DE1646502C3 - Wasserabweisender Zement - Google Patents

Wasserabweisender Zement

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DE1646502C3 DE1646502A DE1646502A DE1646502C3 DE 1646502 C3 DE1646502 C3 DE 1646502C3 DE 1646502 A DE1646502 A DE 1646502A DE 1646502 A DE1646502 A DE 1646502A DE 1646502 C3 DE1646502 C3 DE 1646502C3
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Description

R7-C-COOH
in der die Reste R1, R2 und R3 unverzweigte Alkylgruppen und wenigstens einer der Reste eine Methylgruppe bedeuten, in einer Menge von 0,05 bis 2 Gewichtsprozent enthält.
2. Zement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt des Hydrophobierungsmittels 0,1 bis 0,5 Gewichtsprozent beträgt.
3. Zement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er zusätzlich 0,05 bis 0,5 Gewichtsprozent, vorzugsweise 0,1 bis 0,3 Gewichtsprozent, Paraffinöl oder Wachs enthält.
Durch die Bodenverfestigung wird die Tragfähigkeit eines Bodens erhöht, damit der Boden die durch verkehrsmäßige Belastung und Witterung bedingte Beanspruchung erfüllen kann. Die Tragfähigkeit eines Bodens kann entweder durch Zumischen anderer geeigneter Bodenarten oder aber durch Vermischen mit Zement erhöht werden. Nach dem Mischen muß der Boden dann unter Einhaltung des nach der bodenphysikalischen Prüfung ermittelten optimalen Wassergehaltes verdichtet werden. Eine der hierfür wichtigsten Prüfungen ist der sogenannte Proctor-Versuch, bei dem die Beziehungen zwischen dem Wassergehalt und dem Trockenraumgewicht eines gestörten Bodens bei konstanter Verdichtungsarbeit festgestellt werden. Das bei diesem Versuch erreichbare größte Trockenraumgewicht wird als Proctor-Dichte, der zugehörige Wassergehalt als günstigster (optimaler) Wassergehalt bezeichnet.
Bei der Bodenverfestigung mit Zement wird so viel Zement in den Boden eingemischt, daß die durch das Erhärten des Zementes verfestigte Schicht auch bei Wasser- und Frosteinwirkung fest bleibt. Neben ausreichender Festigkeit wird also auch Frostbesländigkeit gefordert.
Bei rolligen Böden mit keinem oder geringem Anteil unter 0,06 mm berühren sich die Körner gegenseitig, und an ihren Berührungspunkten treten Reibungskräfte auf, deren G'öße vom Druck abhängig ist. Bei der Verfestigung solcher Böden muß eine große Lagerungsdichte bzw. ein geringes Porenvolumen angestrebt werden. Der Zement hat hierbei die Aufgabe, die Berührungspunkte der einzelnen Körner zu verkitten und den Porenraum auszufüllen.
Bei bindigen Böden, die kein Traggerüst besitzen, beruht die Tragfähigkeit vornehmlich auf der Kohäsion. Da die Kohäsion sich mit dem Wassergehalt des Bodens ändert, hat ein bindiger Boden bei hohem Wassergehalt keine Tragfähigkeit mehr. Bei der Zementverfestigung solcher Böden umhüllt der erhärtete Zement die beim Mischen sich bildenden Bodenkrümel und verkittet diese gegenseitig. Durch die Umhüllung werden die Bodenkrümel mit einer harten Zementschale umgeben, die das Eindringen von Wasser in das Innere des Bodenkrümels verhindern soil. Bei ungenügender Schichtstärke und Festigkeit dieser Zementschale besteht die Gefahr, daß Wasser eindringt und die Zeroentscbate durch die quellfähigen Komponenten des Bodens gesprengt wird. Auf solche nachträgliche Zerstörung der Zementschale sind die in der Praxis vorkommenden Festigkeitseinbußen zurückzuführen.
