DE1471153A1 - Zusatzmittel fuer Moertel und Beton - Google Patents

Description

Zusatzmittel für Mörtel und Beton

Beton ist bekanntlich ein Massenbaustoff, der im Hoch-,
Tief- und Ingenieurbau verwendet wird. Steigende Anforderungen, die an das Baumaterial von selten der Technik und Industrie gestellt werden, stellen die Aufgabe, die Eigenschaften des Materials zu verbessern. Höhere Ansprüche werden an den Beton vor allem hinsichtlich erhöhter Festigkeiten und verbesserter Korrosionsbeständigkeiten gestellt. Diese Aufgabe wird in zunehmendem Maße mit Zusatzmitteln gelöst, die dem Beton bzw. dem Mörtel beigemischt werden.

Solche Zusatzmittel sind zum Teil Stoffe, die In geringer M' nge zugemischt werden und die Verarbeitbarkeit durch eine plastifizierende Wirkung verbessern. Dadurch ist die Einsparung eines Teiles des Anmachwassers möglich. In der Regel arbeitet man bei Betonmischungen mit einem Wasser-Zement-Verhältnis, das über 0,5-1 liegt. Für das Abbinden des hydraulischen Bindemittels benötigt man jedoch nur einen Wasserzusatz von 0,2 Gew.-Teilen, bezogen auf 1 Gew.-Teil Zement. Das überschüssige Wasser dient nur zur Plastifizie-

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rung, d.h. Verflüssigung und damit der Verbesserung der Verarbeitbarkeit. Die Uberschußwasser sammelt sich in dem erhärteten Beton in Hohlräumen, wie Kapillaren, Poren und Blasen usw., an. Nach dem Aushärten und Austrocknen des Betons bleiben Hohlräume zurück, durch welche die Festigkeit des Betons herabgesetzt wird. Die plastif!zierenden Zusatzmittel ermöglichen, den überschüssigen Wasseranteil 'zu verringern und dadurch ein kompakteres Gefüge zu erhalten. Eine Erhöhung der Endfestigkeit ist die Folge. Als solche Verflüssiger sind u.a. Ligninsulfonate, Resinate, oxalkylierte Kohlenwasserstoffe, Alkohole, Sulfonate und ähnliche Stoffe bekannt.

Andere Zusatzmittel haben als Dichtungsmittel die Aufgabe, den Beton abzudichten und zu verhindern, daß aggressive Wässer in das Material eindringen können. Diese Zusätze werden bei Betonen angewandt, die aggressivem Wasser oder Grundwasser ausgesetzt werden. Als Dichtungsmittel sind z.B. Metallseifen und Stoffe wie Puzzolane bekannt.

In zunehmendem Maße versucht man, durch weitere Zusatzmittel die Betonqualität und die Eigenschaften des Festmörtels zu erhöhen. Dabei verwendet man auch Kunstharzdispersionen. Diese Kunstharzdispersionen sollen beim Austrocknen des Betons und Mörtels ein festes Gefüge bilden, das die Eigenschaften in Bezug auf Dichtigkeit und Festigkeiten des Betons wesentlich verbessert. Daß die bisher vorgeschlagenen Kunstharzdispersionen sich bislang jedoch noch nicht in größerem Maße in der Praxis durchsetzen konnten und im wesentlichen nur in Spezialfällen eingesetzt werden, liegt vor allem daran,

daß sehr große Zusatzmengen erforderlich sind. In der Fachliteratur wird ausdrücklich v· rmerkt, daß Zusatzmengen von mindestens 10 % Feststoff, bezogen auf das Bindemittel, erforderlich sind (vergl. z.B. belgische Patentschrift 618.479).

Ein Teil der Dispersionen wirkt andererseits stark schäumend und führt bei Zusatz zu den Mörtel- bzw. Betonmischungen zu einer starken Erhöhung der Luftgehalte. Dadurch wird die Endfestigkeit ungünstig beeinflußt. Dieser Nachteil wird oft dadurch umgangen, daß man an der Baustelle mit mehreren Komponenten arbeitet und neben der Dispersion noch zusätzlich Entschäumer beifügt. Derartige Maßnahmen erschweren und verzögern aber den Arbeitsablauf, besonders bei Massenbauten, die einen raschen und unkomplizierten Mischvorgang erfordern.

