DE2809537B2

DE2809537B2 - Verfahren zur Herstellung von erhärtenden Bindemitteln auf der Basis von Zement

Info

Publication number: DE2809537B2
Application number: DE2809537A
Authority: DE
Inventors: Fritz Dipl.-Chem. Dr. 6800 Mannheim Hess; Helmut Dr. 6834 Ketsch Wagner
Original assignee: TH Goldschmidt AG
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Priority date: 1978-03-06
Filing date: 1978-03-06
Publication date: 1980-02-14
Also published as: ATA164379A; AT370395B; IT7948193A0; GB2016485B; FR2419261A1; FR2419261B1; CH640206A5; DE2809537A1; IT1116841B; NL7901785A; DE2809537C3; US4209337A; BE874647A; GB2016485A

Description

R³

R¹CO-NH-R²—Ν^θ—R⁵—COO^e

wobei

R¹ ein aliphatischer Kohlenwasserstoffrest

mit 8 bis 22 Kohlenstoffatomen oder ein cycloaliphatischer Kohlenwasserstoffrest,

R² ein zweiwertiger Kohlenwasserstoffrest

mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen,

R³ und R⁴ ein einwertiger Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen,

R⁵ ein zweiwertiger Kohlenwasserstoffrest

mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen ist,

enthalten.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Emulsionen verwendet, die als Emulgatoren Betaine der allgemeinen Formel

-CH₂-CH₂

R'-CO-N

wobei

R⁶

N^e-R^s-COO^e

^CH₂-CH₂'

45

R¹ und R⁵ die bereits angegebene Bedeutung haben

und R⁶ ein einwertiger Kohlenwasserstoffrest

mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen ist,

enthalten.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Emulsionen verwendet, die als Emulgatoren Betaine der allgemeinen Formel

COO® R⁵ R¹ —C — N^ffl—(CH₂)^-R⁷

Il I

N— (CH₂), wobei

R¹ und R⁵ die bereits angegebene Bedeutung haben und

50

55

60

65 R⁷ χ

enthalten.

ein Wasserstoff-, Alkyl- oder Hydroxylrest und 2 oder 3 und 1 oder 2 ist,

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von erhärtenden Bindemitteln auf der Basis von Zement unter Zusatz von Emulsionen bituminöser Produkte und gegebenenfalls Kunststoffen.

Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zur Herstellung von erhärtenden Bindemitteln auf der Basis von Zement unter Zusatz von Emulsionen bituminöser Produkte und gegebenenfalls Kunststoffen zur Fertigung von Fahrbahndecken sowie flexiblen Tragschichten unter Fahrbahndecken aus Asphalt oder Beton, für die Herstellung von Estrichen sowie von Gußgegenständen in Form von Rohren, Blöcken oder Platten.

Unter bituminösen Produkten im Sinne vorliegender Erfindung sind insbesondere Bitumen, Teere, Peche und Harze zu verstehen, wie sie aus dem Erdöl und der Kohle in an sich bekannter Weise durch Destillation oder Extraktion gewonnen werden können. Bevorzugt sind jedoch Bitumen, insbesondere Bitumen einer Penetrationszahl von 10 bis 300.

Es ist bekannt, Fahrbahndecken aus bituminösen Rohstoffen herzusteilen, denen mineralische Füllstoffe, wie z. B. Splitte, beigemengt sind. Derartige Fahrbahndecken haben viskoelastische Eigenschaften. Sie neigen bei hoher Druckbelastung und insbesondere bei erhöhten Temperaturen zu einer bleibenden Verformung.

Es ist auch bekannt, Fahrbahndecken auf der Basis von Zementbeton herzustellen. Diese Fahrbahndecken zeichnen sich durch eine große Härte und Druckbelastbarkeit aus. Ein Nachteil dieser Beläge auf Basis von Zementbeton ist deren unelastisches, starres Verhalten. Ein weiterer Nachteil besteht in der Schwierigkeit, im Schadensfall derartige Fahrbahndecken zu reparieren.

Es hat deshalb nicht an Versuchen gefehlt, die viskoelastischen Eigenschaften von Bitumen/Asphaltbeton-Asphalt-Fahrbahndecken mit den guten mechanischen Eigenschaften der Fahrbahndecken auf Zementbetonbasis dadurch zu kombinieren, daß man dem Zement vor seiner Aushärtung wäßrige Emulsionen bituminöser Produkte, gegebenenfalls außerdem Kunststoffdispersionen, zusetzte. Die bituminösen Produkte, im folgenden als Bitumen bezeichnet, sollen dabei die Zementteilchen partiell bis vollständig umhüllen und hierdurch bewirken, daß beim Aushärten des Zements ein Verbund der Mineralteilchen miteinander teilweise oder ganz vermieden wird. Man erhält hierbei zwar Produkte auf der Basis von Zement, deren elastisches Verhalten jedoch in Abhängigkeit von der Art, Menge und Verteilung des eingebrachten Bitumens beeinflußt werden kann, so daß die mechanischen Eigenschaften von starr bis elastisch beliebig eingestellt werden können.

