DE2527546A1 - Zusatzmittel fuer moertel und beton zum beschleunigen des erstarrungsbeginnes - Google Patents

Description

• Zusatzmittel für Mörtel und Azeton zum Beschleunigen des Erstarrungsbeginnes Die Erfindung betrifft einen Zusatzstoff für Mörtel und Beton zllm Beschleunigen des Erstarrungsbeginnes. Normaler Beton beginnt etwa 3 bis 4 Stunden nach dem Eingießen in die Schalung mit dem Erstarren. Der Beginn des Erstarrens wird mit dem Vicat-Gerät dadurch festgestellt, daß die Nadel des Gerätes in dem Probenkörper nicht mehr bis zum Boden durchdringt.
• Es sind bereits Mittel bekannt, die bewirken, daß der hydraulische Beton oder hydraulische Mörtel schon früher als der normale Beton mit dem Erstarren beginnt.
• So beginnt die Erstarrung eines Mörtels oder Beton dem eine hinreichende Menge Kalzium-Chlorid hinzugesetzt ist, etwa schon eine Stunde nach dem Einschütten in die Schalung. Der Zusatz von erheblichen Mengen Kalzium-Chlorid hat jedoch den Nachteil, daß die Gefahr besteht, daß die Bewehrung des Bauteils durch Korrosion angegriffen wird.
• Auch besteht in der Technik das Bedürfnis, Betone und Mörtel noch sehr viel schneller zum Erstarren zu bringen, damit die Gefahr verringert, daß Zementleim in erheblichen Mengen zwischen Fugen der Schalung herausläuft. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden.
• Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Zusatzmittel einen die Thixotropie des Mörtels oder Betons mindestens fördernden Stoff, einen Earbonationen abgebenden Stoff, ein Aluminat und ein Aluminiumoxid enthält.
• Die Wirkung dieser Mischung auf den Mörtel oder Beton ist überraschend. Während bei Zugabe nur eines dieser Stoffe zu dem normalen Beton der Zeitraum bis zu Beginn der Erstarrung des Mörtels oder Betons praktisch nicht oder höchstens auf ca. 1 Stunde verringert wird, beginnt bei der Zugabe dieses Mittels zum Beton die Erstarrung bereits nach etwa 30 bis 60 Sekunden. Dabei ist es wesentlich, daß die Thixotropie eintritt, also in dem Augenblick, in dem der Beton oder Mörtel zur Ruhe kommt, dieser thixotrop wird, also gelartig versteift und daß dann nach dem oben genannten sehr kurzen Zeitraum bereits die Erstarrung beginnt. Dieses Zusatzmittel kann mit besonderem Vorteil für pumpbare Mörtel und Betone beispielsweise Leichtbetone verwendet werden, insbesondere auch für Spritz- und Schleuderbeton und auch für jeden anderen Beton, der nicht eine allzu große Korngröße des Zuschlages aufweist.
• Ein Herauslaufen des Betonleimes durch Saugen der Schalung ist wegen des thixotropen Zustandes verhindert und da die Erstarrung in außerordentlich kurzer Zeit beginnt, kann eine untere Schicht des Betons die darüber aufgetragenen Betonschichten tragen. Die Vorteile für Spritz- und Schleuderbeton liegen wegen der Formhaltigkeit des mit diesem Zusatzmittels versehenen Mörtels oder Betons auf der Hand.
• Es hat sich als zweckmäßig herausgestellt, daß der die Thixotropie zumindest fördernde Stoff ein wasserlösliches Polyäthylenoxid in einer Menge enthält, die dazu ausreicht, um die Thixotropie zumindest zu fördern. Vorzugsweise besteht dieser Stoff im wesentlichen aus diesem wasserlöslichen Polyäthylenoxid. Das Molekulargewicht dieses Polyäthylenoxides beträgt vorzugsweise mehr als eine Million, insbesondere ist es höher als 4 Mio und es kann bei 5 Mio liegen oder höher.
• Der Karbonationen abgebende Stoff kann bei Ausführungsformen der Erfindung im wesentlichen Soda enthalten. Vorzugsweise wird kalziniertes, also wasserfreies Soda verwendet, was u.a. den Vorteil hat, daß die erforderliche Menge Soda verhältnismäßig gering gehalten werden kann.
