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Abbindebeschleuniger für Zement und Beton
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Die Erfindung betrifft Abbindebeschleuniger für Zement und Beton auf
Basis von Aluminiumverbindungen und deren Anwendung.
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Abbindebeschleuniger für Zement und Beton werden in letzter Zeit in
immer größerem Umfang eingesetzt. Sie werden bei der Verarbeitung von Zement bei
tiefen Temperaturen und insbesondere zur Herstellung von fertigen Betonbauplatten
benötigt.
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Es sind eine große Zahl von Beschleunigern auf dem Markt.
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Verwendet werden Alkalicarbonat, Wasserglas, Aluminiumverbindungen
wie Natriumaluminat, Tonerdezement sowie Erdalkalichloride.
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Ferner sind als Beschleuniger bekannt: Lignosulfonat, Acrylate, Lithiumsalze,
Nitrat, Dialuminiumpentahydroxychlorid, Alkalifluorid, Calcium-Hydroformiat und
Natriumthiosulfat.
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Obgleich diese Produkte in großer Menge eingesetzt werden, weisen
sie in der Praxis viele Mängel auf. Der Erhärtungsverlauf wird vielfach stark beeinträchtigt,
d.h. die Endfeatigkeit wird herabgesetzt. Außerdem wird die Erstarrung des Betons
wohl beschleunigt, aber die Erhärtung herabgesetzt. Erdalkalichloride verschlechtern
die Erhärtung nicht, sie wirken jedoch korrosionsfördernd auf die verwendeten Baustahlarmierungen
und sind deshalb in ihrer Zusatzmenge begrenzt, bzw. bei Spannbeton unzulässig.
Die alkalihaltigen, lõslichen Produkte ergeben meist starke Ausbthungen an den fertigen
Betonteilen und werden deshalb vielfach abgelehnt.
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Am besten haben sich bisher solche Abbindebeschleuniger bewährt, die
aus Alkali- oder Erdalkalialuminaten bestehen, da deren Einfluß auf die Festigkeitsentwicklung
nur gering ist und sie
keine Ausblühungen bzw. Horrosiomserscheinungen
bewirken. Die Dosierung dieser Oeschleuniser muß jedoch sehr exakt vorgenommen werden,
da sie bei Überdosierung eine sehr hohe Beschleunigungswirkung haben, so daß die
Verarbeitung des Zements bzw. Betons praktisch unmöglich wird.
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Nach F.Keil in WTagungsberichte der Zementindustrie" 7 (1952) S.213
- 225 werden allgemein Chloride und Nitrate als Beschiuniger angesehen, während
Sulfate und Phosphate die Erstarrung verzögern mit Ausnahme von Zinkchlorid, das
wie alle Zinksalze das Erstarren völlig verhindert, und Aluminiumsulfat, das beschleunigend
wirkt.
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Alkaliphosphate sind allgemein als Abbindeverzögerer bekannt.
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Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß Aluminiumphosphat mit
einem Al203 : P205 - Verhältnis wie 1,5 : 3 auf Zement und Beton als Beschleuniger
wirkt. Es ist vollkommen überraschend, daß speziell das Aluminiumphosphat mit einem
Al203 P 205 -Verhältnis wie 1,5 : 3 als ausgezeichneter Abbindebeschleuniger wirkt.
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Es hat sich nämlich herausgestellt, daß Aluminiumphosphat mit einem
Al 203 : P 205 - Verhältnis wie 1 : 3 selbst noch in großer Zusatzmenge als Abbindeverzagerer
wirkt. Aluminiumphosphat mit einem Verhältnis Al203 : P 205 wie 2:3 hat wenig Einfluß
auf die Erstarrungseigenschaften von Zement, insbesondere auf das Erstarrungsende,
zumindest nicht in handelsüblichen Zusatzmengen.
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Trialuminiumphosphat mit einem Verhältnis Al203 : 205 wie 1:1 wirkt
in niedrigen Zusatzmengen bis ca. 1 % als Abbindeverzögerer, während es bei höherer
Menge beschleunigend wirkt, wobei bei einer Zusatzmenge von 1,5 % bereits das Maximum
erreicht ist.
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Dieses sogenannte "Umschlagen" der Zusatzmittel wird in der Praxis
gefürchtet, da ein sehr genaues Einhalten der zugesetzten Gewichtsmengen bei der
Anwendung meist nicht möglich ist.
