DE2534099C2

DE2534099C2 - Verfahren zur Beschleunigung der Aushärtung von Portlandzementmassen

Info

Publication number: DE2534099C2
Application number: DE2534099A
Authority: DE
Inventors: Raymond James Augusta N.J. Schutz
Original assignee: Sika Finanz AG
Current assignee: Sika AG
Priority date: 1974-08-01
Filing date: 1975-07-30
Publication date: 1984-11-15
Also published as: CA1071244A; FR2280600B1; NO820021L; GB1522502A; NO752608L; FR2280600A1; IT1041455B; SE7508537L; SE7812261L; GB1522501A; CH618411A5; DE2534099A1; ES439888A1

Description

Zusätze zur Beeinflussung der Aushärtungszeit und anderer Eigenschaften von Portlandzcmcnten sind allgemein üblich. Zement ist ein Gemisch von einem calciumoxidhaltigen Material, wie Kalkstein oder Muschelkalk, mit einem Ton oder einem tonigen Material wie Schiefer, welches beim Mischen mit Wasser in Sekunden oder Minuten aushärtet, so daß praktisch keine Zeit für ein entsprechendes Mischen, Gießen oder andere Verarbeitungsmaßnahmen verbleibt. Um jedoch ein brauchbares Produkt herzustellen, wird Zement im allgemeinen mit einigen Prozent Gips gemischt, welcher die Aushärtungszeit auf einige Stunden erhöht. Um für spezielle Anwendungsgebiete die Aushärtungszeit zu verkürzen oder zu verlängern, werden Gemische von Beschleunigern oder Verzögerern angewandt (ASTM C 494-71). Auch sind Zusätze üblich, die die Menge des benötigten Anmachwassers für bestimmte Zementkonsistenz herabsetzen können. Es sind sowohl beschleunigende als auch verzögernde Gemische bekannt, die zu einer Verringerung der benötigten Wassermenge führen.

Es ist bekannt, daß bestimmte organische Hydroxycarbonylverbindungen die Aushärtungszeit von Portlandzement verzögern und nicht beschleunigen.

Was die bekannten Beschleuniger im allgemeinen und die Hydroxycarbonylverbindungen als Verzögerer anbelangt, so lassen sich nur sehr schwer Verallgemeinerungen über die Wirkung von großen Verbindungsklassen auf die Aushärtungszeiten von Portlandzement machen. Obwohl beispielsweise das im wesentlichen ionische Calciumchlorid ein wirksamer Beschleuniger ist, sind Natriumchlorid und Kaliumchlorid, die ebensolche ionische Chloride sind, wesentlich weniger wirksame Beschleuniger. Wenn auch eine bestimmte Verbindung als Beschleuniger wirksam ist, so müssen doch keine Konzentrationen bekannt sein, bei denen die Aushärtungszeiten ausreichend gesenkt werden, daß damit Spritzbeton und Reparatur- oder Verschmiermassen, insbesondere dort, wo sehr kurze Aushärtungszeiten erforderlich werden, damit hergestellt werden können. Wie oben bereits erwähnt, wird Calciumchlorid als Beschleuniger für Portlandzement in großem Umfang angewandt, jedoch führt er zu keiner ausreichenden Verkürzung der Aushärtiingszcit.

Es ist auch bekannt, daß die rt-Hydroxycarbonyl-Gruppe-C(OH)-C(O)- sehr wirksam die Hydratution von Portlandzement zu verzögern vermag. Das Ausmaß der Hydratation ist ein Maß für das Ausmaß der Härtung. In J. H. Taplin. »Proceedings of the International Symposium on the Chemistry of Cement«, Washington, I960, Seiten 924—925 wird Hydroxyessigsäure (Glykolsäure) bei einer Zugabe von 1 Gcw.-% als starker Verzögerer für Zemente mit einem Wassere's menifaktor von 0,3% bezeichnet Milchsäure hat danach einen vernachlässigbaren Verzögerungseinfluß und wird aus dem einzigen Grund genannt weil sie eine Λ-Hydroxycarbony!gruppe enthält, auch wenn sie nicht verzögernd wirkt Diese Beobachtung zeigt die Schwie rigkeit einer Verallgemeinerung betreffend dem Einfluß von Verbindungsklassen auf die Aushärlungszeiten von Portlandzement Trotzdem wird in dieser Literaturstelle der Schluß gezogen, daß anscheinend die allgemeine Regel besteht, daß eine organische Substanz, die verzö gcrnd wirken soll, zumindest zwei an verschiedene Koh- lcnstoffatomc gebundene Sauerstoffatome aufweisen muß. Die Möglichkeit, Glykol- oder Milchsäure als Beschleuniger für Portland-Zement heranzuziehen, wurde in diesem Aufsatz jedoch nicht in Erwägung gezogen.

