DE2200069C3

DE2200069C3 - Verfahren zur Herstellung von Schaumbeton

Info

Publication number: DE2200069C3
Application number: DE19722200069
Authority: DE
Inventors: Aoi Osaka Fukuda (Japan)
Original assignee: NIPPATSU JITSUGYO CO Ltd OSAKA (JAPAN)
Current assignee: NIPPATSU JITSUGYO CO Ltd OSAKA (JAPAN)
Priority date: 1972-01-03
Filing date: 1972-01-03
Publication date: 1975-08-28
Also published as: DE2200069B2; DE2200069A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Schaumbeton, insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines Schäumungs- bzw. Treibmittels, das mit einer wäßrigen Mischung von Zement-, Mörtel- oder dgl. -material zur Zeit der Herstellung des Schaumbetons zu vermischen ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Schaumbeton eur Verfugung zu stellen, der eine hervorragende Qualität mit großer Festigkeit und niedriger Wasserabsorptionsfähigkeit besitzt und keine Neigung hat, Sprünge, Risse, Spalte od. dgl. zu bilden.

Im allgemeinen hat Schaumbeton ein sehr leichtes Gewicht und ausgezeichnete thermische Isolierungseigenschaften, sein spezifisches Gewicht beträgt ein Drittel bis ein Viertel desjenigen von gewöhnlichem Zement, Mörtel oder Beton, und seine Wärmeleitfähigkeit liegt bei ungefähr einem Zehntel.

Jedoch ist die Erzielung der vorerwähnten Vorzüge, nämlich des leichten Gewichts und der guten thermischen Isolierungseigenschaften bei leichtem Schaumbeton notwendigerweise von Nachteilen begleitet, beispielsweise herabgesetzter Druckfestigkeit und Bindungsfestigkeit, langsamerer Härtung, niedriger Haftfestigkeit gegenüber Fremdsubstanz und größerer Wasserabsorptionsfähigkeit und -durchlässigkeit.

Es ist daher erwünscht, die Nachteile von Schaumbeton herabzusetzen bzw. zum Verschwinden zu britigen, gleichzeitig aber die vorerwähnten Vorteile des Schaumbetons zu erhalten. Leichter Schaumbeton wird dadurch hergestellt, daß eine wäßrige Miischung von Zementmaterial verfestigt wird, die in eine schwammartige Substanz mit vielen im Inneren ausgebildeten Blasen übergeführt worden ist.

!Mach dem Verfahren zur Herstellung von Schaumbeton gemäß der Erfindung wird ein Schäumungs- bzw. Treibmittel, umfassend eine wäßrige Lösung einer Mischung voa MethylzeUulose, die 26 bis 33 Gewichtsprozent Methoxy-Radikal oder ein Derivat hiervon enthält, ein Fettsäurediäthanolamid und ein Natriumalkylarylsulphonat, das eine Alkylradikal-Kohlenstoflzahl von 10 bis 16 besitzt, in eine Schaummasse übergeführt, was beispielsweise durch Rühren, Schüttelbehandlung od. dgL erfolgt, und mit einer wäßrigen Mischung von Zement-, Mörtel- od. dgL -material gemischt

Bei dem üblichen Verfahren zur Herstellung von Schaumbeton wurde bisher eine wäßrige Lösung eines oberflächenaktiven Mittels als Schärmungsmittel angewandt, oder es wurde tierisches Eiweiß als Hauptbestandteil desselben benutzt, und der Schaum, der von diesem Schäumungsmittel erzeugt worden war, wurde mit der wäßrigen Mischung von Zementmaterial gemischt, um auf diese Weise Schaumbeton zu erzeugen.

Wenn ein oberflächenaktives Mittel als Schäumungsmittel angewandt wird, verschwinden jedoch nahezu die Hälfte der erzeugten Blasen vor der Mischung mit dem Zement, was zur Folge hat, daß die Festigkeit des Erzeugnisses abnimmt und seine Absorptionsfähigkeit erhöht wird. Und bei Verwendung eines Schäumungsmittels, dessen Hauptbestandteil tierisches Eiweiß ist, wurden Nachteile insofern festgestellt, als das Erzeugnis manchmal schimmlig wurde und dazu neigt, rissig zu werden, zu springen, brechen od. dgl., was auf die Größe der Trockenkonzentration zurückzuführen ist.

