DE2536968A1

DE2536968A1 - Verfahren zum nachtraeglichen impraegnieren von beton

Info

Publication number: DE2536968A1
Application number: DE19752536968
Authority: DE
Inventors: Klaus Pullmann; Peter Dr Quis
Original assignee: Roehm GmbH Darmstadt
Current assignee: Roehm GmbH Darmstadt
Priority date: 1975-08-20
Filing date: 1975-08-20
Publication date: 1977-03-03
Also published as: CH605468A5; AT367728B; FR2321463A1; SE7608995L; CA1047665A; ATA344476A; SE424314B; FR2321463B1

Description

röhm

GmbH Darmstadt

Pat.Dr.B/Emm/9

Verfahren zum nachträglichen Imprägnieren von Beton

Gegenstand dieser Erfindung ist ein Verfahren zum nachträglichen Imprägnieren von gehärtetem Beton durch Polymerisation monomerer Verbindungen innerhalb der Poren dieses Baustoffes.

Es ist bekannt, die mechanischen Eigenschaften und das Korrosionsverhalten von Steinen, Bauteilen, Belägen und dergl. aus gehärtetem Beton durch das Einbringen von Kunststoffen zu verbessern. Unter Beton sollen dabei alle Gemenge aus hydraulischen Bindemitteln und Zuschlagstoffen der verschiedensten Art verstanden werden.

Die Möglichkeiten, mineralische Baustoffe mit Kunststoffen zu kombinieren, reichen von der Herstellung eines sogenannten Kunststoffmörtels, d.h. der Herstellung eines Gemenges aus mineralischen Baustoffen mit einem polymerisierbaren Monomeren über den Zusatz von Kunststoffdispersionen oder von polymerisierbaren Monomeren zu dem hydraulisch abbindenden Beton bis zur nachträglichen Behandlung des ausgehärteten Baumaterials mit der Lösung eines Polymerisats oder mit polymerisierbaren Monomeren, für deren Polymerisation innerhalb der Poren Sorge getragen wird. Das erfindungsgemäße Vorgehen gehört zu dem letztgenannten der Verfahren, die zur Verbesserung des Gebrauchswertes von Beton bekannt sind.

In der DT-PS 89I O76 und der US-PS 2 827 596 werden Verfahren der eben genannten Art beschrieben. Der gleiche Effekt, d.h. die Entstehung eines wasserabstoßenden Betons, wird nach der DT-OS 20 58 274 derart erreicht, daß dem Grundmaterial aus Zement, Zusatzstoffen und Wasser 2 bis j50 Gew.-^, bezogen auf das Wasser, einer wasserlöslichen äthylenisch ungesättigten Ver-

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bindung, 0,02 bis 20 Gew.-% eines wasserlöslichen vernetzenden Monomeren, eine wasserlösliche anorganische Verbindung eines Alkalimetalls und in katalytischen Mengen ein Redoxkatalysator zugesetzt werden. Unter den gemäß dieser Erfindung genannten Alkaliverbindungen werden neben Natrium- und Kaliumsulfat, Soda u.a. auch Alkalichromate und -bichromate genannt. Dabei wird festgestellt, daß die ausgezeichneten Eigenschaften des ausgehärteten Baustoffes weder durch die Bildung eines einfachen Verbundmaterials aus dem organischen Polymeren und dem ausgehärteten Zementhydrat noch durch eine einfache Kombination aus einer anorganischen Verbindung eines Alkalimetalls und gehärtetem Zementhydrat bedingt ist, daß vielmehr diese Eigenschaften durch die synergetische Wirkung der Dreierkombination aus organischem Polymerisat, der anorganischen Verbindung eines Alkalimetalls und dem ausgehärteten Zementhydrat bedingt ist. Der Fachmann kann diese Erkenntnis nur dahingehend deuten, daß die Anwesenheit des polymerisierenden Monomeren bzw. Monomerengemisches und der Alkaliverbindung während des hydraulischen Abbindevorganges Voraussetzung für die Entstehung des festgestellten synergistischen Effektes ist. Mit anderen Worten: Nach den Peststellungen in der genannten Offenlegungsschrift mußte als gesichert gelten, daß in der durch hydraulisches Abbinden und gleichzeitige Polymerisation erhärtenden Masse die Flüssigphase, bestehend aus Wasser und polymerisationsfähigem Monomeren, in dem erhärtenden Baustoff homogen verteilt vorliegen muß. Um die beschriebenen Verbesserungen des Betons zu erreichen, bestand demnach keine andere Möglichkeit als die in der Anmeldung als patentbegründend angegebene Lehre, zwei wasserlösliche Monomere, von denen das eine mindestens zwei C-C-Doppelbindungen im Molekül aufweist, d.h. vernetzend wirken muß, zusammen mit der Alkal!verbindung und dem Beschleunigersystem in die zu erhärtende Betonmasse einzurühren.