In der DE-OS 26 13 075 ist ein rasch härtendes Gemisch beschrieben, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß es einen äußerst rasch härtenden Zement mit einem Gehalt an 11 CaO ■ 7 AI2O3 · CaX2, wobei X ein Halogenatom ist, 3 CaO · SiO₂ und CaSO₄ als unerläßlichen Bestandteilen, rtiindestens einem Kurzbereichs-Fe-

stigkeitsbeschleuniger aus der Gruppe Calciumaluminate, Kalke, Amine und Äthylenglykole sowie Calciumsulfat-halbhydrat, mindestens eine Emulsion aus der Gruppe bituminöse Emulsionen, Kautschuklatices und Harzemulsionen und 12 bis 50 Gewichtsprozent Wasser, bezogen auf das gesamte Gemisch, enthält Die Bitumenemulsion kann dabei geprägt durch die Art des Emulgators eine kationische, anionische oder nichtionogene Emulsion oder eine Emulsion vom Clay-Typ sein. Bezogen auf 1 Gew.-Teil Zementgemisch sollen dabei 0,02 bis 3 Gew.-Teile, vorzugsweise 0,15 bis 1,5 Gew.-Teile, Emulsion, angegeben in nichtflfchtigen Bestandteilen, enthalten sein. Die bituminösen Emulsionen enthalten dabei im allgemeinen 40 bis 70 Gew.-% bituminöses Material Die Penetrationszahl des eingedampften Rückstandes der bituminösen Emulsion beträgt dabei bei 25° C im allgemeinen 10 bis 300.

Es hat sich nun gezeigt, daß beim Zusatz von Bitumenemulsionen zum Zement oder seiner wäßrigen Aufschlämmung sehr häufig Unverträglichkeitserscheinungen beobachtet werden. Eine wäßrige Aufschlämmung von Zement reagiert stark alkalisch und weist einen hohen Gehalt an Kationen auf, die z.B. bei Verwendung einer Emulsion, die mit einem anionischen Emulgator hergestellt ist, zu einem Ausfällen des 2s Emulgators und zu einem unkontrollierten Brechen der Bitumenemulsion führen könnea Dies bewirkt eine unkontrollierte Einlagerung von Bitumenteilchen in dem abgebundenen Zement und verhindert die gewünschte Umhüllung der einzelnen Zementteilchen mit Bitumen ganz oder teilweise. Verwendet man dagegen mit kationaktiven Emulgatoren hergestellte Emulsionen, deren Stabilitätsbereich bevorzugt im sauren pH-Bereich liegt, brechen diese Emulsionen durch die Änderung des pH-Wertes bei der Zugabe zur Zementschlämme. Mit nichtionogenen Emulgatoren und mit anionischen Emulgatoren auf Basis von Sulfosäuren oder Sulfonaten können zwar Bitumenemulsionen hergestellt werden, die den Vorteil einer gewissen Unempfindlichkeit gegen Änderung des pH-Wertes und gegen die Erdalkaliionen des Zements haben. Jedoch ist mit solchen Emulsionen ein zeitlich steuerbarer Brechvorgang nicht erreichbar. Es kommt zu starker Schaumbildung beim Mischen mit den Mineralien und zum Auswaschen von ungebrochener Emulsion, wenn eine fertige Beschichtung vor dem völligen Durchtrocknen und Abbinden dem Regen ausgesetzt wird.

Ferner ist es bereits bekannt, ionogene Emulgatoren enthaltende Emulsionen durch Zusatz von wasserlöslichen Kolloiden wie Eiweiß-Abbauprodukten oder Zelluloseäthern oder durch Vermischen mit quellfähigen Mineralien wie Betonit zementstabil zu machen. Auch können die bituminösen Bindemittel direkt in wäßrige Aufschlämmungen solcher Produkte emulgiert werden. Derart hergestellte Emulsionen sind zwar mit Zement verträglich, die damit hergestellten Beschichtungen und Formkörper neigen aber zur Bildung von Schwundrissen beim Abbinden infolge der Austrocknung der darin enthaltenen quellfähigen Substanzen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Bitumenemulsionen zu finden, welche einerseits mit dem Zement bzw. seiner wäßrigen Aufschlämmung über eine gewisse Zeit, die durch die Materialaufbereitung und -verarbeitung vorgegeben ist, stabil sind _6S und deren Brechverhalten entsprechend den anwendungstechnischen Bedingungen, z. B. durch Wahl der eeeieneten Emuleatorkonzentration. in gewünschter Weise gesteuert werden kann. Hierdurch soll erreicht werden, daß die Bitumenemulsionen in der Lage sind, die Zementteilchen möglichst gleichförmig zu unJiüllen, bevor diese abbinden, und es soll vermieden werden, daß das Bitumen in Form von Tröpfchen oder Koagulation in einer Zementmatrix grob verteilt ist

Es wurde nun gefunden, daß diese Anforderungen erfüllt und weitere Vorteile erreicht werden, wenn man erfindungsgemäß Emulsionen bituminöser Produkte verwendet, die als Emulgatoren grenzflächenaktive Betaine enthalten.

