DE3235094A1 - Verfahren zur herstellung von luftporen-flugaschebetonmassen - Google Patents

Verfahren zur herstellung von luftporen-flugaschebetonmassen

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DE3235094A1 DE19823235094 DE3235094A DE3235094A1 DE 3235094 A1 DE3235094 A1 DE 3235094A1 DE 19823235094 DE19823235094 DE 19823235094 DE 3235094 A DE3235094 A DE 3235094A DE 3235094 A1 DE3235094 A1 DE 3235094A1
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Betongemisches mit einem Gehalt an Luftporen (LP)-Flugasehezeraent.
Es ist bekannt, dass LP-Flugaschebetonmassen verschiedene Vorteile aufweisen, z.B. gewährleisten sie eine verbesserte Verarbeitbarkeit beim Betonieren, erfordern weniger Wasser pro Volumeneinheit Betonmasse, erhöhen die Langzeitfestigkeit,die Wasserdichtheit und -beständigkeit und verringern die exotherme Hydratationswärme, die sich aufgrund einer kugellagerähnlichen Wirkung von Flugasche, der Bindungswirkung der Zementbestandteile mit dem in der Flugasche enthaltenen Silicat, der Luftporenwirkung durch Zugabe des Luftporenmittels und der Verdünnungswirkung der Zementbestandteile durch Zusatz von Flugasche zur Beton-
1^ masse ergibt.
Flugasche enthält jedoch unbestimmte Mengen an unverbrannter Kohle (bzw. Kohlenstoff ),die das Luftporenmittel absorbiert, wodurch sich eine verminderte Luftporenwirkung ergibt und es schwierig wird, die Menge der in den Flugasche beton einzuschliessenden Luft zu kontrollieren. Aus diesen Gründen wird zur Herstellung von Flugaschebeton vorzugsweise Flugasche mit einem möglichst geringen Gehalt an unverbrannter Kohle verwendet. Eine derartige Flugasche ist jedoch nicht leicht erhältlich. Wird zur Herstellung von LP-Flugaschebeton unter Verwendung von Flugasche mit einem Gehalt an unverbrannter Kohle beispielsweise das unter der Handelsbezeichnung "Vinsol" von der Yamaso Kagaku K.K. vertriebene Luftporenmittel in der üblichen, vom Hersteller angegebenen Menge zu einer Flugasche-
betonmasse gegeben, so liegt der Luftanteil in der erhaltenen Betonmasse weit unter dem gewünschten Wert, so dass sich eine Betonmasse mit dem gewünschten Luftgehalt nicht erhalten lässt. Eine Möglichkeit, um die gewünschte Luftmenge in der LP-Flugasche zu gewährleisten, besteht darin, im Vergleich
zu üblichen Mengen die 3- bis 5-fache Menge an Luftporen-
j mittel zuzusetzen und die jeweilige Menge empirisch je nach den Qualitäts- und Quantitätsschwankungen der verwendeten Flugasche festzulegen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die zuzusetzende Menge an Luftporenmittel zu bestimmen, indem man vorher unter Anwendung des Methylenblau-Absorptionstests die Menge des durch die Flugasche adsorbierten Luftporenmittels bestimmt. Diese Methoden komplizieren jedoch nicht nur das Verfahren beträchtlich, sondern sind auch Ursache für eine Adsorption des Luftporenmittels an unverbrannter Kohle während JO des Transports von Fertigbetons in LKW-Mischern, was zusammen mit üblichen natürlichen Entgasungserscheinungen zu einer Abnahme der Luftmenge in Fertigbeton führt. Somit ist die Kontrolle der Luftmenge in LP-Flugaschebetonmassen mit Problemen behaftet.
Aufgabe der Erfindung 1st es, die Nachteile von herkömmlichen Luftporenmitteln zu beseitigen und ein Verfahren zur Herstellung von LP-Flugaschebetonmassen zur Verfügung zu stellen, bei denen die vorgenannten Schwierigkeiten nicht auftreten.
Erfindungsgemäss wurde festgestellt,,dass LP-Flugaschebetonmassen, bei denen der Luftanteil durch in der Flugasche enthaltene unverbrannte Kohle nicht beeinflusst wird, hergestellt werden können, indem man ein lipophiles grenzflächenaktives Mittel vom Typ der Sorbitanester mit höheren aliphatischen Säuren, insbesondere ein wasserlösliches Polyoxyäthylensorbitanoleat, verwendet. Ein derartiges Oleat wird durch in der Flugasche enthaltene unverbrannte Kohle im wesentlichen nicht adsorbiert und zeigt eine ausgezeichnete Luftmitreisswirkung.
