DE2122710B2

DE2122710B2 - Wasserfreies Aluminiumsulfat als Zusatzmittel zu Zement, Mörtel und Beton und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE2122710B2
Application number: DE19712122710
Authority: DE
Inventors: Theodor Dipl.-Chem. Oberengstringen Buerge (Schweiz)
Original assignee: Sika AG Vorm Kaspar Winkler and Co
Current assignee: Sika Schweiz AG
Priority date: 1970-05-12
Filing date: 1971-05-07
Publication date: 1980-08-14
Also published as: DE2122710C3; DE2122710A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Verbesserung der Güteeigenschaften von Zement, Mörtel und Beton. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Zusatzmittc!, welches Zement, Mörtel und Beton oder den zur Herstellung dieser Baustoffe dienenden Ausgangsprodukten zugesetzt wird. Die Erfindung betrifft weiterhin die mit Hilfe diese- Zusalzmittels hergestellten Baustoffe Zement, Mörtel und Beton mit verbesserten Güteeigenschaften. Es ist allgemein bekannt, zu Zement, Mörtel und Beton Zusatzmittel mit gezielter Wirkung, wie /. B. festigkeitssteigernde. schnellerhärtende, beschleunigende Mittel, zuzugeben. Die bisher bekannten Verfahren verwenden einzeln oder in Gemischen Alkali-hydroxyde, -carbonate, -siükate, -aluminate. Calciumchlorid und Aluminiumchlorid.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, als Abbindebeschleuniger für Leichtbeton, d. h. für Beton mit einem Wasser-Zement-Verhältnis (im folgenden abgekürzt als W/Z bezeichnet) von mehr als 2, kristallwasserhaltiges Aluminiumsulfat in relativ sehr hohen Mengen zuzusetzen, und zwar von 5 bis 15Gew.-%, bezogen auf den Zement Dabei kann sowohl das normale Hydrat (18 H₂O) als auch das beim Trocknen oberhalb 12O⁰C erhältliche Dekahydrat (!0H₂O) und Hexahydrat (6 H₂O) Verwendung finden.

Die speziellen Effekte werden mit den bisher bekannten Mittein jedoch nur unter Rückgang anderer erwünschter Eigenschaften erzielt. Beispielsweise können beim beschleunigten Abbinden nach den bekannten Verfahren die Festigkeiten beeinträchtigt, das Schwinden sowie die Korrosionsgefahr erhöht werden. Derartige Nachteile sind bei den steigenden Ansprüchen, die sowohl an rationelle und rasche Verarbeitung als auch an die Güteeigenschaften gestellt werden, nicht mehr tragbar.

Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines neuartigen Zusatzmittels zu Zement, Mörtel und Beton, insbesondere zu Schwerbetonmischungen, zwecks Erzielung bisher nicht erreichbarer Kombinationseffekte in diesen Baustoffen. Das erfindungsgemäße Zusatzmittel gestattet es insbesondere, hohe Frühfestigkeiten zu erreichen. Weiterhin erlaubt die Verwendung des erfindungsgemäßen Zusatzmittels das Betonieren bei tiefen Temperaturen. Mit bestimmten Ausführungsformen des neuen Zusatzmittels ist es auch möglich, schwindfreie Zemente oder auch Expansivzemente herzustellen.

Dabei ist es ein weiteres wichtiges Ziel der Erfindung, daß die genannten Effekte einzeln oder in Kombination erzielt werden, ohne daß die anderen Güteeigenschaften der genannten Baustoffe verschlechtert werden.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Zement, Mörtel und Beton mit verbesserten Güteeigenschaften durch Verwendung des erfindungsgemäßen Zusatzmittels.

Die Erfindung betrifft schließlich bevorzugte Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Zusatzmittel.

Die Ziele der Erfindung werden durch ein Zusatzmitte] erreicht, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß es als aktive Komponente wasserfreies, calciniertes Aluminiumsulfat enthält.

