DE19602132A1 - Fließfähigkeitszusatz - Google Patents

Fließfähigkeitszusatz

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Akira Ohta
Tadashi Tsuchitani
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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Zementzusatz, der eine Verbesserung der Bearbeitbarkeit von Zementkompositionen für Pumpanwendungen bewirken soll.
Die Pumpanwendung ist eine Möglichkeit Zementkompositionen, wie Zementleim, Mörtel und Beton mit Hilfe einer Pumpe zum gewünschten Ort zu befördern. Beim Bau von modernen Betonstrukturen im großen Maßstab wird eine wirksame Beförderung von großen Anteilen von Beton durch Verwendung von Pumpen mit hoher Kapazität und Röhren mit großem Durchmesser oder verzweigten Röhren erzielt, die letzteren machen es möglich, daß der Beton über eine große Fläche zur selben Zeit verteilt wird. Wenn diese Methode auch für üblichen Beton anwendbar ist, ist sie nicht anwendbar für den hochfesten Beton mit hohem Fließvermögen, welcher bei Hochhäusern aus Beton in städtischen Gebieten verwendet wird, wobei dieser Beton spezielle Eigenschaften besitzt, wie hohe Widerstandsfähigkeit und Selbst­ auffüllung. Falls versucht wird solch einen Beton mit Hilfe der oben beschriebenen Methode zu pumpen, wird dieser während seines Transportes die Fließfähigkeit verlieren, wobei der Anteil des Verlustes von den Mischungsverhältnissen, von der Umgebung und den Verhält­ nissen auf der Baustelle abhängt. Die Durchführung des Verfahrens und die Qualität des Fer­ tigbetons werden dadurch beeinträchtigt.
Es wurden verschiedene Möglichkeiten vorgeschlagen sich dieses Problems anzuneh­ men, darunter den Anteil von Pulver oder Feinsplitt in einem Betongemisch zu erhöhen, den Anteil des Anmachwassers zu senken oder ein Verdickungsmittel zuzusetzen. Diese Mittel be­ sitzen jedoch alle den Nachteil die Viskosität des Betons zu erhöhen, den Pumpendruck zu steigern und die Haltbarkeit des ausgehärteten Betons (wegen der Anwesenheit von höheren Anteilen von Pulver) zu vermindern. Solche Nachteile verhindern manchmal den Einsatz auf der Baustelle und die Qualitätskontrolle und die oben erwähnten Maßnahmen stellen dement­ sprechend gegenwärtig keine zufriedenstellende Lösung dar.
Es wurde die Verwendung von Pumpbarkeitszusätzen vorgeschlagen, eine dieser Mi­ schungen enthält als wesentliche Bestandteile Polyethylenglykol und Dispersionsmittel auf Ba­ sis von Polykarbonsäuren. Unglücklicherweise erhöht das Dispersionsmittel die Viskosität des Betons oder kann den Abfall der Fließfähigkeit nach dem Pumpen nicht vollständig verhindern.
Es besteht darum eine Nachfrage nach einem Betonzusatz, welcher eine reibungslose Anwendung beim Pumpen von Beton gestattet, wobei er eine gute Fließfähigkeit und Pump­ barkeit gewährleistet, ohne ein Erhöhung der Viskosität zu bewirken.
Es wurde nunmehr gefunden, daß es möglich ist solchen Betonen eine gute Pumpbar­ keit und Fließfähigkeit zu vermitteln, wobei man deren gute Eigenschaften beibehält. Die vorliegende Erfindung betrifft dementsprechend einen, die Pumpbarkeitverbessernden, Zusatz, welcher Polyethylenglykol und Diethylenglykolmonobutylether und/oder ein Derivat hiervon und gegebenenfalls Polysaccharid enthält.
Diethylenglykolmonobutylether (nachfolgend mit "DGME" bezeichnet), ist ein gut bekannter Stoff und ist im Handel erhältlich, beispielsweise als Butyl "Carbitol" (Handelsmarke)). Das in der vorliegenden Erfindung verwendete Derivat ist vorzugsweise ein Addukt von DGME mit 1-2 Molen Propylenoxid. Es ist bevorzugt, daß zumindest einiges DGME anwesend ist, und das bevorzugte Material ist ein Gemisch von DGME und dem oben erwähnten Addukt.
Das in der vorliegenden Erfindung verwendete Polyethylenglykol ist vorzugsweise eines mit einem mittleren Molekulargewicht (Gewichtsmittel) von 4,000 bis 150,000.
Das in der vorliegenden Erfindung verwendete Polysaccharid ist eines oder mehrere ausgewählt aus Curdlan, Zuckeralkohol und Xanthan Gummi.
