DE2601816A1 - Wasserloesliche, praktisch homogene masse bzw. praeparat - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE

DlpL-lng. P. WIRTH · Dr. V. SCHM1ED-KOWARZIK DlpK-lng. G. DANNENBERG · Dr. P. WEINHOLD · Dr. D. GUDEL

281134 β FRANKFURTAM MAIN

TELEFON (0811) ₂₈₇₀₁₄ GH. ESCHENHEIMER STRASSE 39

SK/SK 75T5

Koppers Company, Inc. Kopper.s Building Pittsburgh, Pa. 15219 / USA

Wasserlösliche, praktisch homogene Masse bzu/. Präparat

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Zusätze zur Hitführung ven Luft in hydraulischen zernenthaltigen Massen und zur Aufrechterhaltung dieser Nassen in homogenem Zustand, uuenn Materialien von leichtem Geu/icht als Aggregate verwendet werden.

Die US PS 3 819 391 beschreibt einen frei fließenden, flockenartigen Feststoff, der aus 12,5-37,5 Gew.-Jo eines bituminösen Materials und 87,5-62,5 Gem.-% eines oberflächenaktiven Mittels durch Dispergieren von oberflächenaktivem Mittel und bituminösen Materialien in Wasser und Trocknen der Dispersion zur Bildung fester Flocken gebildet wird.

Wenn einer zementhaltigen Mischung, die expandierte Polystyrolteilchen als Aggregat enthält, 0,1-2,0 Gau;. -f₀ des obigen Feststoffes bezogen auf das Gewicht des Zementes,zugefügt werden, wird die Binderphase befähigt, Luft bis zu 13,5-60 Vol.-% mitzuführen und die Aufschlämmung in homogenem Zustand zu halten, salbst «renn die expandierten Polystyrolteilchen eine Massendichte von 0,016

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g/ecm oder weniger haben und normalerweise stark zum Agglomerieren und zum Aufsteigen an die Oberfläche der Mischung neigen.

Die vorliegende Erfindung ist eine Verbesserung der in der oben genannten US PS beschriebenen Präparate bzw. Massen. Die erfindungsgemäßen Kassen £ind einfacher zu mischen und verleihen der zementhaltigen Aufschlämmung neben den in der obigen Patentschrift genannten Vorteilen weitere Vorteile.

Es wurde nun festgestellt,, daß man einen wasserlöslichen, praktisch homogenen, pulverigen Zusatz durch einfaches mechanisches Mischen der Bestandteile herstellen kann, und daß die Mischung
nicht nur die Eigenschaften der Luftmitführung und Bewahrung der Homogenität der Masse hat, wie sie xn der oben genannten US PS
beschrieben sind, sondern die folgenden zusätzlichen Vorteile
aufweist: (1) Inhibierung der normalen Ueigung einer Zementauf-

schlämmung zum "Blitzabbinden" ("flash set"), Schaffung einer
besseren "fiaßkante" ("wet edge") und (3) Verbesserung des Gber-

flächenfinischs des erhaltenen Betonproduktes.

Die erfindungsgemäGen Massen bestehen aus 40-60 Gew.-% oberflächenaktiven Mitteln und bituminösen Materialien gemäß Beschreibung in der genannten US PS und 60-40 Gew.-% zusätzlicher Materialien in Form von Polyäthylenoxidharzen, Lignosulfonaten und
Diatomeenerde.

Erfindungsgemäß werden die oberflächenaktiven Mittel und das
Polyäthylenoxid in einen Mischer gegeben; dieser kann ein üblicher Bandmischer sein und wird betrieben, bis alle Bestandteile gründlich gemischt sind.

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Erfindungsgemäß sind viele verschiedenartige, oberflächenaktive, anianische, kationische und nicht-ionische Mittel geeignet. Besonders zweckmäßige Zusätze können gemäß ihrer chemischen Struktur wie folgt klassifiziert werden:

1. Anionische .Mittel einschließlich Alkylarylsulfonaten, u/ie Alkylnaphthalinsulfonate, die üblicheriueise unter den Bezeichnungen ALKANOL B, NEKAL BX-78 verfügbar sind; Natriumsalze von formaldehydkondensierten Nadthalinsulfonsäuren, die als DARUDfJ No. 1, DARUAN NO. 2 und TAMOL SN erhältlich sind; Alkylsulfonate, wie Natriumlaurylsulfonat, das als DUPANOL UA im Handel erhältlich ist; und Natriumsalze von polymeren Carbonsäuren, als TAMOL 731 im Handel erhältlich;

2. Kationische Mittel einschließlich quaternärer Ammoniumsalze, uiie Laurylpyridiniumchlorid, und Trimethyloctadecylammoniumbromid; und sekundäre Amine, wie N-(i-Methylheptyl)-äthanolamin und N,N'-Bis-(1-methylheptyl)-ethylendiamin.