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Das Abbindeverhalten von verschiedenen Aluminiumverbindungen gegenüber
Portlandzement PZ 350 F geht aus Tabelle 1 hervor: Tabelle 1 2 % Zusatzmittel Abbindebeginn
Abbindeende in Minuten in Minuten ohne Zusatz 165 230 Aluminiumchlorid krist. 40
85 Aluminiumsulfat krist. 45 95 Natriumaluminat 15 20 Monoaluminiumphosphat Al203
: P205 5 1:3 280 561 sek.Aluminiumphosphat A1203 : P205 = 2:3 77 206 tert .Aluminiumphosphat
A1203 : P205 = 1:1 65 180 Aluminiummetaphosphat 210 260 Sekundäres und tertiäres
Aluminiumphosphat bewirken bei 2%igem Zusatz zu PZ 350 F eine gewisse Abbindebeschleunigung,
zumindest auf den Abbindebeginn. Bei Prüfung von anderen Zusatzmengen ist jedoch
das unvorteilhafte Verhalten dieser Aluminiumphosphate und von Natriumaluminat erkennbar,
was aus Tabelle 2 hervorgeht.
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Tabelle 2 Zusatzmittel X Zusatz Abbindebeginn Abbindeende in Minuten
in Minuten 167 233 sek.Aluminiumphosphat 0,5 232 292 1,0 204 280 2,0 77 206 3,0
73 222 tert.Aluminiumphosphat 0,5 294 394 1,0 125 300 1,5 32 152 2,0 65 180 Natriumaluminat
0,5 39 154 1,0 3 6 1,5 2 3 2,0 15 20
Im Gegensatz hierzu wurde gefunden,
daß Aluminiumphosphat mit einem Al 203 : P 205 - Verhältnis wie 1,5 : 3 eine stetige
Reschleunigung auf Portlandzement 350 F mit steigender Zusatzmenge ausübt, was aus
Tabelle 3 hervorgeht.
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Tabelle 3 Portlandzement 350 F Zusatzmittel X Zusatz Abbindebeginn
Abbindeende in Minuten in Minuten Aluminiumphosphat 0,5 120 280 Al203 : P205 1,0
65 120 = 1,5 : 3 2,0 35 55 3,0 19 49 Auch gegenüber anderen Zementsorten wie Portlandzement
450 F und Tonerdezement z.B. Alcoa CA 25 werden ähnlich gute Werte für die Abbindebeschleunigung
erhalten.
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Folglich ist bei Zusatz von Aluminiumphosphat Al203 : P205 = 1,5:3
die Zusatzmenge nicht so sehr kritisch wie bei anderen Abbindebeschleunigern, so
daß kleine Schwankungen in der Dosierung das Ergebnis nur geringfügig verschieben
und nicht vollständig verändern.
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Der Festigkeitsverlauf eines mit Abbindebeschleuniger Aluminiumphosphat
Al203 : P205 = 1,5:3 behandelten Portlandzements 350 F zeigt sowohl hinsichtlich
der Druckfestigkeit als auch der Biegezugfestigkeit sehr gute Ergebnisse, so daß
selbst bei Zusätzen von 2 X Festigkeiten erhalten werden, die über denjenigen des
unbehandelten Zements liegen. Es tritt also neben der Erstarrungsbeschleunigung
eine deutliche Erhärtungsbeschleunigung ein.
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In Abbildung 1 werden Druckfestigkeit und Biegezugfestigkeit von Portlandzement
350 F bei Zusatz von Aluminiumphosphat 2 Al203 : P205 = 1,5 : 3 in kp/cm in Abhängigkeit
von der Zusatzmenge angegeben und zwar nach 24 Stunden, 7 und 28 Tagen.
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Ein ähnlicher Verlauf wird bei Portlandzement 450 F gefunden.
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Es wurde ferner gefunden, daß die gute Abbindebeschleunigung von Aluminiumphosphat
Al203 : P205 = 1,5 : 3 durch den Zusatz von Natriumaluminat erhöht werden kann,
ohne daß eine zu schnelle Erstarrung des Zements eintritt.
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Dabei ergeben Mischungsverhältnisse in Gewichtsteilen von 6:1 bis
0,5:1 sehr gut brauchbare Abbindebeschleuniger, wobei die Mengenverhältnisse nach
beiden Seiten hin überschritten werden können. Insbesondere stellen Mischungen von
Aluminiumphosphat Al203: P205 = 1,5:3 und Natriumaluminat im Verhältnis 3:1 bis
1:1 ausgezeichnete Abbindebeschleuniger dar.