Aluminiumsulfat, AI₂(SO^, ist ein bekannter Stoff, der eine recht große Anzahl von Hydraten, d. h. Verbindungen mit gebundenem Kristallwasser, bildet. Handelsüblich ist das Oktadekahydrat. Andere bekannte Hydrate, die bdm Erwärmen auf Temperaturen oberhalb 120⁰C entstehen, sind das Dekahydrat (10 H₂O), Nonahydrat (9 H₂O), Hexahydrat(6 H₂O)usw. (vgl. H. Römpp, Chemie-Lexikon, 6. Auflage, Bd. 1, Spalte 247/248; Kirk-Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology, 1947, Vol. I, S. 654).

Die wasserfreie Verbindung wird erst oberhalb 340° -350⁰C durch Brennen (Calcinieren) erhalten. Es sind die besonderen Eigenschaften dieses calcinierten Aluminiumsulfats, welche in überraschender Weise die geschilderten Effekte zu erzielen gestatten. Beispielsweise weist das calciniertc, wasserfreie Aluminiumsulfat eine sehr große Lösungswärme, nämlich ca. 125 Kcal/ mol. auf. Man nimmt als sicher an, daß durch diese hohe Lösungswärme die Hydratation des Zementes schneller als bisher einsetzt; da bei dieser Zementhydratation

wiederum Wärme frei wird, schreitet die Anfangshärtung schneller fort, was eben einerseits zu den gemessenen höheren Friihfestigkeiten führt Diese Erscheinung ist die Grundlage der verbesserten Betonierbarkeit bei niedrigen Temperaturen. Die erzielten Frühfestigkeiten liegen höher als bei der bekannten Verwendung von Calciumchlorid als Zusatzmittel; in den nachstehend genannten Prüfungen wurde die Frühfestigkeit über die Geschwindigkeit, mit welcher die Hydratation verläuft, gemessen. Als Bestimmungsmethode wurde dabei das thermometrische Schnellverfahren nach M. T. Francardi. L'Industria del Cemento 33 (1963), 95 - 98 benutzt.

Das erfindungsgemäß verwendete wasserfreie, calcinierte Aluminiumsulfat wirkt also zumindest in einer Hinsicht als thermischer Starter einer Reaktion, nämiich der Zemcnthydratation, und unterscheidet sich darin von allen anderen Festigkeitsbeschleunigern einschließlich kristailwasserhaltigem Aluminiumsulfat.

Im Gegensatz zu den kristallwasserhaltigen Aluminiumsulfaten zeigt das erfindungsgemäß verwendete calcinierte, d. h. völlig wasserfreie Salz trotz hoher Lösungswärme eine viel geringere Auflösungsgeschwindigkeit Bei Zusatz der bekannten wasserhaltigen Aluminiumsulfate zu Zementmischungen in Mengen ab etwa 0,5% (bezogen auf Zementgewicht) beobachtet man eine Beschleunigung des Abbindevorganges, jedoch keine beschleunigte Festigkeitsentwicklung. Ganz anders verhält es sich beim erfindungsgemäß verwendeten wasserfreien Aluminiumsulfat, welches in Dosierungen unter 5% die Abbindezeiten praktisch nicht beeinflußt jedoch zu starker Erhöhung der Frühfestigkeiten führt. Bei höheren Dosierungen tritt ebenfalls ein Schnellbindereffekt auf.

Die Auflösungsdauer von 30 g AI₂(SO₄)J ■ 18 H₂O in 100 g Wasser beträgt etwa 60 Sekunden. Unter den gleichen Bedingungen lösen sich 30 g

AI₂(SO₄)S ■ 0 H₂O

erst in 8 Stunden. Diese langsame Kristallwasseranlagerung kann dazu benutzt werden, um das Schwinden des Zementes zu kompensieren oder gar eine Expansionswirkung zu erhalten.

Löslichkeitsversuch mit verschiedenen
Aluminiumsulfaten

Prinzip

Eine bestimmte Menge Wasser von konstanter Temperatur wird mi·, konstanter Geschwindigkeit gerührt. Zu einer festgelegten Zeit gibt man eine bestimmte Menge der Al-sulfat-Proben dazu und mißt die Zeit, bei der die Lösung klar wird. (vgl. Gmelins Handbuch der anorg. Chemie, 8. Aufl. 1933. System Nr. 35. Aluminium.Teil B, Seiten 248- 279.)