Auch eine hohe Quellbarkeit des Kunstharzes in Wasser wirkt sich oft nachteilig aus, da hierbei Gefügestörungen auftreten und die Festigkeit der Kunstharz enthaltenden Mörtel- bzw. Festbetone erniedrigt wird.

Ein besonders ins Gewicht fallender Nachteil der bisher eingesetzten Kunstharzdispersions-Mittel besteht in der durch die Alkalität des Bindemittels (Zement bzw. Kalk) möglichen Verseifung. Kunststoffe, die durch Verseifung Säurereste abspalten, schaffen zusätzlich korrosive Bestandteile. Diese abgeseiften Säurereste, z.B. Essigsäurereste, Proplonsäurereste, Chlorionen, greifen die Armierungseisen im Beton an. Diese Aggressivität ist besonders bei vorgespanntem Beton außerordentlich schädlich und kann zu schweren Schaden führen. Die anfänglich höheren Beständigkeiten des Betons bzw. Mörtels gegen aggressive Wässer werden bei Verwendung der bisher gebräuchlichen verseifungsanfälligen Dispersionen vermindert.

Es wurde nun gefunden, daß Zusatzmittel für Mörtel und Beton in Form wäßriger Kunststoffdispersionen, die gegebenenfalls bekannte Emulgatoren und Entschalungsmittel enthalten, die aufgezeigten Machteile nicht aufweisen, wenn der Kunststoffanteil dieser Zusatzmittel gemäß der Erfindung aus einem Mischpolymerisat auf der Basis von Styrol und Acrylnitril besteht.

Bevorzugt werden Dispersionen verwendet, bei denen der Kunststoffanteil ein Mischpolymerisat ist, das die Komponenten Styrol und Acrylnitril in einem Gewichtsverhältnis von 60 bis 90 Teilen Styrol und 4o bis 10 Teilen Acrylnitril enthält. Besonders geeignet sind Mischpolymerisate mit einem Verhältnis von 77 Teilen Styrol zu 2> Teilen Acrylnitril.

Es können Mischpolymerisate verwendet werden, die ausschließlich aus den Komponenten Styrol und Acrylnitril aufgebaut sind. Die Eigenschaften der erfindungsgemäßen Zusatzmittel können jedoch noch verbessert werden, wenn das Mischpolymerisat neben Styrol und Acrylnitril noch 0,1 bis 5 %> insbesondere aber 0,1 bis 1,5 % einer copolymerisierbaren Komponente mit saurer Funktion, beispielsweise einer polymerisierbaren, ungesättigten Carbon-, SuIfon- oder Phosphonsäure enthält. Bevorzugt wird Acrylsäure.

Es ist zweckmäßig, den erfindungsgemäßen Zusatzmitteln schon bei der Herstellung ein Entschäumungsmittel zuzusetzen. Derartige Zusätze sind z.B. aus der deutschen Patentschrift (Patentanmeldung F 40 367 IVb/59c) bekannt. Beispielsweise kann ein Gemisch aus 2 Teilen Oleylamin + 8 AeO und j5 Teilen Triöleylphosphat hierfür Verwendung finden.

Die Dispersionen gemäß der Erfindung können ferner in bekannter Weise ionogene und nicht-ionogene oberflächenaktive Substanzen, beispielsweise ionogene Emulgatoren in Mengen von 2 bis 9 %, vorzugsweise 2 bis 5 %, bezogen auf den Kunststoff gehalt, oder oxäthylierte Phenole enthalten.