3. Nicht-ionische Mittel einschließlich Produkten aus Methylenoxid, kondensiert mit Fettsäuren, Alkoholen oder Phenolen, z.3. alkylierte Arylpolyesteralkohole, die unter verschiedenen Warenzeichen als TRITON X-120 im Handel erhältlich sind. Besonders gute nicht-ionische Mittel, die vorzugsweise in Mischungen verwendet werden, sind TV/EEN 65, ein Polyoxyäthylensorbitontristearat, und ■ SPAN 60, ein Sorbitanmonostearat.

Erfindungsgemäß hat es sich als vorteilhaft erwiesen, eine Mischung verschiedener oberflächenaktiver Mittel zu verwenden. Eine bevor- ·■ zugte Mischung besteht aus etwa (a) 12 Gew.-Teilen des Natrium-

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salzes formaldehydkondensierter Naphthalinsulfonsäuren (als TAMGL SN im Handel), (b) 2 Gern.-Teilen des Natriumsalzes polymerer Carbonsäuren (als TAMDL 731 SD in Form eines sprühgetrockneten Produktes im Handel) und (c) 1 Gew.-Teil eines Alkylphenoxy· poly-(äthylenoxy)-äthanols, das das Reaktionsprodukt eines Alkylphenols mit einem Äthylenoxid der allgemeinen Formel

CH₀O) CH₀CH₀CH £ η c L

ist (als IGEPAL DM im Handel). Die beiden ersten oberflächenaktiven Mittel sind anionisch, das dritte Mittel ist nichtionisch.

Als nicht-ionische Mittel können Poly-(äthylenoxid)-Harze erfindungsgemäß verwendet werden.

Palyäthylenoxidharze sind Homopolymerisate mit der üblichen Struktur HÜ-CH₂CH₂-(0-CH₂CH₂)_n-0H. Das Ausmaß an Polymerisation, n, variiert von etwa 2000-100 000, u/obei das entsprechende Molekulargewicht zwischen 100 000-5 000 000 liegt. Erfindungsgemäß

bevorzugt

wird/ein Harz mit einem Molekulargewicht von etwa 400 000 verwendet. Diese Harze sind in Wasser löslich und sind als Pumphilfe für Beton verwendet worden; sie besitzen eine außergewöhnliche Dickungskraft». Weil die Harze viskoelastisch sind, können sie mechanische Energie &us turbulenten Wirbelströmen absorbieren und diese gelagerter Energie langsam oder mit verzögerter Wirkung freisetzen. Diese als "drag reduction" bezeichnete Wirkung .führt insgesamt zu einer Verbesserung von Transport oder Bewegung der Flüssigkeit durch Leitungen.

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Die Dauer des Mischens ist nicht besonders entscheidend, und der Fachmann kann leicht bestimmen, mann die Mischung einheitlich geworden ist.

Nach Erzielung einer einheitlichen Mischung wird das bituminöse

Material zugefügt. Erfindungsgemäß kann jedes bituminöse Material mit niedriger Uiskosität und niedrigem Erweichungspunkt, wie Asphalt, Kohleteer oder ihre Derivate, verwendet werden. Das bituminöse Material muß bei Zimmertemperatur eine Flüssigkeit sein. Daher kommen erfindungsgemäß die weniger viskosen Asphalte in Betracht. Erfindungsgemäß geeignet sind Asphalte mit einer Saybolt Uiskosität von 10-4000 SFS bei. 5O⁰C. Es können auch mit Lösungsmitteln verschnittene Asphalte ("solvent cut asphalts"), gebildet durch Verdünnen eines festen oder halbfesten asphaltischen Materials mit einer Erdöldestillatfraktion, verwendet werden. Die Teere sind braune bis schwarze viskose Flüssigkeiten aus der destruktiven Destillation organischer Materialien, wie Kohle, Erdöl und Holz. Besonders geeignet sind Teere aus der destruktiven Destillation von Kohle. Die Teere müssen weiterhin bei Zimmertemperatur flüssig sein. Die Uiskosität der Teere sollte zwischen 10-4000 SFS bei 5O⁰C. liegen. Höher viskose Teere können mit Lösungsmitteln auf die gewünschte Uiskosität verschnitten werden. Neben den Tearen können Destillate derselben verwendet werden. Erfindungsgemäß geeignet sind Teerdestillate, wie Kreosotöl, das bei etwa 200-400⁰C. destilliert und wesentliche Mengen an Naphthalin, Anthracen und Phenanthran enthält. Geeignete bituminöse Materialien sind dunkle thermoplastische Harze polymerer, mehrkerniger Kohlenwasserstoffe, hergestellt durch Erdölkrackun.g unter kontrollierten Bedingungen zur Bildung ungesättigter

