DE1171792B

DE1171792B - Building material mix

Info

Publication number: DE1171792B
Application number: DED39846A
Authority: DE
Inventors: Barber C Carlson; Robert C Hartlein
Original assignee: Dow Corning Corp
Current assignee: Dow Silicones Corp
Priority date: 1961-09-15
Filing date: 1962-09-14
Publication date: 1964-06-04

Description

Baustoffmischung Gegenstand der Erfindung sind Baustoffmischungen, insbesondere zur Herstellung von Beton- auf Grundlage von Portlandzement und Zuschlagstoffen mit einem Gehalt an Organosiliciumverbindungen. Sie sind dadurch gekennzeichnet, daß sie 0,05 bis 3 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht des Portlandzements, an Silanen der allgemeinen Formel RSi(OR')3, worin R ein Phenylrest und/oder ein einwertiger aliphatischer Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 18-C-Atomen und R' ein Alkylrest mit 1 bis 3 C-Atomen und/oder ein Rest der Formel - CH,CH20CH3 bzw. - CHZCHZOH ist, enthalten.Building material mixture The invention relates to building material mixtures, especially for the production of concrete based on Portland cement and aggregates containing organosilicon compounds. They are characterized by that they are 0.05 to 3 percent by weight, based on the weight of the Portland cement, on silanes of the general formula RSi (OR ') 3, in which R is a phenyl radical and / or a monovalent aliphatic hydrocarbon radical with 1 to 18 carbon atoms and R 'a Alkyl radical with 1 to 3 carbon atoms and / or a radical of the formula - CH, CH20CH3 or - CHZCHZOH is included.

Durch das erfindungsgemäße Zusatzmittel werden die Maximaltemperaturen bei der Hydration erniedrigt und die Abbindezeit verlängert. Ferner werden die Haltbarkeit, die Druckfestigkeit sowie mitunter das Luftvolumen der aus den Baustoff mischungen nach dem Erhärten erhaltenen Produkte erhöht. Dies ist besonders überraschend, da die bisher bekannten luftporenbildenden Zusätze die Druckfestigkeit der Produkte um etwa 10 % verringerten.The additive according to the invention lowers the maximum temperatures during hydration and extends the setting time. Furthermore, the durability, the compressive strength and sometimes the air volume of the products obtained from the building material mixtures after hardening are increased. This is particularly surprising since the previously known air-entraining additives reduced the compressive strength of the products by about 10%.

Die erfindungsgemäßen Baustoffmischungen werden durch einfaches Vermischen des Silans oder der Silane mit den übrigen Mischungsbestandteilen vor dem Abbinden hergestellt. Dies kann zu einem beliebigen Zeitpunkt vor dem Abbinden der Mischung erfolgen. Man kann z. B. das Silan oder die Silane gründlich mit Portlandzement vermischen und diese Trockenmischung mit den Zuschlagstoffen und dem Wasser versetzen. Andererseits können die Silane auch nach dem Vermischen der anderen Bestandteile zugegeben werden.The building material mixtures according to the invention are produced by simple mixing of the silane or the silanes with the other components of the mixture before setting manufactured. This can be done at any time before the mixture sets take place. You can z. B. Thoroughly mix the silane or silanes with Portland cement mix and add the aggregates and water to this dry mix. On the other hand, the silanes can also be used after the other ingredients have been mixed be admitted.

Beispiele für aliphatische Kohlenwasserstoffreste R sind Alkylreste, wie Methyl-, Äthyl-, Butyl-, Hexyl-, Octyl-, Dodecyl- und Octadecylreste, sowie Alkenylreste, wie Vinyl- und Allylreste. Die Alkylreste R' können Methyl-, Äthyl-, Propyl- und/oder Isopropylreste sein.Examples of aliphatic hydrocarbon radicals R are alkyl radicals, such as methyl, ethyl, butyl, hexyl, octyl, dodecyl and octadecyl radicals, as well as Alkenyl radicals such as vinyl and allyl radicals. The alkyl radicals R 'can be methyl, ethyl, Be propyl and / or isopropyl radicals.

