DE2630799A1 - Zusatzmittel fuer moertel und beton - Google Patents

Zusatzmittel fuer moertel und beton

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DE2630799A1 DE19762630799 DE2630799A DE2630799A1 DE 2630799 A1 DE2630799 A1 DE 2630799A1 DE 19762630799 DE19762630799 DE 19762630799 DE 2630799 A DE2630799 A DE 2630799A DE 2630799 A1 DE2630799 A1 DE 2630799A1
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Description

Patentanwälte . O CO Π ·7 Π ft
8 Münch en 2, BräuhausstraBe 4' Z O J U / g g
Meynadier & Cie. Aktiengesellschaft, Zürich (Schweiz)
Zusatzmittel für Mörtel und Beton
Die Erfindung betrifft ein Zusatzmittel für Mörtel und Beton zur Verbesserung der Verarbeitungseigenschaften sowie der Eigenschaften des erhärteten Mörtels oder Betons, insbesondere der Festigkeit, Wasserdichtigkeit und Frostbeständigkeit.
Unter Mörtel und Beton wird in Anlehnung an DIN 10*15 ein künstlicher Stein verstanden, der aus einem Gemisch von hydraulischem Bindemittel, insbesondere Portlandzement, Zuschlagstoffen und Wasser durch Erhärten des Zement/Wassergemisches entsteht.
Bei der Herstellung von Mörtel und Beton werden je nach den für die Verarbeitung oder für den erhärteten Mörtel oder Beton gewünschten Eigenschaften verschiedene Zusatzmittel eingesetzt. Solche Zusatzmittel sind beispielsweise unter anderem Verflüssiger, Luftporenbildner, luftporenbildende Verflüssiger, Erstarrungsverzögerer, Erstarrungsbeschleuniger und Dichtungsmittel.
Verflüssiger oder Plastifizierungsmittel verbessern die Verarbeitbarkeit von Mörtel und Beton, senken den Anmachwasserbedarf und erhöhen die Festigkeit bei sonst gleicher Zusammensetzung infolge der Verminderung des Wasser/Zement (W/Z)-Verhältnisses. Als Verflüssiger wurden bisher hauptsächlich Ligninsulfonate und Glukonsäure sowie deren Salze eingesetzt. Erstere haben den Nachteil, dass sie vor allem bei höheren Dosierungen Makroluft, d.h. grobe Luftporen
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einführen und dadurch die durch die mögliche Wassereinsparung erzielbare Erhöhung der Festigkeit stark reduzieren. Glukonsäure und ihre Salze verzögern das Abbinden von Mörtel und Beton in starkem Masse, was in der Baupraxis aus naheliegenden Gründen meistens unerwünscht ist. Infolgedessen muss die Zugabemenge von Glukonsäure und ihren Salzen genau kontrolliert werden, da durch eine Ueberdosierung diese unerwünschte Wirkung verstärkt wird.
Luftporenbildner bewirken durch Einführung von Mikroluftporen vor allem eine starke Erhöhung der Frostbeständigkeit und Wetterbeständigkeit von Mörtel und Beton. Neben der Tatsache, dass durch die Einführung von Mikroluftporen die Festigkeit herabgesetzt wird, haben Luftporenbildner auch den Nachteil, dass sie sich wegen der Kompressibilität der eingeführten Luft nicht eignen für den immer mehr an Bedeutung gewinnenden Transport von Mörtel und Beton durch Pumpen.
Aus der USA-Patentschrift Nr. 3 ^32 317 ist die Verwendung von Polysacchariden als Zusatzmittel für Mörtel und Beton bekannt. Um r, mit diesen Polysacchariden erhebliche Festigkeitssteigerungen zu erreichen, müssen relativ hohe Mengen eingesetzt werden, was aber
wiederum das Abbinden stark verzögert. Erst eine Kombination dieser Polysaccharide mit relativ grossen Mengen von wasserlöslichen Aminen und Chloriden ergibt hohe Festigkeiten ohne Verzögerung des Abbindens von Mörtel und Beton. Allerdings muss damit gerechnet werden, dass durch den Gehalt an Chloriden eine Korrosion der Armierungen hervorgerufen wird. Aus diesem Grunde ist der Einsatz dieser chloridhaltigen Kombination auf nicht armierten Beton eingeschränkt.
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Ziel der vorliegenden Erfindung war es, ein Zusatzmittel für Mörtel und Beton zu finden, welches eine stark plastifizierende und festlgkeitserhöhende Wirkung hat und welches gleichzeitig die Wasserdichtigkeit sowie die Prostbeständigkeit erhöht, ohne dabei Makro- oder Mikroluft in den Mörtel oder Beton einzuführen.