Vorgang

In einem auf 20⁰C thermostatisierten Wasserbad werden Bechergefäße mit der entsprechenden Menge an Lösungsmittel (Leitungswasser) ca. 20 Min. lang unter Rühren auf eine konstante Temperatur von 20⁰C gebracht. Anschließend gibt man die festgelegten Al-Sulfatmengen auf einmal dazu (unter konst. Rühren). Es wird die Zeit gemessen, bis die Lösung klar oder eine konstante Trübung aufweisen.

Rührdauer = Versuchsdauer, nach Lösezeit
Lösezeit = Zeit bis Lösung klar oder konstant trüb

Proben

Nr.

1.1
2.1
3.1
\2
22
13
23
1.4
2.4

Salz

Al₂(SO₄)) · 18 H₂O
AI₂(SO₄), · 6 H₂O
Al₂(SO₄)J wasserfrei

Al₂(SO₄)J
Al₂(SO₄J₃ Al₂(SO₄J₃
AI₂(SO₄)J
AI₂(SO₄)J
AI₂(SO₄)J

18H₂O

6H₂O

18H₂O

6H₂O

18H₂O

6H₂O

Einwaage, g	Lösungsmittel	Mol
	menge, ml
15	200	0.11
10,15	200	0,11
7,7	200	0.11
30	200	0,23
20,3	200	0,23
60	200	0,45
40,6	200	0.45
30	200	0,30
20,3	200	0,30

Nr.

Lösezeit

Rührdauer Bemerkungen zur Lösung pH am Ende

1.1	-2-3'	3"/2 h
2.1	-10'	3V₂ h
3.1	-2-3Tg.	3 Tage
\2	— 5'	2"/2h
12	-10-15'	2«/2h

ziemliche Trübung, weiß, sedimentiert 4,3

nach -5 h-» klare Lösung

leichte Trübung, weiß (leicht bräunlich), 4,4

sedimentiert nach 2h — klare Lösung

starke Trübung, weiß, sedimentiert 4,7

nach ~ 5 h -» kl. Lösung

ziemliche Trübung, weiß, 4,25

sed. - 5 h -> klare Lösung

leichte Trübung -«■ leicht bräunlich 4,3

(weiß), red. -5 h —klare Lösung

Fortsetzung

Nr.

Lösezeit

Rührdauer Bemerkungen zur Lösung pH am Ende

ziemlich starke Trüb., weiß, 4,3

sed. -5—8 h — kl. Lösung

ziemliche Trübung, bräunlich gefärbt, 4,35

sed. ~5h, kl. Lsg.

ziemliche Trübung, weiß — klare Lösung 4,4

leichte Trübung, bräunlich gefärbt 4,45

-kl. Lsg.

(Die Trübungen in den Lösungen rühren von Verunreinigungen im technischen Aluminiumsulfat her.)

13	-5-8'	15h
2.3	-15'	15h
1.4	— 5'	2'/2 h
2.4	-15-20'	'/2 h

Aus diesen Versuchen geht eindeutig hervor, daß wasserfreies Aluminiumsulfat eine um Zehnerpotenzen geringere Lösungsgeschwindigkeit besuzt.

Als weitere Komponente des erfindungsgemäßen Zusatzmittels können Füllstoffe vorliegen. Diese dienen zur besseren Dosierung des im Zusatzmittel enthaltenen Aluminiumsulfats bzw der eventuell vorhandenen weiteren Hilfskomponenten; wie weiter unten beschrieben ist, wendet man das Aluminiumsulfat vorzugsweise in nur relativ kleinen Mengen an, die sich zwischen etwa 0,2 bis 10%, insbesondere 0,2 bis 2%, bezriren auf das Gewicht des Zementes, bewegen.