Die vorliegende Erfindung führt zur Herstellung von hervorragendem Schaumbeton, der eine große Festigkeit und eine niedrige Wasserabsorptionsfähigkeit besitzt und bei dem nicht die Gefahr von Rissen, Sprüngen, Spalten od. dgl. besteht, indem die vorerwähnten Nachteile beseitigt werden. Im allgemeinen besitzt eine wäßrige Lösung eines anionischen oberflächenaktiven Mittels eine größere Schaum ungswirkung als eine wäßrige Lösung eines kationischen oder nichtionischen oberflächenaktiven Mittels; im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird empfohlen, eine wäßrige Lösung eines Natriumalkylarylsulphonats zu verwenden, das eine Alkylradikal-Kohlenstoffzahl von C₁₂ bis C₁₄ besitzt, da durch Versuche im Rahmen der vorliegenden Erfindung festgestellt wurde, daß die C₁₂- bis C₁₄-Verbindungen unter verschiedensten Arten von anionischen oberflächenaktiven Mitteln die größte Wirksamkeit zur Schaumerzeugung besitzen. Wenn Schaumbeton durch feinverteiltes bzw. dispergierendes Mischen einer Schaummasse, die aus einer wäßrigen Lösung von Natriumalkylarylsulphonat erzeugt worden ist, allein mit der wäßrigen Mischung von Zementmaterial hergestellt wird, dann beginnt sich der Schaum auf Grund der starken Alkalinität der wäßrigen Mischung des Zementmaterials bald aufzulösen, wobei der meiste Schaum nach 7 bis 10 Minuten des Erzeugungsvorganges verschwindet, was der Hauptnachteil dieses Ve»- fahrens ist. Es wurden Versuche durchgeführt, Schaum von einer wäßrigen Lösung von jeder Art von nichtionischen oberflächenaktiven Mitteln herzustellen; als Ergebnis dieser Versuche würde festgestellt, daß die Schaummenge viel kleiner ist, als mit anionischen oberflächenaktiven Mitteln erzeugt werden kann, und daß die Verwendung der Lösung von nichtionischem oberflächenaktivem Mittel als unabhängiges Schäumungsmittel wegen des Vorhandenseins eines Kristallisationsbeginns unerwünscht ist. Zur gleichen

Zeh ist auch festgestellt worden, daß beim Mischen nut der wäßrigen Mischung von Zementmaterial die Auflösung des Schaumes in verhältnismäßig geringem Umfang erfolgt), und zwar selbst bei der starken Alkalinität von Zement

Entsprechend wurden Versuche durchgeführt, bei denen anionische oberflächenaktive Mittel und nichtionische oberflächenaktive Mittel in einem geeigneten bzw. angemessenen Verhältnis gemischt wurden, wobei als Ergebnis dieser Versuche festgestellt worden ist, daß keine befriedigenden Ergebnisse erzielbar waren, wenn bestimmte Arten nichtionischer oberflächenaktiver Mittel in den vorerwähnten Mischungen angewandt wurden.

Es wurde jedoch im Rahmen der vorliegenden Erfindung festgestellt, daß nur im Falle von Fettsäurediäthanolamiden ausgezeichnete Schäumungsverhältiiisse bzw. -eigenschaften erhalten werden, wobei die Schaumstabilität in der Alkalilösung groß ist und kein Punkt eines Kristallisationsbeginns existiert Fettsäurediäthanolamid wird erzeugt, indem man Diäthanolamin mit einer Fettsäure zur Reaktion bringt

RCOCH + HNiCH₂CH₂OiJ)₂

CH₂CH₂OH

RCON

CH₂CH₂OH

Es wurden Versuche ausgeführt, bei denen das Mischungsverhältnis zwischen Natriumalkylarylsulphonat und Fettsäurediäthanolamid verändert worden ist; als Ergebnis dieser Versuche wurde festgestellt 2s daß man eine Doppelwirkung erreichen kann, wenn das Mischungsverhältnis, bezogen auf das Gewicht, angenähert 2:1 ist, es ist nämlich nicht nur die Schäurnungskraft am größten, sondern auch die Schaumstabilität ist ebensogut sehr zufriedenstellend.

Mit dem Ziel, ein ausgezeichneteres Schäumungs- bzw. Treibmitte! zu entwickeln, wurden im Rahmen der vorliegenden Erfindung Versuche durchgeführt bei denen eine große Anzahl unterschiedlicher Mittel hinzugefügt wurden, mit dem Ergebnis, daß Methylzellulose als für diesen Zweck am geeignetsten befunden wurde, deren Strukturformel wie nachstehend ist:

OH

— O—i

OCH₃

r-O-i

H H

OCH₃ CH₂OH

Die vorerwähnte Formel zeigt daß ungefähr zwei aus drei OH-Radikalen in jedem Glucose-Radikal durch Methoxy-Radikale (—OCH₃) ersetzt sind. Die Methylzellulose kann einen sehr geringen Anteil von Hydroxypropoxy-Radikal (OC₃H₆OH) enthalten, der von der Methylation der Hydroxymethyl-Seitenketten herrührt.

