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Verfahren zur Herstellung von Zementmörtel und Beton mit hochgesteigerten
Festigkeitseigenschaften Plastifizierungsmittel, mittels deren außer der Verbesserung
der Verarbeitbarkeit auch noch hochgradige Festigkeitssteigerungen erzielt werden
können., besitzen für die Herstellung von Zementmörtel und Beton besonderes Interesse.
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Aus der unübersehbaren Vielzahl von synthetischen Netz. und Schaummitteln
von anion- und kationaktiver oder auch nichtionogener Natur, wie sie hauptsächlich
für textile Verwendungszwecke erzeugt werden, hat sich als Plastifizierungsmittel
für Zementmörtel und Beton nur eine verschwindend kleine Anzahl praktisch als geeignet
erwiesen; aber auch diese wenigen Stoffe entbehren bei mehr oder minder stark ausgeprägter
Luftporenwirkung wesentlicher festigkeitssteigernder Eigenschaften.
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Unter nichtionogenen Netz- und Schaummitteln versteht man solche,
in welchen sich hydrophobe Gruppen, wie z. B. Alkyl-, Aryl- oder Alkylarylreste,
mit wasserlöslichmachenden hydrophilen Gruppen von Art der Polyglykole, Polyglycerine
oder Kohlenhydrate zu chemisch indifferenten Molekülen verbunden haben.
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Bei der Herstellung der praktisch benutzten nichtionogenen Plastifizierungsmittcl
bedient man sich zur Einführung der hydrophilen Gruppen ausschließlich der Alkylenoxyde,
insbesondere des Äthylenoxydes. Ein weitreichendes Plastifizierungsvermögen liegt
nur vor, wenn die den hydrophoben Rest bildenden aliphatischen Komponenten, wie
beispielsweise Fettsäuren oder Fettalkohole, Kohlenstoff-Kettenlängen von mindestens
12 C-Atomen aufweisen oder die den hydrophoben Rest bildenden aromatischen Komponenten,
wie beispielsweise Phenole, einen etwa entsprechenden, gegebenenfalls auf Alkylgruppen
miterstreckten Mindestgehalt an C-Atomen besitzen.
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Die praktisch benutzten nichtionogenen Plastifizie@ rungsmittel besitzen
bei hinreichender Plastifizierungswirkung und fehlender festigkeitssteigernder Wirksamkeit
mehr oder minder ausgeprägte Luftporenwirkungen und verursachen daher bei geringer
Überdosierung bereits erhebliche Festigkeitsminderungen.
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Die geschilderte Sachlage macht verständlich, warum die nichtionogenen
Plastifizierungsmittel auf dem Gebiet des Betons bisher noch keine maßgebliche Bedeutung
erlangen konnten.
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Wie gefunden wurde, gelangt man zu überraschend festigkeitssteigernd
wirkenden Plastifizierungsmitteln, wenn zu Zementmörtel oder Beton oder deren Bestandteilen
vor oder bei der Verarbeitung die Kombination von nichtionogenem Plastifizierungsmittel,
organischer Aminbase von Art der Aldehyd-Amin-Kondensationsprodukte und Hydroxylgruppen
enthaltender organischer Säure, als solcher oder in Salzform, zugesetzt wird, wobei
vorzugsweise der Anteil an nichtionogenem Plastifizierungsmittel mindestens so groß
wie derjenige von Aminbase oder organischer Säure und der Gesamtzusatz, auf Zement
berechnet, höchstens auf 0,2°/o bemessen wird, Als nichtionogene Plastifizierungsmittel
kommen hierbei die bereits obenerwähnten, durch Alkoxylierung von Alkyl-, Aryl-
und Alkylarylverbindungen erhältlichen Produkte in Anwendung. Es war nicht vorauszusehen,
daß die nichtionogenenPlastifizierungsmittel in der erfindungsgemäßen Stoffkombination
ein wesentlich anderes Verhalten zeigen würden als bei ihrer Alleinverwendung. Überraschenderweise
tritt aber die den nichtionogenen Plastifizierungsmitteln an sich zueigne Schaumwirkung
zurück, wenn außerdem ein Aldehyd-Amin-Kondensationsprodukt und eine Hydroxylgruppen
enthaltende organische Säure zugegen sind.
