DE3925306A1 - Beschleuniger fuer spritzbeton - Google Patents
Beschleuniger fuer spritzbetonInfo
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Description
Die Erfindung betrifft Zementmischungen für schnellhärtenden Beton und
Verfahren zu ihrer Herstellung und Anwendung. Dieser schnellhärtende
Beton bleibt über längere Zeit flüssig und härtet trotzdem nach Zugabe
des Beschleunigers sehr schnell.
Er kann daher sehr gut für die Verkleidung von Flächen und die Ausmauerung
von Hohlräumen verwendet werden.
Die erfindungsgemäßen Zementmischungen enthalten
- a) Zement und vorzugsweise Aggregat,
- b) ein Zusatzmittel auf der Basis eines Polycarboxylat-Copolymers,
- c) ein Beschleuniger.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung und Anwendung dieser
Zementmischungen besteht darin, daß die Komponenten a) und b) zusammen
mit Wasser gemischt und zu einer Düse geführt werden, welche die fertige
Mischung zum Einsatzort befördert, wobei die Komponente c) vor der Düse,
gegebenenfalls mit dem Anmachwasser zugegeben wird.
Als Komponente a) werden vorzugsweise Betonmischungen eingesetzt, die
normalerweise einen hohen Anteil an Feinaggregat, wie z. B. Sand aufweisen.
Als Zement wird vorzugsweise Portlandzement verwendet und das
Feinaggregat weist vorzugsweise eine durchschnittliche Korngröße unterhalb
von 5 mm auf. Es kann aber auch gröberes Aggregat, mit einer Korngröße
von etwa 15 mm eingesetzt werden. Die Mengenverhältnisse Aggregat/
Zement liegen vorzugsweise zwischen 50 und 400% bezogen auf das
Zementgewicht.
Das Copolymer der Komponente b) ist vorzugsweise
- a) ein wasserlösliches Copolymer eines Olefins und einer α, β-ungesättigten Dicarbonsäure, oder
- β) ein Ester eines Polyäthylenglykolmonoaryläthers und der Maleinsäure und von Monomeren, die mit einem solchen Ester Copolymere bilden können, oder
- γ) ein wasserlösliches Copolymer von Isobutylen, Styrol und Maleinsäure, oder
- δ) ein wasserlösliches Copolymer von Isobutylen-Acrylsäureester und Maleinsäure, oder
- ε) ein wasserlösliches Copolymer von Isobutylen-Styrol-Acrylsäureester und Maleinsäure, oder
- f) ein wasserlösliches Copolymer eines Polyalkylenglykolmono(meth)acrylsäureesters und Acrylsäure oder Methacrylsäure, gegebenenfalls zusammen mit einem weiteren Monomer, das zur Bildung von Copolymeren mit dem Ester und der Säure geeignet ist.
Beispiele solcher zur Bildung von Copolymeren geeigneter Monomere sind
C1-20 Alkanolester von Acrylsäure oder Methacrylsäure, Acryl- oder
Methacrylamide, Maleinsäure und Fumarsäure sowie ihre Ester mit C1-20-
Alkanolen, C2-4-Alkylenglykolen oder Poly C2-4-alkylenglykolen, C2-6-Alkenylacetate
(z. B. Vinylacetat und Propenylacetat), aromatische Vinylverbindungen
(z. B. Styrol, p-Methylstyrol, Styrolsulfonat) und Vinylhalogenide
(z. B. Vinylchlorid).
Bevorzugte Copolymere sind diejenigen aus einem Poly-C2-4-alkylenglykolmonoester
von Acrylsäure oder Methacrylsäure und Acrylsäure oder
Methacrylsäure, wobei diese Copolymere gegebenenfalls ganz oder teilweise
mit Alkali in die Salzform umgesetzt worden sind.
