DE2510224A1

DE2510224A1 - Verfahren und zusatzmittel zur herstellung von betongegenstaenden

Info

Publication number: DE2510224A1
Application number: DE19752510224
Authority: DE
Inventors: Claes Helgesson; Per E A Jonsson; Kelvin Roberts
Original assignee: Alfong Betonhaerdningsmedel &
Current assignee: Alfong Betonhaerdningsmedel &
Priority date: 1974-03-14
Filing date: 1975-03-08
Publication date: 1975-09-25
Also published as: CH603507A5; NO137190B; NL7503106A; BR7501491A; FR2263987B3; FR2263987A1; NO750824L; IT1032308B; JPS50133223A; AU7906575A; GB1495811A

Description

Dr. Hans-Heinrich Willrath

Dr. Dieter Weber Dipl.-Phys. Klaus Seiffert PATENTANWÄLTE

D- 52 WIESBADEN 7. März 1975 Postfach 1327

Gustav-Freyug-SträSe SB II /Wh.

β (06121) 37S720 Telcgrammxlruu: WILLPATENT

File 15260

AB AIfong Betonghärdningsmedel & Co. Kommanditbolag, Kungsgatan 62, Stockholm, Schweden

Verfahren und Zusatzmittel zur Herstellung von Betongegenständen

Prioritäten: Schwedische Patentanmeldungen Nr. 74-03454-7 vom 14. März 19 74 und Nr. 74-04389-4 vom 1. April 1974

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Betongegenständen oder -fertigteilen. Auch betrifft die Erfindung eine Zusammensetzung, die einem Betongemisch zugesetzt wird, um seine Erhärtung zu verbessern. Unter Beton versteht man hier ein Gemisch, das Portlandzement, Wasser und Füllmaterialien enthält (welche letztere auch als Aggregat bezeichnet werden), wie Sand oder Kies und Steine, wie beispielsweise Schotter. Die der

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Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht hauptsächlich darin, die Festigkeit des Betons zu erhöhen, besonders bei Beginn der Erhärtung, wie beispielsweise mit dem Ziel, in die Lage versetzt zu werden, die Schalung oder Gießform früher entfernen zu können, als dies bisher möglich war. Ein anderes Ziel der Erfindung besteht darin, in die Lage versetzt zu werden, ein Betongemisch mit extrem zufriedenstellender Homogenität herstellen zu können, besonders bezüglich des Wasseranteils und des Feinstoff anteils des Zementes trotz eines niedrigen Wassergehaltes. Noch ein anderes Ziel der Erfindung besteht darin, in die Lage versetzt zu werden, Luftblasen in dem Beton zu stabilisieren und trotzdem eine zufriedenstellende Festigkeit des Betons beizubehalten .

Das Verfahren nach der Erfindung besteht darin, daß man zu dem Betongemisch Kieselsäure in der Form sehr feiner Teilchen in einer Menge von 0,01 bis 10 % des Gewichtes des Portlandzementes und ein Stabilisierungsmittel in der Form einer lyotropen flüssigen kristallinen Phase zusetzt, das Betongemisch derart rührt, daß die Kieselsäure und das Stabilisierungsmittel in dem gesamten Betongemisch verteilt werden, das Betongemisch formt und es in an sich bekannter Weise erhärten läßt.

Die Kieselsäure und die flüssige kristalline Phase werden vorzugsweise miteinander vermischt, bevor sie dem Betongemisch zugesetzt werden. Wenn kein Mischen erfolgt, hat die Kieselsäure eine Neigung, ein Gel zu bilden, wenn sie in Berührung mit dem alkalischen Betongemisch kommt. Eine solche Gelbildung würde die Wirkung der Kieselsäure vermindern. Die Kieselsäure und die

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flüssige kristalline Phase bilden somit einen Zusatzstoff, in dem die Kieselsäure in der Form einer stabilen Suspension vorliegt. Ein solcher Zusatzstoff nach der Erfindung besteht aus einer stabilen Suspension, die O bis 99, vorzugsweise 10 bis 99 Gewichts-% Wasser, 10 bis 80 Gewichts-% Kieselsäure, 0,001 bis 80 Gewichts-% oberflächenaktives Mittel und 0 bis 80 Gewichts-% einer amphiphilen Substanz oder eines Kohlenwasserstoffes in einem solchen Gewichtsverhältnis zu dem Wasser, daß eine lyotrope flüssige kristalline Phase gebildet wird, enthält.

Die Kieselsäure besitzt vorzugsweise eine Teilchengröße von weniger als 10 ,u. Eine für die Erfindung brauchbare Kieselsäuretype ist die Kieselsäure, die man aus dem Gas gewinnt, welches bestimmte Typen von metallurgischen öfen, Wi.e beispielsweise öfen für die Herstellung vor_ Ferrosilicium, verläßt. Kieselsäure dieses Ursprungs enthält oftmals metallische Verunreinigungen, doch zeigt es sich, daß diese nicht nachteilig für das Verfahren nach der Erfindung sind. Stattdessen kann auch Kieselsäure verwendet werden, die Teilchen einer viel kleineren Teilchengröße, wie beispielsweise von weniger als 0,1,u, enthält. Pulverisierte, extrem feinkörnige reaktive Kieselsäure ist an sich bekannt und wird hauptsächlich durch Ausfällung aus einer Gasphase hergestellt, die aus Siliciumtetrafluorid besteht. Die Teilchengröße liegt allgemein im Bereich von 0,001 bis 1.um. Wenn die Teilchengröße unterhalb 0,01 ,u liegt, kann die Kieselsäure als "kolloidale" Kieselsäure bezeichnet werden. Kieselsäure, die solche extrem kleinen Teilchen enthält, ist wirksam, wenn sie dem Betongemisch in kleineren Mengen als den oben angegebenen 10 Gewichts-% zugesetzt wird. Wenn man kolloidale

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Kieselsäure verwendet, ist es gewöhnlich ausreichend, 0,01 bis 0,5 %, bezogen auf das Gewicht des Zementes, dem Betongemisch zuzusetzen.

