DE1237480B

DE1237480B - Verzoegerungsmittel fuer das Abbinden von Betonmischungen

Info

Publication number: DE1237480B
Application number: DEG43883A
Authority: DE
Inventors: Vance H Dodson; Emery Farkas
Original assignee: WR Grace and Co
Current assignee: WR Grace and Co
Priority date: 1964-06-18
Filing date: 1965-06-16
Publication date: 1967-03-23

Description

Verzögerungsmittel für das Abbinden von Betonmischungen Die vorliegende Erfindung betrifft Verzögerungsmittel für das Abbinden von Betonmischungen.
Das Wasserhaltevermögen ist einer der wichtigsten Faktoren, die bei der Herstellung von guten Betonmischungen zu berücksichtigen sind, da vor und während der Verarbeitung solcher Mischungen mög lichst das gesamte Wasser darin zurückgehalten werden muß, um ein vorzeitiges Festwerden zu vermeiden. Betonmischungen mit schlechtem Wasserhaltevermögen neigen dazu, einen großen Anteil des Wassers durch Verdunsten, Entmischen oder Absorption durch angrenzende poröse Flächen zu verlieren. Wenn man beispielsweise ein poröses Bauelement in Mörtel einbettet, absorbiert die poröse Struktur Wasser. Durch den Wasserverlust verliert die Mörtelmischung dann häufig ihre Plastizität, so daß das Einbetten des Bauelementes Schwierigkeiten bereitet. Ebenso kann der Mörtel vorzeitig verfestigen, so daß es für den Arbeiter schwer oder unmöglich wird, die Stellung des Bauelementes zu verändern, ohne die Verbindung zwischen demselben und dem angrenzenden Mörtel zu zerstören.
Es ist daher üblich, Portlandzement enthaltenden Betonmischungen Abbindeverzögerungsmittel zuzusetzen, im allgemeinen im Mischungswasser für den Beton gelöst, welche die Hydratationsgeschwindib keit des Tricalciumsiiikats im Zement verändern. Im Gegensatz zur Tricalciumaluminatkomponente des Zements hydratisiert das Tricalciumsilikat nur lanb sam und reagiert im wesentlichen erst 2 bis 6 Stunden nach Zusatz des Wassers mit demselben. Die Hydratationsgeschwindigkeit des Tricalciumaluminats wird dadurch reguliert, daß man Calciumsulfat mit dem Zementklinker einmahlt. Wenn kein Calciumsulfat zugegen wäre, würde der Beton nach Zusatz von Wasser augenblicklich binden. Bei Anwesenheit eines Abbindeverzögerungsmittels wird dieses von dem Tricalciumsilikat und dessen Hydratationsprodukten absorbiert und dadurch die weitere Hydratation des Tricalciumsilikats verlangsamt. Infolgedessen wird die Abbindezeit des Betons verlängert.
Abbindeverzögerungsmittel werden dem Beton im allgemeinen in Lösung und zusammen mit der Wassermischung zugesetzt. Das Tricalciumsilikat und das Tricalciumaluminat im Zement konkurrieren, zumindest anfänglich, mit dem Abbindeverzögerungsmittel. Ein Teil des Verzögerungsmittels wird von dem Tricalciumaluminat und/oder dessen Hydratationsprodukten absorbiert, da das Mittel im Mischungswasser gelöst ist und sofort für die Adsorption durch das Tricalciumsilikat und das Tricalciumaluminat zur Verfügung steht. Caleiumsulfat, welches mit dem Zement eingemahlen wird, muß sich erst in dem Mischungswasser lösen und steht langsamer für die Reaktion mit dem Tricaleiumaluminat zur Verfügung als das in Lösung befindliche Verzögerungsmittel, d. h. bis zu etwa 30 bis 60 Sekunden nach dem Einmischen. Danach verläuft die Bildung von Calciumsulfoaluminat (Reaktionsprodukt von Calciumsulfat und Tricalciumaluminat) mit normaler Geschwindigkeit. Das Verzögerungsmittel neigt also anfänglich bis zur Lösung des Calciumsulfats mehr zu einer Reaktion mit dem Tricalciumaluminat als mit dem Tricalciumsilikat. Der Abbindeverzögerer, welcher von dem Tricalciumaluminat und/oder seinen Hydratationsprodukten absorbiert wird, ehe das Calciumsulfat zur Reaktion mit dem Tricalciumaluminat genügend gelöst ist, steht also zur Verzögerung der Hydratation des Tricalciumsilikats nicht mehr zur Verfügung, wodurch die Gesamtwirkung des Abbindeverzögerungsmittels verringert wird.
Es wurde nun gefunden, daß durch Zusatz von löslichen Sulfaten die Wirksamkeit der bisher verwendeten organischen Abbindeverzögerer wesentlich verbessert werden kann und die Druckfestigkeit des mit dieser Mischung erhaltenen gebundenen Betons erhöht wird.