Nachstehend sind verschiedene Versuche zur Beurteilung der Eigenschaften von Luftporenmitteln beschrieben.
L -J
3 2 3 5 O 9 A
Versuch 1
Als Luftporenmittel wird wasserlösliches Polyoxyäthylensorbitanoleat mit 28 Mol Kthylenoxidgruppen in einem Molekül (Handelsprodukt "Sorbon T-80" der Toho Kagaku Kogyo K.K.) verwendet. In einem Vergleichsversuch wird das unter der Handelsbezeichnung "Vinsol" von der Yamaso Kagaku K.K. vertriebene hydrophile grenzflächenaktive Mittel verwendet.
Wie aus Tabelle I hervorgeht, werden 3 verschiedene Typen von Flugasche mit unterschiedlichen Gehalten an unverbrannter Kohle, die somit eine unterschiedliche Adsorption von Methylenblau zeigen, verwendet.
Tabelle I
Flugasche- Glühver- Methylenblau- spezifisches spezifische
typ lust (%) adsorption Gewicht Oberfläche
(mg/g) (cm /g)
1 2,1 0,38 2,12 3430
2 4,0 0,59 2,18 3320
3 5,8 0,90 2,14 3750
Die vorgenannten Flugaschetypen werden zunächst mit normalem Portlandzement in einem Gewichtsverhältnis von 2:8 (Flugasche: normaler Portlandzement) vermischt, wodurch Flugaschezementmassen erhalten werden. Das Mischungsverhältnis für LP-Flugaschebeton wird durch Mischungsversuche bestimmt, wobei man den gewünschten Luftgehalt nach Mischen des Betons auf 4,5 Volumenprozent, das gewünschte Setzmass auf 18 cm und ein Wasser/Flugaschezement-Gewichtsverhältnis von 55,0 Prozent einstellt. Es ergeben sich die in Tabelle II aufgeführten Mischungsverhältnisse.
L J
Tabelle II
1) 2) M5 C4 S^ Gö W/C (%) S/a (%) (kg/m3) (kg/m3) (kg/m3) (kg/m3)
55,0
38,0
165
300
692
1159
Anmerkungen: 1) Wasser/Flugasche-Gewichtsverhältnis
2) Volumenverhältnis von Flussand (S) zu gesamtem Aggregat (a)
3) Menge an Wasser pro Kubikmeter Betonmasse
4) Menge an Flugaschezement Dro Kubikmeter Betonmasse, wobei der Flugascheanteil 20 Gewichtsprozent beträgt
5) Menge an Flussand pro Kubikmeter Betonmasse
6) Menge an Flusskies pro Kubikmeter Betonmasse
Anschliessend wird die Menge an Luftporenmittel, die zur Erzielung der gewünschten Luftmenge von 4,5 Volumenprozent in einer LP-Flugaschebetonmasse erforderlich ist, an Betonmischungen, deren Zusammensetzung mit Ausnahme des Luftporenmittels identisch ist, ermittelt. Die Ergebnisse sind in Tabelle III zusammengestellt.
Adsorption von Methylenblau an der Flugasche
Tabelle III
Luftporenmittel Typ Menge
Luft- Setzgehalt mass (%) (cm)
Druckfestigkeit
(kg/cm2) 7 Tage 28 Tage
0,28
Sorbon T-80
212
4,7 18,5
175
274
Vinsol 165 4,6 18,5 177 266
0,59 Sorbon
T-80		 220 4,5 18,5 174 270
Vinsol 240 4,4 18,0 172 259
0,90 Sorbon
T-80		 224 4,3 18,0 170 282
Vinsol 540 4,5 18,5 157 249
Tabelle III zeigt, dass bei Verwendung von Sorbon T-80 die gewünschte Luftmenge in der Betonmasse auch bei schwankenden Werten für die Adsorption von Methylenblau an der Flugasche erreicht werden kann, ohne dass die Menge an Sorbon T-80 wesentlich verändert werden muss. Dies zeigt, dass die Wirkung von Sorbon T-80 durch den Anteil an unverbrannter Kohle in der Betonmasse nicht beeinflusst wird, während bei Verwendung von Vinsol die Vinsolmenge linear mit zunehmender Adsorption von Methylenblau an der Flugasche zunimmt.