Der erfindungsgemäße Zementzusatz sollte vorzugsweise zusammen mit einem Zementdispersionsmittel verwendet werden. Dieses kann aus jedem im Handel erhältlichen Ze­ mentdispersionsmittel, wie einer Polykarbonsäure, einer Aminosulfonsäure, einem Naphthalin­ sulfonsäure-Formalin Kondensat, einem Melaminsulfonsäure-Formalin Kondensat, einer Lignin­ sulfonsäure, und einer Hydroxykarbonsäure, und deren Metallsalzen (inbegriffen Alkalimetall­ salzen und Erdalkalimetallsalzen) bestehen.
Das oben erwähnte DGME/DGME Derivat, Polyethylenglykol, Polysaccharid und Dispersionsmittel sollten als eine allgemeine Regel als einzelne Komponenten verwendet wer­ den; sie können jedoch ebenfalls als zwei und mehr Komponenten verwendet werden.
Der erfindungsgemäße, die Pumpbarkeit von Zement verbessernde, Zusatz kann zu­ sammen mit anderen Zusätzen, wie luftporenbildenden Mitteln, die Trockenschrumpfung reduzierenden Mitteln, hoch-früh festen Mitteln, Abbindebeschleunigern, Abbindeverzögerern, Antischaummitteln, Rosthemmern, Beschleunigern und Verdickungsmitteln verwendet werden.
Der erfindungsgemäße, die Pumpbarkeit von Zement verbessernde, Zusatz sollte in einem Anteil verwendet werden der angemessen ist, um eine gute Pumpbarkeit unter Beibehal­ tung der Eigenschaften zu erreichen. Dieser wird abhängig von der Zementkomposition, zu der er zugesetzt wurde, schwanken. Üblicherweise beträgt der Anteil von 0.1 bis 5.0 Gew.-% (hinsichtlich der Feststoffe im Zementzusatz) für den Anteil von Zement, der in der Zement­ komposition enthalten ist. Dieser ist nicht wesentlich beschränkt so lange als genügend vor­ handen ist, um der Zementkomposition die erwünschte Fließfähigkeit und Pumpbarkeit für die Pumpanwendung zu verleihen.
Die Zementkompositionen, denen die erfindungsgemäßen Zusätze hinzugefügt wurden, zeichnen sich durch eine Kombination von guter Pumpbarkeit und guter Viskosität aus. Die Kompositionen fließen gut und sind leicht anzuwenden. In einer besonders wertvollen Anwendungsform der Erfindung können die hochfesten Betone mit hohem Fließvermögen, wie sie heutzutage zum Bauen verwendet werden, welche unter Verwendung üblicher Technologie nicht leicht gepumpt werden konnten, mit Hilfe der Erfindung mit geringen oder ohne Verluste von Eigenschaften leicht pumpbar gemacht werden. Die Erfindung betrifft demnach ebenfalls eine Methode für die Anwendung einer Zementkomposition durch Pumpen, wobei zu der Komposition zuerst ein oben beschriebenes, die Pumpbarkeit verbesserndes, Mittel zugesetzt wird und die Zementkomposition danach gepumpt wird. Die Erfindung be­ trifft ferner eine pumpbare Zementkomposition, welche eine Zementkomposition und ein oben beschriebenes, die Pumpbarkeit verbesserndes, Mittel enthält.
Die vorliegende Erfindung wird nun ferner unter Bezugnahme auf auf die folgenden nicht beschränkenden Beispiele erklärt, welche die Zugabe des Zementzusatzes zum Mörtel und zum Beton darstellen.
Beispiele (1) Mörtel und Beton
deren Mischungsverhältnisse, Herstellung, und Materialien
(1-1) Mörtel
Muster von Mörtel werden gemäß den Mischungsverhältnissen, die in Tabelle 1 dargestellt sind, hergestellt und ihre Eigenschaften werden untersucht.
Tabelle 1
Um das Mörtelmuster herzustellen, wird jedes Material gemessen, so daß das Volumen des erhaltenen Gemisches 30 Liter ergibt. Die gesamten gemessenen Materialien werden in einen topfartigen Mischer mit gesteuerter Aktion (mit einer normalen Kapazität von 50 Litern) gegeben und das Mischen wird während 120 Sekunden durchgeführt. Das in Tabelle 1 gezeigte Mischungsverhältnis wird unter Bezugnahme auf die Mischungsverhältnisse eines Betons mit hoher Fließfähigkeit (mit dem Gewicht des Zements pro Einheitsvolumen von ungefähr 550 kg/m³) eingestellt, welches einen Slumpfluß von 6±5 cm aufweist. Der Anteil von Luft beträgt im Mörtel 1.5 ± 0.5 Vol%.