Aus der US-PS 31 44 347 ist die Anwendung von Glykolsäure und Milchsäure sowie deren Natrium-, Kalium-, Calcium und Aminsalze in Konzentrationen von etwa 0,001 bis 3,5 Gew. -%, bezogen auf Zement, zur Verzögerung bekannt Danach wendet man häufig <0,8 Gew.-% an, insbesondere 0,01 bis 0.1 Gew.-%. Alle Beispiele dieser amerikanischen Patentschrift beziehen sich auf die Anwendung von <0.8 Gew.-% Verzögerer und um eine kleine Klasse von Monohydroxyverbinduiigcn, die nicht nur als hervorragendes Mittel zur Verringerung des Wasserbedarfs, sondern auch als Verzögerer und gleichzeitig zur merklichen Erhöhung der Druckfestigkeit des Betons wirksam sind. Mit anderen Worten geht daraus nur die Verwendung der in Rede stehenden Säuren bzw. deren Salze als Verzögerungs-

J5 mittel und zur Verbesserung der Druckfestigkeit hervor.

Der einzige Hinweis auf die Brauchbarkeit einer speziellen Λ-Hydroxycarbonylverbindung als Beschleuniger findet sich in der |P-AS 13 860. Es wird ausgeführt, daß Calciummonoglykolat und Calciumdiglykolat eine beschränkte Verringerung der Anfangshärtezeit von Portlandzement bewirken und daß man sie bevorzugt in Portlandzement und gemischten Plastern anwendet. Es wird jedoch nicht angegeben, wozu man diese Stoffe dem Zement zusetzt. Obwohl die japanische Auslegeschrift sehr unklar ist, wird das Calciumsalz der Diglykolsäurc erwähnt, welche jedoch keine «-Hydroxycarbonyl-Vcrbindung ist. Diese Stoffe sollen in einer Menge zwischen 0,05 und 15 Gcw.-%, bezogen auf Zement, angewandt werden. Die kürzeste erwähnte Aushärtungszeit ist 105 Minuten und für Calciummonoglykolat 110 Minuten (JIS R-5201. das ist ein Vicat Needle Test). Aus obigen Gründen ist es nicht möglich, auf höhere Konzentrationen zu extrapolieren. Man kann also dies'; scr japanischen Druckschrift auch nicht entnehmen, daß die genannten Salze oder andere Verbindungen für Anwendungsgebiete, wo sehr kurze Aushärtungszeiten erforderlich sind wie bei Spritzbeton, Ausbesserungsmassen und schnell härtende Mörtel, als Beschleuniger an-

bo gewandt werden sollen.

Aus der FR-PS 20 70 335 ist es bekannt, dem Zement beim Anmachen zur Beschleunigung des Aushärtens eine Kombination von 0,5 bis 5% Alkalialuminat als Beschleuniger und 0,05 bis 2% Hydroxysaure. deren Salze

b5 oder lister als Verzögerer zuzusetzen. Diese Zcmcntmasse weist eine ausreichende Verarbeitbarkeitszeit und dann ein schnelles Hinsetzen der Aushärtungsreak-Iion auf. Die entsprechende Vcrarbcitungszeit beruht

auf der verflüssigenden Wirkung der zugesetzten Hydroxysäure bzw. deren Salze oder Ester. Die Kombination der Alkalialuminat und Hydroxysäuren dient für üblichen Spannbeton, Eisenbeton, Fertigbeton u. dgl.