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Die erfindungsgemäßen Zusatzmittel besitzen, obwohl das nichtionogene
Plastifizierungsmittel Hauptbestandteil bleibt, nicht mehr die störenden Erscheinungen
einer unerwünschten Luftporenbildung. Vielmehr kann die Luftporenwirkung durch Menge
und Art der mitbenutzten Kombinationselemente nach Wunsch mehr oder weniger weitgehend
verringert und geregelt werden, Dabei erlangen die verfahrensgemäßen Stoffkombinationen
entgegen der unterstützenden Rolle, die der Luftporenbildung für die Betonplastifizierungbeigemessen
wird, bei erniedrigtem Luftgehalt sogar noch erhöhte Plastifizierungswirksamkeit.
Schließlich üben die erfindungsgemäßen Stoffkombinationen in unerwartetem Ausmaß
auch noch festigkeitssteigernde Wirkungen aus.
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Die erfindungsgemäßen Resultate waren nicht vorauszusehen. Zwar sind
sowohl die Aldehyd-Amin-Kondensationsprodukte, wie z. B. Hexamethylentetrarnin als
auch die hydroxylgruppenhaltigen organischen
Säuren, wie beispielsweise
Weinsäure, an sich auf diesem Gebiet bekannt. Hinsichtlich dieser beiden Stoffgruppen
ist jedoch festgestellt worden, daß jede von ihnen die Wirksamkeit eines Luftporenbildners
noch steigert und also die Luftporenbildung vermehrt. Aus dem Bekannten konnte daher
weder auf Luftporenminderung noch auf entsprechende Festigkeitsverbesserungen gefolgert
werden. Tatsächlich führt die erfindungsgemäße Stoffkombination zu 30- bis 400/0igen
und also überraschend hohen Festigkeitssteigerungen. Die verfahrensgemäße 3-Stoff-Rezeptur
verwirklicht daher den besonderen Fall der glücklichen Kombination.
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Als Aminbasen von Art der Aldehyd-Amin-Kondensationsprodukte gelten
erfindungsgemäß Produkte wie Hexamethylentetramin, Tricrotonylen-Tetramin, Furfurol-Ammoniak,
Butyraldehyd-Ammoniak, Acetaldehyd-Ammoniak, Benzaldehyd-Ammoniak (auch Hydrobenzamid
genannt), und entsprechende Alkylamin- bzw. Arylaminverbindungen von Aldehyden gemäß
deutschem Patent 947 866. Dieses Schutzrecht schlägt zur Steigerung der Güteeigenschaften
von Mörtel und Beton außer Hexamethylentetramin noch die analogen Kondensationsprodukte
vor, die sich von anderen Aldehyden und/oder auch von Ammoniakderivaten ableiten,
wie sie aus der Fachliteratur als Gruppe der »Aldehyd-Amin-Kondensationsprodukte<c
zu entnehmen sind. Als hydroxylgruppenhaltige organische Säuren stehen beispielsweise
Weinsäure, Citronensäure, Glukonsäure, Zuckersäure (= Tetraoxyadipinsäure) oder
auch aromatische Säuren wie beispielsweise Salizylsäure, Phenolsulfosäuren in Betracht,
ohne daß diese Aufzählung Anspruch auf Vollzähligkeit erheben dürfte. Alle diese
Säuren können auch in Form ihrer Salze, gegebenenfalls auch in direkter Verbindung
mit den Aminbasen von Art der Aldehyd-Amin-Kondensationsprodukte, zur Anwendung
gelangen.