(1-2) Beton
Muster von Beton werden gemäß den in Tabelle 2 gezeigten Mischungsverhältnissen hergestellt und ihre Eigenschaften werden gemessen.
Tabelle 2
Um ein Betonmuster herzustellen wird jedes Material gemessen, so daß das Volumen des erhaltenen Gemisches 4 m³ beträgt. Die gesamten gemessenen Materialien werden in einen Zweiwellenmischer mit gesteuerter Aktion (mit einer Kapazität von 4 m³) gegeben, und das Mischen wird während 60 Sekunden durchgeführt. Der Slump, der Slumpfluß und der Luftgehalt des sofort nach dem Vermischen gemessenen Musters betragen jeweils 25.0 cm, 59.0-60.0 und 1.5-1.6%.
(1-3) Spezifizierung von Materialien
  • (a) Feinsplitt: Sand vom Oigawa Fluß (spezifisches Gewicht = 2.60, Feinheitskoeffizient = 2.76)
  • (b) grober Zuschlagstoff: Gebrochener harter Sandstein (spezifisches Gewicht = 2.65, maximale Teilchengröße = 20 mm)
  • (c) Zement: Normaler Portlandzement von Chichibu Onoda Co., Ltd. (spezifisches Ge­ wicht = 3.16)
  • (d) DGME Derivat:
    - DGME (Es wird Butyl "Carbitol" verwendet)
    - Addukt von DGME mit 1 Mol Propylenglykol (abgekürzt BP 1)
    - Addukt von DGME mit 2 Mol Propylenglykol (abgekürzt BP 2)
  • (f) Polyethylenglykol:
    - Polyethylenglykol (Molekulargewicht = 4000, abgekürzt PG-04)
    - Polyethylenglykol (Molekulargewicht = 10,000, abgekürzt PG-10)
    - Polyethylenglykol (Molekulargewicht = 20,000, abgekürzt PG-20)
    - Polyethylenglykol (Molekulargewicht = 150,000, abgekürzt PG-150)
    - Polyethylenglykol (Molekulargewicht = 600,000, abgekürzt PG-600)
  • (g) Polysaccharide:
    - Curdlan (abgekürzt CA)
    - Zuckeralkohol (von Towa Kasei Kogyo Co., Ltd.), Sorbitol PO-30, abgekürzt PO)
    - Xanthyn Gummi (abgekürzt XG)
  • (h) Zementdispersionsmittel:
    - Polykarboxylat (von NMB Co., Ltd., "Rheobuild" SP-8N, abgekürzt SP-8N)
    - Naphthalinsulfonsäure-Formalin Kondensat (von NMB Co. , Ltd., "Rheobuild "SP-9N, abgekürzt SP-9N)
    - Mischung des Salzes des hochkondensierten Melaminsulfonsäure-Formalins, des Salzes der Ligninsulfonsäure und des Salzes der Hydroxykarbonsäure (von NMB Co., Ltd., "Rheobuild" NL-4000 und Pozzolith No. 70 in einem Gewichtsmischungsver­ hältnis von 8 : 1, abgekürzt NL-70)
  • (i) Muster:
    Tabelle 3 zeigt das Mischungsverhältnis des DGME/DGME Derivats, des Polyethylen­ glykols und Polysaccharids, welche in den Beispielen und in den Vergleichsbeispielen verwendet werden.
Tabelle 3
(2) Methode zum Testen von Mörtel und Beton (2-1) Statischer Drucktest für Mörtel
Die Mörtelmuster, welche gemäß den in der Tabelle 1 gezeigten Mischungsverhält­ nissen hergestellt wurden, werden auf Fließfähigkeit getestet, die durch Anwendung von statischem Druck beeinflußt wird. Die Fließfähigkeit wird ausgedrückt als Verhältnis des Mörtelflusses (Fp1/Fo, worin Fp1 den Mörtelfluß bedeutet, welcher gemessen wird nachdem das Mörtelmuster intermittierend einem konstanten statischen Druck unterworfen wurde und Fo steht für den Mörtelfluß, welcher gemessen wird nachdem das Mörtelmuster während einer vorgeschriebenen Zeitdauer stehen gelassen wurde.
  • (a) Anwendung des Druckes:
    Der Vorgang der Anwendung des Druckes besteht darin, daß man das Mörtelmuster in einen Behälter* gibt, danach Druck auf das Muster in der Weise ausübt, daß der Druck innerhalb von 5 Sekunden 50 kgf/cm² erreicht, der Druck während 10 Sekunden beibehalten und der Druck danach während einer Zeitdauer von 5 Sekunden entlastet wird. Dieser Cyclus wird 30mal wiederholt.