Bevorzugt sind Trimethoxysilane, wie Methyltrimethoxysilan, Propyltrimethoxysilan, Phenyltrimethoxysilan, Dodecyltrimethoxysilan, Octadecyltrimethoxysilan, Amyltrimethoxysilan, Äthyltrimethoxysilan und Vinyltrimethoxysilan. Weitere Beispiele erfindungsgemäß verwendbarer Silane sind solche der Formeln CH,Si(OCHZCHZOCH3)s und CH,Si(OCH,CH,OH)3 sowie Methyltriisopropoxysilan. Diese Silane können auf beliebige übliche Weise hergestellt sein. Je nach Art und Menge der erfindungsgemäß verwendeten Silane werden verschiedene Wirkungen erzielt. Durch alle Silane im erfindungsgemäßen Bereich wird die Abbindezeit verlängert, und zwar im allgemeinen um so mehr, je höher die Konzentration an Silan ist. Die Verlängerung der Abbindezeit erfolgt zweckmäßig durch Einsatz von Phenylalkoxysilanen, insbesondere in Mengen von 0,1 bis 0,35 Gewichtsprozent. Zur Erzielung eines hohen Gehalts an Luftporen, verbunden mit hoher Druckfestigkeit, sind Phenylsilane in Mengen von 0,1 bis 0,75 Gewichtsprozent oder Propylsilane in Mengen von 0,3 bis 1 Gewichtsprozent oder Äthyl- bzw. Vinylsilane in Mengen von 1,5 bis 3 Gewichtsprozent bevorzugt. Äthoxy- und Propoxysilane erhöhen vor allem Abbindezeit und Druckfestigkeit. Andere Silane werden zur Erhöhung von Abbindezeit, Druckfestigkeit und Luftporengehalt zweckmäßig in Konzentrationen von 0,5 bis 3 Gewichtsprozent verwendet. Wird die obere Konzentration von 3 Gewichtsprozent Silanen überschritten, erfolgt ein beträchtlicher Abfall der Druckfestigkeit und eine sehr starke Steigerung des Luftgehalts, z. B. auf über 7 Volumprozent, während im allgemeinen ein Luftgehalt von 3 bis 7 Volumprozent gewünscht wird. Werden kleinere Mengen dieser Silane verwendet, steigt der Luftporengehalt nicht wesentlich an. Soll nur die Druckfestigkeit der Produkte aus den Baustoffmischungen ohne gleichzeitige Steigerung des Luftporengehaltes erhöht werden, so sind kleinere Mengen als die oben angegebenen bevorzugten Bereiche ausreichend. So kann z. B. die Druckfestigkeit des Betons bereits durch Zugabe von 0,05 Gewichtsprozent CH3Si(OCH3)3 gesteigert werden.Trimethoxysilanes, such as methyltrimethoxysilane, propyltrimethoxysilane, are preferred Phenyltrimethoxysilane, dodecyltrimethoxysilane, octadecyltrimethoxysilane, amyltrimethoxysilane, Ethyl trimethoxysilane and vinyl trimethoxysilane. Further examples according to the invention Usable silanes are those of the formulas CH, Si (OCHZCHZOCH3) s and CH, Si (OCH, CH, OH) 3 and methyltriisopropoxysilane. These silanes can be used in any conventional manner be made. Depending on the type and amount of the silanes used according to the invention achieved various effects. Through all silanes in the range according to the invention the setting time is lengthened, and generally more so, the higher the concentration is on silane. The setting time is expediently extended through use of phenylalkoxysilanes, in particular in amounts of 0.1 to 0.35 percent by weight. To achieve a high content of air pores, combined with high compressive strength, are phenylsilanes in amounts of 0.1 to 0.75 percent by weight or propylsilanes in Amounts from 0.3 to 1 percent by weight or ethyl or vinyl silanes in amounts of 1.5 to 3 percent by weight preferred. Ethoxy and propoxysilanes in particular increase Setting time and compressive strength. Other silanes are used to increase setting time, Compressive strength and air void content expediently in concentrations of 0.5 to 3 Weight percent used. Will the upper concentration of 3 percent by weight of silanes exceeded, there is a considerable drop in compressive strength and a great deal strong increase in air content, e.g. B. to over 7 percent by volume, while in general an air content of 3 to 7 percent by volume is desired. Will be smaller If quantities of these silanes are used, the air void content does not increase significantly. Should only the compressive strength of the products from the building material mixtures without simultaneous If the air void content is increased, the amounts are smaller than that preferred ranges given above are sufficient. So z. B. the compressive strength of the concrete is increased by adding 0.05 percent by weight of CH3Si (OCH3) 3 will.