• Der Karbonatrest der Soda reagiert mit den Kalziumionen sehr schnell zu unlöslichem Kalziumkarbonat, was für den Reaktionsmechanismus des gesamten Zusatzmittels von Bedeutung sein kann.
• Das Aluminat kann in überwiegendem MaBe aus Natriumaluminat (Na2AlO2) bestehen. Offenbar ist es für den Reaktionsmechanismus des Zusatzmittels wesentlich, daß dieses Aluminat mit den im Zementleim enthaltenen Kalziumionen eine Ealzium-Aluminiumverbindung eingeht.
• Als Aluminiumoxid wird vorzugsweise Al203 verwendet, das für sich allein den Erstarrungsvorgang des Betons nicht merkbar beeinflußt.
• Die einzelnen Stoffe können nacheinander dem Beton zugegeben werden, das Mittel kann jedoch auch vorher gemischt und dann unmittelbar vor dem Einbringen in die Schalung dem Mörtel oder Beton zugesetzt werden.
• Das Zusatzinittel wird entweder trocken oder unter Zusatz von Wasser dem Beton oder Mörtel zugesetzt. Beispielsweise wird zum Zwecke des besseren Einmischens in den Beton oder Mörtel das Zusatzmittel im Verhältnis Mittel zu Wasser wie 1 zu 0,8 mit Wasser gemischt. Dem Mörtel oder Beton wird so viel Zusatzmittel beigemischt, daß der Mischung auf 100 Gewichtsteile des hydraulischen Bindemittels (Zement) drei Gewichtsteile Trockensubstanz des Zusatzmittels enthält. Bei zum Einsatzort gepumpten Beton erfolgt die Zugabe möglichst nahe am Einsatzort, es ist jedoch unschädlich, wenn die Zugabe beispielsweise noch 15 m vor dem Mundstück der Schlauchleitung erfolgt.
• Die Wirkung des Zusatzmittels kann noch vorteilhafter gestaltet werden, wenn man die dem normalen Beton oder Mörtel innewohnende Thixotropie, die praktisch kaum bemerkbar ist, mit bekannten Mitteln verstärkt, beispielsweise dadurch, daß das hydraulische Bindemittel in besonders fein gemahlenem Zustand bei der Mischung des Betons oder Mörtels verwendet wird. Alle diese bekannten Maßnahmen führen jedoch lediglich dazu, daß gerade noch feststellbar ist, daR der Beton oder Mörtel in ruhigem Zustand steifer ist als in bewegtem Zustand, die erfindungsgemäße Wirkung, daß sofort, wenn der Beton oder Mörtel zur Ruhe kommt, dieser gelartig versteift, tritt jedoch mit keinem der bekannten Mittel ein. Gemäß der Erfindung ist es sowohl für die Versteifung des Betons als auch für den vorgezogenen Beginn des Brstarrungszeitpllnktes von Vorteil, wenn für die Beton-oder Mörtelnischung besonders fein gemahlener Kalkmergel verwendet wird. Grundsätzlich ist es vorteilhaft, wenn bei einen Mörtel alle festen Bestandteile einen sehr hohen Verteilungsgrad aufweisen. Das Bindemittel kann sogar so fein gemahlen sein, daß seine Teilchen in mindestens einer Richtung kolloidale Abmessungen aufweisen. Die die Thixotropie beeinflussenden Maßnahmen können den Effekt steigern, es wird jedoch darauf hingewiesen, daß die Versteifung des Betons durch das erfindungsgemäße Zusatznittel sehr viel starker ist, als der Summe der Ergebnisse der einzelnen Maßnahmen entsprechen würde, einschließlich der durch Zugabe von linearem Polyäthylenoxid allein erzielten Versteifungagrad. Zwar ist es bekannt, als Thixotropiernittel des Beton oder Mörtel Bentonit beizumischen, jedoch ist die hierdurch erzielte Wirkung nicht vergleichbar mit der durch das erfindungsgemäße Zusatzmittel erzielten Wirkung, mit dessen Hilfe eine Versteifung so schnell eintritt, daß laufend Beton oder Mörtel auf die soeben aufgelegte hbrtelschicht aufgeschüttet werden kann. Die bloße Zugabe des linearen Polyäthylenoxides zum