Gemäß der Erfindung wird Methylzellulose benutzt, die 26 bis 33 Gewichtsprozent Methoxyradikal enthält, was ei«·*»¹- Methoxyradikal-Erseteungsgrad von 1,64 bis 2,03 entspricht, da eine derartige Methylzellulose, wie t· funden wurde, zufriedenstellende Eigenschaften im Rahmen der Erfindung besitzt.

Methylzellulose unterscheidet sich von der bisher verwendeten Nacarboxyl-Methylzellulose sowohl hinsichtlich ihrer chemischen Zusammensetzung als auch bezüglich ihrer Eigenschaften. Na-carboxyl-Methylzellulose enthält Natrium« ihrer Kristallisationsbeginn liegt bei ungefähr 40⁰C, so daß, wenn die Temperatur innerhalb der Schäumungsmaschine über diesen Punkt des Kristallisationsbeginns anwächst, die Schäumungskraft schnell absinkt wobei auch die Viskosität kleiner wird. Dagegen ergibt sich im Falle von Methylzellulose im Sinne der Erfindung ein GeIatinierungsphänomen in der Nachbarschaft der Temperatur innerhalb der Schäumungsmaschine, ihre Viskosität nimmt schnell zu, und ihre Filmbüdungseigenschaften haben die Wirkung, den Schaumfilm zu verstärken bzw. zu kräftigen. Das Schäumungsmittel, das durch Zufügung einer wäßrigen Lösung von dieser Methylzellulose zu einer wäßrigen Lösung von Natriumalkylarylsulphonat und Fettsäurediätha-

5S nolamid zusammengesetzt wird, besitzt eine wesentlich verbesserte Schäumungskraft und eine bessere Schaumstabilität. Es wurde gefunden, daß der Schaumfilm, der durch die Filmbildungseigenschaft der Methylzellulose verstärkt worden ist zu sehr befriedigenden Ergebnissen in bezug auf den hergestellten Schaumbeton führt, dessen Wasserabsorptionsfähigkeit herabgesetzt und dessen Festigkeit verbessert wird. Es wurde festgestellt und immer wieder bestätigt, daß das Schäumungs- bzw. Treibmittel, das aus den vorerwähnten drei Chemikalien besteht, einen dreifachen Effekt besitzt, obwohl ein verhältnismäßig enger Effektivitätsbereich für die Konzentration der Methylzellulose existiert.

Um die vorstehende Beschreibung klarer und deutlicher zu machen, wurde ein nachstehend beschriebener Vergleichstest durchgeführt

Eine wäßrige Lösung eines Natriumalkylarylsulphonats (Alkyh-adflcal-Kohlenstofizahl 14—12) wurde s zubereitet, diese Lösung nachstehend als Mittel A bezeichnet

Weiterhin wurde eine wäßrige Lösung von Fettsäurediäthanolamid (die Fettsäure ist Palmö«) hergestellt, die nachstehend als Mittel B bezeichnet ist.

Schließlien vsurde eine wäßrige Lösung von Methylzellulose (26—33 Gewichtsprozent Methoxyradikal) hergestellt die nachstehend als Mittel C bezeichnet ist.

Test Nr. 3
Test Nr. 4

Test Nr. 5

Ausführung gemäß
der Erfindung

Mittel C

Mittel A 67 cm³l
Mittel B 33 cm³)
Mittel A 84 cm³l
Mittel C 16 cm³)
Mittel A 59 on³!
Mittel B 30 cm³>
Mittel C 11 cm³j

100 cm³
100 cm³

Test Nr. 1
Test Nr. 2

Mittel A
Mittel B

100 cm³
100 cm³

Test Nr.

Test Nr. 1..
Test Nr. 2 ..
Test Nr. 3 ..
Test Nr. 4..
Test Nr. 5..
Ausführung
gemäß der
Erfindung ..

Menge des erzeugten Schaumes

5120 cm³
4130 cm³
3000 cm³
4620 cm³
3380 cm³

4370 cm'

nach 4 Min.

72%
25%
30%
42%
47%

0%

In allen vorerwähnten Fällen, die fünf Tests und eine Ausführung gemäß der Erfindung umfassen, wurden Versuche bezüglich der durch Rühren des Schäumungsmittels erzeugten Schaummasse ausgeführt, wobei die Menge des Schäumungsmittels zu 100 cm³ festgesetzt und während 5 Minuten in der Schäummaschine gerührt bzw. geschüttelt wurde.

