DE2756797A1

DE2756797A1 - Verfahren zur herstellung eines betons mit leichtgewichtigen zuschlaegen und eines fuer die herstellung des betons geeigneten zementmoertels

Info

Publication number: DE2756797A1
Application number: DE19772756797
Authority: DE
Inventors: Leif Berntsson; Soeren Carlsson; Bengt Hedberg; Olof Dipl Ing Magnusson
Original assignee: Bofors AB
Current assignee: Saab Bofors AB
Priority date: 1976-12-23
Filing date: 1977-12-20
Publication date: 1978-07-06
Also published as: BR7708563A; SE418852B; JPS5384024A; SE7614519L; JPS6119580B2; GB1593430A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Zementmörtels mit einer Dichte von 1200 bis 2000 kg/m , der in frischem Zustand eine gute Stabilität aufweist. Erfindungsgemäß kann diese gute Stabilität des Mörtels durch eine außer ordentlich feinporige Struktur erreicht werden, die durch ein feinteiliges Material mit bestimmten festgelegten Eigenschaf ten, das dem frischen Mörtel zugesetzt wird, verursacht wird. Die Erfindung umfaßt weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines leichtgewichtige Zuschlagstoffe enthaltenden Betons un ter Verwendung des Mörtels als Bindemittel, wobei der Beton einen Zuschlagsgehalt von 45 bis 80 Vol.-% und eine Dichte unterhalb von 1400 kg/nr aufweist, das Zuschlagsmaterial eine

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Teilchendichte von weniger als 1200 kg/m^ hat und der ilörtel die Räume zwischen den Zuschlagsteilchen vollständig ausfüllt.

In der vorliegenden Beschreibung ist der Begriff "Zement" in seinem weitesten Sinne zu verstehen und schließt somit außer Portlandzement auch hydraulische Bindemittel wie Aluminatzement, Schlackenzement u. dgl. ein.

Gemäß dem Informationsblatt B8:1973, veröffentlicht von der "Byggforskningen" ("Baukonstruktionsforschung") unter der Bezeichnung "Betongtillsatsmedel" ("Betonzuschläge") können bisher bekannte Betonzuschläge in eine Vielzahl von unterschiedlichen Gruppen unterteilt werden, von denen die ersten zwei "Luftporbildande tillsatsmedel" ("lufteinschließende Additive") und "Vattenreducerande (plasticerande) tillsatsmedel" ("wasserreduzierende (plastizidierende ) Zusätze") sind.

Die vorliegende Erfindung betrifft diese beiden Gruppen, obwohl sie sich nicht vollständig auf die eine oder die andere oder auf beide Gruppen bezieht.

Ein frisches Bindemittelgemisch auf der Basis von Zement (Zementmörtel oder Betonmasse) besteht aus feinen Teilchen, Wasser und Luft. Der zementgebundene Beton, der unter dem Gesichtspunkt des Volumens den größten Anteil in der Bauindustrie hat, besteht im wesentlichen aus etwa 100 1 Zement,

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200 1 vasser, o50 1 Steinmaterial, von dem alles mit einem Durchmesser von weniger als k mm gewöhnlich als Sand bezeichnet wird, und dem Rest in Form von Steinen sowie 50 1 Luft, berechnet auf 1000 1 frischer Betonmasse. Von den 200 1 Wasser, die erforderlich sind, damit das Gemisch verarbeitet werden kann, sind etwa 60 1 chemisch in der gehärteten Zementpaste gebunden, wogegen die rtsstmenge physikalisch als Gel und als Kapillarwasser gebunden ist.

Die in dem Zementmörtel oder dem Beton enthaltenen festen Teilchen bestehen aus Zuschlagen, d.h. Steinen und Sand von verschiedenen Fraktionen, den eigentlichen Zementkörnern sowie in dem Wasser ausgefallene Hydratationsprodukte. Die Zementkörner reagieren mit Teilen des Wassergemischs unter Bildung eines Hydratationsproduktes, das aus einem kolloidalen Leim, dem Zeraentgel, besteht. Das restliche Wasser und die Luft sind in der Grundmasse, die von dem Zeraentgel und den Zuschlagstoffen gebildet ist, verteilt, In dem frischen Mörtel findet sich das V/asser in der Form von Menisken in den Hohlräumen zwischen festem Zement und Zuschlagsteilchen in ihrer Nähe, wogegen die Luft ihrerseits Poren zwischen diesen Teilchen und den Wassermenisken bildet. Die Teilchengröße der vorgenannten ausgefallenen Hydratationsprodukte liegt innerhalb des Ängström-bereichs, wogegen die mittlere Korngröße der Zementkörner etwa 5 um beträgt. Der Sana und anderes Zuschlagsmaterial kann schließlich eine Teilchengröße von etwa 0,1 mm bis zu einem

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oder mehreren Zentimetern aufweisen. V/enn keine besonderen Maßnahmen getroffen werden, weist ein frischer Zementmörtel einen Luftgehalt zwischen 1,5 und 3»5 Vol.-% auf. In der mit gehärtetem Zement gebundenen Masse sind sowohl mit Luft als auch mit Wasser gefüllte Poren vorhanden. Zusätzlich zu diesen Poren, deren Größe in einer gut gepackten zementgebundenen Masse zwischen 10" und 1 mm liegt, bilden sich auch sogenannte Kapillarporen aus, die eine Porengröße von 10 bis 10 mm aufweisen, und in dem aus gehärtetem Zement gebildeten Gel sogenannte Gelporen mit einer Porengröße von etwa 10" mm.

Die Größe und Menge der Gelporen kann nur in geringem Ausmaß über den Wassergehalt der ursprünglichen Mischung beeinflußt werden. Andererseits werden die Kapillarporen durch das Wasser/Zement-Verhältnis bestimmt. In der Literatur ist eine Vielzahl von Wegen zur Vergrößerung des Luftporengehalts in dem frischen Zement oder der Betonmasse beschrieben.

In der Baukonstruktionsforschung-Broschüre ist angegeben, daß lufteinschließende bzw. porenbildende Mittel den Anteil an Gesamtluft in dem frischen Zement bzw. der Betonmischung vergrößern und auch in Richtung auf eine gleichförmigere Verteilung der Luftporen in der Grundmasse wirken, wobei man gleichzeitig in gewissem Ausmaß einen Anstieg des Gehaltes an kleinen Luftblasen, d.h. Blasen mit einem Durchmesser zwischen 0,05 und 0,5 mm, erhält. Solange diese feinverteilten Luft-

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blasen bestehen, ergibt dies für die frische Masse eine verbesserte Stabilität, die auch zu einer geringeren Wasserabscheidung beiträgt. Wenn in erster Linie erwünscht ist, die Stabilität der frischen Masse ohne die Erfüllung anderer Anforderungen als ein bestimmter Luftgehalt gemäß allgemein bekannten Methoden zu verbessern, reicht es aus, für einen Luftgehalt von 3,0 bis 4,0 % zu dosieren. Eine größer werdende Zumischung von Luft weist auch einen bestimmten verbessernden Effekt bezüglich des Fließens der frischen Masse auf, da die Luftporen zu einer geringeren Reibung zwischen den festen Teilchen in der Hasse führen, so daß man mit dieser leichter arbeiten kann. Hohe Gehalte von festen feinen Materialien mit einem großen Luftgehalt sollen jedoch einen zähen, klebrigen Beton ergeben. Da die Konsistenz eines Zements oder einer Betonmasse in der Regel als Basis verwendet wird, kann der Wassergehalt der Mischung gewöhnlich durch Zumischung eines lufteinschließenden Mittels gesenkt werden. Entsprechend einer Daumenregel aus der Literatur sollte es möglich sein, den Wassergehalt in frischem Zementmörtel bei unveränderter Konsistenz um die Hälfte der Zunahme des durch die Zugabe eines lufteinschließenden Mittels erreichten Anstiegs des Luftgehaltes zu verringern. Zusammen mit der oben genannten verringerten Wasserseparierung führt eine Zunahme der Menge an feinen Luftporen in der Grundmasse auch dazu, daß große Zuschlagsteilchen nicht so leicht aus dem frischen Gemisch abgeschieden werden. Die hierdurch erreichten Konsistenzänderungen sind jedoch ver-