Ihre Oberflächenspannung soll zwischen J)Q und 40 dyn/cm, insbesondere zwischen 52 und jj6 dyn/cm, liegen. Die Teilchengröße soll 0,05 bis 0,3 u, vorzugsweise 0,1 bis 0,15 ju, betragen, Der Feststoffgehalt der Dispersionen kann in weiten

Grenzen beliebig eingestellt werden. Jedoch ist es vorzuziehen, einen Peststoffgehalt von 40 bis 45 % zu wählen. Ein von der Polymerisation herrührender geringer Gehalt an Monomeren stört die nach der Erfindung erzielbaren Eigenschaften grundsätzlich nicht. In besonderen Fällen kann ohne Nachteil der Restmonomerengehalt nach üblichen Verfahren chemisch oder physikalisch entfernt werden.

überraschenderweise bewirken schon Zusatzmengen von ca. 2,5 % an Mischpolymerisat, bezogen auf das Bindemittel, etwa die gleichen Festigkeiten wie etwa 10 % der bisher gebräuchlichen Zusatzmittel (vergl. z.B. "Kunststoffe", Band 55, Heft 7, Seite 421 ff. (1963)). Wesentliche Verbesserungen gegenüber den Eigenschaften der Null-Mischung erhält man darüberhinaus auch schon durch Zusatz geringerer Mengen.

Dies ist besonders deshalb vorteilhaft, weil eine Überdosierung von Kunststoffdispersion sich unter Umständen wieder nachteilig auf die Eigenschaften des Betons oder Mörtels auswirken kann. Im vorliegenden Fall besteht jedooh wegen der verhältnismäßig geringen erforderlichen Zusatzmengen kaum die Gefahr der Hberdosierung.

Es ist ferner als überraschend anzusehen, daß ein Mörtel bzw. ein Beton mit dem Zusatzmittel, welches Gegenstand der Erfindung ist, in Abhängigkeit von der Konzentration an Mischpolymerisat gleichzeitig plastifiziert, verfestigt und abgedichtet werden kann.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Zusatzmittel gemäß der Erfindung liegt darin, daß die Mischpolymerisat-Dispersionen unter dem Einfluß der Alkalität des Bindemittels, d.h. des Zements im Beton und des Zements bzw. Kalks im Mörtel, keine schädlichen Stoffe bilden, d.h. insbesondere keine anorganischen oder organischen Saurereste, wie Acetat-, Propionat-

Reste, oder Chlor-, Sulfat- oder Nitrat-Ionen in Freiheit setzen. Die Zusatzmittel sind frei von korrosionsfordernden Stoffen, die zu einer Korrosion der Armierungseisen führen könnten. Die erfindungsgemäß zu verwendenden Mischpolymersat-Dispersionen sind ferner leicht zugänglich und stehen daher ohne Schwierigkeiten in großer Menge zur Verfügung.

Aus dem plastifizierenden Effekt der Zusatzmittel gemäß der Erfindung ergibt sich eine wesentliche Ersparnis an Anmachwasser. Es ist vorteilhaft, daß dabei keine Luftporen in das Gemisch eingeführt werden. In vielen Fällen ist der Luftgehalt niedriger als der der Null-Mischung.

Nach dem Austrocknen sind die Mischpolymerisate gemäß der Erfindung im Beton bzw. Mörtel nicht quellbar. Sie eignen sich also auch für den Einsatz bei Massenbeton und armiertem Beton vorzüglich. Ihre Wasseraufnahme liegt unter 1 %'.

Die Chemikalienbeständigkeit der Mischpolymerisate in den Dispersionen gemäß der Erfindung ist recht gut. Sie sind beständig gegenüber aliphatischen Kohlenwasserstoffen, Benzin, Mineralölen, soweit diese frei von Aromaten sind, vegetabilen ölen oder Fetten - mit Ausnahme von Terpentinöl - und Alkoholen, wie Äthanol, Glycerin, Isopropanol. Thermisch sind die Mischpolymerisate bis ca. 90⁰C formbeständig. Sie bilden in wäßriger Dispersion gemäß der Erfindung bei Raumtemperatur keinen Film.

Den im folgenden angeführten Beispielen liegt eine nach bekannten Verfahren erhaltene wäßrige Dispersion eines Mischpolymerisats auf der Basis von Styrol und Acrylnitril zugrunde. Die jeweilige Zusammensetzung ist in den Tabellen angegeben. Die Teilchengröße beträgt ca. 0,1 ρ (elektronenmikros'kopisch bestimmt). Der Feststoff gehalt liegt bei ca. 45" $>.