Es können alle üblicherweise in Verbindung mit Portlandzement als Bindemittel als Zuschlagstoffe verwendeten festen Stoffe, wie Sand und/oder Kies, eingesetzt werden. Beliebige andere bei der Betonherstellung übliche Zusatzmittel, z. B. solche zur Verbesserung der Abbindeeigenschaften, etwa zur Verkürzung der Abbindezeit, wenn eine solche erwünscht ist, oder Gefrierschutzmittel, können mitverwendet werden.It can all commonly used in conjunction with Portland cement as Solid materials used as aggregates, such as sand and / or gravel, can be used. Any other additives commonly used in concrete production, z. B. those to improve the setting properties, for example to shorten the Setting time, if desired, or anti-freeze agents can also be used will.

Werden Mengen unterhalb der bevorzugten Bereiche an Silanen oder Äthoxy- oder Propoxysilane verwendet, können gegebenenfalls luftporenbildende Mittel mitverwendet werden.If amounts below the preferred ranges of silanes or ethoxy or propoxysilanes are used, air-entraining agents can optionally also be used will.

Die erfindungsgemäßen Baustoffmischungen können zur Herstellung von Strukturelementen und nichttragenden Gebilden verwendet werden. Sie eignen sich auch zur Herstellung von Eisen- und/oder vorgespanntem Beton. Besonders eignen sie sich zur Herstellung von Straßen- und Brückenbelägen. Die durch den erfindungsgemäßen Zusatz verlängerte Abbindezeit ist besonders beim Gießen großer zusammenhängender Körper, z. B. Brücken, vorteilhaft. Auch die durch den erfindungsgemäßen Zusatz erniedrigten Maximaltemperaturen während der Hydratation bei der Härtung sind beim Gießen großer Bauteile vorteilhaft. Durch den erfindungsgemäßen Zusatz wird auch die zum Abbinden erforderliche Wassermenge herabgesetzt. Die erhöhte Haltbarkeit von aus den erfindungsgemäßen Baustoffmischungen hergestellten Körpern gilt besonders für solche, die häufiger Frosteinwirkung mit anschließendem Auftauen ausgesetzt sind, wie Brücken.The building material mixtures according to the invention can be used for the production of Structural elements and non-load-bearing structures are used. You are suitable also for the production of iron and / or prestressed concrete. They are particularly suitable for the production of road and bridge surfaces. The by the invention Addition of extended setting time is especially when casting large cohesive Body, e.g. B. Bridges, advantageous. Also by the additive according to the invention decreased maximum temperatures during hydration during curing are at Casting of large components is advantageous. The addition according to the invention is also the amount of water required for setting is reduced. The increased durability of bodies produced from the building material mixtures according to the invention is particularly true for those who are frequently exposed to the effects of frost with subsequent thawing are like bridges.