Grenzflächenaktive Betaine sind zur Herstellung von Bitumenemulsionen bereits bekannt und z.B. in der DE-PS 11 80 300 beschrieben. Es war jedoch nicht zu erwarten, daß mit grenzflächenaktiven Betainen hergestellte Bitumenemulsionen auch gegenüber alkalischen Zementschlämmen über den anwendungstechnisch geforderten Zeitraum stabil sind. So lehrt beispielsweise die vorgenannte DE-PS 11 80 300, daß der pH-Wert der mit solchen Betainen hergestellten Emulsionen so eingestellt werden soll, daß er in der Nähe des isoelektrischen Punktes der Betaine liegt. Der isoelektrische Punkt von Betainen liegt jedoch im Regelfall im neutralen bis schwach sauren Bereich, während die Zementschlämme einen pH-Bereich von etwa 12 bis 13 aufweisen.

Es war überdies überraschend, daß festgestellt werden konnte, daß das Brechverhalten der Batein-Emulgatoren enthaltenden Emulsionen durch die Wahl der Konzentration des Emulgators und des pH-Wertes der zuzusetzenden Emulsion in weiten Grenzen steuerbar ist Die Wichtigkeit dieser erwünschten Steuerbarkeit des Brechverhaltens ergibt sich aus der Tatsache, daß z.B. während des Aufbaus einer Straßendecke sich sowohl die Temperaturen der zu beschichtenden Straße als auch die Außentemperaturen während eines Tages verändern können, wodurch die Verarbeitungszeiten des Bindemittels (z. B. Abbindezeit des Zements) und die Brechzeit der Emulsion beeinflußt werden. Durch geeignete Einstellung der Konzentration des Emulgators und/oder des pH-Wertes der Bitumenemulsion kann diese nun an die Verarbeitungsbedingungen angepaßt werden, so daß das gewünschte Resultat mit Sicherheit erzielt werden kann.

Der Gehalt an Emulgator in der Bitumenemulsion kann dabei innerhalb der Grenzen von etwa 0,2 bis 5 Gew.-%, bezogen auf Gesamtemulsion, variiert werden. Die Anwendungskonzentration liegt insbesondere innerhalb eines Konzentrationsbereiches von 1 bis 3 Gew.-%. Je höher der Emulgatorgehalt ist, desto langer bleibt die Emulsion gegenüber der Zementschlämme stabil. Der Gehalt der Emulsion an Bitumen beträgt dabei zwischen 30 und 70, insbesondere 50 bis 65 Gew.-%, bezogen auf Gesamtemulsion. Der pH-Wert der Emulsion kann durch Zugabe von Säure oder Lauge auf jeden gewünschten Wert zwischen etwa 1,5 und 10 eingestellt werden. Bevorzugt sind dabei Emulsionen, welche einen pH-Wert von 5 bis 9, insbesondere 5 bis 8, aufweisen.

Die grenzflächenaktiven Betaine sind in bekannter Weise dadurch gekennzeichnet, daß sie ein inneres Salz bilden können und einen die Grenzflächenaktivität bewirkenden hydrophoben Rest aufweisen. Als hydrophilen Rest enthalten die Verbindungen mindestens eine quaternäre Ammoniumgruppe, die intramolekular mit einer Säuregruppe, vorzugsweise mit einer Carboxylgruppe, zur inneren Salzbildung befähigt ist. Als 'sSiirpumnnen sind auch Hie von Hrn S

___. __o— _r _r_ — . —

5 6

des Schwefels oder Phosphors hergeleiteten Gruppen Lauroyl-l^amidopropyl-dimethylaminopropionsäuregeeignet Der hydrophobe Rest ist in der Rege! ein betain

Fettalkylrest mit 8 bis 22 Kohlenstoffatomen. Er kann C H₃

auch der von der Naphthensäure herg sleitete Naphthe- I

nylrest oder ein cycloaliphatischer Kohlenwasserstoff- ₅ C₁₁H₂₃CONH(CHj)₃—®N — CH₂CH₁-COO⁸

rest sein. I

Vorzugsweise werden als Emulgatoren Betaine der
allgemeinen Formel

R³ ίο Palmitoyl - l,2amidoäthyl - dimethylaminoessigsäure-

I betain

R¹CO-NH- R²—N^ffi—R⁵—COO⁹ _CH,

I₄ I

R CjHj.CONHiCH^—®N — CH₂-COO⁰

¹⁵ !

verwendet In dieser Formel hat R¹ die Bedeutung eines ³

vorzugsweise geradkettigen aliphatischen Kohlenwasserstoffrestes mit 8 bis 22 Kohlenstoffatomen oder die Weitere geeignete Betaine sind solche der Formel
Bedeutung eines cycloaJiphatischen Kohlenwasserstoff- 20

restes. R² ist ein zweiwertiger Kohlenwasserstoffrest η 6

mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen, der vorzugsweise /CH₂ CH₂

geradkettig ist Besonders bevorzugt ist der Äthylen- j^i ^q j^

und Propylenrest R³ und R⁴ sind gleich oder verschieden \

und bedeuten einen einwertigen Kohlenwasserstoffrest 25 ^CH₂ — CH₂ ^X

mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, insbesondere den

Methylrest R⁵ ist ein zweiwertiger Kohler wasserstoff -

rest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise der wobei R¹ und R⁵ die bereits angegebene Bedeutung

Methylen- oder Äthylenrest Beispiele solcher Betaine haben. R⁶ ist ein einwertiger Kohlenwasserstoffrest mit

sind 30 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, insbesondere der Methylrest.