    [* vorgeschrieben in "Pressure Bleeding Test Method" in "Guide for Pump Application of Concrete (draft)" vorgeschlagen von The Japan Society of Civil Engineers].
  • (b) Mörtelfluß:
    Das Verfahren für den Mörtelflußtest besteht daraus, daß man das Mörtelmuster in einen Fließkegel** packt, den Fließkegel hochzieht und mißt in welchem Maß sich das Mörtelmuster ausbreitet.
    (** vorgeschrieben in "Method for Physical Test of Cements" in JIS R-5201)
(2-2) Mörtelpumptest
Die gemäß den in der Tabelle 1 gezeigten Mischungsverhältnissen hergestellten Mörtelmuster werden auf Fließfähigkeit getestet, welche durch das Pumpen beeinflußt wird. Die Fließfähigkeit wird als Verhältnis des Mörtelflusses (Fp2/Fo) dargestellt, worin Fp2 den Mörtelfluß bedeutet, welcher nach dem Pumpen gemessen wird (unter den spezifizierten Bedingungen der Zuführung und der Pumpzeit) und Fo ist der Mör­ telfluß, welcher gemessen wird nachdem das Mörtelmuster während desselben Zeitab­ schnittes wie der Pumpzeit stehen gelassen wurde.
  • (a) Bedingungen des Pumpens:
    - Pumpen: Mörtelpumpe DM15 hergestellt von Shin-Meiwa Kogyo Co., Ltd.
    - Röhre: Flexibler Schlauch, 2.5 cm im Durchmesser × 5 m lang.
    - Zuführung: 6.0 Liter/Min.
    - Pumpzeit: 10 Minuten
    - Umgebungstemperatur: 20°C
  • (b) Mörtelfluß: In derselben Weise getestet wie im oben erwähnten (2-1), (b)
(2-3) Methode zum Testen des Betonpumpens
Die gemäß den in der Tabelle 2 gezeigten Mischungsverhältnissen hergestellten Betonmuster werden auf Fließfähigkeit getestet, welche durch das Pumpen beeinflußt wird. Die Fließfähigkeit wird ausgedrückt als Slumpfluß, welcher nach dem Pumpen gemessen wird (unter den spezifizierten Bedingungen der Zuführung und der Pumpzeit) und ebenfalls gemessen wird nachdem das Betonmuster während desselben Zeitabschnittes wie der Pumpzeit stehen gelassen wurde.
  • (a) Slumpfluß: Gemessen gemäß "Method for Test of Concrete Slump Flow (draft)" vorgeschlagen von The Japan Society of Civil Engineers.
  • (b) Luftporenbildende Eigenschaften: Untersucht gemäß JIS A-1128.
  • (c) Pumpbedingungen:
    - Pumpgerät: Modell PY 110-25
    - Röhre: Stahlrohr, 5 inch im Durchmesser, 50 m lang (horizontal)
    - Zuführung: 30 m³/Stunde
    - Umgebungstemperatur. 20°C
(3) Testresultate (3-1) Mörtel
Die Tabelle 4 zeigt die Resultate von Untersuchungen wie die Mörtelmuster durch statischen Druck und Pumpen beeinflußt werden.
Die Muster in den Beispielen 1 bis 12 enthalten den erfindungsgemäßen Zementzusatz.
Die Muster in den Vergleichsbeispielen 1 bis 3 enthalten DGME und ein Zementdispersions­ mittel.
Die Muster in den Vergleichsbeispielen 4 bis 8 enthalten Polyethylenglykol und ein Zement­ dispersionsmittel.
Die Muster in den Vergleichsbeispielen 9 bis 11 enthalten ein Polysaccharid und ein Zement­ dispersionsmittel.
Die Muster in den Vergleichsbeispielen 12 bis 15 enthalten ein DGME Derivat, ein Polysac­ charid und ein Zementdispersionsmittel.
Die Muster in den Vergleichsbeispielen 16 bis 18 enthalten nur ein Zementdispersionsmittel. Das Zementdispersionsmittel ist SP-8N in den Beispielen 1 bis 8 und in den Vergleichsbei­ spielen 1 bis 16, SP-9N in den Beispielen 9 und 11 und im Vergleichsbeispiel 17 und LN-70 in den Beispielen 10 und 12 und im Vergleichsbeispiel 18.
Es wird der Tabelle 4 entnommen, daß der erfindungsgemäße Zementzusatz die folgende Wirkung entfaltet, falls er dem Mörtel zugesetzt wird.
