DE2728436A1 - Increase of adhesive strength of coatings to cement - and similar products, by treating surface with water glass and pozzuolana - Google Patents
Increase of adhesive strength of coatings to cement - and similar products, by treating surface with water glass and pozzuolanaInfo
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Abstract
Description
Mittel zur Erhöhung der Festigkeit von Means to increase the strength of
mineralisch gebundenen Stoffsystemen, z.B. Beton Die Erfindung bezieht sich auf Mittel zur Erhöhung der Festigkeit, insbesondere der Haft- und der Zugfestigkeit von aus Zuschlag wie Kieselsteine, Sandkörner, Bruchsteine, anorganischen Fasern od.dgl. und Zement bestehenden Systemen. mineral-bound material systems, e.g. concrete The invention relates means to increase the strength, in particular the adhesive strength and the tensile strength from aggregate such as pebbles, grains of sand, rubble stones, inorganic fibers or the like. and cement existing systems.
Es ist bekannt, daß beim Beton die Zugfestigkeit nur etwa 1/14,5 bis 1/8 der Druckfestigkeit beträgt. Bei einer äußeren Druckbelastung treten im Beton innere Zugbeanspruchungen bis zur Größe der äußeren Druckbelastung auf. Damit ist die bestimmende Größe für die Festigkeit des Betons für die Aufnahme äußerer Lasten die innere Zugfestigkeit, und zwar unabhängig von der Art der äußeren Belastung. Nun ist es bekannt, zur Erhöhung der Zugfestigkeit von Beton als Zuschlag allein oder zusätzlich Fasern zu verwenden. Da Fasern gegenüber den üblichen Zuschlägen teuer sind, und je nach dem Fasermaterial zu einem erhöhten Verschleiß des Verarbeitungsgeräts führen, kann eine Erhöhung der Festig- \ keit des Betons auf diese Weise nicht mit wirtschaftlichen Mitteln erreicht werden.It is known that the tensile strength of concrete is only about 1 / 14.5 to 1/8 of the compressive strength. An external pressure load occurs in the concrete internal tensile loads up to the size of the external compressive load. So is the determining factor for the strength of the concrete for the absorption of external loads the internal tensile strength, regardless of the type of external load. It is now known to increase the tensile strength of concrete as an aggregate alone or to use additional fibers. Because fibers compared to the usual supplements are expensive and, depending on the fiber material, lead to increased wear and tear on the processing equipment cannot increase the strength of the concrete in this way economic means can be achieved.
Bei Untersuchungen hat sich gezeigt, daß der für die Festigkeit des Betons kritische Bereich die Kontaktzone zwischen dem Zementstein bzw. der Feinmörtelmatrix und dem Zuschlag ist. Beim Abbinden des Betons bildet sich zwischen dem Zuschlag und Zementstein eine Kontaktzone aus Kalziumhydroxid - Ca (OH)2 -, Kristallen, Ettringit-Kristallen und anderen Hydratationsprodukten. Die etwa 20 um dicke Kontaktzone weist eine etwa 2 bis 3 um dicke Kontaktschicht aus Kalziumhydroxid - Ca (OH)2 - mit eingelagerten Ettringit-Kristallen auf dem Zuschlag auf, eine etwa 10 um dicke Zwischenschicht mit relativ großem Hohlraumanteil und zum Zementstein hin einen etwa gleich dicken Übergangsbereich. Die Zwischenschicht besteht aus Hydrationsprodukten, die einen innigen Kontakt zwischen Zuschlag und Zementstein verhindert und so im jungen Alter die mangelhafte Zugfestigkeit verursacht.Investigations have shown that the strength of the Concrete critical area is the contact zone between the cement stone or the fine mortar matrix and the surcharge is. When the concrete sets, it forms between the aggregate and cement stone a contact zone of calcium hydroxide - Ca (OH) 2 -, crystals, ettringite crystals and other hydration products. The approximately 20 µm thick contact zone has an approximately 2 to 3 µm thick contact layer made of calcium hydroxide - Ca (OH) 2 - with embedded Ettringite crystals on the aggregate, one about 10 µm thickness Intermediate layer with a relatively large proportion of voids and one towards the cement stone about the same thick transition area. The intermediate layer consists of hydration products, which prevents intimate contact between aggregate and cement stone and so im young age which causes poor tensile strength.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Mittels und ein Verfahren zur Erhöhung der Festigkeit von mineralisch gebundenen Stoffsystemen wie Beton zu schaffen, das wirtschaftlich einsetzbar ist und bei dem die seither üblichen Geräte und Verfahren gegebenenfalls unter geringfügigen Abänderungen weiter eingesetzt werden können.The object of the present invention is to provide an agent and a method to increase the strength of mineral-bound material systems such as concrete create that can be used economically and that uses the devices that have been used since then and procedures continued to be used with minor changes if necessary can be.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß die Oberfläche des Zuschlags oder die mit Beton od.dgl.To solve this problem, the invention provides that the surface the surcharge or with concrete or the like.
