein lösliches Alkali- oder Erdalkalisalz der p-Toluolsulfosäure, z. B. 0,1 bis 0,2°/ö
Cälcium-Toluolsulfonat, auf Zement berechnet, hinzu, so beöbachtet man zwar nur
eine bescheidene Wassereinsparung von 6- bis 8%, jedoch eine auffallend günstige
Beeinflussung des Abbinde- und Verfestigungsprozesses. Die Abbindezeiten werden
in keinem Falle verlängert, in der Regel sogar etwas verkürzt, die Frühfestigkeiten
liegen um 15 bis 20% höher, und die 7-Tage- und 28-Tage-Festigkeiten zeigen Erhöhungen
bis zu 30%. Dabei ist auch der Luftporengehalt des Betons nicht erhöht, sondern
in der Regel wird noch Luft ausgeschieden. Alle diese Erscheinungen gehen bei verdoppelter
oder verdreifachter Dosierung nicht verloren.
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Mit entsprechenden Zusätzen von Sulfosäuren des Benzols, Toluols,
Phenols od. dgl., die z. B. durch Halogen-, Nitro-, Amino- oder Hydroxylgruppen
substituiert sind, erzielt man gleich günstige oder- sogar noch bessere Wirkungen.
Erstaunlicherweise besitzen auch die Phenolsulfosäuren bei sehr günstiger Allgemeinwirkung
keinerlei abbindeverzögernde Eigenschaften. Derartige überraschend neue Wirkungen
sind schon bei den Vertretern der nächsthöheren Ringsysteme, beispielsweise bei
den Naphthalinsulfosäuren, nicht mehr vorhanden. Die erfindungsgemäße Kennzeichnung
bezeichnet somit eine eng umgrenzte Stoffgruppe von spezieller Wirkung auf Mörtel
und Beton, die auf der kristalloiden monomolekularen Natur ihrer Lösungen beruhen
muß.
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- Eine bevorzugte Anwendungsart der neuen Zusatzmittel liegt in der
kombinierten Verwendung zusammen mit bekannten Plastifizierungsmitteln, wie z. B.
Ligninsulfosäure, Huminsäure oder Arylalkylsulfosäure. Im Gemisch mit luftporenbildenden
Netz-und Schaummitteln, seien es solche auf der Grundlage von Harzseifen oder auch
solche auf der Grundlage von schaumkräftigen Sulfaten oder Sulfonaten, bewirken
die Verfahrensstoffe außer der günstigen Beeinflussung der Abbindeverhältnisse und
der Festigkeitsentwicklung auch noch eine vorteilhafte Regulierung der Luftporenbildung;
das LP-Volumen wird, und zwar auch mit steigenden Zusatzmengen der Stoffkombination,
gedrosselt und annähernd konstant gemacht, so daß die bekannten Gefahren der Überdosierung
praktisch beseitigt werden können.
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Ein spezielles Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Herstellung
von Schnellbindern bzw. Beschleunigungsmitteln, Frostschutzmitteln, schnellbindenden
Dichtungsn-iitlgln mit ausgeprägter plastifizierungs-und festigkeitssteigernder
Wirkung und ferner von Plastifizierungsmitteln mit gegebenenfalls gleichzeitig anregender
Wirksamkeit für latenthydraulische Bindemittel. Für alle diese speziellen Anwendungszwecke
stehen mit 'den erfindungsgemäß niedermolekularen Sulfosäuren und ihren Metallverbindungen
erstmalig brauchbare Plastifizierungsmittel zur Verfügung.
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Die erfindungsgemäßen Stoffe können demgemäß vielseitige Anwendung
finden und für alle Zwecke und in Kombination mit allen bekannten, für Mörtel und
Beton gebräuchlichen wassereinsparenden, dichtenden, luftporenbildenden, festigkeitssteigernden,
beschleunigenden- und/oder in sonstiggr Richtung wirkenden, gegebenenfalls auch
verzögernden Zusätzen für alle Arten von hydraulisch erhärtenden Bindemitteln benutzt
werden.
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Die Herstellung der in Betracht kommenden Sulfosäuren bietet keine
besonderen Schwierigkeiten. Besonders vorteilhaft gestaltet sich die Verwendung
der p-Toluolsulfosäure, die als industrielles Neben- oder Abfallprodukt zur Verfügung
steht, ferner auch die Verwendung der Phenol- und Kresolsulfosäuren, die insbesondere
als Calciumsalze sehr einfach gewinnbar sind.