Als Füllstoffe, d. h. Streckmittel, kommen inerte oder reaktive Stoffe in Frage. Inerte, d. h. bei der Herstellung, Lagerung und Verwendung des Zusatzmittels unverändert bleibende Füllstoffe sind z. B. Gesteinsmehle wie Calciumcarbonat, Feinsand, Talkum. Glimmer usw.

Reaktive Füllstoffe sind beispielsweise Zement. Calciumsulfai (dessen Wirkung weiter unten erläutert wird), wasseranziehende Mittel, die eine vorzeitige Hydratation des Aluminiumsulfats verhindern, z. B. gemahlenes, wasserfreies Kieselsäuregel. Bentonit. Molekularsiebe, Kieselgur, usw. Im allgemeinen enthält das erfindungsgemäße Zusatzmittel 10 bis 20 Gew.-% wasserfreies Aluminiumsulfat, Rest Streckmittel und/ oder andere aktive Komponenten. Es wird dazu noch auf die nachstehende Tabelle 1 verwiesen.

Gegebenenfalls anwesende aktive Komponenten, die die genannten Kombinationseffekte verstärken oder weitere solche Effekte hervorrufen, sind beispielsweise die folgenden:

1. Verzögerungsmittel

Diese dienen zur Steuerung einer Expansionswirkung des erfindungsgemäß verwendeten wasserfreien Aluminiumsulfais. Beispiele solcher Verzögerungsmittel sind Sake der Glukonsäure, wie Natriumglukonat, Kaliumglukonat, Eisenglukonat, Calciumglukonal, Magnesium-

jo glukonat, Aluminiumgfukonat usw. Bevorzugt wird Natriumglukonat; Salze der Pyrophosphorsäure wie Natrium-, Kalium-, Ammonium-, Calcium-, Magnesium-, Aluminiumpyrophosphat und entsprechende saure Pyrophosphate, bevorzugt jedoch Natriumpyrophos-

.'") phat; und Calciumsulfat. Letzteres wird ganz besonders bevorzugt, weil es bei der Erhärtung des Zementes mit dem calcinierten Aluminiumsulfat und dem freien Calciumhydroxyd, aus den Calciumsilikaten des Zementes freigemacht, den nadeiförmigen, hochverfestigend

in wirkenden Ettringit

(3 CaO · Al₂O₃ 3 CaSO₄ · 32 H₂O)

bildet. Statt Calciumsulfat sind auch andere Sulfate (Kalium-, Natrium-. Magnesiumsulfat usw.) brauchbar.

i">

2. Abbindebeschleuniger

Dabei sind insbesondere zu nennen: Alkanolamine wie Mono-, Di- und Triethanolamin sowie deren

-in technische Gemische; Alkalisilikatc, insbesondere Natriumsilikate; und Alkalien oder alkalisch reagierende Verbindungen wie die Hydroxide (KOH, NaOH, Ca(OH)₂),Carbonate (NiIjCOj₁K₂CO₃)und Natriumalurninat. Bevorzugt wird als Abbindebeschleuniger eine

■4 3 synergistische Kombination aus Triethanolamin, das gleichzeitig als Korrosionsschutz wirkt, und Natriumsilikat.

Die folgende Tabelle 1 gibt eine Übersicht über einige Zusammensetzungen der erfindungsgemäßen Zusatz-

30 mittel.

Tabelle 1

Zusammensetzung von Zusatzmitteln, Gew.-%

Gruppe AI₂(SO₄Jj
Nr.