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Aromaten und anschließende Polymerisierung dieser Aromaten zu Produkten mit niedrigem Schmelzpunkt. ErfindungsgemäÖ besonders geeignet ist ein praktisch nicht-reaktionsfähiges, thermoplastisches Kohlenu/asserstoffharz, hergeleitet durch Polymerisation von kohlenujasserstofFartigen Materialien und als NEBONY im Handel. Das Mischen in diesem Stadium wird fortgesetzt, bis die Farbe der Mischung zeigt, daß ein gründliches Mischen erreicht ist.

Zu dieser Stufe luird das Salz des Lignosulfonates zugefügt. Lignosulfonate, hergestellt durch Sulfonierung von Ligninmaterialian, wie Calciumlignosulfonat, sind als MARASPERSE C im Handel erhältlich, und Natriumlignosulfonate sind als PGLYFCM F verfügbar. Besonders ist ein als MARACON T erhältliches Lignosulfonat.

Schließlich u/ird die Diatomeenerde zugefügt. Das Mischen uiird fortgesetzt, bis ein gründliches Mischen der Bestandteile feststellbar ist, So erhält man einen pulverigen, wasserlöslichen, hellbraunen Feststoff.

In heißem Wetter und heißen und trockenen Klimata neigt der Teil der Zementaufschlämmung, der mit den heißen Formen in unmittelbaren Kontakt kommt, zu einem wesentlich schnelleren Aushärten oder Abbinden als die anderen Teile der Aufschlämmung; dieses Phänomen ist als "Blitzabbinden" bekannt. Dies führt zu Problemen, wie einem Versagen, u/eil der blitzabgebundene Teil spröde wird und nicht gut mit dem anderen Teil der Zementstruktur verbunden ist. Der erfindungsgemäße Zusatz inhibiert dieses Blitzabbinden ohne Veränderung der Gesamtabbindezeit des Betonpräparates.

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Ein weiteres Phän-omen, das insbesondere in heißen, trockenem

(hintereinander)

Wetter auftritt, besteht darin, daß anschließend/gegossene Teile

sich
/nicht gut zu einer monolithischen Struktur verbinden, selbst uienn nur eine kurze Zeitspanne zwischen dem Gießen der beiden Abschnitte vergangen ist. Die Fähigkeit, einen Abschnitt mit einem später gegossenen Betonabschnitt verbinden zu können, wird als "Naßkanten"-eigensch^;aft bezeichnet. Der erfindungsgemäß verwendete Zusatz ermöglicht es, daß das Betonpräparat, mit welchem er verwendet wird, längere Zeit eine "lebensfähige" Naßkante hat.

Wenn expandiertes Polystyrol das Aggregat sein soll, kann der pulverisierte Zusatz den expandierten Polystyrolteilchen zu jeder?, Zeitpunkt nach deren Vorexpandierung zugefügt werden. Dann können die Teilchen aus Aggregat für zementhaltige Massen mit leichtem Gewicht wverwendet werden. Das Mischen von Aggregat, d.h. den expandierten Polystyrolteilchen, und dem Zusatz kann unter sorgfältig geregelten Betriebsbedingungen erfolgen. Dann braucht das Aggregat nur an Ort und Stelle in üblicher Weise zum Zement •und Wasser zugefügt zu werden. ,

In der bevorzugten Verwendung des erfindungsgemäßen Zusatzpräparates werden 680-1588 g, vorzugsweise 1134 g, des oben beschriebenen Präparates mit etwa 255 1 expandierten Pdlystyrolteilchen gemischt, die expandiert worden sind, so daß ihre endgültige Dichte zwischen etwa Q|016-Q_t16 g/ccm, vorzugsweise 0,016-0,048 g/ccra, liegt. Strukturell haben die Teilchen diskrete geschlossene Zellen, wodurch sie praktisch wasserundurchlässig werden und somit eine Erhöhung des erforderlichen ' ■Wassers der nassen.Zementmischung umgehen. Diese expandier-

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baren Polystyrolperlen sind im Handel uon verschiedenen Herstellern erhältlich. Expandierbare Polystyrolteilchen enthalten 3-15 Gem.-^b darin einverleibtes, flüchtiges Kohlenwasssstoffblähmittel, wie Pentan oder Petroläther, das bei erhöhten Temperaturen leicht verflüchtigt wird. Durch Erhitzen der Teilchen in nicht eingeschlossenem Zustand werden die Polystyroiperlen um das 10- bis 60-fache ihrer ursprünglichen Größe expandiert. Üblicherweise kann die Wärme durch Heißluft, Wasserdampf, heißes Wasser, ΙΠ-Strahlung usw. geliefert werden.