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gleichsweise begrenzt, da sie direkt von der Menge der stabilen Luft abhängen, die auf diese V/eise in die Hasse eingezogen werden kann. Der vielleicht häufigste Grund für die Zugabe von lufteinschließenden Mitteln ist jedoch darin zu sehen, daß es erwünscht ist, daß die gehärtete Masse widerstandsfähiger gegenüber Frost wird, da die durch die Zugabe von lufteinschließenden Mitteln erhaltenen Hohlräume als Expansionskammern für anderes, in dem Porensystem vorhandenes Wasser zur Verfügung stehen, wenn das Wasser sein Volumen im Zusammenhang mit dem Einfrieren vergrößert. Es wird hierdurch verhindert, daß die Porenwände brechen, wenn die Umgebungstemperatur unter den Gefrierpunkt sinkt. Ein Luftporenvolumen von etwa 5 Vol.-% soll eine maximale Widerstandsfähigkeit gegenüber Frost ergeben, und dies kann vergleichsweise leicht erreicht werden. Solange die Festigkeit irgendeines Zuschlagsmaterials größer als diejenige der steif gewordenen Zementpaste ist, bestimmt diese Festigkeit die Festigkeit der Masse. Die Eigenschaften der gehärteten Masse hängen in einem sehr großen Ausmaß von dem Gehalt an Wasser und Luft des ursprünglichen Gemisches ab.

Eine Vielzahl von unterschiedlichen Materialien sind als lufteinschließende Mittel verwendet worden, z.B. verseifte Harze, Alkylarylsulfonate, Calciumligninsulfonate und Hydroxyäthylcellulose, und zwar in Kombination mit Tensiden. Unter dem Gesichtspunkt der Funktion beruht die Wirkung dieser Additive auf der Tatsache, daß mit Hilfe der in ihnen einge-

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schlossenen schaumbildenden i-iittel ein mehr oder weniger stabiler Schaum aufgebaut wird, mit uessen hilfe zunehmende wengen an Luft in den frischen Zement bzw. Beton eingezogen werden können. Die hierbei hervorgerufenen Luftporen weisen im wesentlichen eine Größe von 0,1 bis 1 mm auf. Diese Additive ermöglichen die Herstellung von Zementmörtel und Beton mit einer verringerten Dichte. Schaumblasen mit dieser Größe weisen jedoch eine schlechte Festigkeit auf, und das so aufgebaute Porensystem kann daher kollabieren, bevor das Zementbindemittel Zeit zum Härten gefunden hat. Dies gilt insbesondere dann, wenn große Luftmengen eingeführt werden sollen. Die im wesentlichen hydrophile Natur der Zusätze kann auch in Richtung auf eine vergrößerte Wasserabsorption in der gehärteten Hasse wirken. Durch die Zugabe lediglich von Tensiden (entweder anionenaktive oder nicht-ionenaktive) ist es innerhalb bestimmter Grenzen auch möglich, sowohl die Konsistenz als auch die i'ienge der in einer frischen Zementzusammensetzung enthaltenen Luft zu ändern. Unabhängig von dem zu verwendenden Tensidtyp hat sich dieses Verfahren als sehr sensitiv in bezug auf die zugesetzte Tensidmenge erwiesen, die höchstens ein Tausendstel oder wenige Tausendstel der gesamten Mischung betragen soll. Die in diesem Zusammenhang verwendeten Tenside sind außerordentlich wirksam und können rasch eine große Menge an Luftblasen ergeben. Die Stabilität derselben schwankt Jedoch erheblich. Als eine Regel erniedrigen anionenaktive Tenside die Oberflächenspannung drastisch, wenn sie in kleinen

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Mengen zugegeben werden. Die nicht-ionenaktiven Tenside dagegen weisen einen etwas geringeren Effekt bei ein und derselben Konzentration auf. Hit diesen zwei Typen von Tensiden und insbesondere bei einer Überdosierung derselben werden die von Anbeginn gebildeten Luftblasen jedoch rasch miteinander vereint, d.h. sie schließen sich unter der Ausbildung größerer Einheiten zusammen. Besonders bei den anionenaktiven Tensiden kann diese Rekombination in einem solchen Ausmaß stattfinden, daß die Luft dem System entweicht und ein Zusammenbruch auftritt, d.h. das frische Gemisch schrumpft. Bestimmte nicht-ionenaktive Tenside zeigen eine erheblich bessere Stabilität und somit eine größere Toleranz gegenüber einer Uberdosierung, es ist jedoch deutlich erkennbar, daß die Rekombination beispielsweise bei intensiverem Rühren größer wird. Es ist dabei auch nicht möglich, durch Einstellung solcher Parameter wie Auswahl des Rührertyps, zugesetzte Tensidmenge und Rührerintensität die Menge der eingemischten Luft oder die Größe der Luftporen, welche zwischen 0,1 und mehreren mm schwanken kann, zu kontrollieren.

Wenn Additive der oben genannten Art eingesetzt werden, kann die Absicht sein, Luft einzumischen, es kann aber auch erwünscht sein, daß nicht mehr Luft in ein Betongemisch eingemischt wird. Durch die Auswahl des Tensidtyps und der zugesetzten Menge kann man beide Effekte erreichen. In der schwedischen Auslegeschrift 333 113 ist beschrieben, wie durch die Zugabe von verschiedenen Tensiden sowie einer Styrol-Acrylat-

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Dispersion die Bearbeitbarkeit und Fließfähigkeit eines Betongemisches vergrößert wird. Da diese Zugabe eine erhebliche Reduktion des Wasser/Zement-Verhältnisses des frischen Gemisches gestattet, kann das gehärtete Betongemisch eine kompaktere Struktur und in der Folge eine vergrößerte Festigkeit ergeben. Es wird gesagt, daß die fragliche Dispersion, unabhängig von einem hohen Gehalt an Tensiden, überhaupt keine schauinbildende Eigenschaft aufweist. Es wird insbesondere auch darauf hingewiesen, daß sie nicht zu der Bildung von Luftporen Anlaß gibt. Die Menge der zugesetzten Tenside und die Menge des in dem Polymeren enthaltenen Acrylnitrils macht jedoch den gehärteten Beton in hohem Ausmaß hydrophil.

In den Schweizer Patenten 493 438 und 515 862 sind Zusatzmittel für Zement und Beton beschrieben, die aus Polymeren oder natürlichen, wasserhaltigen Latexdispersionen bestehen, zu denen zusätzlich zu Polymerkoraponenten und Emulgatoren auch ein Antischaummittel zugesetzt worden ist.

Weiterhin ist in der US-PS 3 819 391 ein lufteinschließendes Zementadditiv beschrieben worden, das aus einem frei fließenden flockigen Festprodukt mit einem Gehalt von 12,5 bis 37,5 Gew.-% einer bituminösen Substanz und als Rest 87,5 bis 62,5 Gew.-% einer oberflächenaktiven Substanz enthält. In diesem Additiv besteht somit der Hauptanteil aus der oberflächenaktiven Substanz.

