DE2809537C3

DE2809537C3 - Verfahren zur Herstellung von erhärtenden Bindemitteln auf der Basis von Zement

Info

Publication number: DE2809537C3
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: 1980-10-30
Also published as: FR2419261A1; GB2016485B; DE2809537A1; CH640206A5; DE2809537B2; GB2016485A; AT370395B; NL7901785A; ATA164379A; US4209337A; IT1116841B; IT7948193A0; BE874647A; FR2419261B1

Description

R³
NH- R²— Ν^θ— R⁵— COO⁹

R⁴

wobei
R¹

15

20

ein aliphatischer Kohlenwasserstoffrest mit 8 bis 22 Kohlenstoffatomen oder ein cycloaliphatische 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 jo

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-CH

R'-CO-N

wobei

R⁶ N®-R⁵-COO^e

^CH₂-CH/

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

COO⁹

R⁵
R¹—-C — N«—(CH₂),-R⁷

N-(CH₂K
wobei

R¹ und R⁵ die bereits angegebene Bedeutung haben und

50

55

enthalten.

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

b5 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 herzustellen, 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, mindestens einem Kurzbereichs-Fe-

stigkeitsbeschleuniger aus der Gruppe Calciumalumiriate, Kalke, Amine und Äthyienglykole 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 nichtflüchtigen 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 !0 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 Emulgators und zu einem unkontrollierten Brechen der Bitumenemulsion führen können. 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 könneu 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 und deren Brechverhalten entsprechend den anwendungstechnischen Bedingungen, z. B. durch Wahl der geeigneten Emulgatorkonzentration, in gewünschter Weise gesteuert werden kann. Hierdurch soll erreicht werden, daß die Bitumenemulsionen in der Lage sind, die Zementteilchen möglichst gleichförmig zu umhüllen, 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

ίο 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

jo 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.

bo 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

f, qi: 'crnäre Ammoniumgruppe, die intramolekular mit einer Säuregruppe, vorzugsweise mit einer Carboxylgruppe, zur inneren Salzbildung befähigt ist. Als Säuregruppen sind auch die von den Sauerstoffsäuren

5 6

des Schwefels oder Phosphors hergeleiteten Gruppen Lauroyl-Uamidopropyldimethylair.inopropionsäure-

geeignet Der hydrophone Rest ist in der Regel ein betain

Fettalkylrest mit 8 bis 22 Kohlenstoffatomen. Er kann _{c H}

auch der von der Naphthensäure hergeleitete Naphthe- ι ³

nylrest oder ein cycloaliphatischer Kohlenwasserstoff- -, _r ,. rnsiuiru , ~ν> r-u r-u γγλγλ-

. __:„ UnnijUJiMIICHi)) " IN CH₂CH₂ CUU"

Vorzugsweise werden als Emulgatoren Betaine der J,

allgemeinen Formel ^u"³

R' i» Palmitoyl - l,2amidoälhyl - dimethylaminoessigsäure-

I betain

R¹CO-NH-R²—N*—R^s—COO⁰ CH,

/— IJ

verwendet In dieser Formel hat R¹ die Bedeutung eines '

vorzugsweise geradkettigen aliphatischen Kohlenwasserstoffrestes mit 8 bis 22 Kohlenstoffatomen oder die Weitere geeignete Betaine sind solche der Forme)
Bedeutung eines cycloaliphatischen Kohlenwasserstoff- ₂o

restes. R² ist ein zweiwertiger Kohlen wasserstoff rest r t

mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen, der vorzugsweise /CH₂ C H₂ .. .

geradkettig ist. Besonders bevorzugt ist der Äthylen- ^i _Cq _N ^x^,e ^= COO

und Propylenrest. R³ und R⁴ sind gleich oder verschieden \ χ

und bedeuten einen einwertigen Kohlenwasserstoffrest y, ^CIl; — CH/

mit t bis 4 Kohlenstoffatomen, insbesondere den
Methylrest. R⁵ ist ein zweiwertiger Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise der wobei R' und R⁵ die bereits angegebene Bedeutung Methylen- oder Äthylenrest. Beispiele solcher Betaine haben. R^b ist ein einwertiger Kohlenwasserstoffrest mit sind jo 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, insbesondere der Methyirest.

Beispiele solcher Betaine sind

Stearoyl - l,3amidopropyl - dimethylaminoessigsaurebetain 1 Methyl - IcarboxymethyMacoylamidopiperazinium-

betain, wobei R¹ von Taigfettsäuren abgeleitet ist
CH, i>

I ("" H

C₁₇H₃₅CONK(Ch₂)J-⁸N-CH₂-COO /CH₂- CH₂^i

I R¹ — CO — N N®—CH₂COO^e

^CHl .ο ^CH₂-CH₂/

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

betain, wobei R¹ von Tallölfettsäuren abgeleitet ist
C₂H₅

I ^4> _Γιι ,"ti C₂Hs

C₁₇H₃₃CONH(CH₂J₂-^fflN— CH₂-COO⁶ /^- ²\ |

I R'-CO-N Ν^θ—(CH₂J₂COO'-

Acoyl-l^amidoäthyl-dia'thylaminopropionsäurebetain, Ein weiteres Beispiel eines geeigneten Betains ist ein