Die Endaushärtungszciten für handelsübliche Zemente variieren ziemlich, liegen jedoch im allgemeinen in der Größenordnung von 3 Stunden (Vicat Needle Test ASTM C 191). Die Anfangsaushärtungszeiten von Mörteln unter Verwendung solcher Zemente üegen in der Größenordnung von etwa 7 Stunden (Proctor Needle Test ASTM C 403). Wie allgemein anerkannt, werden diese beiden Prüfmethoden zur Bestimmung der Aushärtungszeiten verschiedener Portlandzementmassen unterschiedlicher Zusammensetzung angewandt, das heißt bei verschiedenen Wasserzementfaktoren, und sind nicht beschränkt auf bestimmte Zusammensetzungen und Mengenverhältnisse der Bestandteile, wie sie in diesen ASTM-Methoden angegeben sind. Diese Aushärtungszeiten müssen weseniJich herabgesetzt werden, zum Beispiel für die Herstellung von Betonformkörpern wie Betonsteinen, für Straßen- und Brückenüberzüge und für Betonkonstruktionen. In zahllosen Anwendungen liegt der Grund für die Verkürzung der Aushärtungszeit zumindest teilweise in den hohen Verarbeitungskosten.

Ein Anwendungsgebiet, welches besonders kurze Aushärtungszeiten erforderlich macht, ist Spritzbeton, also für ein Verfahren zum Aufspritzen einer mörtelartigen Masse auf eine tragende Fläche, um sowohl Festigkeitseigenschaften als auch die gewünschte Oberfläche zu erhalten. Betonspritzen wird zum Beispiel angewandt beim Auffahren von Tunnels. Der Beton muß innerhalb einer kürzeren Zeit nach dem Aufspritzen, als sie das Gestein oder die Formation zum Nachschieben benötigt, einen hohen Anteil seiner Endfestigkeit erlangen, um ein Einstürzen des Tunnels zu vermeiden.

Es gibt sogenannte nasse und trockene Betonspritzverfahren. Bei dem Naßverfahren wird das Zementgemisch einschließlich des Anmachwassers hergestellt und dann auf die Tunnelwand oder eine andere Fläche mit Hilfe einer Spritzdüse aufgetragen. Beim Trockenverfahren werden die trockenen Bestandteile gemischt und einer Düse zugeführt, in die auch das Wasser zugeleitet wird. Eine größere Beschleunigung der Aushärtung erreicht man im allgemeinen bei den Trockenverfahren, weil hier kein Risiko besteht, daß die Zementmasse in der Spritzvorrichtung bereits aushärtet. In beiden Verfahren muß jedoch der Spritzbeton in weniger als 15 Minuten aushärten (bestimmt mit dem Proctor Needle Test), damit eine ausreichende Stärke des Spritzbetons ohne daß es zu einem Ablaufen kommt, aufgetragen werden kann.

In handelsüblichen beschleunigten Zementmassen für das Spritzen wird im allgemeinen Natriumcarbonat und Natriumaluminat angewandt. Während man auf diese Weise annehmbare Anfangsfestigkeiten gegenüber nur Mörtel erhält, setzen sie doch die Endfestigkeil des Mörtels um mehr als die Hälfte herunter. Daher würde man für gleiche Baufesligkeit dickere Schichten benötigen, als sie ohne Beschleuniger erforderlich sind. Darüber hinaus sind diese Gemische stark alkalisch und daher mit Vorsicht zu handhaben. Nur eine sehr beschränkte Beschleunigung erreicht man mit Natrium· carbonat-Natriumaluminatgemischen ohne Verringerung der Festigkeit des Spritzbetons auf einen nicht annehmbaren Wert. F.n gibt Anwendungsgebiete, wo kürzere Aushärtungszeiten erforderlich sind und schnell Anfangsfestigkeit entwickelt werden muß, für die es noch keine zufriedenstellenden Beschleunigergemische gibt
Eine weitere Anwendung, die e«n sehr schnelles Aushärten erforderlich macht, ist die Anwendung von Portlandzement für Abdichtung oder Verstopfung. Solche Abdichtungsmassen bestehen aus Portlandzement, feinen Zuschlagstoffen wie Sand und Beschleuniger und werden als Reparatur- oder Ausbesserungsmassen für

ίο gebrochene oder gerissene Betonteile angewandt, wenn durch diese Risse Wasser dringt. Diese Ausbesserungsmassen müssen eine Aushärtungszeit nach dem Vicat Needle Test von weniger als 15 Minuten haben, um zu gewährleisten, daß die Masse aushärtet und den Wasserdurchfluß unterbricht, bevor sie ausgewaschen ist.