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Eine sehr wirkungsvolle weitere Verbesserung der neuen Stoffkombination
besteht in der Mitverwendung von sulfitiertem Gerbextrakt, welcher insbesondere
noch eine erhebliche zusätzliche Festigkeitssteigerung bewirkt. Zur Erzielung der
optimalen Zusatzmittelwirkung kann mitunter, und gerade auch bei der Mitverwendung
von sulfitierten Gerbextrakten, ein geringer Zusatz von Alkali- oder Erdalkalioxyden
bzw. -hydroxyden sehr dienlich sein.
Im Teil B der Versuchstabelle wird dagegen ersichtlich, daß die
Gesamtwirkung der erfindungsgemäßen Stoffkombination über die aus den Einzelwirkungen
zu errechnenden additiven Wirkungssummen weit hinausgeht. Der aus dem Versuchsteil
A ersichtlichen summarischen. Wassereinsparung der Versuche 2 bis 4 von insgesamt
9,7 °/o steht im Versuchsteil B, Versuch 5, die Wassereinsparung von 10,9 °/o gegenüber.
Wiederum zeigt der Vergleich der Luftgehalte, daß an Stelle der im Versuchsteil
A aus den Einzelwirkungen additiv errechenbaren Luftzunahme von (2,7 0,3 + 0,2 °/o
=) insgesamt 3,2 °/o im Versuchsteil B bei der Stoffkombination, Versuch 5, überhaupt
keine Erhöhung des Luftgehaltes gegenüber dem 0-Versuch eingetreten ist, vielmehr
sogar eine praktisch allerdings unerhebliche Verminderung. Schließlich zeigt die
Versuchstabelle für die Kombinationselemente 2 bis 4 in Zusammenrechnung der einzelnen
damit erzielbaren Festigkeitssteigerungen den Summenbetrag von (-0,9 5,5 + 4,8 °/o
=) 9,4 °/a, für die erfindungsgemäße Stoffkombination im Versuch 5 jedoch die unerwartet
hohe Festigkeitssteigerung von 31,7 °/o, die sich durch Hinzunahme weiterer festigkeitssteigernder
Additive wie sulfitierter Gerbextrakte (Versuch 6) bis über 40 °/o steigern läßt.
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Die Versuchsergebnisse belegen Festigkeitserhöhungen, die mit nichtionogenen
Plastifizierungsmitteln nach bisherigem Erfahrungsstande unerreichbar waren. Dabei
können bei reichlicherer Dosierung der bei den Versuchen noch knapp bemessenen festigkeitserhöhenden
Kombinationselemente auch noch höhere Festigkeitszunahmen erzielt werden. Derartige
Festigkeitsverbesserungen bedeuten unter anderem, daß zur Erzielung von Mörtel oder
Beton von bestimmter Festigkeit eine erhebliche Zementeinsparung und damit maßgebliche
wirtschaftliche Vorteile erzielt werden können.
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Die erfindungsgemäßen Stoffkombinationen auf der Grundlage nichtionogener
Plastifizierungsmittel umschließen noch gewichtige weitere Vorteile. In Betonversuchen,
welche über die üblichen Prüftermine von 28 Tagen oder 3 Monaten hinaus über mehrere
Jahre fortgeführt wurden, ist festgestellt worden, daß die nichtionogenen Plastifikatoren,
wohl auf Grund ihrer indifferenten Natur, zu den wenigen Zusatzmitteln gehören,
welche ein ständiges Weiterwachsen der Beton-Festigkeitseigenschaften gewährleisten.
Die Mehrzahl ionogener Plastifizierungsmittel, die zwar auf Grund verbesserter 28-Tage-
oder 3-Monats-Festigkeiten sehr geeignet zu sein scheinen, entbehren solcher weiterreichenden
und für die Dauerhaftigkeit von Bauwerken wichtigen Eigenschaften weitgehend oder
vollständig, so daß der zunächst zu beobachtende Festigkeitsanstieg nach nicht allzu
langer Zeit zum Stillstand kommen oder sogar rückläufig werden kann. Auch insoweit
besitzen die erfindungsgemäßen Stoffkombinationen bedeutende, über den Stand der
Technik hinausführende Vorteile.