DE3727907A1 - Wiederaufbereitung von betonmischungen - Google Patents

Wiederaufbereitung von betonmischungen

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Description

Für größere Bauaufträge wird normalerweise die Betonmischung nicht auf dem Bauplatz hergestellt, sondern in Lastwagen angeliefert. Die zentrale Betonmühle ist nahe beim Bauplatz gelegen, so daß die Mischung innerhalb von 90 Minuten gegossen werden kann. Es kommt öfters vor, besonders zu Ende eines Arbeitstages, daß ein Lastwagen mit einer Menge ungebrauchter Mischung vom Bauplatz zurückkommt. Bis jetzt konnte diese Mischung nicht verwendet und mußte vor der Härtung als Abfall deponiert werden, was aus ökonomischen und Umweltüberlegungen unerwünscht ist.
Es wurde gefunden, daß überschüssige Betonmischung wiederverwendbar gemacht werden kann, indem man genügend Verzögerer zugibt, um die Aushärtung über Nacht oder über das Wochenende zu verhindern, am nächsten Arbeitstag die verzögerte Betonmischung mit frischer Betonmischung vermischt und durch Zugabe eines Beschleunigers den Verzögerungseffekt aufhebt. Durch Wahl eines geeigneten Verzögerers ist es auch möglich, die Verdünnung mit frischer Betonmischung wegzulassen, d. h. die ganze Menge der verzögerten Betonmischung wird wieder beschleunigt und kann als frische Betonmischung verwendet werden.
Die Erfindung betrifft also ein Verfahren zur Wiederaufbereitung von ungebrauchten Betonmischungen gemäß Patentanspruch 1. Gewünschtenfalls kann gemäß Unteransprüchen 2 und 13 vorgegangen werden.
Die im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Verzögerer müssen in den verwendeten Mengen lange wirksam (d. h. die Aushärtung mehr als 6 Stunden verzögern können) und in ihrer Wirkung umkehrbar sein, so daß die Zugabe eines Beschleunigers die Betonmischung grundsätzlich wieder in ihren Originalzustand versetzt.
Bevorzugte Verzögerer sind Phosphonsäurederivate, vorzugsweise solche mit Hydroxy- und Aminogruppen, die Calciumionen als Chelate binden können. Besonders bevorzugt sind Verbindungen, die als Dequest (R.T.M.)-Produkte von der Firma Monsanto Co. verkauft werden, und zwar:
Dequest 2000: Aminotri(methylenphosphonsäure)
Dequest 2006: Aminotri(methylenphosphonsäure)-pentanatriumsalz
Dequest 2010: 1-Hydroxy-1,1-diphosphonsäure
Dequest 2016: 1-Hydroxy-1,1-diphosphonsäure-tetranatriumsalz
Dequest 2041: Äthylendiamintetra(methylenphosphonsäure)
Dequest 2047: Äthylendiamintetra(methylenphosphonsäure)-calcium/natriumsalz
Dequest 2051: Hexamethylendiamintetra(methylenphosphonsäure)
Dequest 2054: Hexamethylendiamintetra(methylenphosphonsäure)-kaliumsalz
Dequest 2060: Diäthylentriaminpenta(methylenphosphonsäure)
Dequest 2066: Diäthylentriaminpenta(methylenphosphonsäure)-natriumsalz
Andere geeignete Verzögerer sind Hydroxycarbonsäuren und ihre Salze, wie Zitronen-, Glucon-, Wein-, Fumar-, Itacon-, Malon- und Glucoheptansäure; Polycarbonsäuren und ihre Salze, wie Polymalein-, Polyfumar-, Polyacryl- und Polymethacrylsäuren, vorzugsweise mit niedrigem Molekulargewicht; Antioxydantia, wie Ascorbin- und Isoascorbinsäure; Polymere wie Sulfonsäure-Acrylsäure-Copolymere, Polyhydroxysilane und Polyacrylamide, vorzugsweise mit niedrigem Molekulargewicht; Kohlhydrate, wie Zucker und Maissirup; sowie Lignosulfonate wie Calciumlignosulfonat. Hydroxycarbonsäuren, Polycarbonsäuren, Isoascorbinsäure und Polyhydroxysilane sind von diesen bevorzugt.
Besonders geeignete Verzögerer sind Mischungen von mindestens einem Phosphonsäurederivat und mindestens einem anderen Verzögerer. Da viele der Verzögerer, die nicht zur Gruppe der Phosphonsäurederivate gehören, auch Wasser reduzierende Eigenschaften aufweisen, können diese auch die Druckfestigkeit des ausgehärteten Betons erhöhen.