Ausbesscrungsmassen auf Basis von Portlandzement müssen kurzfristig aushärten, um die Reparaturzeiten kurz zu halten. Schnell aushärtende Mörtel bestehen im allgemeinen aus Portlandzement, feinen Zuschlagstoffen und Beschleuniger und eignen sich zur Reparatur von beschädigten Betonteilen und ähnlichen kleinen Ausbesserungsarbeiten. Sie erfordern eine Aushärtungszeit von maximal 30 Minuten nach der Vicat Needle-Meihode.

Betonverputzmassen enthalten Zement, grobe und feine Zuschlagstoffe und Beschleuniger und werden im allgemeinen für größere Reparaturarbeiten angewandt, wie zum Ausfüllen von Schlaglöchern in Betonstraßen.

Sie müssen eine Aushärtungszeit von 1 Stunde und darunter besitzen. Die Aushärtungszeiten sind im allgemeinen etwas länger als die von schnellhärtenden Mörtelmassen, weil zum Anmachen und Aufbringen größerer Materialmengen längere Zeit benötigt wird. Der Vicat

J5 Needle Test kann direkt an Mörtelproben vorgenommen werden. Bei Beton nimmt man den Vicat Test im allgemeinen an einer Mörtelprobe vor, aus der gegebenenfalls die groben Zuschlagstoffe abgesiebt sind (ASTM C 403).

Der am weitestgehend angewandte Beschleuniger für die verschiedensten Zement-Anwendungsgebiete ist Calciumchlorid. Obwohl es für Spritzbeton die Aushärtungszeiten nicht ausreichend beschleunigt, ist es doch für andere Gebiete brauchbar ur,d hat den Vorteil, daß es sehr billig ist. Auf Eisenwerkstoffe wirken die ChIoridioncn jedoch sehr korrosiv und begünstigen elektrochemische Reaktionen zwischen ungleichen Metallen. Daher kann Calciumchlorid nicht generell als Beschleuniger für Eisenbeton oder andere Anwendungen, bei denen Beton mit Metall in Berührung kommt, angewandt werden.

Aufgabe der Erfindung ist nun die so weitgehende Beschleunigung der Aushärtung von Portlandzementinassen. daß sich diese für Beton- oder sonstige Reparaturmasscn und schnellhärtende Mörtel einschließlich Spritzbeton eignen und die Festigkeitswerte der ausgehärteten Produkte den üblicherweise angewandten zumindest gleichwertig, wenn nicht überlegen sind.

Diese Aufgabe wird nun in der in Anspruch 1 und 2

W) angegebenen Weise gelöst. Die Beschleuniger wendet man im allgemeinen in Konzentrationen von etwa 0,5 bis Ό Gew.-%, bezogen auf Zement, an.

Der genaue Konzentrationsbereich, in dem im Zement Verbindungen nach der Erfindung als Beschleuni-

h^r> ger wirksam sind, variiert mit bestimmten Anwendungsgebieten, abhängig von der speziell angewandten Substanz, dem Wasser-Zementfaktor, Art und Menge der Zuschlagstoffe, Zusammensetzung des Zements. Mi-

schungsweise, Temperatur und weiteren Bedingungen des Anmachens und Aushärtens. So beschleunigt beispielsweise Kaliumglykolat das Enduushiiricn von Zementmassen nach dem Vical Needle Test in Konzentrationen von zumindest 0,5 Gew.-%, bezogen auf Zement, und verzögert in Konzentrationen darunter. In Mörteln mit demselben Zement wirkt das Salz bei Konzentrationen über etwa 1,3% als Beschleuniger für die Anfangsaushärtung und darunter als Verzögerer. Obwohl der Konzentrationsbereich, in dem eine beschleunigende Wirkung vorliegt, mit zwischen etwa 0,5 und 10% angegeben wird, dient der Begriff »Beschleunigungskonzentration« zur genaueren Angabe des Bereichs, innerhalb dem ein bestimmter Zusatz als Beschleuniger wirkt, unter Berücksichtigung der verschiedensten Faktoren, wie sie bereits oben erwähnt worden sind. Bevorzugt wendet man den Beschleuniger in einer Menge an, daß die Endaushärtungszeit (Vicat Needle Test) für Betonreparaturmassen < 1 h, für schnell härtende Mörtel <30 min, für Reparaturmassen < 15 min (Vicat Needle Test) bzw. die Anlangsaushärtungszeit (Proctor Needle Test) <15 min beträgt.