Dem Fachmann ist bekannt, daß sich in vielen Fällen die Notwendigkeit ergibt, nachträglich Beton z.B. gegen Quelloder Sickerwasser abzudichten. Soweit eine solche Maßnahme durchgeführt werden kann, während der Zement trocken ist,

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kann die Imprägnierung durch Aufbringen einer Polymerisatlösung, aus der sich nach Verdampfen des Lösungsmittels ein wasserabweisender Film bildet, erfolgen. Andererseits kann die trockene Oberfläche des Betons auch mit einem katalysatorhaltigen Monomeren, z.B. Methylmethacrylat, getränkt werden, das danach polymerisiert wird. Bisher ist jedoch noch kein voll befriedigendes Verfahren bekannt, um nassen Beton rasch und sicher wasserabweisend zu machen.

Es wurde nun gefunden, daß sich durch einen Prozeß, der der Einfachheit halber als Imprägnieren bezeichnet sei, die mechanischen Eigenschaften von Beton verbessern lassen und dieser gleichzeitig wasserabweisend gemacht werden kann, wenn die. wäßrige Lösung der nachstehenden Zusammensetzung entweder auf die Oberfläche des Betons aufgetragen oder unter Druck in die obere Schicht des Betons eingepreßt wird, wobei die Lösung

a) in Mengen von 5 bis 50 Gew.-% ein Hydroxyalkylacrylat oder -methaerylat, dessen Alkylrest 1 bis 4 C-Atome aufweist,

b) in Mengen von 0 bis 100 %_s bezogen auf das Gewicht des Hydroxyesters gemäß a), Acryl- oder Methacrylsäure oder ein Alkalisalz, ein Amid, ein N-Methylolamid oder einen Aminoester dieser Säuren bzw. ein Gemisch der eben genannten Monomeren,

c) die wasserlösliche Verbindung eines mehrwertigen, mit dem Hydroxy(meth)acrylat bzw. mit dem (Co)PoIymeren dieser Verbindungen ein Chelat bildenden Metalls,

d) ein Redoxsystem als Polymerisationsinitiator

enthält.

Als Beispiele für die unter a) genannten Hydroxyalkylester der Acryl- und Methacrylsäure seien 2-Hydroxyäthylacrylat und 2-Hydroxypropylacrylat sowie die entsprechenden Hydroxyester der Methacrylsäure genannt.

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GmhH Darmstadt

Beispiele für die unter b) genannten Aminoester sind Dimethylaminoäthyl(meth)acrylat und Dimethylaminopropyl(meth)acrylat.

Durch Wahl der Konzentration der genannten wäßrigen Lösung an polymerisationsfähigen Monomeren, des die Polymerisation der Monomeren bewirkenden Redoxsystems und der Art und Menge der Verbindung des chelatbildenden Metalls einerseits sowie der Porosität des Betons andererseits, lassen sich unter Berücksichtigung der in aller Regel vorgegebenen Temperatur des zu behandelnden Betons Bedingungen schaffen, die einerseits ein rasches Eindringen der wäßrigen Lösung in den Beton bewirken, die andererseits jedoch ein weitgehend effektloses "Versickern" des Monomeren im Beton verhindern. Ergebnis des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ein innerhalb einer bestimmten Zone des Betons entstehender Kunststoffilra, der als sichere Wassersperre wirkt und der darüber hinaus innerhalb dieser Zone die mechanische Festigkeit des Betons erhöht. Das Verhalten der in die obere Schicht des Betons einzubringenden Monomerenlösung kann orientierenderweise am Verhalten der gleichen Lösung im Reagenzglas verfolgt werden: die "fertige" Lösung von etwa der im Beispiel angegebenen Zusammensetzung erwärmt sich nach einiger Zeit. Parallel zu dem durch die Polymerisation bewirkten Viskositätsanstieg oder sich mit diesem überlagernd, verläuft die Chelatbildung, die zunächst eine hoohviskose Gallerte entstehen läßt und unter starker Erhitzung in eine elastische wasserunlösliche Masse übergeht.