Eine lyotrope flüssige kristalline Phase bildet sich spontan beim Vermischen von Wasser, einer oberflächenaktiven Substanz und/oder einer amphiphilen Substanz oder eines Kohlenwasserstoffes. Lyotrope flüssige Kristalle sind in der Literatur beschrieben, wie beispielsweise von Mandell, Fonteil, Lehtinen und Ekwall in "Acta Polytechnica Scandinavica", CH 74 II, 1968.und . von Fontell, Mandell, Lehtinen und Ekwall in "Acta Polytechnica Scandinavica", CH 74 III, 1968. Die oberflächenaktive Substanz kann ein Molekül besitzen, das aus einer Kohlenwasserstoffkette besteht, welche an eine geladene Gruppe, wie eine Sulfatgruppe, Sulfonatgruppe, Phosphatgruppe oder Carboxylgruppe gebunden ist. Die Kohlenwasserstoffkette kann 5 bis 35 Kohlenstoffatome haben, hat aber vorzugsweise 12 bis 18 Kohlenstoffatome. Oberflächenaktive Substanzen vom ionischen Typ haben jedoch eine Neigung, auf die Aushärtung des Betons einzuwirken und mit Metallionen in dem Betongemisch zu reagieren. Es ist daher bevorzugt, eine oberflächenaktive Substanz vom nichtionischen Typ zu verwenden, wie einen Polyäthylenoxid-monoglycoläther. Die Äthergruppe kann an eine Alkyl- oder Arylgruppe gebunden sein. Die Zahl der Äthylenoxidgruppen in der Kette liegt vorzugsweise bei 4 bis 10. Beispiele oberflächenaktiver Substanzen, die verwendet werden können, sind Natriumlaurylsulfat und Nonylphenylpolyäthylenoxidmonoglycol.

Eine amphiphile Substanz ist durch ihre Struktur gekennzeichnet, die eine hydrophobe Gruppe, welche nicht in Wasser löslich

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ist (gewöhnlich eine Kohlenwasserstoffkette), und eine hydrophile Gruppe, deren Wechselwirkung mit Wasser infolge von Wassers toffbindungen und polarer Wechselwirkung stark ist, enthält. Wenn die Wechselwirkung der hydrophilen Gruppe mit Wasser so stark ist, daß das gesamte Molekül löslich wird, wird die Substanz als eine oberflächenaktive Substanz bezeichnet. Die amphiphile Substanz kann beispielsweise aus einer Carbonsäure, einem Alkohol, einem Monoglycerid, einem Phosphat, einem Aldehyd oder einem Alkylglycoläther mit weniger als 3 Äthergruppen bestehen. Ihre Kohlenwasserstoffkette kann geradkettig oder verzweigt, gesättigt oder ungesättigt sein und sollte wenigstens 5 und vorzugsweise höchstens 25 Kohlenstoffatome enthalten. Beispiele geeigneter amphiphiler Substanzen sind Decanol, Octanol und Octylamin. Die amphiphile Substanz kann durch einen Kohlenwasserstoff, wie Benzol oder Hexan, ergänzt oder ersetzt werden.

Eine vollständigere Erklärung der Begriffe "lyotroper flüssiger Kristall" und "amphiphile Substanz" findet sich in der schwe-. benden US-Patentanmeldung Serial No. 238 514 vom 27. März 1972.

Die lyotrope flüssige kristalline Phase sollte vorzugsweise stabil sein, wenn sie mit Wasser verdünnt wird. Wenn dies der Fall ist, bleibt nämlich die flüssige kristalline Phase wenigstens für einige Zeit nach ihrem Vermischen mit dem Beton erhalten, und ihre Wirkung als Suspensionsstabilisator in dem Beton geht nicht verloren. Wie beim Verdünnen die Stabilität beibehalten bleibt, wird durch die beiden ternären Diagramme erläutert. In dem ternären Diagramm gemäß den Fig. 1 und 2 bedeutet X Wasser, Y Decanol und Z Natriumoctylsulfat. Im Bereich B exi-

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ORIGINAL

— D —

stiert nur der lyotrope flüssige Kristall, im Bereich L₁ eine Micellphase, und im Bereich A liegt ein Gleichgewicht des flüssigen Kristalls mit der Micellphase vor. Der Bereich L₂ bedeutet eine umgekehrte Micell-Lösung. Punkt 3 bedeutet eine Zusammensetzung, die 7 Gewichts-% Natriumoctylsulfat/. 5 Gewichts-% Decanol und 88 Gewichts-% Wasser enthält. Die Zusammensetzungen der flüssigen kristallinen Phase und der Micallphase, die im Gleichgewicht miteinander stehen, werden durch die Punkte 1 bzw. 2 gezeigt. Bei der Verdünnung mit Wasser werden die Zusammensetzungen durch einen Punkt repräsentiert, der sich entlang der Linie 4 zwischen den Punkten 3 und X bewegt. Wenn der sich bewegende Punkt Position 5 erreicht hat, existiert in der Zusammensetzung noch der flüssige Kristall. Wenn der sich bewegende Punkt die Position 6 erreicht hat, liegt der flüssige Kristall nicht mehr vor, sondern es existieren nur noch zwei Micell-Lösungen (L.. und L) , und die Wirkung der Zusammensetzung bezüglich einer Stabilisierung von Kieselsäureteilchen und Luftblasen ist dann wesentlich schlechter. In dem ternären Diagramm gemäß Fig. 3 bedeutet X Wasser, Y p-Xylol und Z ein oberflächenaktives Mittel in der Form eines Arylgylcoläthers. Die Arylgruppe besteht aus Nonylphenol, das an 6 Äthylenoxidgruppen gebunden ist. Dieses oberflächenaktive Mittel wird von der Swedish Berol Company hergestellt und vertrieben und wird nachfolgend als Berol 02 bezeichnet. In dem Bereich S in dem ternären Diagramm (Fig. 3) liegt eine Wasserlösung im Gleichgewicht mit einer flüssigen kristallinen Phase D vor. Der Punkt 11 bedeutet ein Gemisch aus 19 % oberflächenaktivem Mittel, 1 % p-Xyol und 80 % Wasser. Beim Verdünnen mit Wasser bewegt

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ORIGINAL W8PECTED

sich der Punkt 11 nach links im wesentlichen entlang der Linie

X-Z und bleibt im Bereich S bis zu einem extrem hohen Wasserge- ■ halt_f d.h. das Gemisch kann mit Wasser verdünnt werden, während

die flüssige kristalline Phase D noch in dem System verbleibt, ■ doch mit verminderter Menge der Phase D. Somit verträgt eine

solche Zusammensetzung eine starke Verdünnung, wobei dennoch eine flüssige kristalline Phase verbleibt und somit die Stabilität der Suspension erhalten bleibt. Es ist daher bevorzugt, einen flüssigen Kristall des in Fig. 3 erläuterten Typs als Suspensionsstabilisator in einem Zusatzstoff für Beton des hier beschriebenen Typs zu verwenden.