10 bis 90

10 bis 60
90 bis 30

Verzögerungs- Abbindebeschleuniger

mittel

(Calciumsulfat) Triethanolamin Na-Silicat Streckmittel

Effekt

2 bis 10

10 bis

10 bis 70

Zement, Erhöhung der Früh-

90 bis 10 festigkeit+Tieftempe-

raturbetonierbarkeit
Zement. I + Abbindebe-

0 bis 50 schleunigung

— I -i Si'hwnnH:iMS,pl(*i('h

Die Herstellung des erfindungsgemäßen Zusatzmittels wird so vorgenommen, daß man handelsübliches, kristallwasserhaltiges Aluminiumsulfat durch Erhitzen auf Temperaturen über 340⁰C, bevorzugt 400 bis 480⁰C calciniert und dabei das wasserfreie Produkt gewinnt. Inerte Streckmittel oder auch Zement können schon beim Calcinieren anwesend sein. Nach Abkühlung in trockener Atmosphäre werden dann, wenn gewünscht oder erforderlich, die übrigen Bestandteile in geeigneten Mischvorrichtungen eingearbeitet. Um eine vorzeitige Wasseraufnahme des erhaltenen calcinierten Aluminiumsulfates zu verzögern oder zu verhindern, kann man, wie oben erwähnt, wasseranziehende Streckmittel verwenden, oder man vermahlt das caicinierte Produkt mit Hydrophobierungsmittein wie Stearaten, insbesondere Calcium-, Magnesium-, Zinkoder Aluminiumstearat.

Die ZusatJimittel sind zum Zusatz zu Zement, Mörtel und Beton bestimmt. Unter Zement versteht man dabei die bekanntem hydraulischen Bindemittel wie Portlandzement, Weißzement, Hochofenzement, Trasszement, Schlackenzement, Flugaschezement, usw. Die Bezeichnung »Mörtel« bezieht sich auf Mischungen aus Zement, Zuschlag, d. h. Sand, mit einer Korngröße bis zu 6 mm, und Wasser. Beton ist ein Gemisch aus Zement, Sand und Kies mit einer Normalkörnung von 30 mm, die aber in Sonderfällen bis zu 120 mm gehen kann, und Wasser. Als bevorzugter Beton im Rahmen der Erfindung gilt Schwerbeton, d. h. Beton mit einem W/Z von 0,4 bis 0,7, insbesondere von etwa 0,5.

Die Menge an Zusatzmittel, die zum Zement zuzugeben ist, schwankt je nach dem zu erzielenden Effekt und der Konzentration an Aluminiumsulfat. Sie entspricht jedoch im allgemeinen 0,2 bis 10%, insbesondere 0,2 bis 2%, des Zementgewichtes und bezogen auf das Aluminiumsulfat.

Die folgenden Beispiele erläutern die Herstellung des Zusatzmittels und dessen Anwendung. In den Beispielen bezieht sich die Mengenangabe (Teile, °/o) stets auf das Gewicht.

Beispiel 1

1000 Feile handelsübliches Aluminiumsulfat
[Al₂(SO₄J₃ · 12 H₂O]

werden in einem Elektroofen mit Abzug auf Blechhorden im Verlauf von 2 Stunden auf eine Temperatur von 450 bis 490° C erhitzt. Diese Temperatur wird 24 Stunden lang gehalten. Dann läßt man unter Luftabschluß abkühlen und vermahlt nach Zusatz von 5 Teilen Calciumstearat in einer Kugelmühle auf Zementfeinheit. Dieses Produkt ist in verschlossenen Fässern unbeschränkt haltbar.

100 Teile Kieselgur werden mit 5 Teilen Triethanolamin in einer Kugelmühle homogen vermischt Zu diesem Vorgemisch gibt man 35 Teile Natriumsilikat und homogenisiert erneut Man erhält demnach 140 Teile Mischung. Dazu fügt man 60 Teile wie oben erhaltenes calciniertes Aluminiumsulfat

Beispiel 2

Man stellt calciniertes Aluminiumsulfat gemäß Beispiel 1 her. 100 Teile des wasserfreien Produktes

Beispiel 3

Nach der Arbeitsweise des Beispiels 1 wird zunächst calciniertes Aluminiumsulfat hergestellt.
-, 100 Teile des erhaltenen wasserfreien Produktes vermahlt man in einer Kugelmühle mit 100 Teilen gebrochenem Kalkstein bis zur Zementfeinheit.