Mit der vorliegenden Erfindung wird daher ein Verzögerungsmittel für das Abbinden von Betonmischungen vorgeschlagen, welches einen organischen Abbindeverzögerer für das Tricalciumsilikat im Zement und ein wasserlösliches Sulfat enthält. Durch die Verwendung eines gebräuchlichen organischen Abbindeverzögerers zusammen mit einem löslichen Sulfat wird die Abbindezeit des Betons verlangsamt und gleichzeitig die nach 7 und nach 28 Tagen gemessene Druckfestigkeit des Betons erhöht.
Die in der vorliegenden Beschreibung verwendete Bezeichnung »Beton« schließt auch Mörtel und Zementbrei ein, da die vorteilhaften Wirkungen der erfindungsgemäßen Mittel mit allen drei Produkten erhalten wurden. Unter der in der vorliegenden Beschreibung verwendeten Bezeichnung lösliches Sulfat wird ein Sulfat verstanden, von welchem sich mindestens 1 g in 100 cm3 Wasser von 25° C löst.
Die für die vorliegende Erfindung bevorzugten löslichen Sulfate sind die Natrium-, Kalium- und Ammoniumsalze der Schwefelsäure. Der organische Abbindeverzögerer und das lösliche Sulfat werden den bindefähigen, einen hydraulischen Zement enthaltenden Betonmischungen so zugesetzt, daß das lösliche Sulfat, bezogen auf das trockene Zementgewicht, in einer Menge von 0,02 bis 0,10 Gewichtsprozent zugegen ist. In einer bevorzugten Ausführungsform werden nicht mehr als 0,05% lösliches Sulfat verwendet, da andernfalls die Abbindezeit des Betons über das normalerweise gewünschte Maß hinaus verlängert wird. In Fällen, wo jedoch derartig lange Abbindezeiten erwünscht sind, können auch mehr als 0,05% Sulfat verwendet werden. Bei Anwesenheit von mehr als 0,10% löslichem Sulfat in den Zementmischungen nimmt die Schrumpfneigung des Betons zu, während bei Mengen unter 0,10% löslichem Sulfat keine merkbare Schrumpfung eintritt.
In den erfindungsgemäßen Abbindeverzögerungsmitteln werden zusammen mit dem löslichen Sulfat die auf dem Fachgebiet für die Verwendung in Beton bekannten organischen Abbindeverzögerer verwendet. Derartige Abbindeverzögerer sind beispielsweise Lignosulfonsäure und deren Salze, z. B. Calcium-, Natrium- und Ammoniumlignosulfonat, Glukonsäure und deren Salze, z. B. Natrium- und Kaliumglukonat, Adipinsäure und deren Salze, z. B. Natrium- und Kaliumadipat, Tetrahydroxyadipinsäure und deren Salze sowie Salicylsäure. Zur Verwendung in den erfindungsgemäßen Mischungen mit löslichem Sulfat sind nur solche organischen Abbindeverzögerer geeignet, die leicht von dem Tricalciumaluminat adsorbiert werden.
Das Gewichtsverhältnis von organischen Abbindeverzögerern zu löslichem Sulfat beträgt in den erfindungsgemäßen Mischungen im allgemeinen 6:1 bis 1:2. Bei Verwendung von Abbindeverzögerern des Lignosulfonsäuretyps werden Gewichtsverhältnisse von 6:1 bis 1:1 bevorzugt, bei Verzögerern des Glukonsäuretyps Gewichtsverhältnisse von 6:1 bis 1:2 und bei Verzögerern des Adipinsäure- und Tetrahydroxyadipinsäuretyps von 3: 1 bis 1:1.
Neben den erfindungsgemäßen Abbindeverzögerungsmitteln können in die Betonmischungen auch andere auf dem Fachgebiet gebräuchliche Zusatzstoffe, wie beispielsweise Lufteinschlußmittel, eingearbeitet werden, solange sie die Verzögerungswirkung der Mittel nicht stören.
Das erfindungsgemäße Verzögerungsmittel wird dem Beton vorzugsweise als wäßrige Lösung zugesetzt. Es kann extra zugesetzt werden, jedoch wird es vorzugsweise mit dem Mischungswasser eingebracht. Es ist leicht ersichtlich, daß der Feststoffgehalt einer das erfindungsgemäße Verzögerungsmittel enthaltenden Lösung über einen weiten Bereich variiert werden kann. Vorzugsweise wird das Verzögerungsmittel in einer 35 Gewichtsprozent Feststoffe enthaltenden Lösung verwendet.
Obgleich es zweckmäßiger ist, den organischen Abbindeverzögerer und das lösliche Sulfat der Zementmischung zusammen in Form eines Gemisches zuzusetzen, können die beiden Komponenten auch getrennt zugesetzt werden, wenn die Zugabe ohne wesentlichen Zeitverlust erfolgt. Wenn der gebräuchliche organische Abbindeverzögerer zuerst und das lösliche Sulfat erst nach Ablauf von einer Minute zugesetzt wird, tritt die vorteilhafte Wirkung des löslichen Sulfats nicht ein.