Beton erzeugt schon für sich allein eine Versteifung des Betons, die zwar die Wirkung der Zugabe des gesamten Zusatzmittels hinsichtlich der Versteifung des thixotropen Betons oder Mörtels nicht erreicht, die Wirkung der Zugabe von Bentonit jedoch hinsichtlich der thixotropen Eigenschaften bei weitem übertrifft. Die Zugabe eines linearen wasserlöslichen Polyäthylenoxides zu einem Beton, dessen Bindemittel in sehr fein gemahlenem Zustand vorliegt oder zu einem Mörtel, dessen sämtliche festen Bestandteile in sehr fein gemahlenem Zustand vorliegen, wird daher als selbstständige Erfindung angesehen. Dabei ist es möglich, daß das Polyäthylenoxid die thixotropen Eigenschaften des Betons oder Mörtels erst bei seiner Zumischung erzeugt, wobei die Zumischung vorzugsweise erst unmittelbar vor der Verarbeitung erfolgt, oder aber der Beton oder der Mörtel kann bereits thixotrope Eigenschaften in ungenügendem Maß oder latent aufweisen und diese Eigenschaften werden durch das Polyäthxlenoxid so verstärkt, daß sie praktisch ausnutzbar sind.
• Der Beton oder der Mörtel kann beliebig lange Strecken bis an den Ort der Anwendung herangeführt werden, beispielsweise auch in Rohrleitungen. Dieses Verfahren eignet sich insbesondere für die Streckensicherung im Bergbau, wo es nicht möglich ist, vor Ort größere Betonmengen zu mischen. Der Mörtel oder der Beton wird daher durch fest installierte Rohrleitungen von der Erdoberfläche aus der Verwendungsstelle zugeführt und erst in geringer Entfernung vor der Verwendungsstelle, zum Beispiel einige Meter vorher, wird das Zusatzmittel zugegeben. Der Aufbau von Mörtelwänden für die Streckensicherung unter Tage hängt entscheidend davon ab, daß sehr leichtflüssiger Mörtel große Strecken weit transportiert werden kann, der Mörtel dann aber in möglichst kurzer Zeit versteift und zu erstarren beginnt.
• Diese Mörtel geben auch gasdichte Wände, was für die Grubenbelüftung und Wetterführung besonders wichtig ist.
• Es ist zweckmäßig, eine möglichst innige Vermischung des Zusatzmittels mit dem Mörtel oder Beton zu gewährleisten. Dies kann auf verschiedene Art durchgeführt werden, beispielsweise durch bewegte Rührvorrichtungen oder dgl.. Besonders zweckmäßig ist jedoch das Beimischen mit Hilfe eines statischen Durchlaufmischers.
• Ein derartiger Durchlaufmischer besteht aus einem Rohrstück, in dem aufeinanderfolgend mehrere Schichten von gewellten Lamellen angeordnet sind, die von dem das IMohrstück durchfließenden Medium i'eilströme abspalten und mit anderen Teilströmen mischen.
• Derartige statische Mischer sind in CZ-Chemie-Dechnik, 3 (19?4) Seite 247 bis 250 beschrieben.
• Da sich innerhalb der Liischeinrichtung bereits eine rasch erstarrende Betonmischung bildet, sollte vermieden werden, daß diese Betormischung innerhalb der Mischeinrichtung erstarrt. Daher ist es zweckmaßi" vor einem hbschalten der Strömung der flüssigen Beton mischung, die durch eine geeignete Absperrvorrichtung irgendwo innerhalb des Leitungszugs, durch den die Betonmischung fließt, vorgenommen werden kann, beispielsweise unmittelbar vor dem Mischer oder aber auch in unmittelbarer Nähe des Endes der Iiohrleitung oder Schlauchleitung, aus der der Beton in die Schalung gefüllt wird, dafür zu sorgen, daß sich keine rasch erstarrende Betonmischung innerhalb der I'iscIieinrichtung befindet. Dies kann auf einfache Weise dadurch erreicht werden, daß eine geeignete Zeit lang vor dem Zeitpunkt, zu dem die Betonströmung innerhalb der Mischeinrichtung zum Stillstand komut, die Zufuhr des Zusatzstoffes unterbrochen wird. Es wird dann die Mischeinriehtung durch nicht mit Zusatzstoff versehenen Beton leergespült.