Zur Verfestigung von rolligen und bintligen Böden wurden handelsübliche Zemente der Normenklassen Z 275, Z 375 und Z 475 verwendet. Diese Zemente erfüllen aber nicht in jedem Fall die Anforderungen, die an sie bei der Bodenverfestigung gestellt werden. Es hat sich erwiesen, daß die Verfestigung von gleichförmigen Sanden mit einem Ungleichkörnigkeitsgrad
Korndurchmesser bei 60% Siebdurchgang
Korndurchmesser bei 10% Siebdurchgang
und von bindigen Böden entweder nicht oder nur bei Verwendung eines hohen Zementzusatzes möglich ist.
Es ist bekannt, Zement bei seiner Herstellung wasserabweisende Stoffe zuzusetzen, um die Lagerfähigkeit des feingemahlenen Zements zu verbessern, so daß er in Säcken an der Baustelle ungeschützt gelagert werden kann, ohne unbrauchbar zu werden. Als Hydrophobierungsmittel sind verschiedene Carbonsäuren oder deren Salze auch im Gemisch mit Fetten. Phenolen usw. vorgeschlagen worden (deutsche Auslegeschrift I 239 605). Ebenso wurden als Hydrophobierungsmittel ölsäure (deutsche Patentschrift
1 109 587) oder Stearin- und Cetylalkohol (deutsche Auslegeschrifl 1 126 298) sowie eine natürliche Fcti:- säure, nämlich Stearinsäure (Zement-Kalk-Gips. 1959. S. 237) verwendet. Bei Einsatz dieser hydrophobierten Zemente für die Bodenverfestigung ist die Wirkung der Zusätze nicht immer zufriedenstellend, vor allem, weil natürliche Fettsäuren oder ihre Derivate im Boden durch Bakterienbefall abgebet werden.
Gegenstand der Erfindung ist ein wasserabweisender, für die Bodenverfestigung geeigneter, ein Hydrophobierungsmhtel enthaltender Zement, der als Hydrophobierungsmittel gesättigte, aliphatische Monocarbonsäuren mit insgesamt 9 bis 20 Kohlenstoffatomen der allgemeinen Formel
R2 C-COOH
in der die Reste R1, R2 und R3 unverzweigte Alkylgruppen und wenigstens einer der Reste eine Methylgruppe bedeuten, in einer Menge von 0,05 bis 2 Gewichtsprozent enthält.
Vorzugsweise beträgt die zugesetzte Menge 0,1 bis 0,5 Gewichtsprozent. Die erwähnten gcsiittigten. vorwiegend tertiären Carbonsäuren sind übliche Handclsproduktc. Sie werden aus Olefinen, Wasser und Kohlenoxyd unler dem Einfluß starker Säuren hergestellt.
Pie Carboxylgruppe ist bei 90% des Säuregemisches tertiär gebunden, bei 10% sekundär. Ein Teil der tertiären Säuren kann ringförmige Kohlenwasserstoffgerüste haben, und unter diesen treten bevorzugt Fünferringe auf.
Es hat sich überraschend gezeigt, daß die genannten vorwiegend tertiären Monocarbonsäuren als Zusatztnjttel zu Zement eine sehr gute wasserabweisende Wirkung mit hervorragenden Eigenschaften bei der Bodenverfestigung vereinen. Sie werden von Bakterien ün Boden nicht angegriffen, es kommt zu einer zügigen Festigkeitsentwicklung, und der verfestigte Boden behält auch auf die Dauer seine Festigkeit und Frostbeständigkeit.
Da hydrophobe Zemente allgemein stärker stauben als ein gleich fein gemahlener Portlandzement, empfiehlt sich ein Zusatz von Paraffinöi oder Wachs
in Mengen von 0,05 bi»0,5, vorzugsweise 0,1 bis 0,3 Gewichtsprozent, um das Stauben zu verhindern.
Die Herstellung des erfindungsgemäßen Spezialzementes kann durch gemeinsames Vermählen des Portlandzementklinkers mit den Zusatzstoffen in der Zementmühle oder aber durch nachträgliches Zumischen, insbesondere Aufsprühen der :ynthetischen Fettsäuren auf den gemahlenen Zement, erfolgen.