Die Erfindung wird anhand Figuren weiter erläutert.

F i g. 1 zeigt ein Diagramm der Anfangshärtezeit von Mörteln, bestimmt nach der Proctor Needle Methode, gegen die Konzentration an Kaliumglykolat;

F ig. 2 zeigt ein Diagramm der Druckfestigkeit gegen die Zeit für ein Vergleichsprodukt und ein erfindungsgemäßes Produkt mit 3% Kaliumglykolat;

F i g. 3 zeigt ein Diagramm der prozentualen Herabsetzung des benötigten Anmachwassers in Mörteln gegen die Konzentration an Kaliumglykolat und die

Fig.4 zeigt ein Diagramm der Endaushärtungszeit von Mörteln nach der Vicat Needle Methode gegen die Konzentration von Calciumglykolat, wobei die entsprechende Zeit für das Verglcichsprodukl 3,5 h war.

In dem Diagramm der F i g. 1 ist die anfängliche Aushärtungszeit eines Mörtels in Stunden aufgetragen gegen die Konzentration (logarithmisch) von Kaliumglykolat bezogen auf Zement. Es wurde ein handelsübliches Zement angewandt.

Je Teil Zement lagen 2,5 Gew.-Teile Sand als Zuschlagstoff vor. Der Wasserzementfaktor betrug 0,5 und die Aushärtungszeiten wurden nach der Proctor Needle Methode bestimmt. Die Anfangsaushärtungs/cit ohne erfindungsgemäßen Beschleuniger in der Vcrglcichsprobe betrug 6,8 h und wird in dem Diagramm als horizontale Linie angedeutet. Alles an Zusatzniittel. was darüber liegt, wirkt als Verzögerer, und alles was darunter liegt, als Beschleuniger. Aus dem Diagramm geht licrvür, daß KäiiUinglykoiäi bei Konzentrationen <0,5Gew.-% und >l,3Gew.-% als Beschleuniger wirkt. Diese Konzentrationen können als »Grenzwerte« bezeichnet werden. Sie begrenzen den Konzentrationsbereich, innerhalb dem ein bestimmter Stoff als Beschleuniger wirkt Zwischen dem Grenzwert 13% und dem nächsten Punkt des Diagramms bei etwa 1,6% ist die Kurve fast vertikal und die Aushärtungszeit fällt von 6,8 h auf <0,5h. Bei einer Konzentration von 5% beträgt die Aushärtungszeit nur noch 5 min.

In folgender Tabelle werden die Grenzwerte für Verzögerung bzw. Beschleunigung von Glykolsäure und einiger ihrer Salze aus analogen Diagrammen, wie F i g. 1. aufgeführt Die anderen Verbindungen scheinen eine nicht ganz so steile Kurve durch den Grenzwert zu besitzen. Konzentrationen über den Grenzwerten führen zu einer Beschleunigung. Die Zcmenlmasscn entsprachen denen, die der F i g. 1 zugrunde lagen.

Glykolsiiuru

l.ithiumglykolat

Naii'iumglykol

Kaliumglykol

Calciumglykol

Grenzwert Gew.-%

1,1%

1.4%

1,25%

1,3%

2,2%

Die Diagramme der Aushürtungszeiten gegen die Konzentration verschiedener erfindungsgemäß angewandler Stoffe gleichen nicht in allen Fällen der Fig. 1, da die Kurvenform von einer Anzahl von Faktoren abhängt, wie Art des Zusatzmittels, WZ und Temperatur des Gemisches, die die Aushärtungsgeschwindigkeit im allgemeinen beeinflußt. Nicht alle Beschleuniger nach

is der Erfindung wirken in Konzentrationen außerhalb des beanspruchten Bereiches als Verzögerer.