Die gestellte Aufgabe wird durch ein Zusatzmittel gelöst, welches carboxylgruppenhaltige Polysaccharide, mit einem mittleren Molekulargewicht von 1IOO bis '4000, vorzugsweise von 400 bis l600, und einem Carboxylgruppenanteil von 2,5 bis 25,0 Gew.-# enthält.
Die erfindungsgemäss zu verwendenden Polysaccharide können beispielsweise durch oxidativen Abbau von höhermolekularen Polysacchariden oder durch hydrolytischen Abbau von höhermolekularen carboxyIgruppenhaltigen Polysacchariden hergestellt werden. Solche Abbaumethoden sind dem Fachmann hinlänglich bekannt.
Als für den oxydativen Abbau geeignete höhermolekulare Polysaccharide sind beispielsweise Cellulose von verschiedenen Pflanzen, Stärke von Kartoffeln, Weizen, Reis, Mais und ähnlichem und Dextrin zu nennen. Ausserdem eignen sich für den oxydativen Abbau celluloseähnliche Substanzen wie.Lignin·, Hemicellulosen, sog. "Gums", Chitin, Inulin etc.. Pur den hydrolytischen Abbau höhermolekurer carboxylgruppenhaltiger Polysaccharide kommen unter anderem Pektine und Alginate in Frage.
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Die erfindungsgemäss zu verwendenden carboxylgruppenhaltigen Polysaccharide weisen ein mittleres Molekulargewicht, bestimmt nach der vaporometrischen
(thermoelektrischen) Methode, von 400 bis 4000 und einen Carboxylgruppenanteil von 2,5 bis 25*0 Gew.-^, d.h. 25 bis 250 mg pro g 'Polysaccharid auf. Die Methode zur vaporometrischen Molekulargewichtsbestimmung wird von A.P. Brady, H. Huff und J.W. Mc Bain in J. physic. Colloid Chem. 55, 304 (1951) sowie von Ch. Chylewski und W. Simon in Chem. HeIv. Acta, 47 H 3 515 (1964) beschrieben. Die Bestimmung des Carboxylgruppenanteils wird durch potentiometrische Titration ausgeführt.
Die erfindungsgemässen Zusatzmittel werden in Mengen eingesetzt, die" 0,05 bis 1 Gew.-^, vorzugsweise 0,05 bis 0,5 Gew.-%3 carboxyigruppenhaltiges Polysaccharid, bezogen auf Zement, entsprechen.
Die neuen erfindungsgemässen Zusatzmittel weisen gegenüber den bekannten Produkten bedeutende Vorteile auf, deren wichtigste im f folgenden erläutert werden:
Sie führen im Vergleich mit den bekannten Ligninsulfonaten praktisch keine Makroluft ein, wodurch eine gesteigerte Festigkeit erreicht wird. Im Gegensatz zu der Glukonsäure und deren Salzen verzögern sie das Abbinden in den üblichen Einsatzmengen in geringerem Masse. Sie weisen nicht die oben angeführten Nachteile der bekannten Luftporenbildner auf, da der mit dem neuen Zusatzmittel
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hergestellte erhärtete Mörtel oder Beton bei guter Prostbeständigkeit eine erhöhte Druckfestigkeit zeigt (ohne Mikroluft einzuführen). Da keine Luftporen eingeführt werden, lässt sich mit dem erfindungsgemässen Zusatzmittel hergestellter Mörtel oder Beton ohne Schwierigkeiten.pumpen.
Verglichen mit den aus der USA-Patentschrift Nr. 3 ^32 317 bekannten Polysacchariden bewirken die neuen carboxylgruppenhaltigen Polysaccharide eine bessere Verflüssigung oder Plastifizierung, was schon bei niedriger Dosierung in grösserer Wassereinsparung und entsprechend höherer Druckfestigkeit resultiert. Gleichzeitig wirken die erfindungsgemässen Zusatzmittel bei den üblichen Zugabemengen weniger stark verzögernd. .Um die Verzögerung des Abbindens zu eliminieren, genügt im Gegensatz zu den in der USA-Patentschrift 3 432 317 angeführten, immer chloridhaltigen Kombinationen die Zugabe von an sich bekannten chloridfreien Beschleunigern, wie z.B. Alkali- und Erdalkalisalzen,Alkanolamine^ Pormiaten etc. zum erfindungsgemässen Zusatzmittel. Von den oben genannten Substanzen werden Pormiate,insbesondere wegen ihrer guten Wirksamkeit, bevorzugt. Da zur Verhinderung der Verzögerung des Abbindens keines der gemäss dem Stand der Technik eingesetzten Chloride benötigt wird, besteht keine Korrosionsgefahr, was insbesondere bei armiertem oder vorgespanntem Beton wichtig ist.