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Die schwedische Patentanmeldung YbOOI61-9 betrifft die Weiterentwicklung des Additivs gemäß dem obigen US-Patent, und zwar in Form eines pulverförmigen Produktes, das in Wasser löslich ist und zu 40 bis 60 Gew.-ifo aus der oben genannten bituminösen Substanz und einer oberflächenaktiven Substanz aufgebaut ist, wogegen die verbleibenden 60 bis 40 Gew.-?6 aus Polyäthylenoxid-Harzen, Ligninsulfonaten und Diatemeenerde besteht. Als oberflächenaktives Mittel wird gesagt, daß man sowohl anionische/kationische und nicht-ionische Mittel verwenden kann, daß jedoch ein Gemisch bevorzugt ist. Es wird ausgeführt, daß das bituminöse Material Asphalt, Kohlenteer oder Derivate derselben sein kann. Damit es in diesem Zusammenhang verwendet werden kann, ist es jedoch erforderlich, daß die fragliche Substanz bei Raumtemperatur eine Flüssigkeit ist. Weiterhin wird ausgeführt, daß zusätzlich zu seiner lufteinschließenden Wirkung das Additiv auch einen die Bindung verzögernden Effekt auf den Zement haben soll.

In der schwedischen Patentanmeldung 74.03454-7 wird auch gezeigt, wie mit Hilfe von kolloidaler Kieselsäure bzw. Siliciumdioxid oberflächenaktive Substanzen und amphiphile Substanzen oder Kohlenwasserstoffen die Konsistenz, Bearbeitbarkeit und gleichförmige Verteilung des Feinanteils des Zementes verändert werden kann. Aus einer Tabelle auf Seite 6 ist die große Bedeutung des Wasser/Zement-Verhältnisses ersichtlich. Wenn mit Hilfe eines Additivs mehr Luft in den Ze-

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ment eingeführt v/ird, kann der Wassergehalt gleichzeitig verringert werden. Der Hauptgrund für die in der Anmeldung beschriebene Festigkeitszunahme muß vermutlich in dem verringerten V/assergehalt gesehen werden. Es kann jedoch ein zusätzlicher Effekt dem Siliciumdioxid, das in Verbindung mit der Zementhärtung chemisch aktiv ist, zugemessen v/erden.

'wie sich aus der obigen Übersicht bezüglich mindestens einiger der bisher beschriebenen ßetonzusätze ergibt, sind Versuche zur Beeinflussung der Struktur einer frischen Zementzusammensetzung durch verschiedene Additive, die primär einen wenn auch begrenzten Effekt bezüglich des Lufteinsaugens aufweisen, grundsätzlich bekannt. Die Tatsache, daß mindestens einige dieser lufteinschließenden kitte! auch die Neigung zeigen, den Gehalt an feinen Luftporen in der Mischung zu vergrößern, ist ebenfalls bekannt, im allgemeinen ergeben jedoch diese vorbekannten Typen von lufteinschließenden Mitteln auch große Mengen an vergleichsweise großen Poren, d.h. Poren mit einer Größe von 0,1 bis 1,0 mm und mehr.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herbeiführung einer außerordentlich feinen und gleichförmig porigen Struktur in frischem Zementmörtel. Diese besondere Porenstruktur wird durch ein feinteiliges Material mit einer bestimmten Teilchengröße und Form und mit bestimmten definierten Oberflächeneigenschaften erreicht, das dem frischen Mörtel zu-

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gesetzt wird. Diese spezifischen Eigenschaften verleihen dem i-Iaterial eine bemerkenswerte Fähigkeit zum Aufnehmen von Luft zusammen mit der Fähigkeit zum Festhalten der eingezogenen Luft in Form von außerordentlich feinen und stabilen Blasen, die während der Bearbeitung des Mörtels in diesem verteilt werden, ohne daß sie sich dabei untereinander rekombinieren. Auf diese Weise wird ein außerordentlich feinporiger Mörtel erhalten. Die für das teilchenförmige Material typischen Eigenschaften sind: die Tatsache, daß die einzelnen Teilchen hydrophile und hydrophobe Eigenschaften aufweisen, die auf der geweiligen Teilchenoberfläche konzentriert sind und die in gewisser V/eise zueinander ins Gleichgewicht gesetzt sind. Diese Kombination von einander entgegengesetzten Eigenschaften ermöglicht es für die in Rede stehenden Teilchen, große Wassermenisken zu kleinen aufzuteilen.

Es kann keine andere Erklärung gefunden werden, warum ein gehärteter Zementmörtel, hergestellt gemäß der Erfindung, eine Porenstruktur zeigen kann, in der der größere Anteil sämtlicher Poren innerhalb der Größenordnung von 5 - 30 pn liegt. Anderer- seits sind große Poren, erhalten durch große Wassermenisken, sehr häufig. Die Porenstruktur des gehärteten Zements wurde in einem Abtastmikroskop untersucht. In dem frischen Zement ist dies schwieriger, wenn jedoch vor der Härtung kein Kollaps des Porensystems auftritt, entsprechen die Poren des frischen Mörtels denen des gehärteten, jedoch mit dem Unterschied, daß Tei-

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le der Poren in dem frischen wörtel mit V/asser gefüllt sind.

Das Verfahren gemäi3 der Erfindung gestattet somit die Herstellung eines frischen Zementmörtels, der unabhängig von einem extremen Luftgehalt von bis zu 40 VoI-% nichtsdestoweniger eine sehr gute Stabilität aufweist. Diese gute Stabilität ermöglicht, erheblich größere Mengen an Zuschlagen mit anderen Dichten dem Mörtel zuzumischen, als dies bisher in der Praxis möglich war. In einem Mörtel mit einer weniger guten Stabilität hätte der leichtgewichtige Zuschlag Zeit zum Aufschwimmen und der relativ schwere Zuschlag würde vor der Härtung des Mörtels auf den Boden sinken.

Die Erklärung der guten Stabilität des Mörtels gemäß der Erfindung ist die, daß die Oberflächenspannungskräfte, die verhindern, daß die Luftporen in dem frischen Mörtel unter dem Umgebungsdruck kollabieren, bei kleinen Poren oder Wassermenisken erheblich größer als die entsprechenden Bedingungen für die größeren sind.

Ein anderer Effekt, der mit einem derartigen feinporigen Mörtel wie dem der Erfindung erreicht werden kann, ist darin begründet, daß die Bearbeitbarkeit des Mörtels verbessert wird. Dies ist durch den Umstand erklärbar, daß die kleinen Luftporen, sobald die Adhäsionskräfte überwunden sind, die Verschiebung der festen Teilchen gegeneinander erleichtern. Als

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eine Folge hieraus weist der Mörtel erheblich verbesserte Gußeigenschaften auf. Wie zuvor angegeben, sind die gemäß der Erfindung erzeugten feinen Luftporen außerordentlich gut bei atmosphärischem Druck in dem Mörtel verankert, wenn jedoch der Umgebungsdruck auf ein solches Ausmaß gesteigert wird, daß die auf die Poren wirkenden Oberflächenspannungskräfte übertroffen werden, kollabiert die Gesamtstruktur augenblicklich, wenn die feinen Poren nach Überwindung der Adhäsionskräfte die festen Teilchen so leicht gegeneinander bewegbar machen, daß dies praktisch als ein reiner Schwimmsandeffekt betrachtet werden kann.Wenn dann die Struktur zusammenbricht und die Luft das System verläßt, erhält man einen vollständigeren Teilchenkontakt zwischen den Zementkörnern, gegebenenfalls den Zuschlägen und dem teilchenförmigen Material. Die feinen sphärischen Teilchen werden dann insbesondere die Bewegungen der außerordentlich uneben geformten Zementkörner gegeneinander erleichtern. Infolge dieses Effektes ist erfindungsgemäß hergestellter Zementmörtel außerordentlich gut geeignet für die Extrusion unter hohem Druck durch eine Düse zur Bildung von Produkten mit einer außerordentlich hohen Festigkeit und Dichte.