Es ist bevorzugt, einen Zusatzstoff zu benutzen, in dem der Stabilsator eine lyotrope flüssige kristalline Phase im Gleichgewicht mit einer Wasserlösung, beispielsweise der durch den Bereich B in Fig. 1 wiedergegebenen Micell-Lösung,oder mit einer "öllösung", wie beispielsweise der durch den Bereich L- in Fig. 1 wiedergegebenen umgekehrten Micell-Lösung, ist. Der Stabilisator kann aus einer reinen lyotropen flüssigen kristallinen Phase bestehen, doch bewirkt dies gesteigerte Kosten für die oberflächenaktiven Mittel und eine höhere Viskosität. Es ist daher bevorzugt, eine flüssige kristalline Phase in einem System zu verwenden, das insgesamt wenigstens 50, vorzugsweise wenigstens 80 Gewichts-% Wasser enthält.

Das Hauptziel des Zusatzes beim Vermischen mit dem Betongemisch besteht darin, die Kieselsäuredispersion trotz der Verdünnung stabil zu halten und so eine extrem vorteilhafte Verteilung der Kieselsäure in dem gesamten Betongemisch zu bewirken. Die Erfindung soll nicht in irgendeiner Weise bezüglich

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irgendeiner speziellen Theorie für den vorteilhaften Effekt der Kieselsäure beschränkt sein. Es wird jedoch angenommen, daß ein brauchbarer Effekt der Kieselsäure darin besteht, daß sie mit dem Calciumhydroxid reagiert, das während der Erhärtung des Betons gebildet wird. Um wirksam reagieren zu können, muß die Kieselsäure gleichförmig in dem gesamten Betongemisch verteilt werden. Die Zugabe einer flüssigen kristallinen Phase ist eine äußerst wirksame Maßnahme, eine solche Verteilung der Kieselsäure zu erreichen. Infolge der Stabilität der flüssigen Kristallphase bekommt man eine gleichförmige Verteilung der feineren Teilchen des Zementes, welche weitgehend für das frühe Abbinden des Betongemisches verantwortlich ist. Eine stabile Suspension der feineren Teilchen des Betongemisches wird erhalten.

Schließlich führt die gleichmäßige Verteilung der flüssigen Kristallphase und der feinsten Komponenten des Betongemisches

zu einem sehr guten Kontakt zwischen den verschiedenen festen Komponenten und dem Wasser und auch zu verminderter Reibung

ι zwischen den Feststoffteilchen des Betongemisches. Die vermin- ' derte Reibung führt zu einer "Schmierwirkung" in dem Betongeiriisch und ermöglicht so eine Verminderung der Wassermenge, wäh-

rend die anderen charakteristischen Eigenschaften beibehalten j werden. Es ist eine bekannte Tatsache, daß eine Abnahme der

Wassermenge die Festigkeit des Betons erhöht. j

Eine Erhöhung des Gehaltes an Luftblasen steigert die Frostbe- !

ständigkeit des gehärteten Betons. Die Erfindung macht es mög- '

lieh, die Zahl an Luftblasen wesentlich zu steigern, wie bei- ' spielsweise auf 7 bis 8 Volumen-%,ohne die Festigkeit des Betons merklich zu verschlechtern. Dies beruht wahrscheinlich teil-

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weise auf dem allgemeinen die Festigkeit des Betons steigernden
Effekt der Zusatzstoffe, der oben erläutert wurde, und teilweise
auf der Wirkung des Zusatzstoffes auf die Form der Poren. Normalerweise haften die im Beton gebildeten Luftporen in bestimmtem Umfang aneinander und bilden so ein mehr oder weniger kontinuierliches Porensystem, während die Verwendung der hier beschriebenen Suspensionen zu Poren gleichmäßiger Größe führt,
die voneinander getrennt sind. Solche; getrennten und geschlossenen Poren führen zu einer höheren Transportstabilität des
Betongemisches sowie zu größerer Festigkeit, besserer chemischer
Stabilität und geringerer Wasserabsorption in dem gehärteten
Beton im Vergleich mit einem Beton, dem,'.andere Typen von Luftblasenbildnern bzw. Luftporenbildnern zugesetzt wurden. Die
Luftblasen in dem Betongemisch werden durch die Anwesenheit
einer flüssigen kristallinen Phase stabilisiert. Die Schaumsta- = bilisierung mit einer flüssigen kristallinen Phase ist an sich '■ bekannt und wurde'von S. Friberg und S.I. Ahmed in "J. Colloid j

ί and Interface Sciences", 35, Seite 175 (19 71) und von S.I. Ahmed _;

und S. Friberg in "Acta Polytechn. Scand. Ch.", 102 (1971) be-

i schrieben. Um stabile Luftblasen in dem Betongemisch nach der ,

Methode der Erfindung zu erhalten, sollte dieses Betongemisch \

j vorzugsweise relativ viel Wasser und flüssige kristalline Phase =

enthalten. So sollte das Gewichtsverhältnis von Wasser zu Zement ;

höher als 0,4 sein. Außerdem sollte das Gewichtsverhältnis zwi- ' sehen der Kieselsäure und der kristallinen Phase zwischen 0,2 : 1

und 40 : 1 liegen. ■

Obwohl der Anmeldungsgegenstand nicht auf irgendeine spezielle
Theorie beschränkt werden soll, wird doch angenommen, daß das

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gute Ergebnis des Erfindungsgegenstandes auf der Tatsache beruht/ daß eine lyotrope flüssige kristalline Phase nichtselektiv ist, wenn sie als ein Suspensionsstabilisator wirkt. Daher ist sie als Stabilisator für alle Typen kleiner Teilchen in dem Betongemisch und für die Luftblasen wirksam. Im Gegensatz dazu ist ein oberflächenaktives Mittel, das kein lyotroper flüssiger Kristall ist, gewöhnlich eher selektiv als ein Suspensionsstabilisator. Bei der Zugabe zu einem Betongemisch kann es eine Type kleiner Teilchen, doch nicht die anderen Typen kleiner Teilchen in dem Beton stabilisieren.