Überraschenderweise werden mit den erfindungsgemäss zu verwenden-
6098SS/1OAO
den carboxylgruppenhaltigen Polysacchariden unerwartet hohe Festigkeitssteigerungen erhalten. Diese sind höher als es aufgrund der
Wassereinsparung erwartet werden konnte. Weitere Vorteile sind die bedeutende Erhöhung der Dichtigkeit des Mörtels und Betons gegenüber Wasser sowie die ausgezeichnete Prostbeständigkeit.
Die unerwartete Verbesserung der Eigenschaften des mit' den neuen
carboxylgruppenhaltigen Polysacchariden hergestellten Mörtels und Betons beruht vermutlich auf der Ausbildung einer chemischen Verbindung zwischen Zement und Zusatzmittel sowie auf dem durch das
Zusatzmittel bewirkten innigen Verbund zwischen Zementstein und
Zuschlagstoff.
Ausserordentlich überraschend ist es, dass die neuen Zusatzmittel insbesondere bei hohem Carboxylgruppengehalt das Abbinden weniger verzögern, als Glukonsäure oder deren Salze oder auch die bekannten nicht carboxylgruppenhaltigen Polysaccharide, da der Fachmann
r, anhand seiner Kenntnisse gerade das Gegenteil erwarten konnte.
Diese Eigenschaft ist in der nachfolgenden Tabelle 1 anhand von
konkreten Zahlen überprüfbar.
In den Tabellen wurden die folgenden Abkürzungen verwendet:
PE 1 Erfindungsgemäss zu verwendendes Zusatzmittel: Gewonnen durch hydrolytischen Abbau von Pektin Durchschnittliches Molekulargewicht: 600 Carboxylgruppengehalt: Ii9O %
609886/1040
PE 2 Erfindungsgemäss zu verwendendes".Zus-atzmit-t.el; Gewonnen durch oxydativen Abbau von Maisstärke Durchschnittliches Molekulargewicht:.! 200 Carboxylgruppengehalt: 6,1 %
PS 1 Polysaccharid (ohne Carboxylgruppen) Durchschnittliches Molekulargewicht: 1320 Carboxylgruppengehalt: 0
PS 2 Polysaccharid ..(ohne Carboxylgruppen) Durchschnittliches Molekulargewicht: 1700 Carboxylgruppengehalt: 0
Ca LS Calciumligninsulfonat - Aschegehalt ! 13 % Ca 0 ; 6 % S total : 6 %. Red.Subst. :8,5 % '
Alle angeführten Versuche wurden mit normalem Portlandzement mit
' 2 einer spezifischen Oberfläche nach Blaine von 3100 cm /g und folgender mineralogischer Zusammensetzung nach Bogue durchgeführt:
C,S l*3,i* % .
C2S 25,2 %
C3A 12,0 % ·
' C11AP 8,5 *
009886/1040
Tabelle 1
Abbindeversuche nach ASTM C-403
Zusatzmittel Dosierung Abbindebeginn Abbindeende
Gew.% bez. (h,min.) (h,min.)
auf Zem.
PE 1 0,075 . 5.20
Il 1 0,15 6.10
Il 1 0,30 8.30
Il 1 0,50 10.30
PE 2 0,075 5.45
Il 2 0,15 . 7-00
Il 2 0,30 - 9V35
Il 2 0,50 : 12.50
PS 1 0.075 6.00
Il 1 0,15 7.40
Il 1 0,30 11.10
Il 1 0,50 15.30
Glukonsäure 0,075 7.20
0,15 11.50
0,30 19.00
0,50 29.30
Il
Il
Il
6.50
7.50
8.40 12.20 16.40
8.20
9.50
14.10
19-10
9.40 11.45 15.40 21.50
11.15 18.20 29.50 46.00
809885/1040
In Tabelle 2 sind die Ergebnisse von Vergleichsversuchen zusammengefasst. Alle Versuche wurden mit Beton gleicher Verarbeitbarkeit mit 300 kg normalem Portlandzement pro m3 und einem maximalen Zuschlagstoffkorn von 32 mm mit folgender Granulometrie durchgeführt :
Korndurchmesser Gewichtsprozent mm
0 - 0,1 4,4
0,1 - 0,2 1,8
0,2 - 0,5 3,8
0,5 - 1 .-4,4
1-2 .6,4
2-4 9j8
4-8 !^i,
8 ~ 16. 20,0
16 - 32 35,0
Aus Tabelle 2 ist die gegenüber den bekannten Polysacchariden und Ligninsulfonaten höhere Wassereinsparung sowie die höhere Festigkeit ersichtlich.