In einem besonders frischen Zementmörtel, hergestellt gemäß der Erfindung, bricht die Struktur bei einer Druckzunahme entsprechend 4 Atmosphären Überdruck zusammen.

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Allgemein werden in diesem Zusammenhang die Luftporen und die Fähigkeit zum Einsaugen von Luft genannt. Üer Grund hierfür ist darin zu sehen, daß die umgebende Atmosphäre in praktisch sämtlichen Fällen aus Luft besteht. Wenn aus irgendeinem Grunde diese aus einem anderen Gas besteht, wird eine entsprechende Porenformation erhalten. Da das teilchenförmige Material, das erfindungsgemäß dem Mörtel zugesetzt wird, hauptsächlich als Kern für die feinen Poren zu dienen scheint, wird es als wahrscheinlich angesehen, daß die Porenstruktur mit einem in situ erzeugten Gas praktisch die gleiche ist, d.h. in Form einer Aufteilung des Gases in sehr feine Gasbläschen.

Die vorliegende Erfindung betrifft somit ein Verfahren, bei dem durch die Einverleibung von vergleichsweise geringen Mengen eines feinteiligen polymeren Materials einer spezifischen Art in den frischen Mörtel die Zumischung vergleichsweise großer Mengen feinverteilter Luft zu dem Mörtel eingeleitet wird. Die im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung in Frage kommenden Polymerteilchen wirken auch in Richtung einer Vergrößerung der in den Mörtel eingemischten Luftporen sowie zur Verringerung der Tendenz derselben in Richtung einer Rekombination. Diese Eigenschaft beruht vermutlich auf der Ansammlung von Polymerteilchen, die mittels eines Elektronenmikroskops an allen Phasengrenzflächen in einem gehärteten Mörtel beobachtet werden konnte, z.B. an den inneren V/andungen der Poren. Diese Ansammlung von Teilchen an den Phasengrenzflächen schließt ein,

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daß die inneren Wandungen der Poren nach der Härtung des Zements in gewissem Ausmaß aus diesem material bestehen, und zwar entweder in Form von Teilchen oder, falls die Eigenschaft der Teilchen so ist, daß eine Filmbildung stattfinden kann, in Form eines mehr oder weniger kohärenten Films. Die Ansammlung an den Porenwandungen gilt auch in gewissem Ausmaß für die Kapillarporen. Bei geformten Produkten ist in erster Linie eine Ansammlung des teilchenförmigen Materials an den Außenseiten des Produktes beobachtet worden. Dies ergibt insgesamt ein dichtes Produkt mit sehr geringer Wasserabsorption.

Es konnte auch gezeigt werden, daß die im Zusammenhang mit der Erfindung in Frage kommenden Polymerteilchen als Kerne für die Aufteilung von großen Wassermenisken in dem frischen Mörtel zu kleinen dienen.

Alle diese Umstände ergeben eine Erklärung dafür, warum das Verfahren der Erfindung zu einem derartig feinporigen Mörtel führt, der im steif gewordenen Zustand im wesentlichen Poren in der Größenordnung von 5 bis 30 um aufweist. Im frischen Zustand verleiht diese feine Porenstruktur dem Mörtel eine außer- ordentlich gute Stabilität zusammen mit guten Gießeigenschaften. Erfindungsgemäß soll das teilchenförmige polymere Material in einer Menge entsprechend 0,2 - 5,0 Gew.-%, berechnet auf das Mörtelgewicht, zugegeben werden. Darüber hinaus müssen die Teilchen eine gleichmäßig gerundete, vorzugsweise sphärische

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Form und eine Teilchengröße von 0,1 bis 1,0 um, vorzugsweise 0,2 bis 0,6 Lira, aufweisen. Weiterhin sollte an der Oberfläche der Teilchen ein Gleichgewichtszustand herrschen, der sich in bestimmter Weise zwischen hydrophoben und hydrophilen Eigenschäften ausbildet.

Wie zuvor ausgeführt wurde, umfaßt das Verfahren der Erfindung das Merkmal, daß vergleichsweise große Mengen von Luft in den Hörtel eingezogen werden. Das Verfahren der Erfindung ist daher zunächst geeignet für die Herstellung von Zementmörtel mit einer Dichte von 1200 bis 2000 kg/m^, die für Mörtel mit einer ihm eigenen Dichte von 2300 kg/nr (ohne irgendwelche Lufteinschlüsse) einem Luftgehalt von etwa 13 bis 14 Vol.-% bis zu 40 Vol.-% entsprechen würde.

Die Porenbildung, die erfindungsgemäß eingeleitet wird, darf nicht durch die gleichzeitige oder zuvor durchgeführte Zumischung eines Schaummittels, z.B. eines freien Tenside, gestört werden, da in diesem Falle ein unkontrolliertes Schäumen eingeleitet würde, was zu einem Störeffekt bezüglich der gewünschten Struktur führen würde.

Das teilchenförmige Material kann mit dem Zement in Form eines trockenen Pulvers vor der Zugabe von Wasser vermischt oder in dem einzumischenden Wasser dispergiert werden. Es ist jedoch erforderlich, daß gewährleistet ist, daß das teilchenförmige Material im wesentlichen in Form von getrennten Teil-

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chen zur Verfügung steht und daß diese nicht zusammenkleben und große Aggregate bilden.

Infolge ihrer Größe, entsprechend 1/50-1/5 der Zementteilchen, finden die sphärischen Teilchen ihren Platz in den Leerräumen in der Teilchenverteilungskurve, die sich in einem üblichen Zementmörtel zwischen den zuvor genannten Hydratationsprodukten, freigesetzt in dem Wasser, und den tatsächlichen Zementteilchen ausbildet. Dies könnte eine Erklärung sein, warum das teilchenförmige Material nicht die Zementstruktur stört, sondern vielmehr zu ihrer Verbesserung beiträgt.

Bei der Einmischung in den Zementmörtel neigen die Teilchen primär dazu, von den nächstliegenden größeren Teilchen angezogen zu werden, d.h. den Zementteilchen, und dort die zuvor genannten Kerne zur Aufteilung des Wassermenisken zwischen diesen Zementkörnern selbst und zwischen den Zementkörnern und den Zuschlagteilchen zu bilden.

Die im Zusammenhang mit dem Verfahren der Erfindung zu verwendenden Polymerteilchen sollen mindestens aus zwei unterschiedlichen Gruppen ethylenisch ungesättigter lionomerer aufgebaut sein, wobei die eine hydrophobe und die andere hydrophile Eigenschaften hat. Da es tatsächlich die an der Oberfläche der Teilchen angeordneten Eigenschaften sind, die primär in diesem Zusammenhang ihre Funktion bestimmen, ist die innere

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Zusammensetzung der Teilchen von untergeordneter Bedeutung. Ks sollte daher beispielsweise möglich sein, eine gröf3ere i-ienge an der hydrophilen komponente in die Teilchen einzupolymerisieren als die unten angegebenen 5,0 üew.-^o, ohne daß dabei unter aem Gesichtspunkt des Erfindungsgedankens jenseits der Grenzen der vorliegenden Erfindung gearbeitet wird, in derartigen b'ällen sind jedoch Teile dieser hydrophilen Komponenten teilweise im inneren der Teilchen verborgen. Es ist dann vermutlich erforderlich, auf spezielle, jedoch gemäß dem Stand der Technik übliche naßnahmen zurückzugreifen, um dieses Ergebnis zu erhalten. Theoretisch können die hydrophoben und hydrophilen Komponenten jeweils aus einer Vielzahl von Typen bestehen; ebenso können in diesem Zusammenhang Komponenten in Frage kommen, die weder hydrophil noch hydrophob sind und im Inneren der Teilchen eingeschlossen werden können, und auch in geringen mengen in Bereichen der Teilchen, die sich an der Überfläche oder unmittelbar unterhalb der überfläche befinden.