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Die zur Anwendung kommenden wäßrigen Lösungen entstehen mit Vorteil zu 10 bis 50 % aus den unter a) und b) genannten polymer is ier baren Monomeren.

Unter Chelaten versteht man bekanntlich cyclische Verbindungen, bei denen Metalle mit einsamen Elektronenpaaren oder mit Elektronenlücken an der Ringbildung beteiligt sind. Im vorliegenden Fall werden die normalerweise linearen Makromoleküle der hydroxylgruppenhaltigen Copolymerisate durch·Komplexbildung über ein Metallion zu Ringen geschlossen, wobei der Ringschluß über Wasserstoffbrücken erfolgt. Als geeignete Metalle seien Vanadin, Molybdän, Wolfram, Mangan, Eisen und Aluminium beispielhaft genannt. Mit besonderem Vorteil benutzt man jedoch bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens Alkali- oder Ammoniumchromate oder -bichromate, da diese die zur Anwendung kommenden Monomeren überraschenderweise stabilisieren, so daß die wäßrige Lösung der unter a) und b) genannten Monomeren nach Zusatz eines wasserlöslichen Chromats oder Bichromats ohne besondere Vorsichtsmaßnahmen gelagert werden kann. Die stabilisierende Wirkung wird durch das bei der Durchführung des Verfahrens zugegebene Redoxsystem "überfahren" und erschwert damit den Ablauf der Polymerisation nicht. - Die chelatbildenden Metallverbindungen kommen mit Vorteil in einer Menge von 0,1 bis 10 Gew.-%, bezogen auf die verarbeitete Wassermenge, zur Anwendung.

Unter den verwendbaren wasserlöslichen Beschleunigern verdienen die aus Ammonium- oder Kaliumpersulfat einerseits und Formaldehydnatriumsulfoxylat oder Triäthylentetramin oder Dimethylaminopropanol andererseits aufgebauten Redoxsysteme besonders hervorgehoben zu werden, jedoch sind grundsätzlich alle in der flüssigen Phase der zu erhärtenden Masse löslichen Redoxsysteme verwendbar.

Die eben dargestellte Bildung des Chelate ist eine Vernetzungsreaktion. In besonderen Fällen kann es zweckmäßig sein, diese ionische Vernetzung durch eine hauptvalenzartige Vernetzung zu verstärken, d.h. dem in wäßriger Lösung polymerisierenden Mono-

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merengemisch ein wasserlösliches Monomeres zuzusetzen, das mindestens zwei C-C-Doppelbindungen im Molekül aufweist. Als besonders geeignete Verbindungen seien dabei Methylen-bis-acryl· amid und -methacrylamid genannt.

Wie bereits ausgeführt, kann die erfindungsgemäß zu verwendende wäßrige Monomerenlösung auf den Beton aufgetragen und bei der Behandlung großer Flächen, z.B. eines Fabrikhallenbodens, mittels Besen oder einer Kehrmaschine verteilt werden. Bei dickwandigen Betongebilden, z.B. senkrechten Pfeilern, kann es zweckmäßig sein, in regelmäßigen Abständen Bohrungen von z.B. 5 bis 10 mm Durchmesser und 50 mm Tiefe anzubringen und die wäßrige Monomerenlösung unter einem Druck von 5 bis 10 atm in den Beton einzupressen.

In den nachstehenden Beispielen werden Zusammensetzungen wäßriger Lösungen, die zur Durchführung des anmeldegemäßen Verfahrens verwendet werden können, beschrieben, ohne daß der nachgesuchte Schutz auf eben diese Aus f ührungs formen beschränkt sein soll.

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Beispiele

Die Imprägnierung von Beton kann mit wäßrigen Lösungen der unter 1. bis 9· genannten Zusammensetzung durchgeführt Vf erden.