• Es kann zweckmäßig sein, auch die sich an die Mischeinrichtung anschließenden Leitungen noch durch nicht erstarrungsfähigen Beton leerzuspülen.
• Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist eine Einrichtung vorgesehen, die sicherstellt, daß vor dem Abschalten der Förderung der Betonmischung bei noch gefüllter Mischeinrichtung die Zufuhr des Zusatzstoffes rechtzeitig abgeschaltet wird. Bei dieser Sicherungseinrichtung kann es sich beispielsweise um ein elektrisches Gerät handeln, mit dem die Absperrventile oder Absperrschieber sowohl fiir die Betonmischung als auch für das Zusatzmittel betätigt werden, und die dann, wenn sie von der Bedienungs person beispielsweise durch einen Knopfdruck das signal erhält, die Betonzufuhr zu unterbrechen, zunächst die Zufuhr des Zusatzmittels zur l:ischeinrichtung unterbricht und eine vorbestimute Zeit lang später die Mörtel- oder Betonzufuhr. Es ist aber auch möglich, beispielsweise beide Absperreinrichtungen von Hand bedienbar auszugestalten und gegenseitig nechanisch zu verriegeln, so daß die Mörtel- oder Betonzufuhr nicht unterbrochen werden kann, bevor die Zufuhr des Zusatzstoffes unterbrochen ist.
• Weitere tierktaale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer husführungsbeispiele für den Zusatzstoff und für die Betonmiscllungr und aus der Beschreibung eines wusführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung anhand der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigt, und aus den hnspriichen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Ausführungsform der Erfindung verwirklicht sein.
• Die einzige Figur zeigt teilweise im Schnitt, teilweise schematisch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem statischen Durchlaufmischer.
• Bei der in der Figur gezeigten Anordnung ist ein statischer Durchlaufmischer 1 vorgesehen, der mehrere hintereinander angeordnete Pakete 2 und 3 aufweist, die aus gewellten Lamellen geschichtet sind und die in einem Rohr 4 angeordnet sind. Der Mischer 1 ist in nicht dargestellter Weise mit einer Rohrleitung 6 verbunden, in die eine Absperrvorrichtung 7 eingebaut ist. Am in der Figur links liegenden ausgang des Mischers ist eine weitere kurze Rohrleitung 8 angeschlossen, an der ein flexibler Schlauch 9 angeschlossen ist, dessen freies Ende 10 die Auslauföffnung für denMörtel bildet. Der zweite Eingang für den Mischer 1 wird durch eine verhältnismaßig dünne Rohrleitung 12 gebildet, deren freies Ende im Inneren des Mischers endet und in die eine Absperrvorrichtung 13 eingebaut ist. Das andere Ende der Rohrleitung 12 steht mit einem Vorratsbehälter 15 für den in Wasser aufgelösten Zusatzstoff in Verbindung; eine Pumpe 16, die in dem Zug der Rohrleitung 12 eingeschaltet ist, fördert aus dem Vorratsbehälter 15 Flüssigkeit in den Mischer 1.
• Es ist eine Steuereinrichtung 18 vorgesehen, die mit Hilfe eines Handhebels 19 bedienbar ist.
• Durch die Rohrleitung 6 wird dem Mischer 1 flüssiger Mörtel ohne Zusatzstoff zugeführt und im Mischer 1 mit dem von der Pumpe 16 aus dem Vorratsbehälter 15 geförderten Zusatzstoff vermischt. Am in der Figur links liegenden Ende des Mischers 1 ist der Zusatzstoff vollständig und gleichmäßig mit dem Beton vermischt und der dem Mischer 1 verlassende Mörtel hat thixotrope Eigenschaften. Solange der Beton sich daher innerhalb des Mischers 1, der Rohrleitung 8 und des Schlauches 9 bewegt, ist er flüssig und kann daher ohne Schwierigkeiten bis zur Öffnung 10 des Schlauches 9 gefördert werden, von wo aus er in die Schalung gebracht wird.