Beispiele solcher Betaine sind

Stearoyl - l,3amidopropyl - dimethylaminoessigsäure-

betain 1 Methyl - lcarboxymethyMacoylamidopiperazinium-

betain, wobei R¹ von Talgfettsäuren abgeleitet ist

CH₃ 35

I ^,, _„„ CH₃

C_I7H₃₅CONH(CH₂)₃—^ffiN —CH₂-COO⁸ /«-»2 ^"²\|

I R¹ —CO —N Ν^Θ —CH₂C00^e

^CH3 ₄₀ \cH₂-Ch/

Oleyl-l,2amidoäthyldiäthylaminoessigsäurebetain 1 Äthyl - lcarboxyäthyl - 4acoylamidopiperazinium-

betain, wobei R¹ von Tallölfettsäuren abgeleitet ist
C₂H₅

I ⁴⁵ PH _PH ^C2H5

C₁₇H₃₃CONH(CH₂)₂—^fflN— CH₂-COO⁹ χ^™ι ^^η2\\

I R¹ — CO — N N^ffl—(CH₂)₂COO^e

Acoyl-l^amidoäthyl-diäthylaminopropionsäurebetain, Ein weiteres Beispiel eines geeigneten Betains ist ein

wobei der Acoylrest von Kokosölfettsäuren abgeleitet Betain folgender Formel

C₂H_{5 55} COO^e

R^ONHtCH^—®N — CH₂CH₂-COO⁰ R⁵

C₂H₅ R¹ —C — N^ffi—(CHj),- R⁷

60 I I

Myristoyl-l,4amido, l-methyl-butyldiäthylaminoessig- N—(CH₂)_X
säurebetain

CH₂H₅ ni _umi rs haben wieder die bereits angegebene

I I as Bedeutung, R⁷ ist ein Wasserstoff- oder Alkylrest oder

CuH₂₇CONH — CH(CH₂)₃— N — CH₂—COO hat die Bedeutung einer Hydroxylgruppe, χ hat einen

I Wert von 2 oder 3, y einen Wert von 1 oder 2. Beispiele

C₂H₅ solcher Betaine sind

l-Methyl-lcarboxymethyl^oleyl-imidazolinium-betain

coo^e

CH₂

R¹ —C —Ν^θ —CH₃ R'Oleylrest

N-(CHj)₂

1 - Hydroxyaryl -1 - carboxyäthyl - 2 - lauryl - imidazolinium-betain

COO°

CH₂)₂

R¹ — C — N®—(CHj)₂OH R¹ = Laurylrest

N-(CH₂J₂

1 -Methyl-! -carboxymethyl-2-stearyl-tetra-hydropyrimidinium-betain

coo^e

CH₂
R¹ —C — Ν^θ —CH₃ R¹ Stearylrest

i! I

N—(CH₂)₃

l-Hydroxyäthyl-l-carboxyäthyl^-palmityl-tetrahydropyrimidinium-betain

COO⁹

(CHj)₂

R¹ —C — N^ffi —(CHj)₂OH

N-(CHj)₃

R¹ = Palmitylrest

Die Herstellung der Betaine ist bekannt und unter anderem in »Surface Active Agents«, Interscience Publishers Inc, 1949, Seiten 218 ff, beschrieben.

Bei den Betainen sollte zur Ausschaltung von Unverträglichkeiten vermieden werden, daß diese außer der Betainstruktur zusätzlich noch kationische oder anionische Gruppen aufweisen.

Die erfindungsgemäß zu verwendenden Emulsionen bituminöser Produkte sind mit den üblichen Zusatzmitteln für Zement verträglich. Derartige Zusatzmittel haben die Aufgabe, die Abbindezeit des Zements im Sinne einer Beschleunigung oder Verzögerung zu beeinflussen oder die Zement-Wasser-Mischung zu verflüssigen, wodurch diese Mischungen pumpfähig werden bzw. bei verringertem Wassergehalt verarbeitet werden können. Andere Zusatzstoffe sollen als Porenbildner wirken. Beispiele solcher Zusatzstoffe sind Borate, Phosphate, Fhiorosflik&te, Halogenide, Carbonate, Hydrogencarbonate, Silikate und Aluminate. An organischen Zusatzmitteln sind insbesondere Zucker, Hydroxycarbonsäure und ihre Salze, Ligninsulfonate, Alkylarylsulfonate, Harzseifen und Melaminharze zu nennen.