Die im Zusammenhang mit dem Verfahren der Erfindung verwendeten Polymerteilchen sind somit aus mindestens zwei unterschiedlichen Gruppen von ethylenisch ungesättigten Monomeren aufgebaut, wobei die eine Gruppe in einer Menge entsprechend 95,0 - 99,9 Gew.-% eingeschlossen ist und einen hydrophoben Charakter aufweist, wogegen eine einzuschließende zweite Gruppe in einer Menge entsprechend 5,0 - 0,1 Gew.-^o aus einer polymerisierbaren Verbindung mit hydrophilem Charakter beste-

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hen soll, die mindestens eine Carboxyl-, SuIfonat-, Hydroxyl-, Hitril- und/oder Amidgruppe enthalten soll.

Selbst wenn es möglich ist, Teilchen herzustellen, die die oben genannten Grenzwerte erfüllen, insgesamt gesehen jedoch beispielsweise mehr hydrophile Komponenten enthalten, sollte es im allgemeinen leichter sein, daß die angegebenen Grenzwerte in bezug auf die gesamten Teilchen anwendbar sind.

Sphärische, teilchenförmige Polymermaterialien mit einer Teilchengröße von 0,1 - 1,0 pm, deren Oberfläche das gewünschte abgeglichene Verhältnis zwischen hydrophoben und hydrophilen Eigenschaften aufweist, können in geeigneter Weise durch Emulsionspolymerisation hergestellt werden. In diesem Zusammenhang wird kein stabilisierendes und/oder emulgierendes Mittel zugesetzt, sondern die eingesetzten, hydrophile Gruppen enthaltenden Monomeren bilden in ihrer polymeren Form eine nichtdesorbierbare elektrostatisch und/oder sterisch stabilisierende Schicht auf dem durch Emulsionspolymerisation hergestellten Polymerteilchen. Diese stabilisierende Schicht kann aus Polymer bestehen, das lediglich hydrophile Monomere, adsorbiert auf einem hydrophoben Polymer, enthält. Sie kann auch aus einem Copolymer zwischen einem hydrophoben und einem hydrophilen Monomer bestehen. Bei kleinen Mengen des hydrophilen Monomeren sollte das Herstellungsverfahren so angepaßt werden, daß ein großer Anteil des hydrophilen Monomeren auf der Ober-

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fläche der hergestellten Teilchen lokalisiert ist, da es mit einem und dem gleichen üesaintgehalt des hydrophilen Monomeren möglich ist, die iienge des hydrophilen Monomeren, das an der Oberfläche der Teilchen adsorbiert ist, zu variieren, indem man die Reihenfolge der Zugabe des hydrophilen und des hydrophoben Monomeren ändert.

Es ist weiterhin bekannt, dai3 die Endgruppen der Polymerketten in großem Ausmaß auf den Teilchenoberflächen angeordnet sind und dort in den Fällen zu einer Stabilisierung der Teilchen beitragen, wo wasserlösliche Initiatoren eingesetzt werden.

In der monomeren Form besteht die hydrophobe Komponente der polymeren Teilchen aus einem Ester oder mehreren der Acryl- oder Methacrylsäure, wobei der Alkoholteil jeweils 1-8 Kohlenstoffatome aufweist. Andere geeignete Materialien sind Styrol, Butadien und Vinylidenchlorid.

Als Beispiele für Monomere, die hydrophile Gruppen enthalten, können Acrylsäure, Methacrylsäure, Itaconsäure, Maleinsäure und Fumarsäure genannt werden, die sämtlich Carboxylgruppen enthalten; weiterhin Hydroxyethylmethacrylat und -acrylat, Hydroxypropylmethacrylat und -acrylat und endständige Hydroxylgruppen aufweisende Polyethylen-oxidaddukte, die an ethylenisch ungesättigte Verbindungen gebunden sind, die

sämtlich Hydroxylgruppen enthalten. Dagegen ist Acrylsäureamid ein gutes Beispiel für ein eine Amidgruppe enthaltendes Honomer, Acrylnitril enthält Nitril und schließlich enthalten Vinylsulfonsäure und 2-Sulfoethylmethacrylat eine Sulfonatgruppe.

Bezüglich der hydrophilen Komponente des Polymeren gilt, daß diese in ihrer monomeren Form in einer alkalischen Vvasserlösung zu mindestens 5 % löslich sein soll.

Im Handel erhältliche Dispersionen, die primär für Farben, Klebstoffe oder andere Produkte bestimmt sind, haben bei der Prüfung als Zementadditive gezeigt, daß sie eine augenblickliche Änderung der Konsistenz des frischen Zementmörtels bedingen, hervorgerufen durch eine merklich gesteigerte Zumischung von Luft. Der Effekt schwankt jedoch sehr stark von Fall zu Fall, und zugleich weisen die eingemischten Luftblasen sehr unterschiedliche Größen (zwischen 0,1 und mehreren mm) auf. Die Tendenz zur Rekombinierung der hierdurch erzeugten Blasen erwies sich zudem als sehr groß; zur gleichen Zeit war die Reproduzierbarkeit von verschiedenen Versuchen mit dem gleichen Produkt schlecht.

Dies erklärt sich aus der vergleichsweise hohen Konzentration von oberflächenaktiven Substanzen, die im allgemeinen in Polymerdispersionen vorhanden sind und die darüber hinaus fast

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immer zusammen mit zugegenen polymerisierbaren hydrophilen Substanzen und/oder Schutzkolloiden kombiniert sind. In derartigen Dispersionen treten somit ausreichend hohe Konzentrationen von oberflächenaktiven Substanzen auf, die nicht ausreichend stark auf der Polymeroberiläche adsorbiert sind. Der Teil dieser oberflächenaktiven Substanzen, der nicht auf der folymeroberflache adsorbiert ist, verursacht selbst .Luftblasen mit instabilen eigenschaften, die sich rasch rekombinieren oder kollabieren. Gemäß der Erfindung ist es jetzt möglich geworden, Probleme dieser Art vollständig zu vermeiden, da erfindungsgemäß ein teilchenförmiges material verwendet wird, aus dem bei seiner Herstellung herkömmliche Tenside im wesentlichen eliminiert worden sind.

Zusätzlich zu der» verschiedenen nethoden zur Herstellung eines feinporigen Zementmörtels in der oben genannten V/eise betrifft die Erfindung auch die Verwendung des Zementmörtels in Verbindung mit der Herstellung eines Betons mit leichtgewichtigen Zusatzstoffen mit einer Dichte von weniger als 1400 kg/m , in dem das Zuschlagmaterial und der adhäsive Zementmörtel eine deutlich unterschiedliche Dichte aufweisen und der Prozentsatz an Zuschlagstoff 45 bis 50 Vol.-^o übersteigt. Unter leichtgewichtigen Zuschlagen ist in diesem Zusammenhang ein Zuschlagsmaterial mit einer mittleren Teilchendichte von weniger als 1200 kg/nr zu verstehen. In diesem FaI-Ie schließt die Bezeichnung Beton mit leichtgewichtigen Zu-

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schlagen lediglich Produkte ein, in denen der Zementmörtel, abgesehen von seiner eigenen Porosität, den Raum zwischen den Aggregatteilchen vollständig ausfüllt.