Beispiel 1 Durch Vermischen von jeweils 18 Gewichtsteilen Portlandzement, 56,5 Gewichtsteilen gemahlenem Kalkstein, 44,6 Gewichtsteilen Sand mit einem Teilchendurchmesser von 0,63 cm (1/4 Zoll) und kleiner und 9,6 Gewichtsteilen Wasser wurde eine Betonmischung hergestellt. Dabei wurden die in Tabelle 1 angegebenen Silane jeweils zugegeben, nachdem ein Teil des Wassers mit den anderen Bestandteilen vermischt worden war. Nach Beendigung des Mischens wurden die Mischungen zu Zylindern von 10,16 . 20,32 cm vergossen und abbinden gelassen. Die in der Tabelle angegebenen Gewichtsprozente an Zusatz sind auf das Gewicht des Portlandzementes bezogen. Der Luftgehalt in Prozenten ist auf das Volumen des Betons bezogen und wurde gemäß ASTM C-231-56 T gemessen. Durch den Silanzusatz wurde in allen Fällen die Haltbarkeit des Betons gegenüber Beton ohne Zusatzmittel oder mit einem vorbekannten Luftporenbildner erhöht. Tabelle 1 Gewichts- Druckfestigkeit in kg/cm' Zusatz prozent Luftgehalt Zusatz nach 7 Tagen I nach 28 Tagen Kein Zusatz .................................... - 1,9 262 276 Handelsüblicher Luftporenbildner . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,013 5,4 211 243 CH,Si(OCH3)3 ................................. 1,25 4,8 298 380 C1H7Si(OCH3)3................................. 0,75 5,3 255 296 C,H5S1(OCH3)3 ................................. 0,35 5,2 297 379 CH,Si(OCHZCHZOCH3)3 ........................ 1,25 4,1 308 383 CH,Si(OCHZCHZOH)3 .......................... 1,25 5,8 306 l 363 CZHSSI(OCH3)3................................. 1,25 2.2 303 360 CH, = CHSi(OCH3)3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1,25 2,3 294 390 CH,S1(OC,H5)3................................. 1,25 2,2 346 339 CH,Si(OCH3)3 ................................. 0,25 2,4 - 362 CH,Si(OCH3)3 ................................. 0,65 3,0 - 372 CH3Si(OCH3)3 ................................. 0,85 4,1 - 393 CH,Si[OCH(CH3)z13 ............................ 1,25 2,3 257 338 Ähnliche Ergebnisse wurden mit Betonmischungen der oben angegebenen Zusammensetzung erhalten, die mit 1,25 % C1H17Si(OCH3)sl 1,25°/o C1sHs7S1(OCH3)a> 0,2 % C,HSSi(OCH3)3, 3 % C,H,S1(OCH3)3> 20/0 CH, = CHCHZSi(OCH3)3, jeweils bezogen auf das Gewicht des Portlandzements, versetzt waren.Example 1 A concrete mix was prepared by mixing each 18 parts by weight of Portland cement, 56.5 parts by weight of ground limestone, 44.6 parts by weight of sand having a particle diameter of 0.63 cm (1/4 inch) and smaller, and 9.6 parts by weight of water. The silanes given in Table 1 were added after some of the water had been mixed with the other ingredients. Upon completion of the mixing, the mixtures became 10.16 cylinders. 20.32 cm potted and left to set. The percentages by weight of additive given in the table are based on the weight of the Portland cement. The percentage of air is based on the volume of the concrete and was measured in accordance with ASTM C-231-56 T. In all cases, the addition of silane increased the durability of the concrete compared to concrete without additives or with a previously known air-entraining agent. Table 1 Weight compressive strength in kg / cm ' Additional percentage of air content Addition after 7 days I after 28 days No addition .................................... - 1.9 262 276 Commercially available air-entraining agent. . . . . . . . . . . . . . . . . 0.013 5.4 211 243 CH, Si (OCH3) 3 ................................. 1.25 4.8 298 380 C1H7Si (OCH3) 3 ................................. 0.75 5.3 255 296 C, H5S1 (OCH3) 3 ................................. 0.35 5.2 297 379 CH, Si (OCHZCHZOCH3) 3 ........................ 1.25 4.1 308 383 CH, Si (OCHZCHZOH) 3 .......................... 1.25 5.8 306 l 363 CZHSSI (OCH3) 3 ................................. 1.25 2.2 303 360 CH, = CHSi (OCH3) 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.25 2.3 294 390 CH, S1 (OC, H5) 3 ................................. 1.25 2.2 346 339 CH, Si (OCH3) 3 ................................. 0.25 2.4-362 CH, Si (OCH3) 3 ................................. 0.65 3.0 - 372 CH3Si (OCH3) 3 ................................. 0.85 4.1 - 393 CH, Si [OCH (CH3) z13 ............................ 1.25 2.3 257 338 Similar results were obtained with concrete mixes of the above composition containing 1.25 % C1H17Si (OCH3) sl 1.25% C1sHs7S1 (OCH3) a> 0.2 % C, HSSi (OCH3) 3, 3 % C, H, S1 (OCH3) 3> 20/0 CH, = CHCHZSi (OCH3) 3, each based on the weight of the Portland cement.