Die F i g. 4 zeigt zum Beispiel, daß Calciumglykolat — hergestellt durch Neutralisieren einer 70%igen Glykolsäurelösung mit Calciumhydroxid — unter bestimmten Bedingungen über den gesamten Konzentrationsbereich von 0,05 bis 6Gcw.-% als Beschleuniger wirkt (Vicat Needle Test). Für diese Versuche wurden 1,125 kg feiner Sand je kg Zement bei einem WZ 0,3 angewandt. Die Endaushärtungszeit für das Vcrgleichsprodukt ohne Zusatz betrug 3,5 h. Die Kurve zeigt einen scharfen Knick zwischen 0.83 und l,5Gew.-%, jedoch wirkt diese Substanz an beiden Seiten dieses Knickpunktes als Beschleuniger. Wie aus diesem Diagramm hervorgeht, eignet sich Calciumglykolat zur Herstellung

jo von Spritzbeton, Ausbesserungsmassen und schnellhärtenden Mörteln und für andere Anwendungsgebiete, wo sehr kurze Aushärtungszeiten verlangt werden, nur in Konzentrationen von mehr als etwa 1,5Gew.-%, bezogen auf Zement. Unter den angewandten Bedingungen für den Grenzwert von Calciumglykolat nach dieser Tabelle ähnelte das Diagramm der Anfangsaushärtungszeit nach der Proctor Needle Methode in diesem Fall in Abhängigkeit von der Konzentration mehr der Fig. 1 als der Fig.4, wobei die Aushärtungszeit über einen bestimmten Konzentrationsbereich verzögert wird. Es tritt daher zwischen Beschleunigung und Verzögerung ein Grenzwert auf.

Das Triäthanolaminsalz der Glykolsäure wirkt als Beschleuniger in einer Zcmentaufschiämmung, wie WZ 0,3, bereits bei Konzentrationen von nur 0,5% und scheinbar auch bei allen höheren Konzentrationen zumindest bis hinauf zu etwa 10%. Ähnlich verhält sich das Natriumsalz der d,l-Mandelsäurc, welches offensichtlich nicht als Verzögerer wirken kann.

Glykolsäure. Milchsäure, 2-Methylmilchsäure und d,l-Ma;;dc!säurc sind strukturell ähnlich, da alle eine Hydroxygruppe und eine Carboxylgruppe besitzen und sich die Hydroxygruppc in «-Stellung zu dem Carbonylkohlenstoffatom befindet

Die erfindungsgemäß angewandten Beschleuniger sind wirksamer, wenn sie den trockenen Bestandteilen der Zementmasse zugesetzt werden, bevor diese mit Wasser angemacht werden. So benötigt man beispielsweise höhere Konzentrationen an Beschleuniger für das gleiche Ausmaß an Beschleunigung, wenn vor Zugabe des Beschleunigers feuchter oder nasser Sand mit Zement gemischt wird.

Die chemischen Reaktionen des Aushärtens von Zement sind noch nicht ganz geklärt. Einige Wissenschaft-

b5 ier nehmen an. daß Gips als Verzögerer wirkt, indem für eine Umsetzung mit Tricalciumaluminat Sulfationen zur Verfügung gestellt werden. Die Sulfationen reagieren mit der Oberfläche der Tricalciumaluminatteilchen un-

icr Bildung von Ettringit, welches die Teilchen überzieht. Kalk dürfte sich wohl auch auf den Teilchen abscheiden. Der relativ undurchlässige Überzug an Ettringit und Kalk verhindert eine weitere Beteiligung des Tricalciumaluminats an den Aushärtungsreaktionen. Nach Verbrauch aller Sulfationen wandelt sich möglicherweise Ettringit in ein Monosulfat um, welches an der Oberfläche der Tricalciumaluminatteilchen nicht mehr haftet. Mit dieser Umwandlung von Ettringit in das Monosulfat wird der undurchlässige Überzug auf dem Tricalciumaluminat zerstört und ermöglicht die Weiterreaktion des Tricalciumaluminats bei der Aushärtung. Eine mögliche Erklärung für den beschleunigenden Effekt der erfindungsgemäß angewandten Substanzen liegt darin, daß diese entweder die Bildung von Etlringit verhindern oder den Etlringil angreifen und auflösen und ebenso die Kalkschichten, die die Aushärtung über das Tricalciumaluminat verzögern.