Diese Copolymere werden hergestellt aus
- 1) einem Monomer der Formel I CH₂ = CH(R₁)-CO-O-(R₂-O) n -R₃ (I)und
- 2) einem Monomer der Formel II
CH₂ = C(R₁)-COOX (II)in welchen jedesR₁, unabhängig voneinander für Wasserstoff oder Methyl steht,
R₂ einen C2-4-Alkylenrest,
R₃ Wasserstoff oder C1-6-Alkyl,
n eine Zahl von 1 bis und mit 100, und
X Wasserstoff, ein Metallkation oder eine Ammoniumgruppe (von Ammoniak oder einem Alkyl- bzw. Hydroxyalkylamin abgeleitet) bedeutet.
Das Copolymer der Komponente b) hat vorzugsweise ein Molakulargewicht von
23 000 bis 27 000.
Bezogen auf das Zementgewicht, werden von diesem Copolymer vorteilhaft
mindestens 0,01%, vorzugsweise von 0,01 bis 0,5% und am meisten bevorzugt
von 0,03 bis 0,2% eingesetzt.
Die als Komponente c) zugefügten Beschleuniger sind die bekannten Zusatzmittel,
welche die Erstarrung von Zementmischungen beschleunigen, und vor
allem diejenige, die im Betonspritzverfahren zum Einsatz gelangen. Vorzugsweise
werden sogenannte "quick-setting agents" verwendet, wie sie in
JIS (Japanese Industrial Standard) A 0203, Concrete Technology definiert
worden sind.
Beispiele solcher Zusatzmittel sind
- I) anorganische Salze vom Typ der Alkalialuminate und Alkalicarbonate bzw. deren Mischungen (in fester Form oder als Lösung),
- II) Zementmineralien, und
- III) natürliche Mineralien vom Typ des gebrannten "alunite" (siehe Definition in Encycl. Britannica), gegebenenfalls in Mischung mit Aluminat und/oder Carbonat
- IV) Wasserglas
- V) Calciumsulfoaluminat.
Bevorzugt werden die erwähnten anorganischen Salze oder Zementmineralien,
die vor allem aus Calciumaluminaten (CaO · Al₂O₃, 12 CaO · 7 Al₂O₃,
CaO · 2 Al₂O₃, 11 CaO · 7 Al₂O₃ · CaF₂ oder 3 CaO · 3 Al₂O₃ · CaF₂)
sowie deren amorphe Formen bestehen, oder Mischungen davon (gegebenenfalls
unter Zusatz von Gips) eingesetzt in Mengen, bezogen auf das
Zementgewicht von 2 bis 8% Aktivsubstanz in fester Form oder Lösung im
Falle der anorganischen Salze oder Wasserglas, von 5 bis 10% im Falle
der Zementmineralien oder Calciumsulfoaluminat und von 4 bis 10% im
Falle der natürlichen Mineralien.
Es hat sich gezeigt, daß in den erfindungsgemäßen Zementmischungen im
Verhältnis weniger Beschleuniger notwendig sind, um den erwünschten Erstarrungseffekt
bei der Zugabe zu erreichen. Dieser Effekt ist vor allem
von Bedeutung, wenn Spritzbeton nach dem sogenannten Naßverfahren appliziert
oder wenn eine dünnflüssige Zementmischung zum Ausmauern von Hohlräumen
eingesetzt wird, d. h. wenn eine sehr flüssige Zementmischung (mit
einem Wasser/Zement-Verhältnis, das höher liegt als beim Trockenspritzverfahren)
zur Düse befördert wird und trotzdem schnell erstarren soll.
Im Gegensatz zur Anwendung von bekannten Betonverflüssigern, die zwar
eine gewünschte Verflüssigung der Zementmischung und eine längere Verarbeitbarkeit
bewirken, jedoch nur mit großen Mengen von Beschleunigern
neutralisiert werden können, haben die erfindungsgemäß eingesetzten
Polycarboxylat-Copolymere wohl die gewünschte verflüssigende Wirkung,
behindern jedoch nicht die schnelle Aushärtung der erhaltenen Zementmischungen.
In den folgenden Beispielen sind alle Prozentangaben als Gewichtsprozente,
bezogen auf Zementgewicht, zu verstehen. Die folgenden Bestandteile
werden in den in der Tabelle 1 angegebenen Verhältnissen eingesetzt,
um ein Verkleidungsbeton herzustellen.