Beispiel 2 Aus jeweils 1 Gewichtsteil Portlandzement, 2,5 Gewichtsteilen feinem Sand, den unten angegebenen Zusätzen und der zur Bildung einer fließfähigen Mischung ausreichenden Menge an Wasser wurden Betonmischungen hergestellt. Die Abbindezeiten wurden mit Hilfe der Gillmore-Nadel bei 38'C und 100 % relativer Feuchtigkeit gemäß ASTM C-266-587 bestimmt. Tabelle II Ge- wichts- Abbindezeit Zusatz wichen- prozent in Stunden Zusatz Beginn) Ende Kein Zusatz . . ... .. .. . .. . . . . - 2,5 3,5 CH,Si(OCH3)3 .............. 1,25 3,5 7,5 C,H,Si(OCH3)3 ............. 0,75 2,75 4,75 CgHSSi(OCH3)3 ............. 0,35 5,75I11,75 CH,Si(OCH,CHZOCH3)3..... 1,25 4,25 9 CH,Si(OCHZCHZOH)3 ....... 1,25 3,5 7,75 CZHSSi(OCH3)3 ............. 1,25 3,75 6,75 CH, = CHSi(OCH,)......... 1,25 3,75 8 CH,Si(OCH3)3 .............. 0,1 3,5 8 CZHSSi(OCH3)3 ............. 0,1 4,5 7,5 C,H,St(OCH3)3 ............. 0,1 4,25 6,75 CH, = CHSi(OCH3)......... 0,1 4,25 5,75 C,HSSi(OCH3)3 ............. 0,1 3,5 8 CH,Si(OCH,CHZOCH3)3..... 0,1 3,5 6 CH,Si(OCHZCH20H)3 ....... 0,1 3,75 5,25 Beispiel 3 Jeweils 1 Gewichtsteil Portlandzement wurde mit 2 Gewichtsteilen feinem Sand und der zur Bildung einer fließfähigen Mischung ausreichenden Menge an Wasser vermischt und dann mit den im folgenden angegebenen Alkoxysilanen in den ebenfalls angegebenen, auf das Gewicht des Portlandzements bezogenen Mengen versetzt. In allen Fällen waren Druckfestigkeit und Luftporengehalt des Betons höher als bei Beton ohne Zusätze. 1,25 Gewichtsprozent Silan der Formel C,H,Si(OCH3)s 1,25 Gewichtsprozent Silan der Formel CSH"Si(OCH3)s 2,5 Gewichtsprozent Silan der Formel C,HSSt(OCH3)a 2,5 Gewichtsprozent Silan der Formel CH, = CHSi(OCH3)3 1,25 Gewichtsprozent Silan der Formel C12H25SI(OCH3)3 Beispiel 4 Aus jeweils 1000 g Portlandzement, 3000 g feinem Sand, den unten angegebenen Zusätzen und der zur Bildung einer fließfähigen Mischung ausreichenden Menge an Wasser wurden Betonmischungen hergestellt. Die für die einzelnen Mischungen jeweils erforderliche Wassermenge ist in der Tabelle angegeben. Tabelle 111 Ge- Druckfestigkeit Zusatz Wichts- Wasser in kg/c-1 prozent in ml nach nach Zusatz) 7 Tagen 28 Tagen Kein Zusatz ....... - 525 97 162 CH3Si(OCH3)...... 0,1 525 118 178 CH,Si(OCH3)3..... 0,3 500 139 180 CH,Si(OCH3)3..... 0,7 500 184 198 *) Auf das Gewicht des Portlandzements bezogen. Example 2 Concrete mixes were prepared from 1 part by weight of Portland cement, 2.5 parts by weight of fine sand, the additives given below and the amount of water sufficient to form a flowable mixture. The setting times were determined using the Gillmore needle at 38 ° C. and 100 % relative humidity in accordance with ASTM C-266-587. Table II Ge weight setting time Additional percentage in hours Addition beginning) end No addition. . ... .. ... ... . . . - 2.5 3.5 CH, Si (OCH3) 3 .............. 