wobei der Acoylrest von Kokosölfettsäuren abgeleitet Betain folgender Formel

C₂H, COO^e

R¹CONH(CH₂J₂-^n-CH₂CH₂-COO⁰ R⁵

C₂H₅ ri_c —N^e—(CH₂J₁-R⁷

Il I

Myristoyl-l,4amido, l-nuuiyi-butyldiäthylaminoessig- N—(CH₂),
säiirebelain

CU, CH₂H₅ Ri _Und R⁵ haben wieder die bereits angegebene

I I _h1 Bedeutung, R⁷ ist ein Wasserstoff- oder Alkylrest oder

C₁MIi₇C-ONH-CH(CH.), ^l!'N —CH₂-COO" hat die Bedeutung einer Hydroxylgruppe, χ hat einen

j Wert von 2 oder 3, γ einen Wert von 1 oder 2. Beispiele

CM Is solcher Betaine sind

l-Methyl-lcarboxymethyl^oleyl-imidazoIinium-betain

coo^e

CH₂
R¹ —C —Ν^β —CHj R'Oleylresl

I! I

N-(CH₂),

1 - Hydroxyaryl - 1 -carboxyiithyl -2 - lauryl - imidazolinium-betain

COO⁹
CH₂I₂

R' — C — N®—(C H₃),OH
N-(CH₂),

R¹ = Laurylrest

1 -Methyl- l-tarboxymcthyl-2-stearyl-tetra-hydropyrimidinium-betain

COO¹¹
CH₂

R' —C — N* —CHj R¹ Stearylrest

Il I

Il I
N-(CH,).,

l-Hydroxyäthyl-l-carboxyälhyl-2-palmityl-tetnihydropyrimidinium-betain

COO¹'

i
(CH,),

R¹ —C — N*-(CH0,OH R¹ = Palmitylrest

Il I

N-(CH₂),

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, Fluorosilikate, 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

ι 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 120⁰C 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 hergestellt. Der Ladungssinn der dispersen Phase wurde durch Elektrophorese bestimmt Dementsprechend wurde der Ladungssinn der Teilchen und damit der Charakte; -¹ ■»- 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 III sind erfindungsgemäß, die Emulgatoren IV bis X sind nicht erfindungsgemäß.

Emulgator I == Acoyl-U-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 = l-Methyl-l-carboxymethyl-2-alkylimidazolinium-betain
(der Alkylrest ist von einem natürlichen Kokosfettsäuregemisch hergeleitet)

Emulgator IV = Kaliumseifen von Tallölfettsäuren (anionaktiv)

Emulgator V

Emulgator VI

Emulgator VII =

Emulgator VIII =

Emulgator IX

Emulgator X =

IO 10

Stearoyl-1,3-amidopropyl-trime-

thylammonium-chlorid

(kationaktiv)

Stearoyl-1,3-amidopropyldimethyl-

amin

(kationaktiv)

Gemisch von Talgfettpolyaminen unterschiedlicher Kettenlänge (kationaktiv)

Polycxyäthylen-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.-%

Eifindungsgemäß 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
VI	5.2
VII	5.3
VIII	6.1 6.2 6.3
IX	6.4 6.5
X

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 9,2

8,8 12,7

7.8

kationisch

neutral

anionisch

neutral

neutral neutral neutral

anionisch anionisch

kationisch kationisch kationisch

kationisch

neutral

anionisch

anionisch anionisch

anionisch

2. 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 beschrieben, 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.

	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	dezeil		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	100	40	30	360	-	1
	1.1*	100	10	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.-
		Gew.-	Teile	Teile	dezeit		Teile	Teile	Teile
		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
VI		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
IX	6.6	100	10	100	10	3	50	10	100	3
	Bewertung der Konsistenz	50			10
X	A) 1 = dünnflüssig		60

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

13

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 ^r> 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 mil PSZ

Umhüllung der l-'arbc Zementteilchen Mischungen mil EPZ

Umhüllung der Farbe
Zementteilchen

Erfindungsgemäß

.1 .2 .3 .4 .5

.1*

.4"

1.5*

2.1 2.2 2.3

3.1

3.2 3.3

gleichmäßig	Braunlärhung
gleichmäßig	Braunlarbung
noch gleichmäßig	dunkle Braunlarbung
gleichmäßig	Braunlarbung
gleichmäßig	Braunlarhung
in allen Füllen	schwarzbraun
gleichmäßige.	bis
guie Umhüllung	schwarz
gleichmäßig	(icker bis Braunfärbung
gleichmäßig	ocker bis Braunfarbung
gleichmäßig	ocker bis Braunfarbung
gut. gleichmäßig	dunkle Braunlarbung
gui. gleichmäßig	Braunfärbung
gut. gleichmäßig	Braunfärbung

gleichmäßig	intensive Braunlarhung
gleichmäßig	intensive Braunlarbung
gleichmäßig	intensive Braunlarbung
gleichmäßig	intensi\e Braunlarbung
gleichmäßig	inlensise Braunlarbung
in allen Fällen	schwarzbraun
gleichmäßige	bis
gute Umhüllung	schwarz
gleichmäßig	Braunfärbung
gleichmäßig	Braunfärbung
gleichmäßig	Braunfarbung
gleichmäßig	intensive Braunlarbung
gleichmäßig	intensive Braunfüibung
gleichmäßig	intensive Brauntarbung