Es ist auch bekannt, dem Zement Kunststoffdispersionen zuzusetzen. Derartige Kunststoffdispersionen sind z. B. in der DE-OS 26 13 075 genannt Beispiele solcher Kunststoffdispersionen sind Kautschukdispersionen, wobei als Kautschuk natürlicher Kautschuk, Styrol-Butadien-Kautschuk, Butylkautschuk, Acrylnitril-Butadien-Kautschuk oder Chloroprenkautschuk verwendet

ίο werden kann. Andere Polymerisatkunststoffe sind Polyvinylacetat, Äthylenvinylacetatcopolymerisate, Polyvinylidenchlorid, Polyacrylsäureester. Als Modifizierungsmittel werden auch Alkydharze verwendet Die Kunststoffdispersionen beeinflussen die Zug- und Biegezugfestigkeit des abgebundenen Zements und können die Haftung des Zements auf dem Untergrund verbessern.

Zum Stand der Technik der Zusatzmittel und Hilfsstoffe sei auf das Buch »Zusatzmittel, Anstrichstoffe, Hilfsstoffe für Beton und Mörtel« von Albrecht und Mannherz, Bau-Verlag GmbH, Wiesbaden und Berlin, 1968, sowie auf die 1967 und 1977 erschienenen Berichte der »Forschungsgesellschaft für Straßenwesen« von Zenke über polymermodifizierte Straßenbaubitumen verwiesen.

Die erfindungsgemäß zu verwendenden Emulsionen bituminöser Produkte sind in der Regel auch mit derartigen Kunststoffdispersionen verträglich. Man hat es deshalb in der Hand, die bituminösen Emulsionen und die Kunststoffdispersionen dem Zement-Wasser-System entweder getrennt oder gemeinsam zuzugeben.

In den folgenden Beispielen wird die Herstellung der Bitumenemulsionen, ihr Verhalten gegenüber Zementschlämmen sowie das äußere Erscheinungsbild der ausgehärteten Bindemittel auf Zementbasis beschrieben.

1. Herstellung der Bitumenemulsion

Die Herstellung der Bitumenemulsionen erfolgte in 1-kg-Ansätzen. Dabei wurde der betreffende Emulgator in Wasser von 80° C gelöst, je nach Emulsionstyp mit Säure oder Lauge der gewünschte pH-Wert eingestellt und anschließend mit Hilfe eines Hochleistungsdispergiergerätes (Type »Ultra-Turrax T 45« der Firma Janke & Kunkel) bei einer Generatordrehgeschwindigkeit von 10 000 U/min das betreffende, auf 120° C erwärmte Bitumen kontinuierlich eingetragen. Nach Beendigung dieses Vorgangs folgte über insgesamt 5 Minuten der Nachemulgierprozeß. Die fertige Emulsion wurde dann auf eine Temperatur unter 30° C abgekühlt Nach dieser Herstellungsvorschrift wurden verschiedene erfindungsgemäß und nicht erfindungsgemäß zu verwendende Emulsionen bituminöser Produkte herge stellt Der Ladungssinn der dispersen Phase wurde durch Elektrophorese bestimmt Dementsprechend wurde der Ladungssinn der Teilchen und damit der Charakter der Emulsion als kationisch bezeichnet, wenn die dispergierten Teilchen bei der Elektrophorese zur Kathode wanderten; verhielt sich die disperse Phase anionisch, waren also die Teilchen negativ geladen, wanderten sie zur Anode. Konnte unter den Bedingungen der Elektrophorese keine Wanderung zu einer Elektrode beobachtet werden, wurde die Emulsion als neutral bezeichnet

Es wurden folgende Emulgatoren eingesetzt Die Emulgatoren I bis IH sind erfindungsgemäß, die Emulgatoren TV bis X sind nicht erfindungsgetnäß.

Emulgator I = Acoyl-l^-amidopropyl-l-dimethylaminoessigsäure-betain
(der Acoylrest ist von einem natürlichen Kokosfettsäuregemisch hergeleitet)

Emulgator II = 1 -Methyl- l-carboxymethyl-4-acoylamido-piperazinium-betain
(der Acoylrest ist von einem natürlichen Kokosfettsäuregemisch hergeleitet)

Emulgator III = 1 -Methyl-1-carboxymethyl-2-alkylimidazolinium-betain
(der Alkylrest ist von einem natürlichen Kokosfettsäuregemisch hergeleitet)

Emulgator IV =

Kaliumseifen von Tallölfettsäuren (anionaktiv)

Emulgator V

Emulgator VI =

10 Emulgator VII =

Emulgator VIII =

Emulgator IX =

Emulgator X

10

Stearoyl-1,3-amidopropyl-trime-

thylammonium-chlorid

(kationaktiv)

Stearoyl-1,3-amidopropyldimethyl -

amin

(kationaktiv)

Gemisch von Talgfettpolyaminen unterschiedlicher Kettenlänge (kationaktiv)

Polyoxyäthylen-sorbitanmonooleat (nichtionogen)