1. 75 g Wasser

g 2-Hydroxypropylacrylat 1 g einer 4 $igen Ammoniumdichromat-Lösung 0,25 g Ammoniumperoxidisulfat 0,25 g Formaldehydnatriumsulfoxylat

2. 75 g Wasser

4.2 g Acrylsäure

8.3 g 2-Dimethylaminoäthylmethacrylat 12,5 g 2-Hydroxyäthylmethacrylat 1 g einer 4 #igen Ammoniumdichromat-Lösung 0,25 g Ammoniumperoxidisulfat 0,25 g Pormaldehydnatriumsulfoxylat

3. 75 g Wasser

4.7 g Methacrylsäure

7.8 g 2-Dimethylaminoäthylmethacrylat 12,5 g 2-Hydroxyäthylmethacrylat 1 g einer & #igen Ammoniumdichromat-Lösung 0,25 g Ammoniumperoxidisulfat 0,2 g Triäthylentetramin

4. 75 g Wasser

4.2 g Acrylsäure

8.3 g 2-Dimethylaminoäthylmethacrylat 12,5 g 2-Hydroxypropylacrylat 1 g einer 4 #igen Ammoniumdichromat-Lösung 0,25 g Kaliumperoxidisulfat 0,3 g Dimethylaminopropanol

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£ Wasser

g Acrylsäure

g 2-Dimethylarninoathylmethacrylat

g 2-Hydroxyäthylacrylat

g einer 4 #igen Ammoniumdiehromat-Lösung

g Ammoniumperoxidisulfat

g Formaldehydnatriumsulfoxylat

g Wasser

g Methacrylsäure

g 2-Dimethylaminoäthylmethacrylat

g 2-Hydroxypropylacrylat

g einer 4 $igen Ammoniumdichromat-Lösung

g Ammoniumperoxidisulfat

g Formaldehydnatriumsulfoxylat

g Wasser

g Methacrylsäure

g 2-Dimethylaminoäthylmethacrylat

g 2-Hydroxyäthylacrylat

g einer 4 $igen Ammoniumdichromat-Lösung

g Ammoniumperoxidisulfat

g Pormaldehydnatriumsulfoxylat

8. 75 g Wasser

g Glykoldimethacrylat g einer 4 $igen Ammoniumdichromat-Lösung

0,25 g Ammoniumperoxidisulfat

0,25 g Formaldehydnatriumsulfoxylat

9-75 g Wasser

g Hydroxyäthylacrylat g einer 4 #igen Ammoniumdichromat-Lösung

°*25 g flHHHJiBHPHMMMMHH» Kaliumperoxidisulfat

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Claims

röhm Patentansprüche

1. Verfahren zum nachträglichen Imprägnieren von Bauteilen aus erhärtetem Beton,

dadurch gekennzeichnet,

daß eine wäßrige Lösung der nachstehenden Zusammensetzung entweder auf die Oberfläche des Betons aufgetragen oder unter Druck in den Beton eingepreßt wird, wobei die Lösung

a) in Mengen von 5 bis 50 Gew.-% ein Hydroxyalkylacrylat oder -methacrylat, dessen Alkylrest 1 bis 4 C-Atome aufweist,

b) in Mengen von 0 bis 100 %, bezogen auf das Gewicht des Hydroxyesters gemäß a), Acryl- oder Methacrylsäure oder ein Alkalisalz, ein Amid, ein N-Methylolamid oder einen Aminoester dieser Säuren bzw. ein Gemisch der eben genannten Monomeren,

d) ein in der flüssigen Phase des zu erhärtenden Gemisches lösliches Redoxsystem als Polymerisationsbeschleuniger

enthält.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wäßrige Lösung zu 10 bis 50 Gew.-^ aus polymerisierbaren Verbindungen gemäß a) und b) besteht.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als vernetzende Metallverbindung ein Alkali- oder Ammoniumchromat oder -bichromat verwendet wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerisation der Monomeren unter der Einwirkung eines aus Ammoniumpersulfat einerseits und Formaldehydnatriumsulfoxylat oder Triäthylentetramin oder Dimethylaminopropanol andererseits bestehenden Redoxsystems erfolgt.

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