Der Zusatz nach der Erfindung wird dem Betongeraisch während des normalen Mischensdesselben zugegeben. Das Steinmaterial in dem Beton sollte so weit wie möglich von Steinstaub befreit worden sein, gegebenenfalls durch Spülen mit Wasser, da gefunden wurde, daß dies eine bessere Kontrolle der Wirkung nach der Erfindung ermöglicht. Die Betonmasse wird in bekannter Weise gemischt und gegossen. Wenn die Menge an freiem Wasser in dem Beton gegen Ende der Hydratation abnimmt, bleibt die Stabilisierung des Systems mit einem gesteigerten Gehalt an oberflächenaktiver flüssiger Kristallphase in der Wasserphase erhalten, was dem Zementbindemittel eine geschichtete Struktur in diesen Bereichen gibt. Diese erwies sich als günstig für die Festigkeitsentwicklung des Betons.

Eine interessante Verwendung der vorliegenden Erfindung ist die Herstellung von Betongegenständen mit einer Oberfläche ohne sichtbare Poren. Beispiele solcher Gegenstände sind vorgefertigte Bauelemente für die Bauindustrie, wie Innenwand- und Außen-

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ORfGlNAL

wändelernente, die keinen Verputz, keinen Anstrich, keine Tapeten oder andere Behandlungsarten erfordern. Andere Beispiele solcher Gegenstände sind Tischplatten, Fensterbretter und Dekkenplatten.

Die Erfindung ist besonders brauchbar für die Herstellung solcher Fertigteile, die ein Pigment enthalten, das der Oberfläche des Betongegenstandes die erwünschte Farbe gibt. Die lyotrope flüssige kristalline Phase wirkt als ein Suspensionsstabilisator für die Pigmentteilchen und ergibt so eine gleichmäßige Färbung über die gesamte Oberfläche des Betongegenstandes. Die Kieselsäure reagiert wahrscheinlich mit dem während der Erhärtung des Betons gebildeten Calciumhydroxid, obwohl hier keine Beschränkung auf diese Theorie erfolgen soll. So wird das Calciumhydroxid daran gehindert, zur Oberfläche des Betongegenstandes auszubluten. Ein solches Ausbluten würde Unregelmäßigkeiten in der Färbung der Oberfläche erzeugen.

Die Herstellung von Betongegenständen mit einer Oberfläche ohne sichtbare Poren besteht darin, daß man ein Betongemisch durch Vermischen von Portlandzement oder Aluminatzement, Füllstoffmaterial und Wasser herstellt, Kieselsäure und eine lyotrope flüssige kristalline Phase zu dem Betongemisch zusetzt, das Gemisch in eine Form mit einer nicht absorbierenden Oberfläche gießt, die Form schüttelt und so an der nicht absorbierenden Oberfläche der Form anhaftende Luftblasen freisetzt, das Betongemisch erhärten läßt und den Betongegenstand aus der Form entfernt.

Eine bevorzugte Methode zur Herstellung von Betongegenständen mit einer Oberfläche ohne sichtbare Poren besteht darin, daß

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man ein Betongemisch durch Vermischen von Portlandzement oder Aluminatzement, Füllmaterial, Wasser und gegebenenfalls Färbepigment herstellt, wobei das Füllmaterial eine gleichmäßige Klassierung und eine maximale Korngröße von 8 mm besitzt, das Gewichtsverhältnis zwischen Zement und Füllstoff im Bereich von 1 : 3 bis 1 : 7 liegt und das Gewichtsverhältnis zwischen Wasser und Zement im Bereich von 0,3 bis 0,7 liegt. Kieselsäure zu dem Betongemisch in einer Menge von wenigstens 1 g Kieselsäure je Kilogramm Zement zusetzt, ein oberflächenaktives Mittel in der Form eines flüssigen Kristalls in einer Menge von wenigstens 0,01 g/kg Zement zusetzt, das Gemisch heftig rührt und so die Kieselsäure und den flüssigen Kristall wirksam in dem gesamten Betongemisch verteilt, das Betongemisch in eine Form mit einer wasserdichten, nicht absorbierenden Oberfläche gießt, die Form heftig schüttelt, das Betongemisch erhärten läßt und den so erhaltenen Gegenstand aus der Form entfernt.

Das Füllstoffmaterial sollte eine kleinere Teilchengröße besitzen als sie für Beton üblich ist. Sand und Kies sind geeignete Füllstoffe, wie auch kleinteilige Steine oder leichte Füllstoffe. Die maximale Teilchengröße sollte 8 mm betragen. Das Material sollte gleichmäßig klassiert sein, d.h. es sollte eine gleichmäßige Siebungskurve besitzen, so daß man eine dichte Packung erhält. Zement in der Form von Portlandzement oder Aluminatzement wird in solcher Menge zugesetzt, daß das Verhältnis von Zement zu Füllstoff bei 1 : 3 bis 1 : 7 liegt. Der Zement kann selbst gefärbt oder ungefärbt sein. Gegebenenfalls kann zusätzliches Farbpigment zugesetzt werden. Das Verhältnis von Wasser zu Zement wird so ausgewählt, daß man die erwünschte Festigkeit

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in dem fertigen Betongegenstand erhält. Füllstoffmaterial,

Zement .und Wasser werden vorzugsweise vorgemischt, bevor der ;

Rest der Bestandteile zugesetzt wird. Das Vermischen erfolgt ^!

zweckmäßig in einem sogenannten Zwangsmischer. Ein Freifallmi- ^:

scher ist nicht sehr geeignet, da dieser ziemlich viel Luft in : den Beton einmischt. j

Ein oberflächenaktives Mittel in der Form einer lyotropen flüs-

sigen kristallinen Phase wird dem Betongemisch in einer Menge
von wenigstens 0,01 g/kg Zement zugesetzt. Das oberflächenaktive Mittel ergibt eine Plastifizierwirkung auf das Betonge- ·
misch und stabilisiert die Suspension der feinen Teilchen in
dem Gemisch, so daß keine Trennung eintritt, wenn der Beton ge- ; schüttelt wird.