zu beschichtende Schicht mit einer Schicht einer Suspension bestehend aus Wasserglas und mindestens einem puzzolanischen Stoff versehen ist.Layer to be coated consisting of a layer of a suspension made of water glass and at least one pozzolanic substance.
Bei der Reaktion des Wasserglases im Beton hat die freiwerdende Kieselsäure zum Zuschlag - ausgenommen Kalk zuschlag - eine höhere Affinität aufgrund der Molekülstruktur, so daß eine besonders große Ha£tfestigkeit zwischen Zuschlag und Matrix erreicht wird.When the water glass reacts in the concrete, the released silicic acid has to the aggregate - except for lime aggregate - a higher affinity due to the molecular structure, so that a particularly high level of adhesive strength is achieved between aggregate and matrix will.
In Versuchen konnten Erhöhungen der Haftfestigkeit um 350 % nachgewiesen werden. Durch die Zumischung puzzolanischer Stoffe wird Kalziumhydroxid des hydratisierenden Zements zur eigenen Hydratation gebunden und so vom Wasserglas ferngehalten, so daß dieses sich innig mit dem Zuschlag verbinden kann.Tests have shown increases in adhesive strength by 350% will. By adding pozzolanic substances, calcium hydroxide becomes the most hydrating Cement bound for its own hydration and so kept away from the water glass, so that this can be intimately connected with the surcharge.
Besonders hohe Festigkeitswerte konnten erreicht werden, wenn als Wasserglas Kaliwasserglas verwendet wurde. Als puzzolanischer Stoff kann besonders preisgünstig Trass Verwendung finden, und zwar in der Form,in der er in großen Mengen bei der Herstellung von Trasszement verwendet wird. In dieser Form ist er preisgünstig zu beschaffen.Particularly high strength values could be achieved when as Water glass Potash water glass was used. As a pozzolanic substance can be special find inexpensive trass use, in the form in which it is in large quantities used in the production of trass cement. In this form it is inexpensive to get.
Es kann z.B. auch Ziegelmehl Verwendung finden. Nur sind hier die erreichbaren Festigkeitswerte etwas geringer.Brick powder can also be used, for example. Only here are those achievable strength values somewhat lower.
Bei Versuchen hat sich gezeigt, daß mit einer Suspension aus einer Mischung von etwa 4 Gewichtsteilen Wasser, einem Gewichtsteil Wasserglas mit 29,4 Be und einer Dichte von 1,25 gkm3 im Anlieferungszustand und zwei Gewichtsteilen Trass optimale Festigkeitswerte erzielt werden. Die auf den Zuschlag aufgebrachte Suspensionsschicht ist dabei relativ dünn aber doch noch zusammenhängend. Eine dünnere Schicht kann noch dadurch erreicht werden, daß der Suspension ein Wasserentspannungsmittel zugesetzt wird, beispielsweise etwa 0,16 Gewichtsprozent bezogen auf den Wasserglasanteil.Experiments have shown that with a suspension of a Mixture of about 4 parts by weight of water, one part by weight of water glass with 29.4 Be and a density of 1.25 gkm3 in the delivery condition and two parts by weight Trass optimal strength values can be achieved. The one applied to the bid The suspension layer is relatively thin but still cohesive. A thinner one Layer can also be achieved by adding a water release agent to the suspension added is, for example, about 0.16 percent by weight based on the water glass content.