Besonders bevorzugte Verzögerer sind Mischungen eines Dequest-Produktes mit Zitronensäure, vor allem Dequest 2000 und Zitronensäure. Bevorzugte Verhältnisse von Dequest-Produkt zu Zitronensäure gehen von 1 : 1 bis 2 : 1.
Geeignete Beschleuniger für die Zugabe im letzten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens sind diejenigen, welche in ASTM C494 als "Type C admixtures" bezeichnet werden. Bevorzugte Beschleuniger enthalten keine Chlorid-Ionen und sind z. B. Calciumsalze, wie Calciumnitrat und Calciumformiat, Thiocyanate, Triäthanolamin und Glycolurils wie Trimethylolglycoluril. Besonders bevorzugt als Beschleuniger ist ein Produkt, das von der Firma Master Builders Inc. unter dem Namen Pozzolith 555A verkauft wird.
Bevorzugte Wasser reduzierende Verstärker, welche gewünschtenfalls zusammen mit dem Beschleuniger im letzten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens zugegeben werden, sind diejenigen, welche in ASTM C494 als "Type A admixtures" bezeichnet werden. Diese Wasser reduzierenden Mittel haben selbst keine wesentlichen Verzögerungs- oder Beschleunigungseigenschaften. Ein besonders bevorzugtes ist das von der Firma Master Builders Inc. unter dem Namen Pozzolith Polyheed verkaufte Produkt.
Es ist auch möglich, anstelle einer Kombination von "Type C admixture" als Beschleuniger und "Type A admixture" als Wasser reduzierendem Mittel ein "Type E admixture" einzusetzen, was ein Wasser reduzierender Beschleuniger ist. Bevorzugt wird jedoch eine Kombination von Beschleuniger und Wasser reduzierendem Mittel eingesetzt.
Die Mengen an Verzögerer und Beschleuniger, die als Gewichtsprozent der Betonmischung im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden, hängen von verschiedenen Faktoren ab, die der Fachmann ohne weiteres erkennen kann. Als solche seien genannt:
  • 1) Die Formulierung des verwendeten Verzögerers und Beschleunigers.
  • 2) Die Dauer der gewünschten Verzögerung. Normalerweise ist diese 12-18 Stunden (über Nacht) oder 36-90 Stunden, bevorzugt 60-72 Stunden (über Wochenende).
  • 3) Der Zementtyp. Es können ASTM Typen I-IV benützt werden, Typ I und II sind aber bevorzugt. Der Gehalt an Flugasche, die zur Substitution von Zement verwendet wird, beeinflußt die Menge an Beschleuniger im letzten Schritt des Verfahrens: je mehr Flugasche enthalten ist, um so mehr Beschleuniger wird gebraucht.
  • 4) Die Zeit zwischen Herstellung der Betonmischung und Zugabe des Verzögerers. Dieser kann zum ungebrauchten Teil der Betonmischung zugegeben werden, sobald der verbrauchte Teil gegossen wurde oder wenn der Lastwagen mit der Mischung zur zentralen Betonmühle zurückkehrt, und zwar solange die Betonmischung die benötigten Fließeigenschaften, Luftgehalt und Dichte hat. Vorzugsweise wird der Verzögerer innerhalb von 1 bis 4 Stunden nach Herstellung der Mischung zugegeben. Je länger dieser Zeitabschnitt ist, um so mehr Verzögerer muß zugegeben werden.
  • 5) Die Aushärtungszeit der ursprünglichen Mischung. Für eine Mischung mit langsamer Aushärtung wird weniger Verzögerer und mehr Beschleuniger gebraucht als für eine mit schnellerer Aushärtung.
  • 6) Die Temperatur der Betonmischung. Je höher die Temperatur ist, um so schneller härtet die Mischung aus und um so mehr Verzögerer wird entsprechend gebraucht. Wegen der schnelleren Aushärtung sollte man bei Temperaturen über 20°C vorzugsweise den Verzögerer innerhalb von 3 Stunden nach der Herstellung der Betonmischung zugeben.
  • 7) Das Volumen der zu behandelnden Betonmischung. Eine größere Menge Betonmischung wird bei einer bestimmten Temperatur schneller aushärten als eine kleinere Menge bei gleicher Temperatur, weil die größere Menge die Hydratationswärme nicht so schnell abgeben kann, was zu einer größeren Temperaturerhöhung und zu einer schnelleren Aushärtung führt. So wird beispielsweise ein Volumen von 2 Kubikmeter Betonmischung mehr als doppelt soviel Verzögerer brauchen als ein Volumen von 1 Kubikmeter.
  • 8) Das Verhältnis von aufbereiteter Betonmischung zu frischer Betonmischung in der endgültigen Mischung. Der Anteil an aufbereiteter Mischung kann von 5 bis 100% der endgültigen Mischung ausmachen, beträgt aber vorzugsweise 10 bis 50%. Je höher der Anteil an aufbereiteter Mischung, um so mehr Beschleuniger muß selbstverständlich zugegeben werden.