Kieselsäure wird dem Betongemisch auch in einer Menge von we- ! nigstens 1 g Kieselsäure je Kilogramm Zement zugesetzt. Die ^; Kieselsäure sollte vorzugsweise in einer Menge von 1 bis 20 g
Kieselsäure je Kilogramm Zement zugegeben werden, und vorzugs-

weise in einer Menge von etwa 5 g Kieselsäure je Kilogramm Ze- " ment. Die Kieselsäure sollte die oben angegebene Teilchengröße j

besitzen. Sie kann in der Form eines Pulvers, einer wäßrigen ^; Dispersion oder einer kolloidalen Lösung zugesetzt werden. j

Die Kieselsäure kann dem Betongemisch zugesetzt werden, nachdem ; das oberflächenaktive Mittel zugesetzt wurde. Es ist jedoch bevorzugt, die Kieselsäure und das oberflächenaktive Mittel im :

voraus zuzusetzen, um eine relativ stabile Suspension zu bil- ·.

den, und dann diese Suspension zu dem Betongemisch zuzugeben.
Dies fördert eine wirksame Verteilung der Kieselsäure und des

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ORIGINAL IN8P6CfflS&

oberflächenaktiven Mittels im Betongemisch. Es ist ratsam, Füllstoffmaterial, Zement und Wasser vorzumischen, dann das oberflächenaktive Mittel und die Kieselsäure zuzusetzen und das Mischen wenigstens weitere 3 Minuten, vorzugsweise in einem sogenannten Zwangsmischer, fortzusetzen. Das Mischen kann bei Normaltemperatur erfolgen. Der Beton kann bei einer höheren Temperatur gemischt und ausgehärtet werden, wenn eine kürzere Erhärtungszeit erwünscht ist. In diesem Fall sollte ein vorzeitiges Trocknen des Betons vermieden werden, wie beispielsweise mit Hilfe von Wasserdampfhärtung oder Verdecken des Betons, um einen Wasserverlust durch Verdampfung zu vermeiden.

Das Betongemisch wird nun in eine Form mit einer wasserdichten, nicht absorbierenden Oberfläche, wie aus Blech oder Kunststoff, gegossen. Eine Holzform, die mit Kunststoff behandelt wurde, kann ebenfalls verwendet werden, doch keine Form aus unbehandeltem Holz. Die Oberfläche der Form wird zweckmäßig mit einer dünnen Schicht eines Entformungsmittels, wie beispielsweise eines festen Wachses beschichtet. Die Form wird dann heftiger Vibration ausgesetzt, um Luftblasen von dem Beton, wenigstens von der Oberfläche, die die sichtbare Oberfläche des fertigen Betongegenstandes bildet, zu entfernen. Bei der Herstellung von Bauelementen in der Form von Platten wird die Form zweckmäßig horizontal auf einen Vibriertisch gelegt. Es ist ratsamt, zunächst die Hälfte der Menge des Betongemisches in die Form zu geben, sodann einige Minuten zu schütteln und dann den Rest des Betongemisches in die Form zu geben und einige weitere Minuten zu schütteln. Wenn das Gießen in einer vertikalen Form erfolgen soll, ist es ratsam, die Betonmasse langsam in die Form zu

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gießen und die Form gleichzeitig zu schütteln, so daß Luftblasen kontinuierlich entfernt werden.

Wenn der Beton ausgehärtet ist, wird der Gegenstand aus der Form entfernt. Eine Bauplatte sollte dann vorzugsweise 24 Stunden auf einem flachen Träger liegen bleiben. Danach kann sie ohne Gefahr einer Deformation verarbeitet werden. Die Oberfläche, die in Berührung mit der wasserdichten Oberfläche der Form stand, ist nun frei von sichtbaren Poren und hat eine gleichmäßige Färbung. Die Oberfläche ist jedoch leicht verschmutzt und absorbiert Wasser. Sie kann dauerhafter und hydrophob gemacht werden, indem man sie mit einem Polymer behandelt, wie beispielsweise und vorzugsweise einem Polyurethan oder Silicon oder mit Mischpolymeren mit diesen und anderen Polymeren.

Beispiele 1 bis 5

Die folgende Tabelle zeigt die Ergebnisse von Druckfestigkeitsversuchen unter Verwendung von fünf verschiedenen Betongemi-

sehen. In allen Beispielen bestand das ursprüngliche Betonge- !

misch aus 18,5 kg Zement, 39,5 kg Kies und 50 kg Schotter. In

den Beispielen 1 bis 3 war der Zement Limhamn's Standardzement

i K-400, in den Beispielen 4 bis 5 Gullhögen's Standarzement

K-400. Der Wassergehalt variierte etwas und ist durch die soge-

nannte Wasser-Zement-Zahl, d.h. das Gewichtsverhältnis von |

j Wasser zu Zement, angegeben. Die Chargen wurden 3 Minuten bei j

20° C gemischt, und jede Charge wurde dann zu einer Reihe von j

Testblöcken mit Abmessungen von 15x15x15 cm gegossen. Nach den in der Tabelle angegebenen Zeiträumen wurde die Druckfestigkeit bei einem oder mehreren Testblöcken bestimmt.