Bei der Herstellung von Beton mit erhöhter Zugfestigkeit kann nach der Erfindung die aus Wasserglas und einem oder einer Mischung puzzolanischer Stoffe bestehende Suspension auf den Zuschlag aufgesprüht und durch Mischen als dünne Schicht auf der Oberfläche verteilt werden, wobei dann die Weiterverarbeitung des Zuschlags zu Beton in der üblichen Weise sofort oder beliebig später erfolgt. Damit können die gleichen Maschinen und Geräte verwendet werden. Das Aufsprühen der Suspension kann durch eine an zweckmäßiger Stelle angeordnete Berieselungsalage erfolgen, und zwar beispielsweise während der Förderung im Kieswerk, wobei dann der Förderanlage noch ein Mischer nachgeschaltet wird, oder aber auch bei der Betonherstellung, indem in die Mischanlage zuerst der zu verarbeitende Zuschlag dann die Suspension und nach erfolgter guter Durchmischung erst der Zement beigegeben und weitergemischt wird.In the production of concrete with increased tensile strength can after of the invention that of water glass and one or a mixture of pozzolanic substances Existing suspension is sprayed onto the aggregate and mixed as a thin layer be distributed on the surface, then further processing of the aggregate to concrete in the usual way immediately or at any time later. So can the same machines and equipment are used. Spraying the suspension can be done by a sprinkling system arranged at an appropriate point, and although, for example, during the promotion in the gravel plant, then the conveyor system still a mixer is connected downstream, or in the concrete production by in the mixing plant first the aggregate to be processed then the suspension and After thorough mixing, the cement is added and mixed further will.
In vorteilhafter Weise kann zur Erhöhung der Haftung beim Aufbringen von Betonschichten z.B. zur Reparatur die zu reparierende, gegebenenfalls gesäuberte Oberfläche mit der Suspension eingesprüht oder bestrichen werden und es kann dann darauf die übliche Beton- oder Feinmörtelschicht aufgebracht werden. Die Bindung des alten Betons mit der neu aufgebrachten Schicht ist hierdurch wesentlich verbessert, so daß auch relativ dünne aufgebrachte Schichten bei der Reparatur sicher haften, ohne bei späterer Belastung aufzuplatzen. Für die Reparatur von Betonstraßen, insbesondere Autobahnen ist dieses Verfahren von besonderem Vorteil.It can advantageously be used to increase the adhesion during application of concrete layers e.g. for repair the one to be repaired, possibly cleaned Surface can be sprayed or coated with the suspension and it can then the usual concrete or fine mortar layer can be applied on top. The connection of the old concrete with the newly applied layer is due to this essential improved, so that even relatively thin applied layers can be safely repaired adhere without bursting under later stress. For the repair of concrete roads, This method is particularly advantageous on motorways.
Eine weitere Erhöhung der Festigkeit des Betons oder der Verbindung zwischen Beton und zu reparierender Grundfläche kann dadurch erzielt werden, daß der Zuschlag nach dem Aufbringen der Suspension getrocknet wird und die Verarbeitung später in üblicher Weise zu Beton erfolgt.Another increase in the strength of the concrete or joint between concrete and the surface to be repaired can be achieved in that the aggregate is dried after the application of the suspension and the processing later done in the usual way to concrete.
Auch bei der Anwendung der vorbeschriebenen Verfahren bei Faserbeton wird eine wesentliche Festigkeitssteigerung erzielt, da sich die oberflächenbehandelten Fasern wesentlich besser mit dem Zement bzw. der Feinmörtelmatrix verbinden und größere Zugkräfte übertragen werden können.This also applies to the use of the methods described above for fiber concrete a significant increase in strength is achieved because the surface-treated Connect fibers much better with the cement or the fine mortar matrix and larger tensile forces can be transmitted.
Bei Haftversuchen konnten dabei die in der folgenden Tabelle zusammengestellten Haftfestigkeitswerte zwischen Zementstein und Zuschlag bei verschiedenen Mischungen der Suspension erreicht werden.In the case of adhesion tests, the ones listed in the table below could be used Adhesive strength values between cement stone and aggregate for different mixtures the suspension can be achieved.
