DE1265022B - Verfahren zur Herstellung von Zementmoertel und Beton mit hochgesteigerten Festigkeitseigenschaften - Google Patents

Description

• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• Die geschilderte Sachlage macht verständlich, warum die nichtionogenen Plastifizierungsmittel auf dem Gebiet des Betons bisher noch keine maßgebliche Bedeutung erlangen konnten.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.

Claims (7)

1. Patentansprüche: 1. Verfahren zur Herstellung von Zementmörtel und Beton mit hochgesteigerten Festigkeitseigenschaften, dadurch gekennzeichnet, daß dem Mörtel oder Beton oder deren Bestandteilen, vor oder bei der Verarbeitung, die Kombination von nichtionogenem Netzmittel mit organischer Aminbase von Art der Aldehyd-Amin-Kondensationsprodukte sowie 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 0,20/, bemessen wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoffkombination unter Mitbenutzung von sulfitiertem Gerbextrakt in Anwendung gebracht wird.
3. 3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als nichtionogene Netzmittel die Äthoxylierungs- oder analoge Alkoxylierungsprodukte von Alkyl-, Aryl- oder Alkylarylverbindungen verwendet werden.
4. 4. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als hydroxylgruppenhaltige organische Säuren die Oxy- oder Polyoxycarbonsäuren, wie Glykolsäure, Weinsäure, Citronensäure, Glukonsäure, Zuckersäure bzw. Tetraoxyadipinsäure, oder auch aromatische Säuren, wie Sa'izylsäure, Phenolsulfosäuren, Anwendung finden.
5. 5. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Aminbasen von Art der Aldehyd-Amin-Kondensationsprodukte Stoffe wie Hexamethylentetramin, Tricrotonylen-Tetramin, Furfurol-Ammoniak, Butyraldehyd-Ammoniak, Acetaldehyd-Ammoniak, Benzaldehyd-Ammoniak und entsprechende Aldehyd-Amin-Verbindungen angewandt werden.
6. 6. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich geringe Beimengungen von Alkali- oder Erdalkalioxyden oder -hydroxyden in Anwendung kommen.
7. 7. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ergänzend Zusätze von gebräuchlichen plastifizierenden, festigkeitssteigernden, verzögernden oder beschleunigenden, lufteinführenden oder -ausscheidenden, dichtend oder sonstwie wirkenden Mitteln eingesetzt werden.