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Zusatzmittel • Dosierung
Gew.% "bez.
auf Zera.		 W/Z Tabelle 2 Vebe
see		 *) Luft Druckfest iglce it
kp/cm2
.7 Tage 28 Tage		 406 M
O
I
_ 0,50 V7asser-
reduktion		 8,5 0,95 335 494 ..
534
543 '
561
PE 1
" 1
11 1		 0,075
■ 0,15
0,30
0,50		 0,465
0,444
0,436
0i431		 M* 8,0
9,0
9,5
8,5		 1,1
1,2
1,25
1,25		 416
458
476
492		 474
515
573
576
PE 2
. " 2
" 2		 0,075
0,15
0,30
0,50		 0,471
0,451
0,438
0,432		 7,0
11,2
12,8
13,8		 8,0
8,5'
9,5
9,0·		 1,1
1,3
1,'25		 410
451
485
500		 440
467
509		 •
σ»
ο
co
co
α»
UT		 PS 1
11 .1		 0,075
0,15
0,30		 0,484
0,473
0,465		 5,8
9,8
12,4'
13,6		 9
8
8,5		 1,1
1,2
1,2		 382
410
430		 442
469
516		 CJ
O
Q		 PS 2
11 2
11 2		 0,075
0,15
0·, 30		 0,489
0,481
0,465		 3,2
5,4
7,0		 9
8,5
9,5		 1,'2
. 1,2		 376
405
422		 418
424
451		 O
--J
Ca LS
II Il
ti Il 		0,075
0,15
0,30		 0,472
0,456
0,445		 2,2
3,3
7,0		 9
9
9,5		 1,6
2,2
2,6		 356
369
367		 CD
CD
5,6
8,8
11,0
*) Verarbeitbarkeitsmessung
Wie aus Tabelle 3 ersichtlich ist, wird durch Verwendung der neuen Zusatzmittel die Wasserundurchlässigkeit von Mörtel und Beton erhöht. Die Versuche wurden mit Betonen mit 250 kg normalem Portlandzement pro m , maximalem Zuschlagstoffkorn von 32 mm, Granulometrie wie für Tabelle 2 angegeben und jeweils gleicher Verarbeitbarkeit (Vebe: 8-9 see.) durchgeführt. Vor der eigentlichen Prüfung auf Wasserundurchlässigkeit wurden die Probekörper 21 Tage bei Raumtemperatur und 90 % relativer Feuchtigkeit und 7 Tage bei Raumtemperatur und 50 % relativer Feuchtigkeit gelagert. Die Prüfung selbst erfolgte nach DIN 1048, Abschnitt 4.7.
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Tabelle 3
Prüfung auf Wasserundurchlässiglcei t nach DIN 1048 Abschnitt 4.7
Probekörper:
Lagerung :
Zusatzmittel
20 χ 20 χ 12 cm
PE 1
PE 1
PE 1
PE 2
PE 2
PE 2
21 Tage 20 0C 7 Tage 20 0C
Dosierung
Gew. -To bez. auf Zem.
90 50
r.F.
r.F.
0,075
0,15
0,50
0,075
0,15
0,30
Aufgenommene Wassermenge in cm Eindringtiefe bei einem Wasserdruck χοή
kp/cm
10
18 8 7 3
50 110
19 35
14 24
9 18
l4o 42
9 9
38
25
16
46 32 20
cm
11,0 4,0 3,0 2,0
3,0
2;0
CD -J CD
Die durch die erfindungsgemässen Zusatzmittel erzielbare Verbesserung der Prostbestandigkeit geht aus Tabelle 4 hervor. Für die Versuche wurde Beton gleicher Verarbeitbarkeit (Vebe 8-9 see.) mit 300 kg normalem Portlandzement pro m und einem maximalen Zuschlagstoffkorn von 32 mm, Granulometrie wie für Tabelle 2 angegeben, herangezogen. Zur Ermittlung der Prostbestandigkeit wurde der Beton* Prost/Tau-Zyklen unterworfen und die Abnahme des Ε-Moduls in Abhängigkeit von der Anzahl der Prost/Tau-Zyklen bestimmt.
* gemäss SIA Technische Norm 162 (SNV"562 162) Richtlinie 5
B09885/10AQ
Tabelle 4 FrostbeständigTceitsversuche nach SIA Technische Norm 162 (SNV 562 162) Richtlinie 5
Zusatzmittel
Dosierung Gew./£ bez, auf Zem.