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CRlGiNAL !W5PEGTED

Die Beispiele 1 und 4 sind Vergleichsproben, denen nichts weiter zugesetzt wurde. In den Beispielen 2, 3 und 5 wurde ein Zusatzstoff zu dem Betongemisch zugegeben, wobei die Menge des Zusatzstoffes bei dem in der Tabelle angegebenen Bereich in Millilitern je Kilogramm Zement lag. Der Zusatzstoff in den Beispielen 2 und 5 war eine stabile Suspension, die 60 Gewichts-% Wasser, 30 Gewichts-% Kieselsäure mit einer Teilchengröße von 0,1 bis 1 ,um und 10 Gewichts-% einer flüssigen kristallinen Phase aus 19 % Alkylglycoläther des in Verbindung mit Fig. 3 definierten Typs, 1 % p-Xylol und 80 % Wasser enthielt. In dem Beispiel 3 bestand der Zusatzstoff aus einem handelsüblichen Mittel zur Bildung von Luftblasen in Beton, das unter der Handelsbezeichnung Barra 55 bekannt ist.

Beisoiel Nr. 1 2 3 4 5

37	38	20	41	60
111	114	79	171	213
293	265	194	345	386
482	434	316	438	444
617	582	464	545	578

Zusatzstoff — 4 0,5 — 4

Wasser : Zement 0,53 0,49 0,54 0,54 0,50

Luftporengehalt, % 3,1 5,6 5,8 3,0 5,1

Druckfestigkeit:
nach 12 Stunden
nach 24 Stunden
nach 3 Tagen
nach 7 Tagen
nach 28 Tagen

Ein Vergleich der Beispiele 1 und 2 zeigt, daß die Erfindung eine Steigerung des Luftporengehaltes von 3,1 auf 5,6 % ermöglicht, während die Werte für die Druckfestigkeit praktisch erhalten bleiben. Ein Vergleich der Beispiele 2 und 3, die fast den gleichen Luftporengehalt haben, zeigt, daß der Zusatzstoff

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nach der Erfindung wesentlich höhere Werte für die Druckfestigkeit als der bekannte Zusatzstoff ergibt. Ein Vergleich der Beispiele 4 und 5 zeigt, daß die Erfindung zu einer Steigerung der Druckfestigkeit führte, besonders während der ersten 24 Stunden, und zwar trotz der Tatsache, daß der Luftporengehalt von 3,0 auf 5,1 % gesteigert war.

Beispiel- 6

Die Wirkung des Zusatzstoffes nach der Erfindung auf die Festigkeit des Betons beim Erhärten bei erhöhter Temperatur kann aus dem folgenden Beispiel entnommen werden. Ein Betongemisch wurde unter Verwendung von 13,8 kg schnell härtendem Limhamn-Zement, 33,1 kg Kies und 43,5 kg Schotter mit einer Wasser-Zement-Zahl von 0,3 hergestellt. Versuche wurden mit und ohne Zusatzstoff gemacht. Eine Gesamtmenge von 28 ml des Zusatzstoffes wurde verwendet und bestand aus 40 Gewichts-%, 53 Gewichts-% kolloidaler Kieselsäure und 7 Gewichts-% flüssigem Kristall der in den Beispielen 2 und 5 gezeigten Zusammensetzung. Das Erhärten erfolgte bei 60° C, und die Festigkeit der so erhaltenen Blöcke wurde nach der angegebenen Erhärtungszeit gemessen.

Festigkeit ohne Festigkeit mit E rh ärtungs ζ ei t Zusatzstoff Zusatzstoff

4 Stunden 180 kg/cm² 363 kg/cm²

6 Stunden 258 kg/cm² 380 kg/cm²

Beispiel 7

Ein Betongemisch wurde mit aus 26,0 kg schnellhärtendem Gullhögen's-Zement, 35,2 kg Kies-und 48,2 kg Schotter und ausreichend Wasser, um eine Wasser-Zement-Zahl von 0,43 zu ergeben, herge-

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stellt. Zu diesem Gemisch wurden 13 ml des im Beispiel 6 beschriebenen Zusatzstoffes zugegeben. Testblöcke wurden bei einer Temperatur von 50° C während 5 Stunden gehärtet, wonach ihre Druckfestigkeit bestimmt wurde. Auf gleiche Weise wurden Testblöcke des gleichen Betongemisches ohne Zusatzstoff hergestellt, und deren Druckfestigkeit wurde auf die gleiche Weise bestimmt.

Die Druckfestigkeit ohne Zusatzstoff lag bei 368 kg/cm und mit

Zusatzstoff bei 435 kg/cm .

Beispiel 8

Ein Zusatzstoff für Beton, der für die Herstellung von porösem Beton bestimmt war, wurde aus den folgenden Bestandteilen hergestellt, wobei alle Prozentsätze Gewichtsprozentsätze sind:

p-Xylol 2 %

Berol 02 . 10 %

Wasser 38 %

Kieselsäure 50 %

Die Kieselsäure war eine amorphe Kieselsäure, die aus dem Gas ; gewonnen worden war, welches einen elektrischen Kohlebogenofen

zur Herstellung von Silicium verließ. Die ^Kieselsäure bestand ;

aus einem grauen Pulver, das nicht vollständig rein war, sondern j

folgende Zusammensetzung besaß: j

SiO₂
Fe₂O₃
Al₂O₃
CaO

Das Kieselsäurepulver besaß eine mittlere Teilchengröße von

und 2

etwa 0,1 ,u /eine spezifische Oberfläche von etwa 22 m /g. Es

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ORIGINAL tNSPEÖTS)

92	- 97 %	MgO	0	,33 %
O	,10 %	κ₂ο	0	,30 %
O	,24 %	Na₂O	0	,20 %
O	,15 %	C	1	- 5 %

besaß eine Dichte von 200 bis 300 kg/m . Die Teilchen waren im

wesentlichen kugelig.

-en
Bis zu 5 % der Kieselsäure war kristallin, der Rest war amorph.

Das Berol 02 wurde zunächst mit dem p-Xylol vermischt. Nun wurde das Wasser zugesetzt, und das Gemisch wurde gerührt, bis es homogen wurde. Nun ließ man das Gemisch ohne Rühren ein wenig stehen, bis sich eine lyotrope flüssige kristalline Phase gebildet hatte und ein Gleichgewicht erreicht war. Schließlich wurde das Kieselsäurepulver zugesetzt, und das Gemisch wurde gerührt, bis die Suspension stabil war.