Versuch 2
LP-Flugaschebetonmassen werden hergestellt, indem man Flugasche der in Tabelle IV angegebenen Eigenschaften mit normalem Portlandzement (C), Flussand (S), Flusskies (G), Wasser (W) und Luftporenzusätzen in den in Tabelle V angegebenen Verhältnissen mischt. Als Luftporenzusatz werden 7 Polyoxyäthylensorbitanoleate mit Athylenoxidmolanteilen von 12, 16, 28, 34, 41 bzw. 46 verwendet.
Tabelle IV
Glühverlust
4,0
Adsorption von Methylenblau (mg/g)
spezifisches Gewicht
0,59
2,18
spezifische
Oberfläche
(cm^/g)
3320
Tabelle V
Luft-W/C S/a WC S G porenmittel
(%) (%) (kg/m3) (kg/m3) (kg/m3)(kg/m3) (g/m3)
55,0
38,0
165
300
692
1159
220
Anmerkung: C: Flugaschezement mit einem Anteil an 20 Gewichtsprozent Flugasche
- 7 * Die Ergebnisse sind in Tabelle VI zusammengestellt.
Tabelle VI (cm) Druckfestigkeit (kg/cm2)
Molmenge an einge Luftgehalt Setzraass 16,0 7 Tage 28 Tage
bautem Ethylenoxid (%) 17,0 188 290
12 1,5 18,0 181 282
16 2,4 18,5 180 276
23 3,6 18,0 174 270
28 4,5 17,5 176 275
33 3,8 16,5 179 277
41 2,7 185 288
46 1,8
Tabelle VI zeigt, dass der Luftgehalt in der Betonmasse abnimmt, wenn die Molmenge an pro Molekül Polyoxyäthylensorbitanoleat eingebauten Sthylenoxidgruppen weniger als 16 oder mehr
als 41 beträgt.
20
Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur Herstellung von Luftporen-Flugaschebetonmassen, bei dem ein Aggregat, Wasser und ein Luftporenmittel mit Flugaschezement vermischt werden, das dadurch gekennzeichnet ist, dass als Luftporenmittel Polyoxyäthylensorbitanoleat mit 16 bis 41 molaren Äthylenoxidgruppen pro Molekül Oleat verwendet wird.
Im erfindungsgemässen Verfahren kann als Zement anorganischer hydraulischer Zement, wie Portlandzement, Portland-Hochofen-
zement, Tonerdezement und dergleichen, verwendet werden. Als Flugasche können sämtliche feinen Aschen verwendet werden, die an Rauchgasreinigern bei der Kohlenstaubfeuerung anfallen. Als Polyoxyäthylensorbitanoleat zur Verwendung als Luftporenmittel können wasserlösliche Produkte eingesetzt
werden, die 16 bis 41 und vorzugsweise 2 3 bis 33 Mol Äthylen-
L J
1 oxidgruppenipro 1 Molekül Oleat enthalten. Bei weniger als Mol Äthylenoxidgruppen nimmt die Wasserlöslichkeit des Luftporenmittels ab, so dass nach dem Mischen mit Wasser ein suspensionsartiges Produkt entsteht und die Luftporenwirkung abnimmt, wodurch derartige Produkte für die praktische Anwendung ungeeignet sind. Bei einem Äthylenoxidanteil von mehr als 41 Mol nimmt die oberflächenaktive Wirkung rasch ab, so dass eine Verwendung als Luftporenmittel trotz gegebener Wasserlöslichkeit nicht in Frage kommt.
Der Grund, warum das erfindungsgemäss verwendete Polyoxyäthylensorbitanoleat durch die Anwensenheit von unverbrannter Kohle in der Flugasche nicht beeinflusst wird, ist nicht bekannt. Möglicherweise beruht dies auf der Wirkung der- Doppelbindungen in der Oleatgruppe oder auf der Tatsache, dass die hydrophilen Äthylenoxidgruppen in der speziellen Molmenge und die lipophile Oleatgruppe sich gegenseitig beeinflussen. Das PoIyoxyäthylensorbitanoleat übt somit seine grenzflächenaktive Wirkung aus, ohne dass es an unverbrannter Kohle adsorbiert wird. Somit kann das Mitreissen einer gewünschten Luftmenge erreicht werden, ohne dass es zu wesentlichen Schwankungen an mitgerissener Luft in Abhängigkeit von der Zeit kommt.
