DE4239062A1

DE4239062A1 - Cement mixt. used as concrete or mortar - contg. cement, fly-ash, hydroxy:carboxylic acid, and alkali metal ions

Info

Publication number: DE4239062A1
Application number: DE4239062A
Authority: DE
Inventors: John W Brook; David F Factor; Frederick D Kinney; Celeste L Mccallen; Andrea M Young
Original assignee: Sandoz AG; Sandoz Patent GmbH
Current assignee: MBT Holding AG
Priority date: 1991-11-27
Filing date: 1992-11-20
Publication date: 1993-06-03
Also published as: FR2684096B1; JPH05229864A; ITRM920845A1; ITRM920845A0; CH684476A5; IT1263029B; JP3317529B2; AU2962792A; FR2684096A1; AU656440B2

Description

Die Erfindung betrifft Zementmischungen und insbesondere solche, die Flug asche enthalten, sowie Zusatzmittel für die Verwendung darin.

Flugasche wird in der Standard Norm C 618 der "American Society for Testing Materials" (ASTM) als fein verteilter Abfall der Verbrennung von gemahlener oder pulvriger Kohle definiert. Diese Norm unterscheidet zwischen zwei ver schiedenen Typen von Flugasche, Klasse F und Klasse C, wobei der erstere (Produkt der Verbrennung von Anthrazit oder Hartkohle) häufiger vorkommt als der letztere Typ (Produkt der Verbrennung von Braunkohle oder Lignit). Ein typisches Merkmal von Flugasche der Klasse C ist der höhere Kalkgehalt, der in ASTM C 618 als "höher als 10%" festgehalten wird.

Die Verwendung von Flugasche in Zementmischungen bewirkt nützliche Effekte wie erhöhte Endfestigkeit und Beständigkeit sowie herabgesetzte Durch lässigkeit, was zu einer weitverbreiteten Anwendung in Beton geführt hat. Es verursacht aber auch die niedrige Anfangsfestigkeit (was in vielen An wendungen unerwünscht ist) und verzögert die Härtung.

Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß die Kombination eines Zements, einer bestimmten Flugasche und eines ausgewählten Zusatzmittels eine Zementmischung ergibt, die alle Vorteile der Verwendung von Flug asche, jedoch keine der Nachteile aufweist. Gegenstand der Erfindung ist also eine Zementmischung, enthaltend

a) ein Zement,
b) Flugasche mit einem Calciumoxidgehalt von 15-45 Gewichtsprozent,
c) eine Hydroxycarbonsäure und
d) eine wasserlösliche Quelle von Alkalimetallionen.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Zusatzmittel für Zementmisch ungen, die Flugasche enthalten, bestehend aus einem Alkalimetallsalz von Hydroxycarbonsäuren oder aus einer Mischung einer Hydroxycarbonsäure mit Alkalimetallcarbonaten, -bicarbonaten oder -hydroxiden.

Als Zement kommt jeder hydraulischer Zement in Betracht, d. h. jedes Cal cium-Alumino-Silikat, das mit Wasser aushärtet. Gängigstes Produkt ist Portland Zement, was in den erfindungsgemäßen Mischungen bevorzugtes Mate rial ist. Es kann aber auch Zement mit einem hohen Aluminiumgehalt verwen det werden und es können auch Materialien enthalten sein, die nicht als hydraulischer Zement gelten, jedoch bei der Härtung des Endproduktes mit wirken. Beispiele solcher Produkte sind die verschiedenen natürlichen und artifiziellen Pozzolane.

Die Beschaffenheit der eingesetzten Flugasche ist für die Erfindung aus schlaggebend. Es muß nicht nur Flugasche der Klasse C sein, sondern sie muß einen Calciumoxid-Gehalt von 15-45%, bevorzugt von 25-30 Gewichtspro zent aufweisen.