Beispiel 4

κι 10 g Wasser und 20 g Zement (oder Zement+ Zusatz) werden während 3 Minuten gerührt und anschließend während der gewünschten Hydratationszeit stehen gelassen. Nach Ablauf der gewünschten Zeit wird die Hydratation durch Zugabe von Äthanol (20 ml) unterbrochen. Durch Zentrifugieren wird das Wasser-Alkohol-Gemisch vom Zement getrennt. Dem Gemisch entnimmt man 20 ml; nach Zugabe von 10 ml Benzol wird die Flüssigkeit erwärmt (60 —70°C), bis die anfängliche Trübung verschwunden ist. Beim Abkühlen wird die Temperatur gemessen, bei der die Trübung wieder erscheint.

An hand einer Eichkurve kann die der betreffenden Temperatur entsprechende Wassermenge bestimmt werden, d. h. es kann die

ursprünglichen (10 ml) und
Hydratation verbleibenden
werden.

Die beschriebene Versuchsdurchführung wurde mit drei Proben ausgeführt. Die erste Probe bestand aus

jo reinem Zement, die zweite aus 20 g Zement +0,4 g eines Zusatzmittels aus 35 Teilen Natriumsilikat, 10 Teilen Triethanolamin und 55 Teilen wasserfreiem Aluminiumsulfat und die dritte aus 20 g Zement + 0.4 g eines Zusatzmittels aus 35 Teilen Natriumsilikat. 10 TeilenTriäthanolamin und 107,15 gTeilen

Al₂(SO₄J₃ · 18H₃O.

Nach der oben beschriebenen Methode wurde die Hydratation bei 0 bis 5°C verfolgt. Die Ergebnisse sind in Tabelle II zusammengestellt, aus der die viel schnellere Hydratation, d. h. Entwicklung der Frühfestigkeit, hervorgeht.

Differenz zwischen der der nach Abschluß der Wassermenge ermittelt

Tabelle II	g gebundenes Wasser pro	mit Zusatz	20 g Zement
Hydration	ohne	Al₂(SO₄J₃	mit Zusatz
η 3cn ... Stunden	Zusatz	wasserfrei	Al₂(SO₄J₃ ■ 18 H₂O
		034
	0,15	0,42	0,18
O^	0,17	0,55	0,20
1	0,21	0,63	0,23
2	0,23	0,76	0,26
3	0,26	0,825	0,29
4	0,29	0,89	033
5	0325	0,93	036
6	036		039
7

Um die stärkere Hydratation von wasserfreiem Aluminiumsulfat zu zeigen, wurden kalorische Messun-

vermahlt man in einer Kugelmühle mit 100 Teilen 65 gen an Zement-Quarzmehl-Mischungen durchgeführt

gebrochenem Gips.

Ein anderes Zusatzmittel erhält man, wenn man mit 200 Teilen Gips vermahlt

Bei allen Vergleichsversuchen wurden äquivalente Aluminiumsulfat-Mengen eingesetzt Der Wasser-Zement-Faktor war konstant 0,62.

ίο Ι

Zusatzmittel g % Max. Tem- nach Abbinde- Al2{SO4)3 peratur °C Std. zeit. Min.

AI₂(SO₄J₃ · 18 H₂O 4,87 0,5 47 9.4 B 165

E 300

Al₂(SO₄)J · 18 H₂O 9,74 1 47,5 8,3 B 140

E 225

Al₂(SO₄J₃ 18H₂O 29,22 3 38 1,9 B 20

E 45

AI₂(SO₄J₃- 18H₂O 48,70 5 41,5 0,5 B 15

E 25

Ai₂(SO₄J₃ · 6 H₂O 3,20 0,5 47 8,5 B 170

E 300

Al₂(SO₄J₃ · 6 H₂O 6,59 1 47,5 8 B 160

E 255

4,87	0,5
9,74	1
29,22	3
48,70	5
3,20	0,5
6,59	1
26,32	5
32,90	3
2,5	0,5
5	1
15	3
25	5

Al₂(SO₄J₃-OH₃O 26,32 5 40 0,4 B 15

E 30

Al₂(SO₄J₃ · 6 H₂O 32,90 3 43 2,2 B 25

E 55

Al₂(SO₄J₃ wasserfrei 2,5 0,5 47 8 B 140

E 250

Al₂(SO₄J₃ wasserfrei 5 1 47 6,6 B 115

E 190

Al₂(SO₄J₃ wasserfrei 15 3 56 5,1 B 20

E 85

AI₂(SO₄J₃ wasserfrei 25 5 52 2,3 B 10

E 40

B = Beginn; E = Ende.