Es hat sich bei auf dem Harkt erhältlichen Zementadditiven als sehr schwer erwiesen, einen kohärenten und gießfähigen, mit leichtgewichtigen Zuschlägen versehenen Beton mit einem Zuschlagsgehalt von mehr als 45 bis 50 Vol.-fr zu erhalten. Der Grund für diese Schwierigkeiten kann in erster Linie in den großen Dichteunterschieden zwischen dein Zementmörtel und dem leichtgewichtigen Zuschlag gesehen werden. Die Adhäsionskräfte des Mörtels sind zu schwach, um zu verhindern, daß sich die leichteren Zuschlagsteilchen abscheiden und in dem Mörtel aufschwimmen, wenn der frische Beton bearbeitet wird.

Man erhält dann einen Beton mit Hohlräumen, wobei die Hohlräume zwischen den großen Zuschlagsteilchen nicht vollständig von dem Zement ausgefüllt sind. Es ist Jedoch einfacherer, Beton mit Hohlräumen dieses Typs herzustellen, wenn bereits von Anfang an die Menge des zugesetzten Zements lediglich auf diejenige begrenzt wird, die für die Adhäsion zwischen den Aggregatteilchen erforderlich ist. Derartige Produkte, die hauptsächlich für Zementblöcke verwendet werden, werden heute von vielen Herstellern produziert.

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Wenn ein Zementblock dieser Art in Wasser eingetaucht wird, werden die Käume zwischen den großen Zuschlagsteilchen fast augenblicklich mit Wasser gefüllt. Produkte der Art von hohlen Zementblöcken gehören nicht zum Gegenstand der Erfindung. Sie können in leichter Weise mit herkömmlichem Zementmörtel hergestellt werden.

Gemäß der hier angesprochenen abgeänderten Ausführungsform der Erfindung ist es somit möglich, einen Leichtballast-Beton mit einer Dichte von weniger als 1400 kg/ra herzustellen, der

etwa 80 - 140 1 Zement/m³ Beton, 450 - 800 1 Leichtgewichts-

zuschlag/m^ Beton, ο - 100 1 Sand, der durch irgendein anderes Material ersetzt werden kann, das möglicherweise in den Bindemittelteil eingeschlossen sein kann, pro nr Beton, 100 - 180 1 Viasser/nr Beton und 0,2 - 5,0 Gew.-%, berechnet auf dem Zementgewicht, der im wesentlichen sphärischen Teilchen, die in bezug auf die anderen Komponenten in dem Mörtel sphärisch inert sind, sowie die zuvor genannte Zusammensetzung von hydrophoben und hydrophilen, auf den Oberflächen der Teilchen angeordneten Gruppen enthält, wobei die Teilchen dann zu 95,0 - 99,9 Gew.-% aus der hydrophoben Komponente und zu 5,0 - 0,1 Gew.-% aus der hydrophilen Komponente bestehen. Zusammen mit der Menge an feinverteilter Luft, die gemäß dem Verfahren der Erfindung in den Mörtel eingeführt worden ist und dort Poren mit einer Größe von 5 - 30 um bildet, erhält man einen Mörtel mit einer Dichte von 1200 - 2000 kg/m . Zusammen mit den oben genannten

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Hengen an Leichtgewichtszuschlag ergibt dies einen gut gießfähigen Leichtgewichtszuschlag-beton mit einer Dichte von weniger als 1400 kg/in . Die Teilchendichte des Leichtgewichtszuschlags errechnet sich als weniger als 1200 kg/nr betragend.

Weitere herkmale und vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, den Ausführungsbeispielen und den Unteransprüchen.

Beispiel 1

Ein Dreihalskolben mit Rührer, Rückflußkühler, Thermometer und Stickstoffgaszufuhr, der 1200 g deionisiertes Wasser und 1,6 g Kaliumpersulfat enthält, wird in einem Wasserbad unter einem Stickstoffstrom sowie unter Rühren auf 85⁰C erhitzt. Innerhalb von 1 Stunde wird ein i"'ionomerengeniisch kontinuierlich zugeführt, das aus 692 g Hethylmethacrylat (MMA), 80 g Butylacrylat (BA), 24 g 2-Hydroxyethylmethacrylat (HEMA) und 4 g Acrylsäure (AS) besteht. Nach Beendigung der Monomerenzugabe wird die Temperatur eine weitere Stunde bei 85⁰C gehalten, wonach die gebildete Acryldispersion gekühlt und gefiltert wird. Das Produkt ist frei von Niederschlagen, riecht nicht nach Monomeren und weist einen Trockengehalt von 40 % auf. Durch Messung in einem Abtast-Elektronenmikroskop wird die Teilchengröße zu 0,60 um, angegeben als Mittelwert für die Gesamtmenge, bestimmt.

2^0*7

Beispiel 2

Es wird die gleiche Technik wie in iieispiel 1 verwendet, jedoch mit einem riono-nerengernisch, das aus 69b g MI-IA, öO g BA und 24 g HEiiA besteht, üie erhaltene Dispersion riecht nicht nach monomeren und weist einen Niederschlag von etv/a 1 g, einen Trockengehalt von 40 % und einen Teilchendurchmesser von U,7 pn auf.

Beispiel 3

Es wird die gleiche Technik wie in Beispiel 1 verwendet, jedoch mit einer lionomerenzusaramense tzung aus 700 g MhA, ciO g BA und 20 g 2-Sulfoethylinethacrylat. Das Produkt v/eist einen Teilchencturchrnesser von 0,4 um auf.

Beispiel 4

Eine Vorrichtung gemäl3 Beispiel 1 wurde mit 1200 g deionisiertem Wasser und 1,6 g Kaliumpersulfat beschickt. Es wurde

in einem Wasserbad unter einem Stickstoffstrom auf 85°C erhitzt. Innerhalb von 30 ainuten wird ein Honomerengemisch mit einer Zusammensetzung von 27 g MMA, 8 g BA und 5 g Methacrylsäure (MAS) kontinuierlich eingetropft. Es wird dann ein Impfkristall (seed) gebildet, den man weitere 15 Minuten reagieren Iäi3t. Anschließend wird ein zweites Monomerengemisch kontinuierlich in-

- 27 98 2^/07

nerhalb von 60 Minuten zugegeben, das aus 60ö g M-IA und 152 g BA besteht. Wach weiteren 60 Minuten auf dem V/asserbad wird das Produkt gekühlt und abfiltriert. Die Teilchengröße wird als 0,45 pm gemessen.

Beispiele 5 und 6

Es wurde die gleiche Technik wie bei Beispiel 4 verwendet, wobei jedoch Monomeren entsprechend der folgenden Tabelle zugesetzt wurden.