• Sobald die sich in der Schalung befindliche Betonmasse in Ruhe befindet, erstarrt sie nahezu sofort und läuft daher nicht durch undichte Stellen der Betonschalung aus.
• Die Steuereinrichtung 18 gestattet es, durch entsprechende Verstellung des Handhebels 19 die Menge des durch den Mischer 1 pro Zeiteinheit fließenden Beton innerhalb gewisser Grenzen stetig zu verändern; es ist jedoch nicht möglich, die Fördermenge so klein einzustellen, daß die Gefahr besteht, daß der Beton bereits innerhalb des Mischers 1 oder in der Rohrleitung 8 oder im Schlauch 9 erstarrt. Soll die Förderung von Beton durch den Mischer 1 unterbrochen werden, so wird der Handhebel 19 entsprechend bedient und die Steuereinrichtung 18 schließt dann zunächst die Absperrvorrichtung 13 so lange, bis durch den durch die Rohrleitung 6 nachströmenden Beton, dernicht thixotrop ist, der thixotrope Beton aus dem Mischer 1 der Rohrleitung 8 und dem Schlauch 9 verdrängt ist. Erst dann wird durch die Steuereinrichtung 18 auch die Absperrvorrichtung 7 geschlossen. Wird die Betonförderung durch den Handhebel 19 wieder eingeschaltet, so öffnet die Steuereinrichtung 18 die Absperrvorrichtungen 7 und 13 gleichzeitig.
• Bei einem Ausführungsbeispiel weist das Zusatzmittel folgende Stoffe in folgender Konzentration auf: Etwa 3 % des unter dem Namen UCR von der Firma Chemotechnik Gesellschaft für Baustoffchemie, 7101 Abstatt, vertriebenen wasserlöslichen linearen Polyäthylenoxid, etwa 75 Vo kalziniertes Soda, etwa 10 % Na2Al02 und etwa 12 Xo Al203.
• Die angegebenen Prozentzahlen sind Gewichtsprozente.
• Dem Mörtel oder Beton wird 3 Gewichts-* Zusatzmittel bezogen auf die Trockensubstanz des Bindemittels hinzugefügt. Das Zumischen des Zusatzmittels erfolgt in flüssiger Form, ein Teil des Zusatzmittels ist zum Zwecke der leichteren Zuführung in 0,8 Teilen Wasser gelöst.
• Besonders günstige Werte ergeben sich, wenn als Bindemittel für den Mörtel eine Mischung von 30 bis 60 fih Portlandzementklinker, 6 °h Schwachbrandklinker, ca. 30 bis 45 % tonhaltiger Kalkmergel, alles sehr fein gemahlen, verwendet wird. Bei Bedarf kann noch bis zu 1 % Kalziumchlorid hinzugemischt werden. Alle Prozentangaben sind Gewichtsprozente. Für einen m3 Mörtel wurden 1100 kg dieses Bindemittels und ca. 650 kg Wasser verwendet. Dieser Mörtel konnte nach Zumischen des oben beschriebenen Zusatzmittels in eine etwa 2 m hohe Schalung eingefüllt werden, deren Grundfläche etwa 1,50 m auf 2 m betrug. Der Mörtel erstarte so schnell, daß kein Mörtel durch das die Schalflächen bildende Gitter mit 1 mm Maschenweite hindurchfloß. Es ergeben sich hierdurch tragfähige und für die Zwecke des Streckenbaues im Bergbau ausreichend gasdichte Betonwände.
• Anstelle der Soda kann auch Kaliumkarbonat oder ein anderes, Karbonationen aufweisendes Alkali oder Erdalkalisalz verwendet werden. Auch können anstelle von Soda andere Natriumsalze verwendet werden, insbesondere solche, dessen Anionen Salziumionen binden, also beispielsweise Nitratverbindungen. Wie zum Beispiel Nitrate von Schwermetallen oder auch Natriumnitrat, insbesondere solche Nitrate, die zu Aluminiumkomplexen führen, die eine erhöhte Reaktionsbereitschaft haben.
• Anstatt des Polyäthylenoxids kann auch pyrogene Eieselsäure oder ein Zellulosederivat verwendet werden. Als Aluminat kann auch ein Aluminiumsulfat verwendet werden. Auch können anstelle von Soda Mischungen verschiedener Karbonate verwendet werden.