Schaumauflösungsrate nach 6 Min.

86%
39%
38%
47%
54%

3%

_nach 8 Min.

89%
52%
48%

52%
59%

3%

Schaumrest nach 8 Min

560 cm³
1970 cm'
1560 cm'
2230 cm'
1390 cm³

4250 cm³

Die obige Tabelle zeigt, daß in allen Fällen, welche die Tests Nr. 1 bis 5 und die Ausführung gemäß der Erfindung umfassen, bezüglich der Menge des erzeugten Schaumes keine großen Unterschiede bestehen, daß jedoch im Schaumabbau bzw. -verschwinden, bezogen auf die Zeit, erhebliche Unterschiede bestehen. Der Schaum wird mit Ablauf der Zeit abgebaut, und nach 8 Minuten ist die zurückbleibende Schaummenge im Falle der Anwendung der Erfindung bei weitem am größten, nämlich 2- bis ⁷ 5mal so groß wie die bei den Tests Nr. 1 bis 5 zurückb/cibende Schaummenge, Diese Ergebnisse beweisen die Tatsache, daß das Schäumungsmittel gemäß der vorliegenden Frfindung das bei weitestem ausgezeichnetste Schäumungsmittel ist.

Beispiel

30 cm³ einer wäßrigen Lösung von Palmölfettsäurediäthanolamid.

60 cm³ einer wäßrigen Lösung von Natriumalkylarylsulphonat (Alkylradikal-Kohlenstoflzahl 14—12).

12 cm³ einer wäßrigen Lösung von Methylzellulose (26 bis 33 Gewichtsprozent Methoxy-Radikal).

Alle die vorstehenden wäßrigen Lösungen wurden in die Schaum- bzw. Schäumungsmaschine der Schaumbetonherstellungsmaschine eingegeben und heftig gerührt bzw.. geschüttelt, wobei als Ergebnis dieses Vorganges die Temperatur innerhalb der Schäumungsmaschine anstieg, die Gelatinierung der Zellulose begann und eine stabilisierte Schaummasse mit einem starken bzw. festen Schaumfilm erzeugt wurde.

Die vorerwähnte Schaummasse wurde in eine wäßnge Mischung von Zement gegeben, welche getrennt von dieser Schaummasse erzeugt worden war, und zwar durch Eingabe von

Portland-Zement 3 kg

Wasser 1620 cm'

in den Mischer der Schaumbetonherstellungsmaschine, und die vorerwähnte Schaummasse und die Zementmischung wurden fein verteilt bzw. dispergierend miteinander gemischt in einen Rahmen bzw. eine Form eingefüllt bzw. -gegossen und zu Schaumbeton gehärtet

Der physikalische Test des Schaumbetons führte zu den folgenden Ergebnissen:

Spezifisches Gewicht 0,79 g/cm³

Druckfestigkeit (28 Tage) 47,2 kg/cm²

Wasser-Aufnahmefähigkeit

(24 Stunden) 24,3%

Diese Daten zeigen, daß der hergestellte Schaumbeton eine beträchtlich ausgezeichnete Qualität besitzt.

Mit der Erfindung ist es in bemerkenswert wirksamer Weise möglich, ausgezeichneten Schaumbeton bei niedrigen Gestehungskosten mit einer minimalen Menge von Schäumungsmittel herzustellen, der eine hohe Festigkeit, niedrige Wasserabiiprptionsfähigkeit und gleichmäßige Qualität besitzt, insbesondere deswegen, weil keine Schäumungsmittelflüssigkeit, die sich in den ungeschäumten Zustand zurückverwandelt hat, in den Schaumbeton gelangt ist.

Claims

22 OO

Patentansprüche:

L Verfahren zur Hers^fellung von Schaumbeton, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schau- s mungs- bzw. Treibmittel, umfassend eine wäßrige Lösung einer Mischung von Methylzellulose, die 26 bis 33 Gewichtsprozent Methoxy-Radikal oder ein Derivat hiervon enthält, ein Fettsäurediäthanolamid und ein Natriumalkylarylsulphonat, das eine Alkylradikal-Kohlenstoffzahl von 10 bis 16 hat, in eine Schaummasse übergeführt und mit einer wäßrigen Mischung von Zement-, Mörtel- od. dgL -material gemischt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Natriumalkylarylsulphonat mit einer Alkylradikal-Kohlenstoffzahl von 12 bis 14 verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Natriumalkylarylsulphonat in einer Menge zugesetzt wird, die das Zweifache desjenigen des Fettsäurediäthanolamids beträgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Fettsäure des Fettsäurediäthanolamids Palmbutter bzw. -öl verwendet wird.