Die Ergebnisse zeigen, daß wasserfreies Aluminiumsulfat die stärkste Erhöhung der Hydrationswärme zeigt und daher ein Beschleuniger für die Erhärtung bzw. die Festigkeitsentwicklung ist.

Vergleichsversuch Zusatzmittel
Die nachstehenden Zusatzmittel wurden auf die Entwicklung der Hydrationswärme geprüft.

	g	Ai	550	A₃	B,	600	B₃
		g	—	g	g	—	g
Al₂(SO₄J₃ wasserfrei	54,5	350		350
Al₂(SO₄J₃ · 6 H₂O		100	724	50	790
Na-Silikat	593	1000	350	1000	350
Triethanolamin		2000	100	2000	50
Kieselgur	50		1000		1000
		%	2174	nach Std.	2190
	54,75
		3	Max. Tempe	7,5	Abbinde
			ratur, °C		zeit
		3	52	8,4	B 30
					E 105
		3	48	4,6	B 25
Gewichtsteile insgesamt				E 85
Ergebnisse	3	56,5	6,4	B 25
Mischung				E 65
		49,5	10,2	B 20
Mischung A-I				E 60
		44		B 180
Mischung A-3				E 305

Mischung B-I

Mischung B-3

Ohne Zusatz

B = Beginn;
E=Ende.

Aus den Ergebnissen ist ersichtlich, daß beide Zusatzmittel eine höhere Temperaturspitze bei der Hydratation zeigen.

Beispiel 5

Dieses Beispiel zeigt die Entwicklung der Frühfestigkeiten durch das erfindungsgemäße Zusatzmittel, und zwar unter Verwendung verschiedener Zemente.

Es wurde ein Schwerbeton aus 230 Teilen Sand, Körnung 0 — 8 mm, 252 Teilen Kies, Körnung 8 — 30 mm, 75 Teilen Zement und 37,5 Teilen Wasser hergestellt. Das W/Z betrug also 0,5. Das Zusatzmittel bestand aus 35% Natriumsilikat, 5% Triäthanolamin und 60% wasserfreiem Aluminiumsulfat. Gleichzeitig wurden die Zusammensetzungen Bi und B₃ gemäß Beispiel 4 mit untersucht. Die Ergebnisse sind in der Tabelle III zusammengefaßt.

Tabelle III	Beton-Druckfestigkeiten in kg/cm²	Typ I.	Hochwertiger	Normaler	Normaler Portlandzement+ 2%	bezogen auf	Normaler Portland
Nach	Normaler	Typ III.	Portland	Portland	des erfindungsgemäßen Zusatz	Zement (Bi)	zement+2% Zusatz
Stunden	Portland	zement	zement	mittels		mittel, das aber
	zement	(Z 550)")»)	+ 2% CaCI₂		12	Al₂(SO₄J₃ · 6 H₂O enthält
	(Z 375)*)")			bezogen auf	56	bezogen auf Zement (B₃)
				Zement und	90
				Al₂(SO₄J₃	121
		8	19	10	152	_
	_	31	38	53	165	14
6	14	80	69	86	179	30
9	29	132	81	117	231	62
12	60	180	102	144		97
15	85	193	114	163		119
18	112	212	142	173		150
21	146	290	222	225		210
24	218	Standards«, Cembureau, Paris 1968.
48	^a) Normen gemäß »Cement
	) ASTM:*
	**) ASTM:

Die Ergebnisse zeigen den rascheren Festigkeitsanstieg mit wasserfreiem Aluminiumsulfat.

Die schnelle Entwicklung der Frühfestigkeit, d. h. 9 bis 15 Stunden nach Anmachen, geht klar hervor, ebenso die Tatsache, daß durch das Zusatzmittel kein Festigkeitsverlust verursacht wird.