Mischung Wasser Wasserglas Traß Entspannungs-Nr. GT GT GT mittel GT 1 4 1 2 -2 4 1 1 0,16 3 4 1 3 -4 4 1 3 0,16 5 4 1 4 -Mischung Alter in Tagen Nr. 4 7 28 88 1 1,30 1,53 2,20 2 36 Haftfestigkeitswerte zwischen 2 1,97 1,75 1,98 2,06 Zementstein und Zuschlag mit Wasserglas-Traß-Suspension 3 1,49 1,25 1,52 1,72 2 in N/mm 4 0,64 0,92 1,73 2,27 5 1,13 1,15 0,83 2,05 Die vorliegende Erfindung wird anhand der nachfolgenden Beschreibung und der beigefügten Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigt: Fig. 1 eine schematische Gefügedarstellung der Kontaktzone zwischen Zementstein und unbehandeltem Haftgrund nach einer etwa einmonatigen Aushärtezeit (Stand der Technik), Fig. 2 eine schematische Darstellung der Kontaktzone einer auf dem Haftgrund aufgebrachten Suspension aus Wasserglas und puzzolanischen Körnern (Trass) Fig. 3 eine schematische Darstellung der Kontaktzone eines gemäß Fig. 2 behandelten Haftgrunds kurz nach dem Aufbringen eines Zementleims und Fig. 4 die in Fig. 3 dargestellte Kontaktzone nach etwa einmonatiger Aushärtezeit.Mixture of water Water glass Trass Relaxation no. GT GT GT medium GT 1 4 1 2 -2 4 1 1 0.16 3 4 1 3 -4 4 1 3 0.16 5 4 1 4 -Mixture age in days No. 4 7 28 88 1 1.30 1.53 2.20 2 36 Adhesive strength values between 2 1.97 1.75 1.98 2.06 Cement stone and aggregate with water glass-trass suspension 3 1.49 1.25 1.52 1.72 2 in N / mm 4 0.64 0.92 1.73 2.27 5 1.13 1.15 0.83 2.05 The present invention will further explained with reference to the following description and the accompanying drawings. It shows: 1 shows a schematic structural representation of the contact zone between cement stone and untreated primer after about a month's hardening time (Prior art), Fig. 2 is a schematic representation of the contact zone of a A suspension of water glass and pozzolanic grains applied to the primer (Trass) FIG. 3 shows a schematic representation of the contact zone of a according to FIG. 2 treated primer shortly after the application of a cement paste and FIG. 4 the Contact zone shown in Fig. 3 after a curing time of approximately one month.
In Fig. 1 ist in schematischer Darstellung die bekannte Betonstruktur dargestellt. Mit 1 ist der Haftgrund bezeichnet, beispielsweise ein Kieselstein des Zuschlags oder eine zu beschichtende Fläche. Mit 2 ist der Zementstein, also ausgehärteter Zement bezeichnet. Bei der Aushärtung bildet sich eine etwa 2 bis 3 pm dicke Kontaktschicht aus Kalziumhydroxid,- Kristallen 3, in die ver- einzelt Ettringit-Kristalle 4 eingelagert sind. Zwischen der Kontaktschicht und dem Zementstein 2 sind auskristallisierte, nadelförmige Hydratationsprodukte 5 und etwa schuppenförmige Kalziumhydroxid-Blättchen 6 und relativ große Kalziumhydroxid-Tafelkristalle i vorhanden.In Fig. 1, the known concrete structure is in a schematic representation shown. The primer is designated by 1, for example a pebble of the aggregate or an area to be coated. With 2 the cement stone is, so called hardened cement. When hardening, an approx. 2 to is formed 3 pm thick contact layer of calcium hydroxide, crystals 3, into which a tent Ettringite crystals 4 are incorporated. Between the contact layer and the cement stone 2 are crystallized, needle-shaped hydration products 5 and are approximately flaky Calcium hydroxide flakes 6 and relatively large calcium hydroxide tabular crystals i present.
Die Schichtdicke zwischen dem Zementstein 2 und den Kalziumhydroxid-Kristallen 3 beträgt etwa 10 bis 20 Durch die bei der Aushärtung relativ rasch sich bildende Kontaktschicht aus Kalziumhydroxid-Kristallen 3 wird nur eine bedingte Haftfestigkeit erreicht, durch die die Betonfestigkeit begrenzt ist.The layer thickness between the cement stone 2 and the calcium hydroxide crystals 3 is about 10 to 20 due to the relatively quickly formed during hardening Contact layer made of calcium hydroxide crystals 3 will only have a limited adhesive strength achieved by which the concrete strength is limited.