Die dritte Komponente ist eine Hydroxycarbonsäure. Beispiele solcher Säuren sind die Zitronen-, Äpfel-, Malon-, Glykol- und Glyoxylsäuren. Die letzte Komponente ist eine wasserlösliche Quelle von Alkalimetallionen, bevorzugt Natrium oder Kalium. Die Alkalimetallionen sollten vorzugsweise in einem molaren Verhältnis von 0,5 : 1 bis 1,5 : 1, bevorzugt 0,6 : 1 bis 1 : 1 (Ionen zu Hydroxycarbonsäuren) vorhanden sein. Als derartige Quelle kommt jede was serlösliche Alkaliverbindung in Frage, die in Wasser gelöst eine basische Lösung ergibt. Carbonate, Bicarbonate und Hydroxide sind in dieser Bezieh ung am geeignetsten. Statt dessen, und dieses ist eine bevorzugte Ausführ ungsform der Erfindung, wird ein Alkalimetallsalz einer Hydroxycarbonsäure als Kombination der Komponenten c) und d) eingesetzt. Speziell bevorzugte Verbindungen sind Trikalium- und Trinatriumzitrate.

Die Gewichtsverhältnisse der verschiedenen Bestandteile sind, ausgedrückt als Gewichtsprozente der Gesamtmischung von Zement, Flugasche und Salz, von 70 bis 80% Flugasche, von 20 bis 27% Zement und von 0,5 bis 4% Salz (als Kombination der Komponenten c) und d)). Wenn die Hydroxycarbonsäure und die Quelle von Alkalimetallion als getrennte Verbindungen eingesetzt werden, sollen Mengen genommen werden, die theoretisch diesen Salzgehalt ergeben. Wenn also von "Salz" gesprochen wird, sind beide Varianten gemeint. Die bevorzugten Verhältnisse sind 71-73% Flugasche, 2526% Zement und 2,5- 3,5% Salz.

Zu den essentiellen Komponenten der oben definierten Zementmischung kommen gewöhnlich noch weitere, als solche bekannte Bestandteile. Üblich ist z. B. ein Aggregat, vor allem Sand. Sehr brauchbare Mischungen enthalten gewöhn lich von 50 bis 80 Gewichtsprozent (bezogen auf die Gesamtmischung) Sand. Bekannte Zusatzmittel (definiert in ASTM C 125) wie Lignosulfonate, Konden sate von Naphthalinsulfonat und Formaldehyd und Glukoheptonate können in bekannten Mengen zugesetzt werden. Überraschendes Merkmal der erfindungsgemäßen Mischungen ist, daß viele Zusatzmittel, die in herkömmlichen Mischungen als Verzögerer wirken, gar keine verzögernde Wirkung zeigen.

Weitere Bestandteile können nicht-hydraulische, glasartige Silikate, "silica fume", Reishülsenasche, gefällte Kieselsäure und dergleichen sein. Für die Bauindustrie geeignete Fasern können ebenfalls zugesetzt werden. Andere mögliche Komponenten sind Latex und ähnliche Polymerbestandteile.

Eine besonders bevorzugte Mischung gemäß der Erfindung enthält außerdem eine Quelle von Borationen, weil damit überraschenderweise die Härtungszeit der Mischungen weitgehend kontrolliert werden kann. Dabei kann jede Quelle von Borationen, meistens Borax eingesetzt werden. Der Gehalt an Borationen beträgt vorzugsweise von 0,5 bis 3% des Gewichtes der Gesamtmischung der Komponenten a), b), c) und d) sowie Zusatzmittel und Aggregat.

Die erfindungsgemäßen Zementmischungen kommen in verschiedenen Bereichen der Bauindustrie zum Einsatz und können beispielsweise als Beton, Mörtel oder Gießmörtel verwendet werden. Sie härten schnell zu harten, undurch lässigen Massen mit hohen Anfangs- und Endfestigkeiten. Sie weisen auch eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen Frost-Tauzyklen auf.

In den folgenden Beispielen sind alle Teile als Gewichtsteile zu verstehen.