¹ - 7 -

9 0 9 8 1 ü 7 ü 7 j b

Beispiel 1, KSrtel.

1 GT Portiana zement 275 : 3 Gl¹ Zuschlagstoff (bis 7 mm) : 0,45 G- Anrmchnaoser

Chemische Zu-j?estsamaensetcun^ J 3 to f ία.Dispersion gehalt

Luul^atorinerigc und -zuaannien-

Susatz

v.Disp.-

feststoS;

bezogen

auf Ze-'

mentgew.

Zusatz von

V/asc ereinspa-

eilt 3 cliliunungsnittel rung u.Zusaimnen-3cts£:. ,be-

2030η auf

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Vd3breit- · j-uf t-

Vol.:'

ieit nach
i'g. 28

Druckfest, keit nach 7 2g. 2a ?euchtla£n rung ₂ kg/cm

• ohne 11,5/11,8! 5,9 78.9 82.0

458. 590

Styrol 77 Gi¹ Acryl nitril 23 C-2 Acrylsäure + ca. 0,1 QI mit wäßrigen Ammoniak auf pH 9 eingestellt

,to Ti

.Inionischer Enulga- !tor:3^

1,0 si

2,5 ■;

TOi r.:ibch 2 02 Oleylamin +

irony1-

jphenol· $?» 5,0 ,1

ι oxäthylieiti

B ülol AcO u. 16 ;ί 3 C-S 2rioloylphoophat 25 ;

11,3/11,6 5,4

11,6/11,7^ 5,3

11,9/11,9 5,3

75-6 . 83.0

80.5 '84.2

84.7 87.0.

479 630

498 642 507 654

CrT Portlandzement

Chemische Zu

275 ι

-

6 GT Zuschlagstoff (bit

Zusatz

ϊ 30 sos, Sieblinie

•

> E) : 0,

O /3

5 GT Anmachvrasser

Luft

<£

Druckfestigkeit

7 Tg.

28 Tg.

ι

■

e

r.

sammensetzung

Pest

Estulgator-

Ton

Entschäumermenge

■ -

Wasser-

i 12 55

Ausbreit-

gehalt

• 7»

nach

Feuchtlagerung

386

d. Dispersion

stoff

menge und

Dlsp.-

und -zusammen

10 S^ llischg. aus

eins'pa-

18 fo

laaß

V 1

. kg/cm"

422

*

gehalt

-zusammen

Pest-

setzung

2 GT-Oleylamin + 8 LIoI AeO und 3 GT Trioleyl- phoephat

rung

465 <*

setzung

stoff, bezo

7 Ji

cm

481

gen auf

Zement

■

14- 5» lüschg. aus

13 fo

6

272

426

gewicht

2 GT Oleylamin + A ΨΨ TI β ^1 · J

"18 #

0

329

ohne

8 Mol AeO und 3 GT Trioleyl- phosphat

3,

8

344

424

—

Styrol 77 GT

-

1,0 $>

-

39/38

3,

9

397

462

Acryl nitril 23 GT Acryl säure" + ca. 0,1 GT

42 ?»

Anionischer

2,5 fa

■ ■

40/40

2:

mit wä3rigem Aanoniak auf

Emulgator: Honylphenol oxäthyliert: 6 ^

5,0 $>

40/39

1,

7

321

pH 9 eingest.

-

40/40

Styrol 65 GT

' 1,0 fo

2,

7

353

)

Acryl nitril 35 GH

Anionischer

40/40

0

400 .

Acryl säure 0,1 GT o-mit wäßrige«.^

Emulgator: 3 f* .

2,5 £

1,

mtf Jl- V* rf rf *-[* τ 4ΐ τι Cmjfc CkULJL

ITonylphenol oxäthyliert: 6>

5,0. #.

39/39

3,

ορΗ 9 einreist.