	MMA	Beispiel 5	Beispiel 6
	BA	124 g	15 g
Monomerzugabe	MAS	31 g	5 g
	MMA	5 g	5 g
Monomerzugabe	BA	511 g	620 g
	129 g	155 g

Erhaltene Teilchengröße 0,5 pm 0,45 um

Beispiel 7

Es wird die gleiche Technik wie in Beispiel 4 zur Herstellung einer Dispersion auf Styrolbasis verwendet. Das erste Monomerengemisch besteht aus 27_f2 g Styrol, 11,6 g 2-Ethylhexylacrylat und 1,2g Itaconsäure. Nach 30 Hinuten für die

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Zugabe des lionomeren und weiteren 15 i'linuten wird ein pH-Wert auf 8,5 mittels Ammoniak eingestellt, wonach eine zweite Zugabe von ilonomeren erfolgt, die aus 532 g Styrol und 228 g 2-Ethylhexylacrylat bestehen und innerhalb von 90 Minuten eingetropft werden. Wach einer weiteren Stunde wird die Dispersion gekühlt. Ein Niederschlag von etwa 2 g wird abfiltriert. Die Teilchengröße wird zu 0,b5 um bestimmt.

Beispiele 8 bis 11

Es werden gemäß der Technik des Beispiels 4 weitere Dispersionen hergestellt. Die Monomerzusammensetzungen und erhaltenen Teilchengrößen sind in der folgenden Tabelle wiedergegeben.

	Beisp. 8	Beisp. 9	Beisp. 10
Monomerzugabe I
Wethylmethacrylat	78	86	17
2-Ethylmexylacrylat	18	22	3
Methacrylsäure	24	-
Acrylnitril		32
Acrylsäure		4	4
Monomerzugabe II
Methylmethacrylat	578	558	619
2-Ethylmexylacrylat	102	98	157
Erhaltene Teilchengröße	0,30 um	0,40 um	0,50 pn

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Beispiel 12

Es wird die gleiche Technik wie in Beispiel 4 verwendet, jedoch mit den folgenden i4onomerzusamraensetzungen:

I	Methylmethacrylat	50 g	g
	Ethylacrylat	25 g	g
	Methacrylsäure	25 g
II	Methylmethacrylat	266,7
	Ethylacrylat	133,3

Man erhält eine Dispersion mit einem Trockengehalt von 29 % und einer Teilchengröße von 0,15 um.

Beispiel 13

Eine Vorrichtung gemäß Beispiel 1 wird mit 1200 g deionisiertem Wasser, 1,6 g Kaliumpersulfat und 12 g Acrylamid (AA) sowie 2 g Acrylsäure (AS) beschickt. Die Wasserlösung wird unter einem durchströmenden Stickstoffstrom auf einem Heizbad auf 85°C erwärmt. Nach 15 Minuten bei dieser Temperatur setzt man kontinuierlich innerhalb von 90 Minuten 786 g Butylmethacrylat hinzu. Nach einer weiteren Stunde auf dem Heizbad wird die erhaltene Lösung gekühlt und filtriert. Man erhält eine Teilchengröße von 0,4 pm.

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Beispiel

Entsprechend den schwedischen Kichtlinien für die Zementprüfung stellt man einen Zementmörtel mit der folgenden Zusammensetzung her.

500 g Standard-Portlandzement 500 g Standard-Sand 0-0,5 mm 500 g Standard-Sand 0,5-1 mm 500 g Standard-Sand 1-2 mm 250 g Wasser

10 Die Porenstruktur dieses Standardmörtels wurde in der angegebenen weise modifiziert.

Durch die Zugabe der in der folgenden Tabelle angegebenen Mengen, berechnet als trockenes Polymer, an den in den Beispielen 1, 2, 4, 7, 8, 10 und 12 hergestellten Teilchen erge-15 ben sich die in der Tabelle angegebenen Änderungen bezüglich der Dichte des Mörtels.

Zugabe {%)

berechnet auf Zementgewicht

Teilchen gemäß Beispiel

8 10 12

2140 1960 1840 1640

2140 1990 1850 - 1670

2140 2000 1880 1690

2140 1880 1790 1520

2140 1790 1590 1480

2140 1820 1650 1510

2140 1950 1840 1650

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liin charakterisierendes ilerkmal der Teilchen gemäß den Beispielen 1, 2, 4, 7, 8, 10 und 12 besteht darin, daß die eingemischte Luft sehr stabil war. Der Luftgehalt wurde nicht geändert, wenn der i4örtel auf einem Vibrationstisch 10 Minuten lang geschüttelt wurde. Sämtliche Beispiele zeigen Luftporen innerhalb des Bereichs von 5 - 30 pm.

Beispiel 15

In einem Betonmischer wird ein Leichtzuschlag-Beton mit der folgenden Zusammensetzung hergestellt.

350	112
180	200
240	400
265	100
150	150

kg Liter

Zement (Standard-Portland)
Leichtgewichtszuschlag 0-5 mm^x'
Leichtgewichtszuschlag 5-12 mm^x'
Sand 0-2 mm

Wasser

x/
' Leichtgewichtszuschlag vom Typ des kugelgesinterten Tons

Leichtgewichtszuschlag 5-12 mm, Leichtgewichtszuschlag 0-5 mm, Zement und Sand werden in der angegebenen Reihenfolge eingegeben, gefolgt von einer einminütigen Trockenmischung. Wasser zusammen mit Teilchen, deren Menge und Art aus der folgenden Zusammenfassung ersichtlich ist, werden zugegeben und 3 Minuten vermischt. Der Beton wird in eine offene Form gegossen und geschüttelt. Für einen Vergleich wurden lediglich

Tenside, Barra 55L und UCH verwendet. Barra 55L ist eine Substanz vom Tensidtyp. UCK ist ein hochmolekulares Polyethylenoxid, das die Wasserphase eindicken und dadurch eine bessere Kohäsion in dem Beton ergeben soll.

Für die Gußversuche wurde die folgende Beurteilungsskala verwendet.

Gußeigenschaften und Kohäsion

1 = keine Kohäsion. Beim Schütteln segregiert die Mischung und der Leichtgewichtszuschlag verläßt das System.

2 = bestimmte Kohäsion, jedoch Separierung. Die Zementpaste befindet sich am Boden, Leichtgewichtszuschlag schwimmt an der Oberfläche.

3 = sehr gute Kohäsion, keine Tendenz gegenüber einer Separierung.

Konsistenz

Für die Bestimmung der Konsistenz von Leichtzuschlag-Beton wird ein Verfahren vorgeschlagen, das in DIN 1048-1972 vorgeschrieben ist. Die Ausrüstung besteht aus einem Ausbreitungstisch 70 χ 70 cm. Der Tisch sollte ein Gewicht von 16 kg aufweisen; eine Kante sollte eine auf 4 cm begrenzte Hubhöhe aufweisen.

- 33 80 98 2V 075 0

• of *

Auf dem Tisch wird ein abgestumpfter Betonkegel geformt,

und zwar unter Verwendung einer Form mit einer Höhe von 20 cm und einem oberen und unteren Durchmesser von 13 und 20 cm. Die Form wird auf die Mitte des Tisches gesetzt und der Beton mit einem Stab komprimiert. Der Kegel wird in zwei Schichten von gleicher Höhe gefüllt und jede Schicht mit 10 Stoßen des Stabes verfestigt. Die Form wird von dem Kegel nach einer halben Hinute entfernt. Danach läßt man mit Hilfe des Handgriffs den Tisch innerhalb des Arbeitsbereichs 15mal innerhalb von 15 Sekünden fallen. Anschließend wird die Ausbreitung in zwei Richtungen in rechten Winkeln bestimmt und in Zentimetern angegeben. Die Kohäsions- und Separierungsneigungen des Betons können auch visuell bestimmt werden.