Die folgenden Mischungen werden besonders bevorzugt:

Gewichtsteile

A. Natriumlignosulfonat ......... . . .. . 4

Natriumsulfat .................... 1

B. Natriumglukonat ................. 6

Natriumsulfat .................... 5

C. Natriumadipat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

Natriumsulfat .................... 1

D. Natriumtetrahydroxyadipat ........ 2

Natriumsulfat .................... 1

Diese Mischungen werden dem Zement vorzugsweise in Form wäßriger Lösungen zugesetzt.

Die in den folgenden Beispielen aufgeführten Betonmischungen enthielten jeweils 306 kg Portlandzement Typ I pro Kubikmeter. Jeder Ansatz wurde durch Einstellung des Gewichtsverhältnisses von Wasser zu Zement bis zum gleichen Formbarkeitsgrad gemischt, welcher nach dem Konsistenztest nach ASTM C 143 gemessen wurde. Die Konsistenz aller Betonmischungen lag im Bereich von etwa 10 bis 11 cm. Von jedem Ansatz wurden zur Messung der Druckfestigkeit nach ASTM C 192-62T Zylinder von 10 - 20 cm hergestellt. Weiterhin wurde von jedem Ansatz die Zeit bis zum vollständigen Abbinden nach ASTM C403-62 bestimmt. Die in den einzelnen Beispielen verwendeten Mengen Abbindeverzögerer oder Abbindeverzögerermischungen sind in Gewichtsprozent, bezogen auf trockenem Zement, angegeben. Die Zusätze wurden im Mischungswasser gelöst zugegeben.

Die folgenden Beispiele dienen der Erläuterang der erfindungsgemäßen Abbindeverzögerungsmittel und ihrer Wirkung bei der Verwendung in Zementmischungen.