Die Menge des im erfindungsgemässen Verfahren verwendeten Polyoxyäthylensorbitanoleats beträgt 0,03 bis 0,1 Prozent und liegt vorzugsweise in der Grössenordnung von 0,07 Prozent. Auf diesen Anteil hat die Menge an Flugasche und die Menge an unverbrannter Kohle in der Flugasche praktisch keinen Einfluss. Vorzugsweise wird die entsprechende Menge durch Mischversuche festgelegt.
Bei der erfindungsgemässen Herstellung von LP-Flugaschebetonmasseri wird das Polyoxyäthylensorbitanoleat in Wasser gelöst. Diese Lösung wird sodann mit Zement, Flugasche, Aggregat und Mischwasser, ähnlich wie im Fall von herkömmlichen Luftporenmitteln, vermischt. Beliebige handelsübliche grenzflachen-
L . J
aktive Mittel, wie Zementdispergiermittel, Mittel zur Verringerung des Wassergehalts und dergleichen, können zusammen mit den erfindungsgemässen Betonmassen verwendet werden, ohne dass deren Eigenschaften nachteilig beeinflusst werden.
Bei der Herstellung der erfindungsgemässen Betonmassen tritt im fertig gemischten Beton keine Veränderung des Anteils an mitgerissener Luft während des Transports in einem LKW-Mischer ein. Es treten auch keine Härtungserscheinungen auf, die im allgemeinen als "Luftabfall" oder "Slumpabfall" bezeichnet werden. Sollten die letztgenannten Erscheinungen auftreten, so nur in minimalem Umfang.
Die Beispiele erläutern die Erfindung.
Beispiel 1
Flussand, ein künstliches leichtes Aggregat (grobkörniges Aggregat), handelsübliches Sorbon-T (Polyoxyäthylensorbitanoleat mit 28 Mol Kthylenoxidgruppen pro Oleatmolekül werden zu Flugaschezement vom Typ B gemäss JIS (japanische Industrienorm), der 18 Prozent Flugasche enthält, gegeben und zu einer LP-Flugaschebetonmischung der in Tabelle VII angegebenen Zusammensetzung vermischt. In Tabelle VII ist für Vergleichszwecke auch ein Produkt mit einem Gehalt an dem handelsüblichen Luftporenmittel "Vinsol" angegeben.
Tabelle VI1 Luftporenmittel
W/C S/a W3 C - S, G , Sorbon Vinsol (%) (%) (kg/m3) (kg/m5) (kg/nP) (kg/ur3) T-80
50,0 50,5 190 380 823 398 2* 285
In Tabelle VII bedeutet C Flugaschezement vom Typ B, S groben Sand und G ein künstliches leichtes Aggregat mit einer Korngrösse im Bereich von 5 bis 15 nun. Die in Tabelle VII ange-
L J
gebenen Mengen an Luftporenmittel werden so festgelegt, dass der Luftanteil in der Betonmasse und das Setzraass die gewünschten Werte erreichen.
Die Untersuchungsergebnisse für die vorgenannten LP-Flugaschebetonmischungen sind in Tabelle VIII zusammengestellt.
Tabelle VIII
Luftgehalt (%) nach 30
Minuten		 nach 60
Minuten		 Setzmass (cm) nach 30
Minuten		 Druckfestig
keit des		 91
Luftporen
mittel		 direkt
nach dem
Mischen		 5,6 5,6 direkt
nach dem
Mischen		 19,5 nach 60 Be T%feS *
Minuten 7 28		 358
Sorbon
T-80		 5,4 3,9 3,2 20,0 18,5 18,5 225 329 352
Vinsol 5,5 20,0 16,5 222 314
Tabelle VIII zeigt, dass es bei der erfindungsgemässen Betonmasse zu keinem Abfall des Luftgehalts kommt, während bei der Vergleichsmasse mit einem Gehalt an "Vinsol" das Absinken des Luftgehalts nach 60 Minuten 23 Prozent beträgt. Ein derartiges Absinken des Luftgehalts führt bei der Anwendung der Betonmasse zu Schwierigkeiten.
Sowohl bei der erfindungsgemässen Masse als auch bei der Vergleichsmasse kommt es zu einem Absinken des Setzmasses, jedoch beträgt der Abfall bei der erfindungsgemässen Masse nur etwa die Hälfte des Werts bei der Vergleichsmasse und ausserdem bleibt der Wert nach 60 Minuten in der gleichen Grössenordnung, so dass bei den erfindungsgemässen Betonmassen keine speziellen Probleme auftreten, während bei der Betonmasse für Vergleichszwecke das Absinken so gross ist, dass bei der praktischen Anwendung Schwierigkeiten auftreten.