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Die Druckfestigkeit und die Biegezugfestigkeit des Zements wird durch
solche Mischungen nicht ungünstig beeinflusst wie Abbildung 2 und Abbildung 3 zeigen.
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Die Zusatzmenge des Aluminiumphosphats Al203 : P205 = 1,5:3 sowie
dessen Mischungen mit Natriumaluminat zu Zement richtet sich nach der gewünschten
Abbindezeit, die erreicht werden soll.
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Sie ist auch von der Art des Zements abhängig und muß auf diesen abgestimmt
werden.
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Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung erläutern, ohne sie einzuschränken.
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Beispiel 1 Portlandzement 450 F wurde mit 2 % Aluminiumphosphat Al203:Pz05
= 1,5:3 gemischt und dann mit der dem Wasserwert entsprechenden Anmachwassermenge
versetzt. Zur Prüfung des Abbindeverhaltens wurde die Mischung in den "Vicat"-Ring
gegeben und die Bestimmung nach DIN 1164 mit dem Nadelgerät vorgenommen.
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Es wurde ein Abbindebeginn nach 55 Minuten Abbindeende nach 125 Minuten
festgestellt, während der unbehandelte Zement einen Abbindebeginn nach 150 Minuten
und ein Abbindeende nach 200 Minuten aufwies.
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Die Druckfestigkeit betrug nach 2 2 7 Tagen : 440 kp/cm gegenüber
410 kp/cm bei unbehandeltem Zement 2 2 28 Tagen : 550 kp/cm gegenüber 530 kp/cm
bei unbehandeltem Zement.
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Beispiel 2 Es wurde eine Mischung von Alcoa Tonerdezement CA 25 mit
1 X Aluminiumphosphat Al203 : P205 = 1,5:3 hergestellt und wie in Beispiel 1 weiterbehandelt.
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Der Abbindebeginn betrug 17 Minuten gegenüber 23 Minuten bei unbehandeltem
Zement.
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Das Abbindeende lag bei 30 Minuten gegenüber 60 Minuten bei unbehandeltem
Zement.
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Beispiel 3 Es wurde eine Mischung aus 3 Gew.Teilen Aluminiumoxyd Al203
: P205 = , 1,5 : 3 und 1 Gew.Teil Natriumaluminat gemischt und in einer Menge von
1 X zu Portlandzement 350 F gegeben und wie in Beispiel 1 weiterbehandelt.
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Es wurde ein Abbindebeginn von 70 Minuten gegenüber 155 Minuten bei
unbehandeltem Zement und ein Abbindeende von 125 Minuten gegenüber 300 Minuten bei
unbehandeltem Zement festgestellt.
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Die Biegezugfestigkeit war nach 24 Std. , 7 Tagen und 28 Tagen unverändert.
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Die Druckfestigkeit betrug 2 2 nach 24 Stunden : 190 kp/cm gegenüber
150 kp/cm bei unbehandeltem Zement 2 2 nach 7 Tagen : 425 kp/cm gegenüber 375 kp/cm
2 2 nach 28 Tagen : 525 kp/cm gegenüber 525 kp/cm « Beispiel 4 Es wurde eine Mischung
aus 1 Gew.Teil Aluminiumphosphat Al 203 :P 205 = 1,5:3 und 1 Gew.Teil Natriumaluminat
hergestellt und diese in einer Menge von 0,5 % Portlandzement 450 F zugemischt und
wie in Beispiel 1 weiterbehandelt.
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Der Abbindebeginn betrug 65 Minuten gegenüber 150 Minuten bei unbehandeltem
Zement.
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Das Abbindeende lag bei 95 Minuten gegenüber 200 Minuten bei unbehandeltem
Zement.
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Beispiel 5 Von einer Mischung aus 3 Gew.-Teilen Aluminiumphosphat
Alu03 P 205 = 1,5 : 3 und 1 Gew.-Teil Natriumaluminat, wurden 3 % zu Hochofenzement
gegeben und wie in Beispiel 1 weiterbehandelt.
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Es wurde ein Abbindebeginn von 10 Minuten gegenüber 170 Minuten bei
unbehandeltem Zement und ein Abbindeende von 26 Minuten gegenüber 270 Minuten bei
unbehandeltem Zement festgestellt.