- 1. Betonbestandteile:
- a) Zement:
Eine Mischung von Onoda, Mitsubishi und Sumitomo-Portlandzement in gleichen Mengen - b) Grobaggregat:
"Ohme graywacke crushed stone" (spezifische Dichte 2,64, Absorption 0,67%, F.M. = 6,35, max. Korngröße 15 mm) - c) Feinaggregat:
Eine Mischung von Oi-Fluß Kernsand und Chiba Kernsand in gleichen Mengen
- a) Zement:
- 2. Zusatzmittel:
- a) Polycarboxylat:
Calciumsalz des Copolymers von Poly-C2-4-alkylen-glykolmonomethacrylsäure und Methacrylsäure (hergestellt durch Nisso Master Builders Co., Ltd.) = Zusatzmittel A - b) Lignosulfonat:
Pozzolith Nr. 8 (hergestellt durch Nisso Master Builders Co., Ltd) = Zusatzmittel B - c) Hydroxycarbonsäure:
Natriumgluconat = Zusatzmittel C - d) Kondensationsprodukt von sulfoniertem Naphthalin und Formaldehyd (Mighty 150, hergestellt durch Kao Soap Co., Ltd.) = Zusatzmittel D
- e) Kondensationsprodukt von sulfoniertem Melamin und Formaldehyd (NL 4000, hergestellt durch Nisso Master Builders Co., Ltd.) = Zusatzmittel E
- f) anorganisches Salzpulver (Beschleuniger QP 500, hergestellt durch Nisso Master Builders Co., Ltd.) = Zusatzmittel F
- g) Zementmineral (Beschleuniger QP 55, hergestellt durch Nisso Master Builders Co., Ltd.) = Zusatzmittel G.
- a) Polycarboxylat:
In der Tabelle 1 erläutern die Beispiele 1 und 2 die Erfindung, während die
Beispiele I bis X Vergleichsbeispiele sind.
Nach Vermischen von Zement, Wasser, Feinaggregat, Grobaggregat und eventuellem
Zusatzmittel A bis E wird durch Abtrennen des Grobaggregats mit
einem 5-mm-Sieb ein Mörtel erhalten, den man 30 Minuten stehen läßt. Der
Beschleuniger wird zugefügt und von Hand während 20 Sekunden eingerührt.
Die Zeit zur beginnenden Erstarrung wird für jeden Mörtel gemessen, indem
man gemäß der Methode "test for time of setting of concrete" die Zeit
bestimmt, bis der Eindringungswiderstand 35 kg/cm² erreicht hat. Diese
Zeit wird in Minuten und Sekunden vom Zeitpunkt der Zugabe des Beschleunigers
gerechnet. Die Testergebnisse mit Beschleuniger F sind in Tabelle 2,
diejenige mit Beschleuniger G in Tabelle 3 angegeben.
Bei Verwendung des Beschleunigers F ist die Erstarrungszeit bei allen
Mörteln ohne Zusatzmittel A bis E oder mit irgendeinem der Vergleichszusatzmittel
B bis E nie unterhalb 17 Minuten, während bei Verwendung des
Zusatzmittels A die Erstarrung nach 13 Minuten und 40 Sekunden die verlangte
Festigkeit erreicht.
Bei Verwendung des Beschleunigers G ist diese Erstarrung mit dem Zusatzmittel
A bereits innerhalb von 1 Minute erreicht, während in allen Vergleichstests
mehr als 3 Minuten gebraucht wird. Wenn also ein Zusatzmittel
A statt eines der Zusatzmittel B bis E verwendet wird, wird mit dem
gleichen Beschleuniger die Zeit bis zur beginnenden Erstarrung erheblich
abgekürzt.