Nach der Erfindung werden die Beschleuniger bei allen Anwendungsgebieten von Portlandzement, wo eine Verkürzung der Aushärtungszeit wünschenswert ist, eingesetzt. Die erfindungsgemäß angewandten Beschleuniger haben aber auf die Zemente und daraus hergestellten Produkte auch noch andere Wirkungen.

Die erfindungsgemäß angewandten Salze haben angenähert neutralen pH-Wert und können ohne besondere Vorsichtsmaßnahmen, wie sie für die bekannten Natriumcarbonat-Natriumaluminatbcschleuniger üblich sind, angewandt und verarbeitet werden.

Die erfindungsgemäß angewandten Beschleuniger führen weder 7u einer Reaktion mit Eisenwerkstoffen noch zu einem elektrochemischen Prozeß zwischen unterschiedlichen Metallen. Sie eignen sich für bewehrten Beton und Spannbeton und überall dort, wo ein Beton mit Metall in Berührung steht.

Im Gegensatz zu dem bekannten Spritzbeton mit Natriumcarbonat und Natriumaluminai als Beschleuniger zeigen die nach der Erfindung erhaltenen Betontcile hervorragende Anfangsfestigkeit und eignen sich daher besonders für das Betonspritzen, da dünnere Schichten aufgetragen werden können, als dies mit den bisherigen Massen für diese Zwecke möglich war.

Beschleuniger im allgemeinen verringern etwas die Druckfestigkeit des ausgehärteten Betons, während die Verzöger normalerweise die Festigkeil erhöhen. Die erfindungsgemäß angewandten Beschleuniger zeigen auch dieses allgemeine Verhalten. Bei einigen Beschleunigern ist jedoch die Verringerung der Festigkeit sehr viel geringer als bei den bekannten Beschleunigern. Fig.2 zeigt in einem Diagramm die Abhängigkeit der Druckfestigkeit (ASTM C-!09) von Zement von der Zeit für einen Zement ohne Zusatz als Vergleich und dem erfindungsgemäßen Zement mit 3% Kaliumglykolat WZ — 035. Aus diesem Diagramm geht hervor, daß die Druckfestigkeit des erfindungsgemäßen Betons bis etwa 15 h etwas höher ist als vom Verglcichsprodukt, jedoch dann leicht abfällt und man nach 14 Tagen (336 h) eine Druckfestigkeit von >80% des Vergleichsproduktes erhält

Die erfindungsgemäß verwendeten Beschleuniger eignen sich insbesondere für schnell aushärtende Mörtel, wie man sie in großem Umfang zur Reparatur von beschädigtem Betonteilen verwendet. Für diese Anwendung sind verkürzte Aushärtzeilen erforderlich und darüber hinaus ist es wünschenswert, daß die Festigkeit der Reparaturmasse hoch und die reparierte Stelle haltbar ist. Eine schnell aushärtende Reparaturmasse nach der Erfindung mit Kaliumglykolat hat nach 28 Tagen eine Druckfestigkeit > b2IO N/cm' (ASTM C-109) gegenüber zwei handelsüblichen schnell härtenden Reparaturmassen mit Natriumcarbonat und Nathumaluminat als Beschleuniger von nur etwa 2070 N/cm². Mit anderen Worten hat die erfindungsgemäße Masse etwa die dreifache Druckfestigkeit als die bekannten Massen.

Die erfindungsgemäßen Beschleuniger führen auch zu einer Verringerung des Bedarfs an Anmachwasser. In einer Reihe von Messungen auf einem Fließtisch wurde gefunden, daß die prozentuale Wasserverringerung in Abhängigkeit von der Konzentration an Beschleuniger im Mörtel variiert. In Fi g. 3 ist ein Diagramm über die Verringerung der benötigten Wassermenge in Abhängigkeit von der Konzentralion gezeigt. Die Kurve besitzt in der Nähe einer Konzentration von i,5Gew.-% Beschleuniger — bezogen auf Zement — ein Minimum, welches in diesem Fall mit dem Grenzwert für dieses Sulz zusammenfällt. Die prozentuale Wasserverringerung bei diesem Minimum beträgt etwa 2,8%. Mit steigender Konzentration an Beschleuniger jenseits des Minimums steigt auch die Verringerung der benötigten Wassermenge und zwar in etwa linear.