  • (a) Fluidität beeinflußt durch Anwendung von statischem Druck: Die Tatsache, daß das Strömungsverhältnis in den Beispielen 1 bis 12 größer ist als in den Vergleichsbeispielen 1 bis 18 zeigt, daß die mit dem erfindungsgemäßen Zementzusatz versetzten Mörtelmuster die Fließfähigkeit nur ein wenig vermindern, falls sie einem statischen Druck ausgesetzt werden.
  • (b) Fluidität beeinflußt durch Pumpen: Die Tatsache, daß das niedere Verhältnis in den Beispielen 1 bis 2 größer ist als in den Vergleichsbeispielen 1 bis 18 zeigt an, daß die mit dem erfindungsgemäßen Zementzusatz versetzten Mörtelmuster nur wenig an Fließfähigkeit verlieren, falls sie gepumpt werden.
  • (c) Pumpdruck: Die Tatsache, daß der Pumpdruck in den Beispielen 1 bis 2 kleiner ist als in den Vergleichsbeispielen 1 bis 18 zeigt an, daß die mit dem erfindungsgemäßen Zementzusatz versetzten Mörtelmuster eine gute Pumpbarkeit besitzen.
Tabelle 4
(3-2) Beton
Tabelle 5 zeigt die Resultate von Tests, die darstellen wie die Betonmuster durch das Pumpen beeinflußt werden. Die Muster in den Beispielen 13 und 14 enthalten den erfindungsgemäßen Zementzusatz, während das Muster im Vergleichsbeispiel 19 diesen nicht enthält. Alle Muster enthalten SP-8N als Zementdispersionsmittel.
Der Tabelle 5 wird entnommen, daß der erfindungsgemäße Zementzusatz die folgenden Effekte bewirkt, falls er dem Beton zugesetzt wird.
  • (a) Fließfähigkeit beeinflußt durch das Pumpen: Die Muster in den Beispielen 13 und 14 vermindern nach dem Pumpen kaum den Slumpfluß, während das Muster im Vergleichsbeispiel 19 den Slumpfluß nach dem Pumpen stark vermindert.
Tabelle 5
Der erfindungsgemäße Zementzusatz löst das Problem der schlechten Fließfähigkeit und der Entmischung, das auftritt wenn Beton gepumpt wird. Dies führt zu einem Beton von hoher Qualität mit guter Fließfähigkeit für reibungsloses Pumpen.

Claims (8)

1. Ein die Pumpbarkeit von Zement verbessernder Zusatz, welcher Polyethylenglykol und Diethylenglykolmonobutylether und/oder ein Derivat hiervon und gegebenenfalls Polysaccharid enthält.
2. Ein die Pumpbarkeit von Zement verbessernder Zusatz gemäß Patentanspruch 1, worin der Diethylenglykolmonobutylether und/oder dessen Derivat ein Gemisch ist von Diethylenglykolmonobutylether und einem Addukt von Diethylenglykolmonobutylether mit 1-2 Mol Propylenoxid.
3. Ein die Pumpbarkeit von Zement verbessernder Zusatz gemäß Patentanspruch 1 und 2, worin das Polyethylenglykol ein gewichtsgemitteltes Molekulargewicht von 4,000-150,000 besitzt.
4. Ein die Pumpbarkeit von Zement verbessernder Zusatz gemäß einem der Patentan­ sprüche 1-3, worin das Polysaccharid ausgewählt ist aus mindestens einem von Curd­ lan, Xanthan Gummi und Zuckeralkohol.
5. Ein die Pumpbarkeit von Zement verbessernder Zusatz gemäß einem der Patentan­ sprüche 1-4, worin der Zusatz zusätzlich noch ein Zementdispersionsmittel enthält.
6. Ein die Pumpbarkeit von Zement verbessernder Zusatz gemäß Patentanspruch 5, worin der zementdispergierende Zusatz ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einer Polykarbonsäure, einer Aminosulfonsäure, einem Naphthalinsulfonsäure-Formalin Kondensat, einem Melaminsulfonsäure-Formalin Kondensat, einer Ligninsulfonsäure und einer Hydroxykarbonsäure und Metallsalzen hiervon.
7. Eine Methode zur Anwendung einer Zementkomposition durch Pumpen, worin zur Komposition zuerst ein die Pumpbarkeit verbessernder Zusatz gemäß einem der Patentansprüche 1-6 zugesetzt wird.
8. Eine pumpbare Zementkomposition enthaltend eine Zementkomposition und einen die Pumpbarkeit verbessernden Zusatz gemäß einem der Patentansprüche 1-6.
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