Tabelle 1

Zeit bis zum Verlängerung

Zusatz der Abbinde- Druckfestigkeit

Abbindeverzö erer Gewichts- Verhältnis vollständigen in kg/cm=

Beispiel g Wasser Abbinden verzögerung

Nr. oder prozent z gegenüber

Verzögerungsmittelmischung bezogen Zement Stunden Vergleichsansatz nach ( nach

auf Zement Minuten Stunden: Minuten Tagen 28 Tagen

1 ohne (Vergleichsansatz) ... - 0,60 5: 10 - 169 340

2 Lignosulfonsäure ......... 0,20 0,55 6:30 1:20 212 371

3 Lignosulfonsäure ......... 0,20 0,53 7:50 2:40 225 391

Natriumsulfat ............ 0,05

4 Calciumlignosulfonat ....... 0,20 0,55 6:40 1:30 213 380

5 Calciumlignosulfonat ....... 0,20 0,53 8 : 00 2:50 228 400

Natriumsulfat ............ 0,05

6 Calciumli.gnosulfonat ....... 0,20 0,53 8: 10 3 : 00 233 391

Kaliumsulfat ............. 0,05

7 Natriunflignosulfonat ....... 0,20 0,56 6: 35 1:25 205,4 377

8 Natriumlignosulfonat ..... . . 0,20 0,52 7:45 2: 35 218 394

Natriumsulfat ............ 0,05

9 Natriumlignosulfonat ....... 0,20 0,52 8: 00 2:50 220 403

Ammoniumsulfat ......... 0,05

10 Ammoniumlignosulfonat .... 0,20 0,56 6:45 1:35 194 355

11 Ammoniumlignosulfonat .... 0,20 0,53 8: 10 3:00 234 389

Natriumsulfat .. . .......... 0,05

Aus Tabelle 1 geht hervor, daß im Vergleich zu den normalerweise mit Abbindeverzögerern vom Lignosulfonattyp erzielten Ergebnissen durch die erfindungsgemäßen Verzögerungsmittelmischungen das Wasser-Zement-Verhältnis weiter verringert, die Abbindezeit weiter verlängert und die Druckfestigkeit nach 7 und 28 Tagen weiter erhöht wird.

Tabelle 2

Zeit bis zum Verlängerung

Zusatz der Abbinde- Druckfestigkeit

bbinde-

Verhältnis vollständigen x

Abbindeverzögerer Gewichts- verzögerung in kg/cm

Beispiel oder prozent Weser Abbinden gegenüber

Verzögerungsmittelmischung bezogen Zement Stunden Vergleichsansatz nach nach

auf Zement Minuten Stunden:Minuten 7 Tagen 28 Tagen

12 ohne (Vergleichsansatz) ... - 0,60 5: 00 - 170 337

13 Glukonsäure ............. 0,06 0,58 7:50 2:50 213 378

14 Glukonsäure ............. 0,06 0,57 8:50 3:50 234 391

Natriumsulfat ............ 0,05

15 Natriumglukonat . . . . . . . . . . . 0,06 0,58 8:00 3 : 00 210 369

16 Natriumglukonat . . . . . . . . . . . 0,06 0,57 9 : 10 4 : 10 242 398

Natriumsulfat ............ 0,05

17 Natriumglukonat . . . . . . . . . . . 0,06 0,57 9:20 4:20 236 398

Kaliumsulfat ............. 0,05

18 Natriumglukonat . . . . . . . . . . . 0,06 0,57 9 : 10 4 : 10 240 395

Ammoniumsulfat ......... 0,05

19 Kaliumglukonat .......... 0,06 0,58 7:45 2:45 205 368

20 Kaliumglukonat .......... 0,06 0,57 9:00 4:00 231 389

Kaliumsulfat ............. 0,05

21 Kaliumglukonat .......... 0,06 0,57 9:30 4:30 234 391

Natriumsulfat ............ 0,05

Aus Tabelle 2 gehen die vorteilhaften Wirkungen der erfindungsgemäßen Verzögerungsmittelmischungen bei Verwendung von Verzögerern vom Glukonattyp hervor. Im Vergleich zu bekannten Betonmischungen weisen die erfindungsgemäße Verzögerungsmittel enthaltenden Betonmischungen ein geringeres Wasser-Zement-Verhältnis, eine längere Abbindezeit und eine höhere Druckfestigkeit nach 7 und 28 Tagen auf.