1.25 3.5 7.5 C, H, Si (OCH3) 3 ............. 0.75 2.75 4.75 CgHSSi (OCH3) 3 ............. 0.35 5.75I11.75 CH, Si (OCH, CHZOCH3) 3 ..... 1.25 4.25 9 CH, Si (OCHZCHZOH) 3 ....... 1.25 3.5 7.75 CZHSSi (OCH3) 3 ............. 1.25 3.75 6.75 CH, = CHSi (OCH,) ......... 1.25 3.75 8 CH, Si (OCH3) 3 .............. 0.1 3.5 8 CZHSSi (OCH3) 3 ............. 0.1 4.5 7.5 C, H, St (OCH3) 3 ............. 0.1 4.25 6.75 CH, = CHSi (OCH3) ......... 0.1 4.25 5.75 C, HSSi (OCH3) 3 ............. 0.1 3.5 8 CH, Si (OCH, CHZOCH3) 3 ..... 0.1 3.5 6 CH, Si (OCHZCH20H) 3 ....... 0.1 3.75 5.25 EXAMPLE 3 Each 1 part by weight of Portland cement was mixed with 2 parts by weight of fine sand and the amount of water sufficient to form a flowable mixture, and then the following alkoxysilanes were added in the amounts also given based on the weight of the Portland cement. In all cases, the compressive strength and air void content of the concrete were higher than those of concrete without additives. 1.25 percent by weight of the silane of the formula C, H, Si (OCH3) s 1.25 percent by weight of the silane of the formula CSH "Si (OCH3) s 2.5 percent by weight of the silane of the formula C, HSSt (OCH3) a 2.5 percent by weight of the silane Formula CH, = CHSi (OCH3) 3 1.25 percent by weight silane of the formula C12H25SI (OCH3) 3 Example 4 1000 g each of Portland cement, 3000 g of fine sand, the additives listed below and the amount of water sufficient to form a flowable mixture were used The amount of water required for each mix is given in the table. Table 111 Ge compressive strength Added weight water in kg / c-1 percent in ml after after Addition) 7 days 28 days No addition ....... - 525 97 162 CH3Si (OCH3) ...... 0.1 525 118 178 CH, Si (OCH3) 3 ..... 0.3 500 139 180 CH, Si (OCH3) 3 ..... 0.7 500 184 198 *) Based on the weight of the Portland cement.

Claims

Claim: Building material mix based on Portland cement and aggregates with a content of organosilicon compounds, characterized in that that they are 0.05 to 3 percent by weight, based on the weight of the Portland cement, on silanes of the general formula RSi (OR ') 3, in which R is a phenyl radical and / or a monovalent aliphatic hydrocarbon radical with 1 to 18 carbon atoms and R 'a Alkyl radical with 1 to 3 carbon atoms and / or a radical of the formula - CH, CH20CH3 or - CHZCH20H contains.