Claims (15)

Patentansprüche

1. Zusatzmittel für hydraulischen Mörtel und Beton zum Beschleunigen des Erstarrungsbeginnes, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusatzmittel einen die Thixotropie des Mörtels oder Betons mindestens fördernden Stoff, einen Karbonationen abgebenden Stoff, ein Aluminat und ein Aluminiumoxyd enthält.

2. Mittel nach Anspruch 1* dadurch zekennzeichnet. daß der die Thixotropie fördernde Stoff einiwasserlösliches Polyäthylenoxid enthält.

3. Mittel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyäthylenoxid ein Molekulargewicht von mehr als 4 Mio. aufweist.

4. Mittel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyäthylenoxid ein Molekulargewicht von ca. 5 Mio oder darüber aufweist.

5. Mittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Karbonationen abgebende Stoff Natriumkarbonat enthält.

6. Mittel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß kalziniertes Natriumkarbonat verwendet ist.

7. Mittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Aluminat ein Alkalialuminat enthält.

8. Mittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Aluminiumoxid im wesentlichen Na2Al02 enthält.

9. Mittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das wasserlösliche lineare Polyäthylenoxid in diesem Mittel in der Menge von weniger als 5 Gewichts-*, die kalzinierte Soda in einer Menge zwischen 60 und 90 Gewichts-, das Natriumaluminat in einem Anteil von 5 bis 15 Gewichts-* und das Aluminiumoxid mit einem Anteil von 5 bis 15 Gewichts-* vorhanden ist.

10. Mittel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel etwa 3 Gewichts-°* wasserlösliches lineares Polyäthylenoxid, etwa 75 % kalziniertes Soda, etwa 10 * Na2AlO2 und etwa 12 % Al203 enthält.

11. Beton, dem ein Zusatzmittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche hinzugefügt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel einen sehr hohen Feinheitsgrad aufweist.

12. Mörtel, dem ein Zusatzmittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche hinzugefügt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die festen Bestandteile des Mörtels einen sehr hohen Feinheitagrad aufweisen.

13. Mörtel nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß er als festen Zuschlag feinzerteilten Kalkmergel enthält.

14. Beton oder Mörtel, insbesondere nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß er ein wasserlösliches lineares Polyäthylenoxid als Thixotropiemittel enthält.

15. Vorrichtung zur Förderung eines ein Zusatzmittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche enthaltenen Betons oder Mörtels in Leitungen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die sicherstellt, daß vor dem Abschalten der Förderung der Betonmischung die Zufuhr des Zusatzmittels abgehaltet wird.

L e e r s e i t e