39/40

CJl

Fw 4448

Beispiel 3, Dichtigkeitsprüfung

Die Durchführung der Dichtigkeitsprüfung erfolgte nach der in DIN 1048, Der Prüf»ortel wurde auf Filterplatten gespachtelt (Mörteldicke 10 mn).

Der Prüf»orte1 besaß folgendes Mischungsverhältnisι

1 GT Portlandzement 275 ι 3 GT Zuschlagstoff (Körnung bis 7 mm) : 0,5 GT Anmachwasser

14 - 16, beschriebenen Fora.

Chemische Zusammen-	Fest	Emulgator»«nge	Zusatz	Zusatz von Ent	Wasser	7 %	Ausbreit	Luft	Ergebnis d.
leetzung der Dis	stoff-	und -zusammen	von	schäumer, bezo	einspa		maß	gehalt	Dichtigkeiti
persion	gehalt	setzung	Disp.-	gen auf Fest	rung	13%	cm	Vol.%	prüfung (Auj
			Fest-	stoffgehalt					treten d. ei
			stoff,						sten Undich
			bezo			18%			tigkeit bei
			gen auf						atü Wasser
-			Zement					druck
Styrol/Acrylnitril/	mm	-	ohne	-	-	13,0/13,1	5,0	2,5 atü -J
Acrylsäure	43 %	3 % Anionischez	1,0 %	10 % Mischung	13,0/13,2	5,2	4 atü
77 t 23 ; ca. o,l		Emulgator +		aus
mit wäßrigem		6 % Nonylphenol	2,5 %	2 GT Oleylamin	13,0/13,1	4,9	7 atü
Ammoniak auf pH 9		oxäthyliert	5,0 %	+
eingestellt				8 Mol AeO und	13,3/13/2	5,2	10 atü
				3 GT Trioleyl-
			phosphat

- ¹⁰ - U71153

Wie aus den vorstehenden Beispielen hervorgeht, ermöglichen die Zusatzmittel gemäß der Erfindung, bei Wassereinsparungen bis zu 25 % das Ausbreitmaß in der gleichen Höhe zu halten und den Luftgehalt sogar noch etwas zu verringern. Dazu kommt die erhebliche Zunahme der Dichtheit des Betons nach Anwendung der Zusatzmittel gemäß der Erfindung (vergl. Beispiel 3). Diese Vorteile konnten mit den bisher bekannten Zusatzmitteln nicht erzielt werden.

909Ö12/U 7 j

Claims (5)

Patentansprüche t

1) Zueatzmittel für Mörtel und Beton in Form einer wäßrigen Kunststoffdispersion, die gegebenenfalls bekannte Emulgatoren und Entschäumungsmittel enthält« dadurch gekennzeichnet« daß der Kunststoffanteil aus einem Mischpolymerisat auf der Basis von Styrol und Acrylnitril besteht.

2) Zusatzmittel für Mörtel und Beton nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischpolymerisat die Komponenten Styrol und Acrylnitril im Verhältnis von 60 - 90 Gewichtstellen Styrol und 4o - 10 Oewichtsteilen Acrylnitril ■enthält.

3) Zusatzmittel für Mörtel und Beton nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischpolymerisat die Komponenten Styrol und Acrylnitril im Verhältnis von 77 Oewichtsteilen Styrol und 23 Oewichtsteilen Acrylnitril enthält.

4) Zusatzmittel nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischpolymerisat neben Styrol und Acrylnitril 0,1 bis 5, vorzugsweise 0,1 bis 1,5 Gewichts-^ einer mit Styrol und Acrylnitril mischpolymerisierbaren, ungesättigten Carbon-, Sulfon- oder Phosphorsäure enthält.

5) Zusatzmittel nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischpolymerisat neben Styrol und Acrylnitril 0,1 bis 5 Gewichts-%, vorzugsweise 0,1 bis 1,5 Gew.-% Acrylsäure enthält.

Un1m!?fpn m 7 ? I Ah₃. 2 Nr. I Satz 2 des Andcrun_3S0c₈. v. 4. ti. 1Π37)

909812/0735