Beispiel 6

Es wird ein Mörtel hergestellt aus 1000 Teilen Portlandzement, 3000 Teilen Sand (Körnung 0 — 6 nun), und 500 Teilen Wasser (W/Z = 0,5). Ein Drittel des Mörtels bleibt ohne Zusatz, zum zweiten Drittel gibt man ein Gemisch aus 1 Teil calciniertem Aluminiumsulfat und 2 Teilen Gips (Zusatzmittel A), und zwar 3 Teile des Mittels auf 100 Teile Zement. Zum letzten Drittel gibt man 2 Teile, bezogen auf 100 Teile Zement, eines Gemisches aus gleichen Teilen wasserfreiem Aluminiumsulfat und Gips.

In zwei Vergleichsversuchen wurde das wasserfreie Aluminiumsulfat beim Gemisch des zweiten Drittels durch jeweils äquivalente Mengen Al2(SO₄)₃ · 18H₂O ersetzt (Zusatzmittel C und D).

Die Volumenentwicklung der fünf Gemische ist in Tabelle IV dargestellt.

Tabelle JV Tage Lineare Expansion bzw. Schwindung in %

ohne Zusatzmittel Zusatzmittel

Zusatzmitte] A B

Zusatzmittel C

Zusatzmittel D

«/3	0	+4,5	+0,2	0	0
2/3	0	+5	+03	0	0
1	-0,02	+5	+0,8	-0,02	-0,03
2	-0,05	+5	+ 1.5	-0,06	-0,08
3	-0,08	+5	+2,5	-0,06	-0,10
4	-0,13	+5	+33	-0,12	-0,15
5	-0,20	+5	+4	-0,20	-0,22

Claims

2ί 22 710 Patentansprüche:

1. Zusatzmittel zur Verbesserung der Eigenschaften von Zement, Mörtel und Beton, insbesondere Schwerbeton, insbesondere zur Erhöhung der Frühfestigkeiten, der Betonierbarkeit bei tiefen Temperaturen und zur Volumenregelung, auf Basis von Aluminiumsulfat. gekennzeichnet durch einen Gehalt an calciniertem, wasserfreiem Aluminiumsulfat.

2. Zusatzmittel nach Anspruch 1 zur Festigkeitsverbesserung und zum Schwindungsausgleich oder zur Expansion von Beton, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusatzmittel aus 90 bis 30 Gewichtsprozent calciniertem. wasserfreiem Aluminiumsulfat und 10 bis 70 Gewichtsprozent Calciumsulfat als Verzögerungsmittel besteht.

3. Zusatzmiite! nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es zusätzlich ein Alkanolamin und eine anorganische, alkalisch reagierende Verbindung, insbesondere Natriumsilikat, enthält.

4. Zusat2:mittel nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen Gehalt an Triethanolamin als Alkanolamin.

5. Zusatzmittel nach den Ansprüchen 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß es aus wasserfreiem Aluminiumsulfat, Triäthanolamin und Natriumsilicat in den Gewichtsverhaltnissen (10-60) :(2-10) :(10-50)besteht.

6. Zusatzmittel nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es zusätzlich gemahlenes, wasserfreies Kieselsäuregel, Bentonit. Molekularsiebe oder Kieselgur als wasseranziehende, eine frühzeitige Hydratation des Aiuminiumsulfats verhindernde Substanz enthält.

7. Verfahren zur Herstellung des Zusatzmittels nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß man kristallwasserhaltiges Aluminiumsulfat entweder als solches oder in Gegenwart von Zement oder Zementklinker als Füllstoff durch Erhitzen auf Temperaturen oberhalb 35O°C, insbesondere auf 400 bis 480°C, calciniert und das erhaltene Produkt abkühlt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man das abgekühlte Produkt zur Verhinderung bzw. Verzögerung vorzeitiger Wasseraufnahme mit Metallstcaraten als Hydrophobierungsmittel vermahlt.