Die Vorteile dieses für die Verfestigung von Böden geeigneten Zementes seien an folgendem Beispiel näher erläutert:
Es wurde ein PZ 375 im Vergleich zu einem erfindungsgemäßen Zement, der einen Zusatz von 0,2% eines Gemisches tertiärer Monocarbonsäuren mit 9 bis 1! C-Atomen (Versatic 911R} enthielt, geprüft.
DieseZementehattenbeiderPrüfonffnachDIN 1164 folgende Eigenschaften:
Zement
PZ 375
PZ mit Zusatz
Beginn fciM; rren Ende 3 Taee
3/ Dr		 Festigkeilen 28 Tage
Bz Dr
Spe/ifiich·.· Sid. Std kp cm" kp cm"
< )berflüi;he ->2O V5 57 267 7 Taee
B/Dr		 86,474
Τ4Π V" Ol 275 kp cnr 82/473
3330 75/387
3330 73/398
Mit diesen beiden Zementen wurden zwei Bodenarten verfestigt, und zwar ein sandiger Boden mit einem Ungleichkörnigkeitsgrad von 2,5 und ein bindiger Boden. Der Zementzusatz betrug jeweils 10%, entsprechend einem Zementverbrauch von 25 kg/m2 bei einer Schichtstärke von 15 cm.
Zement
Druckfestigkeiten des verfestigten Sandbodens
40
PZ 375
PZ mit Zusatz
Gewichtsverlust
Sani1- bindiger
boden Boden
18
2
26
Druckfestigkeiten
Sandboden
kp'crn2
22
68
bindiger Boden kp cm2
Zement
PZ 375
ΨΖ mit Zusatz .
7 lage
kp cnr
47
59
2X Tage
kp cnr
58
74
Druckfestigkeiten des verfestigten bindigen Bodens
Zement 7 Tage
kp cm"		 :8 rage
kp cnr'
PZ 175 37
45		 52
67
PZ mit Zusatz
Bei gleichem Zementzusatz erhält man mit dem erfindungsgemäßen Zement bei beiden Böden eine um etwa 30% höhere Druckfestigkeit.
Die nach der ASTM-Vorschrift D 560 durchgeführten Frost-Tau-Prüfungen an 7-cm-Würfeln ergaben nach 25 Frost-Tau-Wechseln:
Nach der Frost-Tau-Behandlung betrug der Festigkeitsrückgang bei Verwendung von PZ 375 62 bzw. 73%: bei dem erfindungsgemäßen Zement betrug der Festigkeitsrückgang nur 8 bzw. 7%.
Bei dem mit dem hydrophoben Zement verfestigten Boden haben die obenerwähnten Zementschalen ein Eindringen von Wasser in den Kern verhindert, während durch die Portlandzement-Schalen Wasser eindrang und diese durch Quellung des Bodenkernes aufgesprengt wurden.
Die folgenden Ergebnisse von Versuchsreihen zeigen die Überlegenheit der erfindungsgemäßen Zusätze gegenüber bekannten Produkten. In langfristigen Versuchsreihen wurden hydrophobe Zemente gemäß der Erfindung mit Zementen verglichen, die bekannte Hydrophobierungsmittel enthielten. Die Ergebnisse dieser Versuche sind in der folgenden Tabelle zusammengefaßt. Die erfindungsgemäß unter Verwendung der stark verzweigten, vorwiegend tertiären gesättigten Monocarbonsäuren hergestellten Zemente Tür die Bodenverfestigung wurden mit Zementsorten v«rglichen, die nach der deutschen Auslegeschrift 1 239605 ein langkettiges Amin. nämlich Stearylamin, und nach »Zement-Kalk-Gips«, 1959, S. 237, eine Fettsäure, nämlich Stearinsäure, enthielten.