  • 9) Die Art und die Mengen der Zusätze in der ursprünglichen und in der frisch zugegebenen Zementmischung.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bei der Rückkehr eines Lastwagens mit einer ungebrauchten Betonmischung zur zentralen Betonmühle zuerst die Temperatur dieser Mischung mit einer Sonde gemessen, das Volumen der Ladung abgeschätzt und auf der Basis dieser Daten und der bekannten Eigenschaften der Betonmischung ausgerechnet, wieviel Verzögerer zugegeben werden muß, um die Ladung bis zum nächsten Arbeitstag verarbeitbar zu halten. Vorteilhaft wird diese Berechnung mit einem im voraus programmierten Mikrocomputer durchgeführt und die berechnete Menge Verzögerer (bevorzugt als wäßrige Lösung) mit einer automatisierten Dosieranlage zugegeben. Nach einem kurzen Mischungsvorgang kann die Ladung ohne weiteres bis zum nächsten Arbeitstag stehenbleiben. Dann wird die gewünschte Menge frischer Betonmischung mit der aufbereiteten Mischung vermischt, die Temperatur wieder gemessen und die benötigte Menge Beschleuniger (und - soweit erforderlich - Wasser reduzierendes Mittel) berechnet. Die Zugabe kann wieder mit automatisierter Dosieranlage unter Computerkontrolle erfolgen.
Die nachfolgenden Beispiele erläutern die Erfindung. Wenn nicht anders angegeben, sind die Angaben von Teilen und Prozenten in Gewicht ausgedrückt. Die Zusätze zur Betonmischung werden (als trockener Aktivstoff gerechnet) in Gewichtsprozent auf das Trockengewicht des Zementmaterials (d. h. Zement und Flugasche) bezogen.
Standardformulierung der Betonmischung
BestandteilMenge in kg/m³ Beton
Kaiser Zement Type I/II250 Flugasche (Jim Bridger, CF517 bei 70°F)46,5 Sand864 Kies1008 Wasser175
Verzögerer: Formulierung R
Wässrige Lösung enthaltend
12,8%Aminotri(methylenphosphonsäure) = Dequest 2000 8%Zitronensäure
Beschleuniger: Formulierung C
Pozzolith 555A (Master Builders) auf Basis von Calciumnitrat (chloridfrei) als wäßrige Lösung enthaltend 48,7% Aktivstoff.
Wasser reduzierendes Mittel: Formulierung A
Pozzolith Polyheed (Master Builders), ein wenig verzögerndes Wasser reduzierendes Mittel auf Basis von Lignosulfonat als wäßrige Lösung enthaltend 39% Aktivstoff.
Beispiel 1
Vier Muster der Standardformulierung der Betonmischung werden gemischt und in 20-Liter-Gefäßen für 2 Stunden stehengelassen. Zu drei dieser Gefäße werden 5% wäßrige Lösungen von Dequest 2000, mit oder ohne Zitronensäure, wie in der Tabelle 1 angegeben, zum vierten Gefäß nur 5% Wasser gegeben. Die Betonmischungen werden neu gemischt und über Nacht stehengelassen. Nach 24 Stunden werden die drei verzögerten Mischungen mit frischer Betonmischung im Verhältnis von 1 : 5 vermischt und reaktiviert mit 3,1% Formulierung C und 0,3% Formulierung A. In der Tabelle 1 findet sich die nach 14 und 28 Tagen gemessene Druckfestigkeit.
Tabelle 1
Beispiel 2
Beispiel 1 wird wiederholt mit Zugabe von 0,318% Dequest-Produkt und 0,2% Zitronensäure als Verzögerer in 2,5% wäßriger Lösung. Reaktivierung wird wie im Beispiel 1 durchgeführt. In Tabelle 2 sind die Resultate zusammengefaßt und der Luftgehalt, die Härtungszeit (nach Reaktivierung) bis zur Festigkeit und die Druckfestigkeit nach 1 und 7 Tagen angegeben.
Tabelle 2
Beispiel 3
In Funktion der Temperatur der Betonmischung und des Volumens dieser Mischung wurde experimentell festgestellt, welche Dosierung der Verzögerer Formulierung R (in Liter der Lösung pro 100 kg des Zementmaterials) notwendig sind für Verzögerung über Nacht und über das Wochenende. Die Resultate finden sich in Tabelle 3.
Tabelle 3
Die verzögerte Betonmischung kann, nach Mischung eines Teiles mit 5 Teilen frischer Betonmischung, mit der in Tabelle 4 angegebenen Dosierung der Beschleuniger-Formulierung C (in Liter der Lösung pro 100 kg des Zementmaterials) reaktiviert werden.