Polyoxyäthylen-alkylaryläther (nichtionogen)

Ton (Clay-Typ)

Zusammensetzung der Emulsionen und deren Ladungssinn

Emulgator	Rezeptur	Bitumen	Emulgator	pH	Ladungssinn
		B 200			der dispersen
					Phase
		Gew.-%	Gew.-%

Erfindungsgemäß I	1.1 1.2 1.3 1.4 1.5
II	2.1 2.2 2.3
III	3.1 3.2 3.3
Nicht erfindungs gemäß IV	4.1 4.2
V	5.1
Vl	5.2
VII	5.3
VIII	6.1 6.2 6.3
IX	6.4 65
X	6.6

50 50 50 50 50

50 50 50

60 60

50 60 50

50 50 50

50 50

50

0,90 0,90 0,90 0,30 1,50

2,4 6,1 8,2 6,7 6,6

5,7 5,9 6,3

5,9 5,9 6,10

11,5 11,8

2,3 2,7 1,8

2,1 7,2

9a

8,8 12,7

7,8

kationisch

neutral

anionisch

neutral

neutral neutral neutral

anionisch anionisch

kationisch kationisch kationisch

kationisch

neutral

anionisch

anionisch anionisch

anionisch

Z Verhalten der erfindungsgemäß zu verwendenden, Betaine enthaltenden Emulsionen

gegenüber Zementschlämmen

In den folgenden Tabellen wird das Verhalten der erfindungsgemäß zu verwendenden, Betaine enthaltenden Emulsionen gegenüber Zementschlämmen beschriebea wobei mit PSZ ein schnell abbindender Calciumfluorid enthaltender Portlandzement und mit EPZ ein normal abbindender Eisenportlandzement bezeichnet ist

Unter Abbindezeit ist die Zeit zu verstehen, innerhalb der die Zement-Bitumen-Emulsion-Wasser-Mischung verarbeitet werden kann. In der Spalte Konsistenz ist die Konsistenz des Gemisches gleich nach dem Zusammenfügen der Komponenten beschrieben.

j/	Rezeptur	11	dick, noch streichfähig	H₂O	B)	nicht mehr verarbeitbar	Emul	28 09 537	Konsistenz	EPZ	H₂O	12	Abbin	20	Konsistenz
		PSZ					sion					Emul	dezeit	120
','. Emulgator				Gew.-			Gew.-	Abbin		Gew.-	Gew.-	sion	Min.	300
		Gew.-	Teile	Teile	dezeit		Teile	Teile	Gew,-		Abbin
		Teile			Min.				Teile		dezeit
											Min.
Erfindungs-	1.1		30	30		3	100	30		90		3
■ gemäß		100				homogen			30
I	1.2		30	30	10	4	100	30		10		2
	1.3	100	30	30		4	100	30	30	8		1
	1.4	100	30	50	10	2	100	50	30	240	-	1
	1.5	100	30	40	sofort	2	i00	40	30	360	-	1
	1.1*	100	IO	100	25	1	50	10	30	360-480	60	1
	1.2*	50	10	100	40	1	50	10	100	360-480		1
	1.3*	50	10	100	20	1	50	10	100	360-480	-	1
	1.4*	50	10	100	15	4	50	10	100	240-360	150	1
	1.5*	50	10	100	240	1	50	10	100	360-480		1
	2.1	50	40	30	sofort	3	100	40	100	25	180	2
	2.2	100	40	30	20	2	100	40	30	90	360	1
II	2.3	100	40	30	15	1	100	40	30	30 >400	300	1
		100			40	homogen					10	homogen
	3.1		40	30	55	3	100	40		30	5	2
	3.2	100	40	30		2	100	40	30	240	1
;■ III	3.3	100	40	30	10	1	100	40	30		1
	Rezeptur	100	H₂O	Emul	20	Konsistenz	EPZ	H₂O	Emul		Konsistenz
		PSZ		sion	60				sion
:;' Emulgator			Gew.-	Gew.-	Abbin		Gew.-	Gew.-	Gew.-
'■j		Gew.-	Teile	Teile	dezeit		Teile	Teile	Teile
I		Teile			Min.

; Nicht
erfindungs-	4.1		40	30		4	100	40	30	4
gemäß	4.2	100	40	30		4	100	40	30	4
IV	5.1	100	30	30	-	3	100	30	30	3
		100			-	inhomogen				inhomogen
V	5.2		40	30	10	4	100	40	30	4
	5.3	100	30	30		3	100	30	30	3
Vl		100			-	inhomogen				inhomogen
VII	6.1		30	30	5-10	2	100	30	30	3
	6.2	100	30	30		3	100	30	30	3
VIII	6.3	100	30	30	10	2	100	30	30	3
	6.4	100	30	30	10	3	100	30	30	3
	6.5	100	30	30	10	3	100	30	30	4
EX	6.6	100	10	100	10	3	50	10	100	3
	Bewertung der Konsistenz	50			10
X	A) 1 = dünnflüssig		60

	2 = dickflüssig, noch gießfahig	homogen
3 = sehr	inhomogen
4 = steif.