Beispiel- 9

Der Zusatzstoff des Beispiels 8 wurde zu einem Betongemisch zugesetzt, welches folgende Eigenschaften besaß:

Verhältnis von Füllstoff zu Zement Maximalgröße des Steinfüllstoffes

Zusatzstoff in Prozenten, bezogen auf Zement

Verhältnis von Wasser zu Zement

Das Betongemisch besaß einen Luftporengehalt von 4,7 % und eine Wasserabtrennung, die auch als Ausbluten bezeichnet wird, von 34 g, gemessen nach dem schwedischen Teststandard B5:1965, CH. 6:27. Testblöcke mit einer Abmessung von 100 χ 100 χ 400 mm wurden aus diesem Betongemisch hergestellt. Die Frostbeständigkeit der Testblöcke wurde durch abwechselndes Kühlen der Blöcke auf eine Temperatur unterhalb des Gefrierpunktes und Erhitzen der Blöcke auf eine Temperatur oberhalb des Gefrierpunktes geprüft. Nach 180-maligem Kühlen und Erhitzen fand man einen Ge-

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6,	50	%
32	mm	59
1
0,

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wichtsverlust durch Abbröckeln und Absplittern von 1448 g für sechs Testblöcke. Die sogenannte Grundfreguenz der Quervibration lag bei 95 % ihres ursprünglichen Wertes. Einzelheiten bezüglich des Frostbeständigkeitstests finden sich in dem oben bezeichneten schwedischen Teststandard.

Beispiel 10

Ein Betongemisch wurde auf gleiche Weise, wie in Beispiel 9 beschrieben, doch ohne Zusatzstoff bereitet. Die Abwesenheit von Zusatzstoff verminderte den Luftporengehalt auf 1,4 % und erhöhte die Wasserabtrennung auf 74 g.

Die Frostbeständigkeit wurde wie in Beispiel 9 geprüft. Der Gewichtsverlust bei sechs Testblöcken steigerte sich auf etwa 5000 g. Die Grundfrequenz der Quervibration wurde auf weniger als 50 % ihres ursprünglichen Wertes vermindert.

Beispiel -11

Ein Zusatzstoff für Beton, der für eine Beschleunigung der Aushärtung des Betons bestimmt war, wurde aus folgenden Bestandteilen bereitet:

Berol 02 4 χ 1O~⁵ %

Wasser 50 %

Kieselsäure 50 %

Die Kieselsäure war diejenige, die in Beispiel 8 beschrieben ist. Das Berol wurde in dem Wasser gelöst, und man ließ die Lösung einige Zeit ohne Rühren stehen, bis sich eine lyotrope flüssige kristalline Phase gebildet hatte und ein Gleichgewicht erreicht war. Die Kieselsäure wurde nun unter Rühren zugesetzt, bis sich eine stabile Suspension gebildet hatte.

lie Suspension ge

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Beispiel 12

3,	74
ο,	43
4	%
19	° C

Der Zusatzstoff des Beispiels 11 wurde zu einem Betongemisch zugesetzt, das folgende Eigenschaften besaß:

Verhältnis von Füllstoff zu Zement Verhältnis von Wasser zu Zement Zusatzstoff in Prozenten des Zements Mischtemperatur

Zementqualität: Schnellhärtender Gullhögen-Zement

Teströhren wurden hergestellt und während 6 Stunden bei 40° C gehärtet und anschließend bei normaler Raumtemperatur gehärtet. Die Druckfestigkeit wurde nach verschiedenen Zeitabständen geprüft, die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle zusammengestellt:

Zeit	3	4	6	24	Stunden
Druckfestigkeit	280	355	380	505	kp/cm²
Beispiel 13

Ein Betongemisch wurde in gleicher Weise, wie in Beispiel 12 beschrieben, doch ohne Zusatzstoff hergestellt. Teströhren wurden wie in Beispiel 12 hergestellt, gehärtet und geprüft. Ergebnisse:

Zeit	3	4	6	24	Stunden
Druckfestigkeit	175	280	340	415	kp/cm
Beispiel 14

Eine Form für Deckenplatten wurde aus rostfreiem Stahlblech hergestellt. Eine dünne Feststoffschicht wurde auf der Formober-

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fläche als Entformungsmittel aufgebracht. Ein Betongemisch mit einem Verhältnis von Füllstoff zu Zement von 4,0 und einem Verhältnis von Wasser zu Zement von 0,33 wurde bereitet. Die gesamte Füllstoffmenge ging durch ein Sieb mit einer Maschengröße von 2 mm, 30 % des Füllstoffes gingen durch ein Sieb mit einer Maschengröße von 0,5 mm, und 7 % des Füllstoffes gingen durch ein Sieb mit einer Maschengröße von 0,1 mm. Das Betongemisch enthielt auch den im Beispiel 8 beschriebenen Zusatzstoff in einer Menge von 1 % des Gewichtes des Zementes. Ein handelsüblicher Zusatzstoff vom Lignosulfonattyp wurde in einer Menge von 0,5 % des Gewichtes des Zementes zugesetzt. Dieser Zusatzstoff machte es möglich, ein so geringes Verhältnis von Wasser zu Zement wie 0,33 anzuwenden. Das Betongemisch enthielt auch ein rotes Pigment in einer Menge von 5 % des Gewichtes des Zementes. Dieses Pigment wird von der schwedischen Firma Bayer Kemi AB unter der Handelsbezeichnnung "Red Iron Oxide No. 108" verkauft. Das Betongemisch enthielt auch eine rote flüssige Farbe in einer Menge von 0,5 % des Gewichtes des Zements. Diese flüssige Farbe wurde von der schwedischen Firma WiIh. Becker AB unter der Handelsbezeichnung Allbrytfärg verkauft.

Beim Mischen des Betons wurden zunächst der Füllstoff, der Ze- ; ment und das trockene Pigment miteinander vermischt. Die beiden ι

Zusatzstoffe und die flüssige Farbe wurden dann getrennt miteinander vermischt, und das Gemisch wurde zu dem trockenen Betongemisch zugesetzt, während das Wasser zugegegeben wurde.