Emulgator	Rezeptur	Mischungen mit PSZ	Farbe	Mischungen mil EPZ	Farbe
		Umhüllung der		Umhüllung der
		Zementteilchen		Zementteilchen
Nicht erfin
dungsgemäß			Graufärbung		Graufcrbune
IV	4.1	keine Umhüllung		keine Umhüllung
		möglich	Graufärbung	möglich	Graufarhunc
	4.2	keine Umhüllung		keine Umhüllung
		möglich	Graufarbung	möglich	Graufärbung
V	5.1	schlechte Umhüllung	Graufarbung	schlechte Umhüllung	Graufärbung
VI	5.2	keine Umhüllung		keine Umhüllung
		möglich	Graufarbung	möglich	Graufärbung
VII	5.3	schlechte Umhüllung	Graularbung	schlechteUmhüllung	graubraune Färbung
VIII	6.1	schlechte Umhüllung	leichte Braunfärbung	schlechte Umhüllung	graubraune Färbunc
	6.2	schlechte Umhüllung	heterogene	schlechte Umhüllung	Graufart-jng
	6.3	teilweise Umhüllung	Braunfärbung	schlechte Umhüllung

	Re/epu;	15	28 09 537	16	Farbe

loiiset/iing		Mischungen mit PSZ		Mischungen mit EPZ	graubraune Färbunj
Emulgator	6.4	Umhüllung der		Umhüllung der
		Zenientteilchen	Farbe	Zementteilchen	graubraune Färbuni
		befriedigende		befriedigende
IX		Umhüllung	graubraun	Umhüllung	mattes
	6.6	befriedigende		befriedigende	dunkelbraun
		Umhüllung	graubraun	Umhüllung
		gute Umhüllung		gute Umhüllung
X		mattes graubraun

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

4. Beispiele für die Verwendung der erfindungsgemäß

einzusetzenden Emulsionen j-,

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

66 kg Rundsand 0/2

66 kg Brechsand 0/3 ^!"

66 kg Portlandzement 450 F

innig gemischt und hierauf unter ständigem Weitermischen

18 kg Wasser und ^r>

90 kg erfindungsgemäß zu verwendende Bitumenemulsion

zugegeben.

Die erfindungsgemäß zu verwendende Bitumenemulsion wird hergestellt durch Emul fieren von

65 Gew.-°/o Bitumen der Pt netration 65 in 35Gew.-°/o Wasser,

welches r>

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

enthält.

Die fertige Mischung wird zum Unterpumpen von -,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 colche 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. (,ο

b) Kaltgußasphalt-Estrich In einem Zyklomischer werden

70 kg Moränesplitt 2/5

70 kg Moränebrechsand 0/3 ^hJ

22 kg Portlandzement PZ 250

innig gemischt und hierauf

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

32 kg erfindungsgemäß zu verwendende Bitumenemulsion
zugesetzt.

Die erfindungsgerr.äß zu verwendende Bitumenemulsion wird hergestellt durch Emulgieren von

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

welches

1,0 Gew.-°/o Emulgator I und
0.3 Gew.-o/o KOH 45%ig

enthält.

Die fertige Mischung wird innerhalb 30 Minuten als 2,5 cm dicke Estrichschicht auf einem Untergrund aus Magerbeton aufgezogen. Nach etwa 3 Stunden, je nach Temperatur, erfolgt die erste, nach etwa 24 Stunden die zweite Glättung. Der Estrich ergibt nach dem vollständigen Abbinden Eindrucktiefen von 2,5 mm bei 20⁰C, 10 kg/cm² Belastung und 5 Stunden Meßdauer.

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

20Gew.-% Rundsand 0/2

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

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

5 Gew.-°/o Portlandzement PZ 350 und

6 Gew.-°/o Bitumenemulsion gemäß Ausführungs

beispiel 1

gemischt. Die Mischung wird auf dem vorbereiteter Straßenplanum mittels eines Graders oder eine; Fertigers in 15 cm Schichtstärke ausgebreitet und durch Walzen verdichtet. Der weitere Aufbau der Straße kanr 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
Rundkies 2/5 mm
Rundsand 0,71 /2 mm
Rundsand 0,09/0,71 mm
Füller unter 0,09 mm

68,0Gew.-% 2,0Gew.-%

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

100,0 Gew.-o/o

030 244/335

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 Easis 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