Aus den Tabellen ist ersichtlich, daß nur bei Verwendung der erfindungsgemäß zu verwendenden Emulsionen bituminöser Produkte, die als Emulgatoren grenzflächenaktive Betaine enthalten, die Abbindezeit innerhalb eines weiten Bereiches in Abhängigkeit von der Konzentration des Emulgators, dem pH-Wert der Emulsion und der Menge der Emulsion vorbestimmt werden kann.

3. Äußere Beurteilung der erhaltenen ausgehärteten
Bindemittelformteile

Die Beurteilung der Umhüllung des Zements wird optisch nach der Braun- oder Graufärbung des Zements

nach dem Trocknen vorgenommen, je besser die einzelnen Bitumentröpfchen in der Emulsion die Zementpartikeln umhüllt haben, um so besser ist die Netzwirkung und Adhäsionsverbesserung des Emulgators. Eine intensive Braunfärbung läßt auf eine gute Benetzung, entsprechende Stabilität der Bitumenemulsion und deren Zementverträglichkeit schließen. Bricht die Emulsion bei Zugabe zu dem Zement-Wasser-Gemisch, liegen die Bitumentröpfchen und die Zementpartikeln nebeneinander, ohne daß eine Umhüllung der Zementpartikeln erfolgt ist Optisch sieht das Gemisch dann grau aus. Der Zement umschließt als Matrix die Bitumenteilchen.

Emulgator	Rezeptur	Mischungen mit PSZ	Farbe	Mischungen mit	EPZ
		Umhüllung der		Umhüllung der	Farbe
		Zementteilchen		Zementteilchen
Erfindungs
gemäß			Braunfarbung
I	1.1	gleichmäßig	Braunfarbung	gleichmäßig	intensive Braunfarbung
	1.2	gleichmäßig	dunkle Braunfarbung	gleichmäßig	intensive Braunfarbung
	1.3	noch gleichmäßig	Brauniarbung	gleichmäßig	intensive Braunfarbung
	1.4	gleichmäßig	Braunfarbung	gleichmäßig	intensive Braunfarbung
	1.5	gleichmäßig	schwarzbraun	gleichmäßig	intensive Braunfarbung
	1.1* 1.2*	in allen Fällen	bis	in allen Fällen	schwarzbraun
	1.3*	gleichmäßige,	schwarz	gleichmäßige	bis
	1.4* 1.5*	gute Umhüllung	ocker bis Braunfärbung	gute Umhüllung	schwarz
II		gleichmäßig	ocker bis Braunfärbung	gleichmäßig	Braunfarbung
		gleichmäßig	ocker bis Braunfarbung	gleichmäßig	Braunfärbung
		gleichmäßig	dunkle Braunfarbung	gleichmäßig	Braunfarbung
III	2.1	gut, gleichmäßig	Braunfarbung	gleichmäßig	intensive Braunfarbung
	2.2	gut, gleichmäßig	Brauniarbung	gleichmäßig	intensive Braunfarbung
	2.3	gut, gleichmäßig	gleichmäßig	intensive Braunfarbung
3.!
3.2
3.3

Emulgator	Rezeptur	Mischungen mit PSZ	Farbe	Mischungen mit EPZ	Farbe
		Umhüllung der Zementteilchen	Graufärbung Graufärbung	Umhüllung der Zemsntteilchen	Graufarbung Graufarbung
Nicht erfin- dungsgemäß IV	4.1 4.2	keine Umhüllung möglich keine Umhüllung möglich	Graufärbung	keine Umhüllung möglich keine Umhüllung möglich	Graufarbung
V	5.1	schlechte Umhüllung	Graufarbung	schlechte Umhüllung	Graufarbung
VI	5.2	keine Umhüllung möglich	Graufärbung	keine Umhüllung möglich	Graufarbung
VII	5.3	schlechte Umhüllung	Graufarbung leichte Braunfarbung heterogene Braunfarbung	schlechteUm hüllung	graubraune Färbung graubraune Färbung Graufarbung
VIII	6.1 6.2 6.3	schlechte Umhüllung schlechte Umhüllung teilweise Umhüllung	schlechte Umhüllung schlechte Umhüllung schlechte Umhüllung

	Rezeptur	15	28 09 537	16	Farbe
	6.4 6.5	Mischungen mit PSZ Umhüllung der Zementteilchen	Farbe	Mischungen mit EPZ Umhüllung der Zementteilchen	graubraune Färbun graubraune Färbun
	6.6	befriedigende Umhüllung befriedigende Umhüllung	graubraun graubraun	befriedigende Umhüllung befriedigende Umhüllung	mattes dunkelbraun
	gute Umhüllung	mattes graubraun	gute Umhüllung
Fortsetzung
Emulgator
IX
X

Es zeigte sich, daß nur die erfindungsgemäß zu verwendenden Emulsionen die Eigenschaftskombination variable Verarbeitungszeit und gute Umhüllung der Zemeetteilchen aufweisen.