Die Form wurde mit dem feuchten Betongemisch gefüllt und 80 Sekunden auf einen Vibriertisch gegeben. Sie wurde 15 Stunden auf einer Temperatur von 18 bis 20° C gehalten, und die erhärte-

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te Platte wurde nun aus der Form entfernt. Jetzt wurde ein Polyurethanlack auf der Oberfläche der Platte aufgetragen, die die sichtbare Fläche der Decke bildete. Die lackierte Oberfläche war frei von Rissen und sichtbaren Poren. Sie hatte eine vollständig gleichmäßige Färbung und ausgezeichnete wasserabstoßende Eigenschaften.

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Claims

P atentansprüche

* Verfahren zur Herstellung eines Betongegenstandes unter Vermischen von Zement, Wasser und Füllstoffmaterial zu einem Betongemisch, Formen des Betongemisches und Aushärtung desselben, dadurch gekennzeichnet, daß man zu dem Betongemisch Kieselsäure in der Form sehr feiner Teilchen in einer Menge von 0,01 bis 10 Gewichts-% des Zementes und eine lyotrope flüssige kristalline Phase als Suspensionsstabilisator zusetzt und das Betonge— misch derart rührt, daß Kieselsäure und die lyotrope flüssige kristalline Phase in dem gesamten Betongemisch wirksam verteilt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Kieselsäure und die lyotrope flüssige kristalline Phase in der Form einer stabilen Kieselsäuresuspension, die durch Vermischen der Kieselsäure und der lyotropen flüssigen kristallinen Phase gewonnen wurde, dem Betongemisch zusetzt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Kieselsäure mit einer Teilchengröße von weniger als 10/U, vorzugsweise von weniger als 0,1,u, besonders als kolloidale Lösung, zusetzt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man eine lyotrope flüssige kristalline Phase verwendet, die eine oberflächenaktive Substanz und gegebenenfalls auch eine amphiphile Substanz und/oder einen Kohlenwasserstoff in einer Menge von 0,001 bis 1 Gewichts-% des Zementes in dem Betongemisch ent^a ' 509839/0893
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man dem Betongemisch ein Verhältnis von Wasser zu Zement größer als 0,4 erteilt, daß man eine stabile Suspension zusetzt, in der das Gewichtsverhältnis von Kieselsäure zu flüssigem Kristall zwischen 0,02 : 1 und 40 : 1 liegt, und daß man das Betongemisch vermischt, bis sein Luftblasengehalt 6 bis 9 % beträgt.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man das Betongemisch in einer Form mit einer nicht absorbierenden Oberfläche formt, die Form unter Freigabe von Luftblasen, die an der nicht absorbierenden Oberfläche der Form anhaften, schüttelt, das Betongemisch erhärten läßt und den Betongegenstand aus der Form entfernt.
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man Portlandzement oder Aluminatzement, Füllstoffmaterial, Wasser und gegebenenfalls Färbepigment enthaltendes Betongemisch, in dem das Füllstoffmaterial eine gleichmäßige Klassierung und eine maximale Korngröße von 8 mm besitzt, das Gewichtsverhältnis von Zement zu Füllstoff im Bereich von 1 : 3 bis 1 : 7 liegt und das Gewichtsverhältnis von Wasser zu Zement im Bereich von 0,3 bis 0,7 liegt, herstellt, zu diesem Betongemisch Kieselsäure in einer Menge von wenigstens 1 g/kg Zement sowie eine lyotrope flüssige kristalline Phase als Suspensionsstabilisator zusetzt, wobei die lyotrope flüssige kristalline Phase ein oberflächenaktives Mittel in einer Menge von wenigstens 0,01 g/kg Zement enthält, das Gemisch heftig rührt und so die Kieselsäure und die lyotrope flüssige kristalline Phase wirksam in dem gesamten Gemisch verteilt, das Gemisch in eine Form mit einer wasserdichten, nicht absorbierenden Oberfläche gießt, das Gemisch hef-

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tig durch Vibrationswirkung auf die Form schüttelt, das Gemisch in bekannter Weise aushärten läßt und den zu erhaltenden Gegenstand aus der Form entfernt.
8. Zusatzmittel für ein Betongemisch zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einer stabilen Suspension besteht, die 0 bis 99 Gewichts-% und vorzugsweise 10 bis 99 Gewichts-% Wasser, 10 bis 50 Gewichts-% Kieselsäure und 5 bis 20 Gewichts-% oberflächenaktive Substanz sowie 0 bis 20 Gewichts-% einer amphiphilen Substanz oder eines Kohlenwasserstoffes enthält, wobei die oberflächenaktive Substanz und die amphiphile Substanz, sofern eine solche enthalten ist, in der Wasserphase eine lyotrope flüssige kristalline Phase bilden.
9. Zusatzmittel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß es die Kieselsäure mit einer Teilchengröße kleiner als 1,um, vorzugsweise kleiner als 0,1/Um, besonders als eine kolloidale Kieselsäurelösung enthält.
10. Zusatzmittel nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß es als lyotrope flüssige kristalline Phase eine solche enthält, die im Gleichgewicht mit der Wasserphase vorliegt, wenn die Zusammensetzung stark mit Wasser verdünnt wird.
11. Zusatzmittel nach Anspruch 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine lyotrope flüssige kristalline Phase enthält, die aus Wasser, p-Xylol und einem Arylglycoläther gebildet ist und eine Zusammensetzung entsprechend dem Bereich S in dem ternären Diagramm gemäß Fig. 3 aufweist..

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12. Zusatzmittel nach Anspruch 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß es 1 bis 3 Gewichts-% p-Xylol, 5 bis 15 Gewichts-% Berol 02, 30 bis 50 Gewichts-% Wasser und 40 bis 60 Gewichts-% Kieselsäure enthält.
13. Zusatzmittel nach Anspruch 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß es 10 bis 1O~¹ Gewichts-% Berol 02, 40 bis 60 Gewichts-% Wasser und 25 bis 60 Gewichts-% Kieselsäure enthält.

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