Zur Erhöhung der Haft- und Zugfestigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung wird, wie in Fig. 2 dargestellt, der Haftgrund 1, also beispielsweise die Oberfläche des Zuschlags wie Kieselsteine, Eisenbewehrung oder ein zu beschichtender Untergrund mit einer Suspension von Wasserglas 8 und puzzolanischen Körnern 9, beispielsweise Trass, beschichtet. Die von Luft 10 umgebene aufgebrachte Schicht kann abtrocknen oder die so beschichteten Teile auch gleich weiterverarbeitet werden.To increase the adhesive strength and tensile strength according to the present invention is, as shown in Fig. 2, the primer 1, so for example the surface the aggregate such as pebbles, iron reinforcement or a substrate to be coated with a suspension of water glass 8 and pozzolanic grains 9, for example Trass, coated. The applied layer, surrounded by air 10, can dry off or the parts coated in this way can also be processed further.
In Fig. 3 ist die der Fig. 2 entsprechende Kontaktzone kurz nach Aufbringung eines Zementleims 2' dargestellt. Im Berührungsbereich des Zementleims 2' und des Wasserglases 8 zersetzt sich das Wasserglas 8 infolge des alkalischen Wassers aus dem Zementleim 2'.In FIG. 3, the contact zone corresponding to FIG. 2 is shortly after application a cement paste 2 'shown. In the contact area of the cement paste 2 ' and of the water glass 8, the water glass 8 decomposes due to the alkaline water from the cement paste 2 '.
Diese Zersetzungszone ist mit dem Bezugszeichen 11 bezeichnet. Aus dem Zementleim 2' wachsen erste nadel-bzw. schuppenförmige Hydratationsprodukte heraus, die sich mit zunehmender Aushärtung weiter ausbreiten.This decomposition zone is denoted by the reference numeral 11. the end the cement paste 2 'grow first needle or. flaky hydration products which spread as the hardening increases.
In Fig. 4 ist das weiter fortgeschrittene Aushärtestadium nach ca. einem Monat dargestellt, wobei der Fortschritt der Aushärtung je nach den äußeren Verhältnissen (Temperatur, Vorhandensein von Wasser, Feuchtigkeit usw.) unterschiedlich sein kann. Im Laufe der Aushärtung sind auch aus den puzzolanischen Körnern 9 nadelförmige Hydratationsprodukte 5 gewachsen, während sich auch die nadelförmigen Hydratationsprodukte 5 ,vorzugsweise Kalziumhydroxidnadeln und Kalziumnydroxid-Blättchen 6, vermehrt haben. Ein großer Teil des Wasserglases 8 ist feinkörnig zersetzt und bildet feine Körnchen 13 aus Kieselsäure (SiO2). Der Haftgrund 1 bleibt dabei noch von einer unzersetzten Schicht Wasserglas 8 überzogen. Im Bereich des Zementsteins 2 finden sich vereinzelt auch größere Kalziumhydroxid-Tafelkristalle 7. Die unzersetzt gebliebene Schicht aus Wasserglas 7 auf dem Haftgrund 1 mit einer Dicke von etwa 1 pm haftet äußerst fest auf dem Haftgrund 1 und insgesamt wird durch die zu erreichende Gefügeausbildung eine sehr hohe Haftfestigkeit erreicht.In Fig. 4 the more advanced curing stage is shown after approx. one month shown, the progress of hardening depending on the external Conditions (temperature, presence of water, humidity, etc.) different can be. During the hardening process, 9 of the pozzolanic grains are needle-shaped Hydration products 5 grown, while also the needle-shaped hydration products 5, preferably calcium hydroxide needles and calcium hydroxide flakes 6, increased to have. A large part of the water glass 8 is finely decomposed and forms fine Granules 13 of silica (SiO2). The primer 1 still remains from one coated undecomposed layer of water glass 8. Find 2 in the area of the cement stone There are also occasional larger calcium hydroxide tabular crystals 7. The ones that remained undecomposed Layer of water glass 7 adheres to the primer 1 with a thickness of about 1 μm extremely firmly on the primer 1 and overall is due to the structure to be achieved a very high adhesive strength is achieved.
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