Da der Fachmann die vorliegende Erfindung vermutlich ohne weiteres der vorliegenden Beschreibung entnehmen kann, sind die folgenden, besonderen Ausführungsformen nur eine Darstellung und keine Beschränkung. Die angegebenen Teile sind, wenn nicht anders erwähnt, Gew.-Teile.

Die Herstellung des Zusatzes erfolgt leicht, indem man 35 Teile der Natriumsalze formaldehydkondensierter Naphthalinsulfonsäuren (TAFlOL SN), 6 Teilender Natriumsal^e polymerer Carbonsäuren (TAHOL 731, zu einem Pulver sprühgetrocknet), 3 Teile Alkylphenoxypofy-(oxyäthylen)-äthanole (IGEAPL DM) und 3 Teile PoIy-(äthylenoxid)-harz (PüLYCL WSRN 3000) auf einen üblichen Bandmischer gibt. Das Mischen wird bis zum gründlichen Mischen der bestandteile fortgesetzt.

Dann werden 7 Tsile bituminöses Material (NEBONY L-55, eine Flüssigkeit) zugefügt, und eswird weiter gemischt, bis die Beschickung eine einheitliche Farbe hat, was ein gründliches Mischen der Bestandteile anzeigt.

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Anschließend werden 15 Teile der Alkalisalze von Lignosulfonat (MARACON Τ) zugefügt und bis zum gründliches Mischen des Produktes weitergemischt.

Dann werden 31 Teile Diatoneenerde (GELITE) zugefügt und weiter gemischt, bis die Mischung einheitlich ist.

Bei der Herstellung von Leichtgewichtbeton werden 510 1 expandierte Polystyrolteilchen (gewöhnlich zwei Sacks mit je 205 1 expandiertem Polystyrol) als Aggregat, 2,27 kg des erfindungsgemäßen Pulverzusatzes, atwa 256 kg Portland Zement (gewöhnlich 6 übliche Säcke von je 42,6 kg Gewicht) und 11-14 l Wasser in einem üblichen Horizantalmischer gemischt. Man erhält eine Aufschlämmung, die 680-710- 1 einer Betonstruktur mit einer endgültigen Dichte von etwa 0,48 g/ccm liefert und etwa 5Ü % mitgeführte Luft in der Binderphase enthält.

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Claims (7)

- ίο - Patentansp rüche

1.- Wasserlösliche, praktisch homogene Masse bzu/. Präparat, umfassend eine Mischung aus anionischen und nicht-ionischen, oberflächenaktiven Mitteln, einem flüssigen thermoplastischen bituminösen Harz, einem Poly-(äthylenoxid)-harz, einem Lignosulfonatsalz und Diatomeenerde.

2.- Präparat nach Anspruch 1 in Mischung mit expandierten Polystyrolteilchen in einem Verhältnis von etiua 0,68 |<g Präparat gemäß Anspruch 1 zu 140 1 „expandierten Polystyrolteilchen.

3,_ Präparat nach Anspruch 2 in Mischung mit Wasser und hydraulischem Zement zur Bildung einer zu Beton aushärtenden Aufschläm-. mung, wobei die Mischung et ma 510 1 des Präparates v/on Anspruch 2, etwa 256 kg Zement und etwa 11-14 1 Wasser enthält.

4.- Wasserlöslicher, praktisch homogener, pulveriger Feststoff, bestehend aus einer Mischung aus etωa

35 Geiu.-Teilen der Natriumsalze von formaldehydkondensierten Naphthalinsulfonsäuren,

6 Gem.-Teilen der Natriumsalze polymerer Carbonsäuren, 3 Geu/.-Teilen Alkylphenoxypoly-(oxyäthylen)-äthanol, 3 Gem.-Teilen Poly-(äthylenoxid)-harz_t

7 Gew.-Teilen flüssigem thermoplastischem bituminösem Harz, 15 GeuJ.-Teilen Salzes von Lignosulfonaten und 31 Gem.-Teilen Diatomeenerde.

0er Patentanwalt:

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