4. Beispiele für die Verwendung der erfindungsgemäß

einzusetzenden Emulsionen

a.) Mörtel zum Unterfüllen von Betonplatten Im Mischbehälter einer Mörtelpumpe werden

66 kg Rundsand 0/2

66 kg Brechsand 0/3 ^J0

66 kg Portlandzement 450 F

innig gemischt und hierauf unter ständigem Weitermischen

18 kg Wasser und ^r>

90 kg enindungsgernäß zu verwendende Bitumenemulsion

zugegeben.

Die erfindungsgemäß zu verwendende Bitumenemulsion wird hergestellt durch Emulgieren von

65 Gew.-% Bitumen der Penetration 65 in 35Gew.-% Wasser,

welches

1,0 Gew.-% Emulgator I und
03 Gew.-% KOH 45%ig

enthält

Die fertige Mischung wird zum Unterpumpen vr>n Betonplatten auf Betonstraßen verwendet, welche durch die Schläge des Schwerlastverkehrs nicht mehr einwandfrei auf dem Unterbau aufliegen. Das Gemisch beginnt nach etwa 1 Stunde abzubinden und erreicht innerhalb 24 Stunden Druckfestigkeiten von 5 bis 10 kg/cm² und innerhalb 30 Tagen solche von 20 bis 40 kg/cm². Die Druckfestigkeit wird dabei an zylindrischen Probekörpern von 5 cm 0 und 5 cm Höhe bei einer Vorschubgeschwindigkeit des Druckstempels von 20 mm/min gemessen. bo

b) Kaltgußasphalt-Estrich In einem Zyklomischer werden

70 kg Moränesplitt 2/5

70 kg Moränebrechsand 0/3 ^

22 kg Portlandzement PZ 250

ίηηΐη ncirrticr^ht tinrl hierauf

5-15 kg Wasser (je nach Feuchtigkeit der Mineralmischung)
und

32 kg erfindungsgemäß zu verwendende Bitumenemulsion
zugesetzt

Die erfindungsf smäß zu verwendende Bitumenemulsion wird hergestellt durch Emulgieren von

65 Gew.-% Bitumen der Penetration 80 in 35Gew.-% Wasser,

welches

1,0 Gew.-% Emulgator I und 0,3 Gew.-o/o KOH 45< >/oig

enthält.

Die fertige Mischung wird innerhalb 30 Minuten als 2,5 cm dicke Estrichschicht auf einem Untergrund au; Magerbeton aufgezogen. Nach etwa 3 Stunden, je nach Temperatur, erfolgt die erste, nach etwa 24 Stunden die zweite Glättung. Der Estrich ergibt nach deir voilständigen Abbinden Eindrucktiefen von 2,5 mm be 2O⁰C, 10 kg/cm² Belastung und 5 Stunden Meßdauer.

c) Emulsionsgebundene Kiestragschicht Eine Kies-Sand-Mischung, bestehend aus

20Gew.-% Rundsand 0/2

50 Gew.-°/o Rundkies bis 20 mm 30 Gew.-% gebrochenem Kies

wird in feuchtem Zustand (2 bis 4 Gew.-% Wasser) mit

5 Gew.-% Portlandzement PZ 350 und

6 Gew.-% Bitumenemulsion gemäß Ausführungs

beispiel 1

gemischt. Die Mischung wird auf dem vorbereiteter Straßenplanum mittels eines Graders oder eines Fertigers in 15 cm Schichtstärke ausgebreitet und durch Walzen verdichtet. Der weitere Aufbau der Straße kann sowohl in Beton als auch in Asphaltbeton erfolgen.

d) Masse zur Herstellung von Gußformteilen wie Platten oder Verbundsteine

In einem Betonmischer werden die Zuschlagstoffe

Rundkies 5/8 mm 68,OGew.-°/o

2,0Gew.-%

Rundkies 2/5 mm
Rundsand 0,71/2 mm
Rundsand 0,09/0,71 mm
Füller unter 0,09 mm

18,0Gew.-% 6,0 Gew.-% 6,0 Gew.-%

100,0 Gew.- °k

030 107/4*

zu 69,6 Gew.-% mit 17,08 Gew.-% Zement PSZ vorgemischt, dann 10,7 Gew.-% Wasser und schließlich 1,9 Gew.-% der erfindungsgemäß zu verwendenden Bitumenemulsion mit zugegeben. Die Bitumenemulsion enthält 60 Gew.-% Bitumen ^nd 1,4 Gew.-% Emulgator II. Das Gemisch wird in Formen gegossen, die mit einem Trennmittel eingesprüht worden waren; die Formkörper können nach 2 Stunden entformt werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von erhärtenden Bindemitteln auf der Bnsis von Zement unter Zusatz von Emulsionen bituminösser Produkte und gegebenenfalls Kunststoffen, dadurch gekennzeichnet, daß man Emulsionen bituminöser Produkte verwendet, die als Emulgatoren grenzflächenaktive Betaine enthalten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Emulsionen verwendet, die als Emulgatoren Betaine der allgemeinen Formel