Aenderung des Ε-Moduls in %
nach
20
40
50
75
100
150
200
PE — _ -4 -6 " -13 -18 -21 -45 -58* -3 -3
Il - — —4 -7 -13 -13 -17 -45 -58* -4 -3
ο PE 1 0,075 -4 -6 - 5 - 6 _ 3 - 5 - 6 + 4 +4
CD M 1 0,075 -4 -5 —' 5 — 4 - 4 - 4 - 5 + 4 + 3
OO PE +4 +6
OO It 1 0,15 -4 • -3 - 2 — 1 - 1 + 1 + 2 + 2 +1
αϊ 1 0,15 -6 -6 - 3 - 3 - 1 0 + 3
PE 1 0,30 -6 —4 - 3 - 4 - 3 + 1 + 3 -3 -2
O Il 1 0,30 -3 -4 - 1 — 2 - 3 0 + 1 -2 -2
O Il +1 + 2
Il 2 0,075 -4 —5 - 4 — 4 - 3 - 3 — 2 + 3 +4
I Il 2 0,075 -5 —5 - 4. — 3 — 2 — 3 - 3 +4 + 5
M 2 0,15 -4 -4 - 3 — 2 - 1 0 0 + 3 +4
2 0,15 -3 -4 - 4 - 3 0 + 2 + 1
2 0,30 -3' —2 — 1 — 2 0 + 2 + 5
2 0,30 »3 -3 - 1 - 1 0 0 + 1
Frostwechsel
* Versuch abgebrochen
Probekörper 12 χ 12 χ 36 cm
Lagerung 28 Tage 2O0C, 90
% relative Feuchte
σ) co ο
o,
Tage unter Wasser 20 C
Wie aus Tabelle 1 hervorgeht, wirken die erfindungsgemässen Zusatzmittel verzögernd auf das Abbinden von Mörtel und Beton. Diese verzögernde Wirkung kann durch Kombination der erfindungsgemässen Zusatzmittel mit bekannten, beschleunigend wirkenden Zusätzen wie Alkanolaminen, Alkali- und Erdalkalisalzen, insbesondere Pormiaten etc., teilweise oder ganz kompensiert werden. Im.folgenden sind einige mögliche Beispiele solcher Kombinationen und deren Abbinde-Beeinflussung angegeben.
609885/10A0
Abbindeversuche nach ASTM C 403
Dosierung
Gew.-J? bezogen auf Zement
Tabelle 5
PE- Na5SiO 1 2
Diäthanolamin Diäthanolamin- Natrium- Abbinde- Abbinde-
carbonat formiat beginn ende
0,15 0,15
609885/ 0,15
0,15		 0,10
CD 0,15
CD 0,075 0,06
0,04
0,10
5.35
5.25 h
5.50 h
5.40 h
5.10 h
7.50 h
8.00 h
8.10 h
8.00 h
7.15 h
0,075 0,075
0,075 0,05
0,075
0,02 0,075
4.55 h
5.00 h
4.40 h
6.40 h
6.50 h 6.50 h

Claims (6)

  1. Patentansprüche
    _ Zusatzmittel für Mörtel und Beton, gekennzeichnet durch einen Gehalt an carboxylgruppenha ltigen Polysacchariden mit einem mittleren Molekulargewicht von 400 bis 4000 und einem Carboxylgruppenanteil von 2,5 bis 25,0 Gew.-%.
  2. 2. Zusatzmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es carboxylgruppenhaltige Polysaccharide mit einem mittleren Molekulargewicht von 400 bis. 1600 enthält.
  3. 3. Zusatzmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es ein oder mehrere Zusätze enthält, welche das Abbinden beschleunigen.
  4. 4. Zusatzmittel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass es Pormiate enthält.
  5. 5. Verwendung des Zusatzmittels .zur Herstellung von hochfestem, wasserdichtem, frostbeständigem Mörtel oder Beton nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man solche Mengen des Zusatzmittels einsetzt, die 0,05 bis 1 Gew.-% carboxylgruppenhaltigem Polysaccharid, bezogen auf Zement, entsprechen.
  6. 6. Verwendung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass
    man 0,05 bis 0,5 Gew.-% carboxylgruppenhaltiges Polysaccharid, bezogen auf Zement, einsetzt.
    609885/1040
DE2630799A 1975-07-18 1976-07-08 Zusatzmittel für Mörtel und Beton Expired DE2630799C3 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
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DE2630799B2 DE2630799B2 (de) 1979-02-01
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