Die Erfindung wird an folgenden Beispielen weiter erläutert.

Beispiel 1

Es wurde ein Mörtel aus 1.8 kg handelsüblichem Zement, 4,5 g feinem Sand, 0,9 kg Wasser und 53,9 g KaIijo umglykolat, also entsprechend einer Konzentration von 3 Gew.-% hergestellt. Die Zeit bis zur Anfangshärte nach dem Proctor Needle Test betrug 11 Min.

Beispiel 2

Beispiel 1 wurde dahingehend abgewandelt, daß anstelle Kaliumglykolat das Natriumglykolat angewandt wurde. In diesem Fall betrug die Anfangshärtezeit 5 min.

Beispiel 3

Beispiel I wurde dahingehend abgewandelt, daß die gleiche Menge des Natriumsalzcs von d,l-Mandelsäure angewandt wurde, wobei man eine Endhärtezeit im Vicat Test von 1,75 min feststellte.

Beispiel 4

Ein rviöriei aus i.ekg Zement, 3,6 kg Sand, 0,78 kg Wasser und 53,9 g Natriumglykolai ergaben eine Anfangshärtezeit von 0,45 min.

Beispiel 5

4,5 kg Zement, 0,45 kg feiner Sand, 135 kg Wasser und 1043 g Natriumglykolat (Konzentration 23%) ergaben als schnellaushärtender Mörtel eine Endaushärtungszeit von 5 min.

Beispiel 6

35 kg Zement, 0,8 kg feiner Sand, 13 kg Wasser und 70,9 g Natriumlactat (Konzentration 2%) ergaben eine Endaushäriungs/:eii von 2 min.

9

Beispiel 7

Ein Mörtel für das Mörtclsprit/cn auf eine vertikale Wand enthielt 1 Teil Zement, 3 Teile Sand. 0,25 Teile Wasser und 0,04 Teile Natriumglykolat (Gew.-Teile) ^r> und hatte eine Endaushärtungszcit von < 1 min. Kernproben des Mörtels ergaben eine Druckfestigkeit von 745 N/cm² 1 h nach der Aufbringung, 2670 N/cm² 8 h danach und 3809 N/cm² nach 28 Tagen. Ein Mörtel enthaltend 3% üblichen Beschleuniger in Form von Natri- i< > umaluminat und Natriumcarbonat zeigte eine Druckfestigkeit von < 552 N/cm² nach 8 h und ungefähr 2070 N/ cm² als maximal erreichbare Festigkeit.

Beispiele ι ^r>

1 Teil Zement, 0,2 Teile feiner Sand, 0.35 Teile Wasser und 0,02 Teile Kaliumglykolat (Konzentration 2%) ergaben eine Endaushärtungszeit von 1,1 min. Ein solcher Mörtel eignet sich besonders als Ausbesserungsmassc.

Beispiel 9

1 Teil Zement, 2,5 Teile feiner Sand, 0,30 Teile Wasser und 0,03 Teile Calciumglykolat (erhalten durch Neutralisieren einer 70%igcn Glykolsäurclösung mit Kalkmilch) ergaben eine Endaushärtungszeit von 2,5 min.

Beispiel 10

10

4,5 kg Zement, 4,5 kg feiner Sand, 2.25 kg grober Sand, 1,35 kg Wasser und 227 g Natriumglykolat ergaben eine Endaushärtungszeit von 12 min und eine Druckfestigkeit 1 h nach dem Mischen von 731 N/cm·. Diese Masse ist besonders geeignet für größere Ausbesserungsarbeiten.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

40

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Beschleunigung der Aushärtung von Portlandzement-Masscn, dadurch gekennzeichnet, daß man als Beschleuniger eine Λ-Hydroxycarbonyl-Verbindung verwendet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Λ-Hydroxycarbonyl-Verbindung Glykolsäure oder deren Natrium-, Kalium-, Lithium-, Zink- oderTriäthanolaminsalz, Milchsäure oder deren Natrium-, Kalium- oder Calciumsalz, Natrium-2-methyllactat oder Natriumsalz der d,l-Mandelsäure verwendet