Im folgenden Versuch wird geprüft, inwiefern bis zur Zugabe des Beschleunigers
die Fließeigenschaften des Betons erhalten bleiben. Die Bestandteile
und deren Mischungsverhältnisse sind wie in der Tabelle 1 für
Beispiel 1 und die Vergleichsbeispiele I, IV und V angegeben. Die verwendeten
Zusatzmittel sind das Polycarboxylat A, das sulfonierte Naphthalin-
Formaldehyd-Kondensat D und das sulfonierte Melamin-Formaldehyd-
Kondensat E.
Zement, Wasser, Aggregat und Zusatzmittel werden in einem Kippmischer
gemischt und der Beton gestürzt, wonach sein Ausbreitungsmaß gemessen
wird. Der Beton wird wieder in den Mischer gegeben, den man für eine
bestimmte Zeit bei niedriger Geschwindigkeit (2 UpM) weiter drehen läßt.
Das Ausbreitungsmaß wird wieder nach 30 und 60 Minuten gemessen. Die
Ergebnisse sind in der Tabelle 4 angegeben.
Aus der Tabelle 4 geht hervor, daß im Vergleich mit anderen Zusatzmitteln bei
Verwendung des Polycarboxylats A das Ausbreitungsmaß von Beton auch nach
längerer Zeit nicht wesentlich abnimmt. Bei Verwendung des Zusatzmittels E ist
zwar die Zeit bis zur beginnenden Erstarrung kurz (siehe Tabelle 2), die
Veränderung des Ausbreitungsmaß in Abhängigkeit der Zeit ist aber
ebenfalls groß (weniger als 5 cm nach 60 Minuten).
Claims (5)
1. Zementmischungen für schnellhärtenden Beton, enthaltend
- a) Zement und vorzugsweise Aggregat,
- b) ein Zusatzmittel auf der Basis eines Polycarboxylat-Copolymers,
- c) ein Beschleuniger.
2. Zementmischungen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als
Komponente b) eingesetzt wird
- α) ein wasserlösliches Copolymer eines Olefins und einer α, β-ungesättigten Dicarbonsäure, oder
- β) ein Ester eines Polyäthylenglykolmonoaryläthers und der Maleinsäure und von Monomeren, die mit einem solchen Ester Copolymere bilden können, oder
- γ) ein wasserlösliches Copolymer von Isobutylen, Styrol und Maleinsäure, oder
- δ) ein wasserlösliches Copolymer von Isobutylen-Acrylsäureester und Maleinsäure, oder
- ε) ein wasserlösliches Copolymer von Isobutylen-Styrol-Acrylsäureester und Maleinsäure, oder
- f) ein wasserlösliches Copolymer eines Polyalkylenglykolmono(meth)acrylsäureesters und Acrylsäure oder Methacrylsäure, gegebenenfalls zusammen mit einem weiteren Monomer, das zur Bildung von Copolymeren mit dem Ester und der Säure geeignet ist.
3. Zementmischungen gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß als Komponente b) ein Copolymer eingesetzt wird, hergestellt aus
- 1) einem Monomer der Formel I CH₂ = CH(R₁)-CO-O-(R₂-O) n -R₃ (I)und
- 2) einem Monomer der Formel II
CH₂ = C(R₁)-COOX (II)in welchen jedesR₁, unabhängig voneinander für Wasserstoff oder Methyl steht,
R₂ einen C2-4-Alkylenrest,
R₃ Wasserstoff oder C1-6-Alkyl,
n eine Zahl von 1 bis und mit 100, und
X Wasserstoff, ein Metallkation oder eine Ammoniumgruppe (von Ammoniak oder einem Alkyl- bzw. Hydroxyalkylamin abgeleitet) bedeutet.
4. Verfahren zur Herstellung und Anwendung von schnellhärtenden Zementmischungen
gemäß einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Komponenten a) und b) zusammen mit Wasser gemischt und zu
einer Düse geführt werden, welche die fertige Mischung zum Einsatzort
befördert, wobei die Komponente c) vor der Düse, gegebenenfalls mit
dem Anmachwasser zugegeben wird.
5. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zementmischungen
im Spritzbetonverfahren eingesetzt werden.
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