Es wurden Prüfkörper ausfindigem Boden mit 10% jeder Zementsorte hergestellt und — nach 28tägiger Vorlagerung an Luft bei 20uC und 95 bis 100% relativer Luftfeuchtigkeit — 4Qcrn tief in einen Gerten eingegraben. Die Druckfestigkeit der Prüfkörper wurde nach Vj. I. 2 und 3 Jahren bestimmt.
Einfluß der Bodenbakterien auf die Druckfestigkeiten eines mit verschiedenen hydrophoben Zementen verfestigten bindigen Bodens
Zusau gemäß Druckfestigkeiten ikp.cm') an 7-cm-Würfeln nach Lagerung V
! 		19 ι 3
Ί on
2 		59
Hydrophober Zement vor Einlagerung Jahren im Boden i
I 		15
deutsche Auslegeschrift 22 24 63 42
PZ 375 ohne Zusatz 1 239 605 18 68 73 86
PZ 375 + 0,2% Stearylamin ZKG/1959, Heft 5 56 42
0,1% Paraffinöl gemäß Anmeldung 70 75 83 85
PZ 375 + 0,35% Stearinsäure 58 75 80
PZ 375 -I- 0.2% VS 911') gemäß Anmeldung 62 86
0.1% Paraffinöl Λ J 76
PZ 375 + 0,3% SRS 100 59
Gemisch aus
Paraffinöl
+ etwa 50%
V Λ L 15 — L ig )
Ί f:rfindungsgem;iß zu verwendende icrtiärc Monocarbonsäuren mil insgesamt '' his Il Kohlenstoffatomen. :i trfindungsgemäß zu verwendende tertiäre Monocarbonsäuren mit insgesamt 15 his 14 KohlenslnfTatomen
Aus der Gegenüberstellung geht eindeutig die große Überlegenheit der erfindungsgemäßen Zusätze aus tertiären gesättigten Monocarbonsäuren gegenüber den bekannten Produkten hervor. Nach dreijähriger Lagerung haben die Prüfkörper der mit den bekannten Produkten behandelten Zementbodenmischungen nur noch die halbe Festigkeit der Prüfkörper, die mit erfindungsgemäß hydrophobierten Zementen hergestellt wurden. Es wird angenommen, daß diese Überlegenheit vornehmlich darauf beruht, daß in den erfindungsgemäßen Zementen das Hydrophobierungsmittel nicht durch Bakterienbefall abgebaut wird, so daß die hydrophobierende Wirkung erhalten bleibt.
Bei den bekannten Zusätzen hingegen beginnt sich nach zweijähriger Lagerung die zerstörende Wirkung der Bakterien bemerkbar zu machen, wobei sich kein Unterschied zwischen Stearylamin und der für diesen Zweck längst bekannten Stearinsäure zeigt.
Die obigen Beispiele zeigen, wie wichtig die hydrophobe Eigenschaft des Zementes ist und wie notwendig es ist daß diese durch bakterielle Einflüsse nicht aufgehoben wird.
Der nach der Erfindung hergestellte Zement zeichnet sich — wie alle hydrophoben Zemente ■- durch erhöhte Lagerbeständigkeit aus. Bei der Prüfung der Lagerfähigkeit durch Bestimmung des Glühverlustes oes in offenen Schalen und bei hoher Luftfeuchtigkeit gelagerten Zementes hat der erfindungsgemäße Zement nach einer Lagerungsdauer von 6 Wochen eine Glühverlustzunahme von 1.45%. während der unter den gleichen Bedingungen gelagert;; PZ 375 bereits nach 5 Wochen eine Glühverlustzunahme von 14,8% aufweist.

Claims (1)

  1. Patentansprüche:
    I. Wasserabweisender, für die Bodenverfestigung geeigneter, ein Hydrophobierungsraittel enthaltender Zement, dadurch gekennzeichnet, daß er als Hydrophobierungsraittel gesättigte aliphatische Monocarbonsäuren mit insgesamt 9 bis 20 Kohlenstoffatomen der allgemeinen Formel
    IO
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