- 34 -80982^/0750

■33

Aüditivtyp	% Additiv, berechnet auf Zementgewicht (Festsubstanz)	Konsistenz (Ausbreitung in cm)	Kohäsion Gußeigen schaften
	0	X	1
Teilchen gemäi3
Bsp. 2	1,0	31 - 33	3
Bsp. 2	3,7	36 - 38	3
Bsp. 8	1,4	32 - 35	3
Bsp. 12	0,8	29 - 32	3
Bsp. 12	1,6	33 - 34	3
Bsp. 13	2,3	36 - 37	3
Barra 55L	0,15	35 - 36	1
Barra 55L	0,6	36 - 37	1
UCK	0,03	33 - 34	1
Natriumlaurylsulfat
Addukt Ethylenoxid- Nonylphenol (20E0)	0,5	34 - 37	1
Addukt Ethylen- laurylalkohol (10E0)	1,0	33 - 36	1

X = Die Segregation ist so schwer, daß keine Messung durchgeführt werden kann.

Konsistenzänderungen ergeben sich bei der Verwendung von Barra 55L, der beschriebenen Tenside und den Teilchen der Erfindung augenblicklich. Dies zeigt sich in der Form einer zunehmenden Ausbreitung bei dem Konsistenztest. Es wird überhaupt kein kohäsiver Effekt bei der Verwendung von Barra 55L, UCR oder Tensiden erhalten.

80982^/0750

- 35 -

• oil·

Die Beispiele 16 bis 18 beschreiben unterschiedliche Leichtgewichtszuschlag-Zusammensetzungen mit einem konstanten Volumen an dem Leichtgewichtszuschlag (65 Vol.-%) und einer wechselnden Zementmenge in dem Mörtel. Die verwendeten Zusammensetzungen in den jeweiligen untersuchten Beispielen ergeben sich aus den folgenden Tabellen. Ohne zusätzliche Additive erwiesen sich sämtliche der Mischungen als schwierig zu gießen.

Beispiel 16

	0-3	mm	kg	1
Standardzement	3-10	mm	250	80
Leichtgewichtszuschlag	10-20	mm	175	163
Il ft			195	325
M Il			85	162
Sand 0-2 mm			239	90
Wasser		.180	«180
Beispiel 17

Standardzement 314 100

Leichtgewichtszuschlag 0-3 mm 175 163

¹¹ « 3-10 mm 195 325

» » 10-20 mm 85 162

Sand 0-2 mm 186 70

Wasser ~ 180 *>180

809829/0750 - 36 -

Beispiel 18

	0-3	mm	377	1
Standardzement	3-10	mm	175	120
LeichtgewichtsZuschlag	10-20	mm	195	163
H Il			80	325
It Il			133	162
Sand 0-2 mm			180	50
Wasser		180

Die frischen Gemische wurden anschließend gemäß dem Verfahren der Erfindung modifiziert, und zwar durch die Zugabe des in Beispiel 4 beschriebenen teilchenförmigen Materials.

Es wurden unterschiedliche Mengen zwischen 0 und 2 % Additiv untersucht. Wit zunehmendem Zementgehalt und zunehmender Additivmenge wurden bessere Gießeigenschaften erhalten. Die Druckfestigkeit der untersuchten Zusammensetzungen wurde nach 28 Tagen getestet; gleichzeitig wurde die Schüttdichte bestimmt. Die dann gemessenen Werte sind in den Diagrammen gemäß den Fig. 1 und 2 gezeigt. Sämtliche Werte beziehen sich auf gut verdichtete Gemische. Das Wasser/Zement-Verhältnis

der verschiedenen Kompositionen ist aus Fig. 3 ersichtlich.

In der Fig. 1 wurden Bereiche I, II und III angegeben.
Diese zeigen die angenäherten Grenzen für

98 2^/07
- 37 -

Bereich I:
Bereich II:

Bereich III:

Beton, der nicht gegossen werden kann.

Beton, der gegossen werden kann, der jedoch segregieren kann, d.h. eine Separierung des Zuschlags kann stattfinden.

Beton, der ohne irgendwelche Tendenzen zu einer Segregierung gegossen werden kann.

Es ergibt sich aus den Fig. 1 und 2, daß mit geringen Gehalten an Additiven innerhalb des Bereiches I, insbesondere mit geringen Mengen an Zement, eine bemerkenswert niedrige Schüttdichte erhalten wird. Dies wird durch die große innere Reibung dieser Gemische erklärt, die eine Komprimierung der gegossenen Masse verhindert. Die niedrige Dichte bezieht sich somit auf die vergleichsweise großen Kompressionsporen und nicht auf die feinverteilte eingemischte Luft.

8098 2^/0750 - 38 -

Leerse ite

Claims

Patentansprüche

1./ Verfahren zur Herstellung eines Zementmörtels aus Zement, Sand und Wasser durch Zugabe eines feinteiligen polymeren Materials zu dem frischen i4örtel zur Herbeiführung des Einziehens von feinverteilter Luft in denselben in einer Menge und Form, die einen Mörtel mit einer Dichte von 1600 - 2000 kg/nr und eine Porenstruktur, die in dem steif gewordenen Mörtel Poren in der Größenordnung von 5 - 30 um erzeugt, ergibt, dadurch gekennzeichnet , daß das polymere Material, das in einer Menge von 0,2 - 5,0 Gew.-%, berechnet auf die zugegebene Zementmenge, zugesetzt wird, in

8098 2 J·/07 SO

ORIGINALJNSPECTED

Ü756797

Form von sphärischen Teilchen in einer Größenordnung von 0,1 - 1,ΰ ρ vorliegt und zu 95,0 - 9919 Gew.-% aus einer polymerisierbaren hydrophoben Komponente und entsprechend den restlichen 5,0 - 0,1 Gew.-% aus einer polymerisierbaren hydrophilen Komponente besteht, wobei die hydrophobe Komponente aus einem Ester oder mehreren der Acryl- und/oder iiethacrylsäure gemäß der allgemeinen Formel

f¹

CH₂ = C - COOH₂

in der H₁ = II oder CIi-, und R_? = ein Alkoholrest mit 1-8 Kohlenstoffatomen bedeuten, oder aus Styrol, Butadien oder Vinylidenchlorid besteht, und wobei die hydrophile Komponente aus einer ethylenisch ungesättigten polymerisierbaren Verbindung besteht, die mindestens eine Carboxyl-, Hydroxyl-, Amid-, Nitril- und/oder Sulfonatgruppe enthält und in ihrer monomeren Form in einer alkalischen wässrigen Lösung zu mindestens 5 % löslich ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß sphärische Polymerteilchen mit einer Größe von 0,2 - 0,6 um, hergestellt durch Emulsionspolymerisation, dem Mörtel zugegeben werden.

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3. Verfahren zur Herstellung eines Leichtzuschlag-Betons mit einem Zuschlaganteil von 45 - 80 Vol.-% und einer Gesamtdichte von weniger als 1400 kg/m⁵, wobei der Zementmörtel mit Ausnahme des normalerweise im Mörtel auftretenden Porensystems vollständig den Raum zwischen den Zuschlagteilchen ausfüllt, aus einem Zementmörtel, der Zement, Sand, Wasser und Luft umfaßt und eine Dichte von 1600 - 2000 kg/nr aufweist sowie ein Leichtzuschlagmaterial mit einer Dichte von 500 - 1300 kg/m , insbesondere 650 - 750 kg/m , dadurch g e k e η η zeichnet, daß der Zementmörtel aus Zement, Sand und Wasser in den normalen Verhältnissen hergestellt wird und man dem Zementmörtel in einer Menge entsprechend 0,2 - 5»0 Gew.-%, berechnet auf das Zementgewicht, ein polymeres Material gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2 zusetzt.

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