Tabelle 4

Claims (16)

1. Verfahren zur Wiederaufbereitung von ungebrauchten Betonmischungen, dadurch gekennzeichnet, daß
  • a) vor der Aushärtung des Betons ein Verzögerer zugegeben wird, in einer Menge, welche die Hydratation bis zu 90 Stunden verzögert;
  • b) am Ende der gewünschten Verzögerungsperiode ein Beschleuniger zugegeben wird, um die Betonmischung wieder in einen härtbaren Zustand zu versetzen.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verzögerte Betonmischung vor der Zugabe des Beschleunigers mit frischer Betonmischung verdünnt wird.
3. Verfahren gemäß Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Verzögerer ein Phosphonsäure-Derivat eingesetzt wird.
4. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Verzögerer mindestens eine Verbindung aus der Gruppe von Aminotri(methylenphosphonsäure), Aminotri(methylenphosphonsäure)-pentanatriumsalz, 1-Hydroxyäthyliden-1,1-diphosphonsäure, 1-Hydroxyäthyliden-1,1-diphosphonsäuretetranatriumsalz, Äthylendiamintetra(methylenphosphonsäure)-Äthylendiamintetra(methyle-nphosphonsäure)-calcium/natriumsalz, Hexamethylendiamintetra(methylenphosphonsäure), Hexamethylendiamintetra(methylenphosphonsäure)-kaliumsalz, Diäthylentriaminpenta(methylenphosphonsäure), Diäthylentriaminpenta(methylenphosphonsäure)-natriumsalz eingesetzt wird.
5. Verfahren gemäß Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Verzögerer mindestens eine Verbindung aus der Gruppe von Hydroxycarbonsäuren oder Polycarbonsäuren und ihren Salzen, Ascorbinsäure, Isoascorbinsäure, Sulfonsäure-Acrylsäure-Copolymeren, Polyhydroxysilanen, Polyacrylamiden, Kohlhydraten und Lignosulfonaten eingesetzt wird.
6. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Verzögerer mindestens eine Verbindung aus der Gruppe von Hydroxycarbonsäuren, Polycarbonsäuren, Isoascorbinsäure und Polyhydroxysilanen eingesetzt wird.
7. Verfahren gemäß Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Verzögerer aus
  • - mindestens einer Verbindung aus der Gruppe der Phosphonsäurederivate und
  • - mindestens einer Verbindung aus der Gruppe von Hydroxycarbonsäuren oder Polycarbonsäuren und ihren Salzen, Ascorbinsäure, Isoascorbinsäure, Sulfonsäure-Acrylsäure-Copolymeren, Polyhydroxysilanen, Polyacrylamiden, Kohlhydraten und Lignosulfaten besteht.
8. Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Verzögerer aus
  • - mindestens einer Verbindung aus der Gruppe von Aminotri(methylenphophonsäure), Aminotri(methylenphosphonsäure)-pentanatriumsalz, 1-Hydroxyäthyliden-1,1-diphosphonsäure, 1-Hydroxyäthyliden-1,1- diphosphonsäure-tetranatriumsalz, Äthylendiamintetra(methylenphosphonsäure), Äthylendiamintetra(methylenphosphonsäure)-calcium/ natriumsalz, Hexamethylendiamintetra(methylenphosphonsäure), Hexamethylendiamintetra(methylenphosphonsäure)-kaliumsalz, Diäthylentriaminpenta(methylenphosphonsäure), Diäthylentriaminpenta(methylenphosphonsäure)-natriumsalz und
  • - Zitronensäure besteht.
9. Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Verzögerer aus Aminotri(methylenphosphonsäure) und Zitronensäure besteht.
10. Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß Aminotri (methylenphosphonsäure) und Zitronensäure im Verhältnis von 1 : 1 bis 2 : 1 eingesetzt werden.
11. Verfahren gemäß Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Beschleuniger aus mindestens einer Verbindung der Gruppe von Calciumsalzen, Thiocyanaten, Triäthanolamin und Glycolurils besteht.
12. Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Beschleuniger aus einer Mischung von Calciumnitrat, Natriumthiocyanat, Triäthanolamin und Trimethylolglycoluril besteht.
13. Verfahren gemäß Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zusammen mit dem Beschleuniger ein Wasser reduzierender Verstärker zugegeben wird.
14. Verfahren gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasser reduzierende Verstärker ein Lignosulfonat-Derivat ist.
15. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die wiederverwendete Betonmischung von 10 bis 50 Gewichtsprozent der Gesamtmischung ausmacht.
16. Verfahren gemäß Ansprüchen 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Verzögerer etwa 1 bis 4 Stunden nach der Herstellung der ursprünglichen Mischung zugesetzt wird.
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