Tabelle 3

Zeit bis zum Verlängerung

Zusatz der Abbinde- Druckfestigkeit

Abbindeverzögerer Gewichts- Verhältnis vollständigen verzö erun in kg/cm

Beispiel oder rozent Wasser Abbinden g g

Nr. Verzögerungsmittelmischung bezogen Zement Stunden @e gleichsansatz nach nach

auf Zement Minuten Stunden:Minuten Tagen 28 Tagen

22 ohne (Vergleichsansatz) ... - 0,60 5: 30 - 167

343

23 Adipinsäure ............... 0,10 0,58 8:00 2: 30 198 375

24 Adipinsäure ............... 0,10 0,57 8:50 3:20 220 395

Natriumsulfat ............ 0,05

25 Natriumadipat ............. 0,10 0,57 7: 50 2: 20 201 381

26 Natriumadipat . . .. . . . . .... . 0,10 0,57 8:45 3:15 221 391

Kaliumsulfat ............. 0,05

27 Kaliumadipat .............. 0,10 0,58 8:10 2: 40 199 376

28 Kaliumadipat .............. 0,10 0,57 9:00 3:30 213 398

Natriumsulfat ............ 0,05

29 Tetrahydroxyadipinsäure .. 0,10 0,57 7:45 2:15 195 375

30 Tetrahydroxyadipinsäure .. 0,10 0,57 8:45 3:15 228 391

Ammoniumsulfat ......... 0,05

31 Natriumtetrahydroxyadipat. . 0,10 0,58 8 : 10 2:40 207 368

32 Natriumtetrahydroxyadipat.. 0,10 0,57 9:15 3:45 231 385

Natriumsulfat ............ 0,05

33 Natriumtetrahydroxyadipat . . 0,10 0,57 9 : 00 3 : 30 239 383

Kaliumsulfat .............. 0,05

Aus Tabelle 3 gehen die vorteilhaften Eigenschaften hervor, die Beton mit den erfindungsgemäßen Verzögerungsmittelmischungen bei Verwendung von Verzögerern vom Adipattyp verliehen werden.

Claims

Patentansprüche: 1. Verzögerungsmittel für das Abbinden von Betonmischungen, welche einen organischen Abbindeverzögerer für die Tricalciumsilikatkomponente des Zements enthalten, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß sie außerdem ein wasserlösliches Sulfat enthalten.
2. Mittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie Natrium-, Kalium- oder Ammoniumsulfat als lösliches Sulfat enthalten.
3. Mittel nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie den organischen Abbindeverzögerer und das lösliche Sulfat im Gewichtsverhältnis von 6: 1 bis 1: 2 enthalten.
4. Mittel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie Lignosulfonsäure oder ein lignosulfonsaures Salz als Abbindeverzögerer enthalten und das Gewichtsverhältnis 6:1 bis 1:1 beträgt.
5. Mittel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie Adipinsäure, Tetrahydroxyadipinsäure oder ein Salz dieser Säuren als Abbindeverzögerer enthalten und das Gewichtsverhältnis 3: 1 bis 1:1 beträgt.
6. Mittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie 4 Gewichtsteile Natriumlignosulfonat und 1 Gewichtsteil Natriumsulfat enthalten.
7. Mittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie 6 Gewichtsteile Natriumglukonat und 5 Gewichtsteile Natriumsulfat enthalten. B.
Mittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie 2 Gewichtsteile Natriumadipat und 1 Gewichtsteil Natriumsulfat enthalten.
9. Mittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie 2 Gewichtsteile Natriumtetrahydroxyadipat und 1 Gewichtsteil Natriumsulfat enthalten.
10. Mittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie, bezogen auf das Gewicht des trockenen Zements, 0,02 bis 0,10%, vorzugsweise höchstens 0,05 oh, wasserlösliches Sulfat enthalten.