Das erfindungsgemäss verwendete spezielle Luftporenmittel zeigt keinen nachteiligen Einfluss auf die Druckfestigkeit des gehärteten Betons.
Beispiel 2
Flussand, ein grobes Aggregat (Gemisch aus Flusskies und zerkleinertem Kalkstein im Gewichtsverhältnxs 1:1), handelsübliches "Sorbon T-80" (Addukt mit 28 Mol Äthylenoxid) und Wasser werden zu Flugaschezement vom Typ A gemäss JIS, der 9 Gewichtsprozent Flugasche enthält, gegeben und in dem in Tabelle IX angegebenen Mischungsverhältnis zu einem LP-Luftporenbeton vermischt. In Tabelle IX ist für Vergleichszwecke auch ein Gemisch mit "Vinsol" als handelsüblichem Luftporenmittel angegeben.
Tabelle IX
W/C
S/a
(kg/m3) (kg/m3) (kg/tn3) (kg/m3)
Luftporenmittel Sorbon Vinsol T-80
54,9
42,5
161
293
1085 210
165
Anmerkungen: C: Flugaschezement vom Typ A S: Grubensand
G: Gemisch aus Flussand und zerkleinertem Kalkstein im Gewichtsverhältnis 1:1
Die mit den vorgenannten LP-Flugaschebetonmassen erhaltenen üntersuchungsergebnisse sind in Tabelle X zusammengestellt.
30 35
- 12 -
Tabelle X Druckfe-
Luftgehalt (%) Setzmass (cm) stigkeit
Luftporen- direkt nach 30 nach 60 direkt nach 30 nach 60 des Betons
mittel nach dem Minuten Minuten nach dem Minuten Minuten (kg/cm)
Mischen Mischen Tage
Sorbon 4,0 4 ,5 4 ,3 16,0 15 ,5 15,0 7 28 91
T-80 4,5 3 ,6 2 ,4 16,0 15 ,0 13,5 218 305 345
Vinsol 211 289 326
10
15
20 25
Tabelle X zeigt, dass bei der Betonrnasse mit einem Gehalt an "Sorbon" T-80 im Verlauf der Zeit kein Absinken des Luftgehalts eintritt, während bei der Vergleichsbetonmasse nach 60 Minuten ein Absinken des Luftgehalts von 4,5 auf 2,4 Prozent eintritt, was in der Praxis zu Schwierigkeiten führt.
Sowohl bei der erfindungsgemässen Betonmasse als auch bei der Vergleichsbetontnasse kommt es zu einem Abfall des Setzmasses, jedoch beträgt das Absinken bei der erfindungsgemässen Masse nur etwa die Hälfte des Werts bei der Vergleichsmasse. Ferner ist das Setzmass bei der erfindungsgemässen Masse nach 6G Minuten stabil, so dass keine speziellen Probleme auftreten. Demgegenüber ist bei der Vergleichsmasse das Absinken so gross, dass Schwierigkeiten entstehen. Das spezielle Luftporenmittel in der erfindungsgemässen Betonmasse übt keinen nachteiligen Einfluss auf die Druckfestigkeit des gehärteten Betons aus, sondern führt sogar zu einem Anstieg der Druckfestigkeit.
L..

Claims (1)

  1. VOSSIUS ■ VOSSI US · TAUC:H N £;R.· H EUNEMAN N · RAU H
    SIEBERTSTRASSE 4 ■ ΘΟΟΟ MÜNCHEN 86 · PHONE: (OBO) 474Ο75 CABLE: BENZOLPATENT MÖNCHEN ■ TEUEX B-29 4B3 VOPAT O
    u.Z.: S 097
    Case: FA-5772 3 23 5 09.4·
    Onoda Cement Co., Ltd.
    Onoda, Japan
    5
    22. September 1982
    "Verfahren zur Herstellung von Luftporen-Flugaschebetonmassen"
    ■JO , , ,
    Patentanspruch
    Verfahren zur Herstellung eines Betongemisches mit einem Gehalt an Luftporen-Flugaschezement, bei dem man ein Aggregat, Wasser und ein Luftporenmittel mit Flugaschezement unter Bildung einer Luftporen-Flugaschebetonmasse vermischt, dadurch gekennzeichnet, dass man Polyoxyäthylensorbitanoleat mit 16 bis 41 molaren Äthylenoxidgruppen pro Mol Polyoxyäthylensorbitanoleat als Luftporenmittel verwendet.
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