Beispiel 1

Ein Hochleistungsmörtel besteht aus

10,4 Teilen
Portland Zement
28 Teilen	Flugasche der Klasse C (25% CaO)
1,6 Teilen	Trikaliumzitrat
60 Teilen	feinem Sand.

Wasser wird in einer Menge von 8,3% (auf das Gewicht der Gesamtmischung) zugegeben.

Die Prüfungsergebnisse sind:
Fließverhalten (5 Tropfen) nach ASTM C 230 : 80%

Härtungszeit (ASTM C 266)
Anfang:	3,5 Min.
Ende:	5,0 Min.

Druckfestigkeiten nach ASTM C 109:
(5 cm Kubus, luftgetrocknet)
nach
2 Stunden:	33,5 mPa
24 Stunden:	65,0 mPa
7 Tagen:	85,0 mPa

Beispiel 2

Ein Hochleistungsmörtel wird durch Mischen der folgenden Bestandteile hergestellt:

Portland Zement
8,6 Teile
Flugasche der Klasse C	24,8 Teile
(25% CaO) @	Trikaliumzitrat	1,0 Teile
Borax	1,0 Teile
Natriumsulfat	1,5 Teile
feinem Sand	63,0 Teile

Wasser wird in einer Menge von 8,3% (auf das Gewicht der Gesamtmischung) zugegeben und die Prüfungsresultate (gemessen wie im Beispiel 1) sind:

Fließverhalten\|70%
Härtungszeit: @	Anfang	28 Min.
Ende	30 Min.

Druckfestigkeiten nach
2 Std.:	18,6 mPa
24 Std.:	51,0 mPa
7 Tagen:	71,0 mPa

Claims

1. Eine Zementmischung, enthaltend

2. Eine Zementmischung gemäß Anspruch 1, worin die Flugasche einen Calciumoxid-Gehalt von 25-30 Gewichtsprozent aufweist.

3. Eine Zementmischung gemäß Anspruch 1 oder 2, worin das molare Verhältnis von Alkalimetallionen zu Hydroxycarbonsäuren von 0,5 : 1 bis 1,5 : 1, vorzugsweise von 0,6 : 1 bis 1 : 1 ist.

4. Eine Zementmischung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, worin Alkalimetallcarbonate, -bicarbonate oder -hydroxide als Quelle von Alkalimetallionen eingesetzt werden.

5. Eine Zementmischung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, worin die Komponenten c) und d) als Alkalimetallsalz einer Hydroxycarbonsäure vorliegen.

6. Eine Zementmischung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, worin die Gewichtsanteile (als Prozente der Gesamtmischung von Komponenten a), b), c) und d)) von 70 bis 80% Flugasche, von 20 bis 27% Zement und von 0,5 bis 4% Salz betragen, wobei die Komponenten c) und d) zusammen als äquivalente Menge des Alkalimetallsalzes der Hydroxycarbonsäure ausge drückt werden.

7. Eine Zementmischung gemäß Anspruch 6 mit 71-73% Flugasche, 25-26% Zement und 2,5-3,5% Salz.

8. Eine Zementmischung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, enthaltend 60 bis 80 Gewichtsprozent Sand (bezogen auf die Gesamtmischung).

9. Eine Zementmischung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, enthaltend 0,5 bis 3,0 Gewichtsprozent Borationen (bezogen auf die Gesamtmischung der Komponenten a), b), c) und d) sowie allfälliger Zusatzmittel und Aggregat).

10. Verwendung einer Zementmischung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 als Beton, Mörtel oder Gießmörtel in der Bauindustrie.

11. Zusatzmittel für Zementmischungen, die Flugasche enthalten, bestehend aus einem Alkalimetallsalz von Hydroxycarbonsäuren oder aus einer Mischung einer Hydroxycarbonsäure mit Alkalimetallcarbonaten, -bicarbonaten oder -hydroxiden.