DE60302600T2

DE60302600T2 - Zusatzmittel für Beton oder Mörtel, sowie Mischzement

Info

Publication number: DE60302600T2
Application number: DE60302600T
Authority: DE
Inventors: Motoyuki Sendai-shi Suzuki; Kazuhiro Chiyoda-ku Kasai; Masato Chiyoda-ku Terazawa; Kazuyuki Chiyoda-ku Nishiura; Hisashi Ando; Toshihiko Kawamura
Original assignee: MOTOYUKI SUZUKI SENDAI; Aston Co Ltd; Tobishima Corp
Current assignee: MOTOYUKI SUZUKI SENDAI; Aston Co Ltd; Tobishima Corp
Priority date: 2002-03-26
Filing date: 2003-03-10
Publication date: 2006-07-06
Anticipated expiration: 2023-03-11
Also published as: CN1319898C; EP1352882A1; CN1454862A; US20050155524A1; DE60302600D1; CA2421011C; US7018466B2; ATE312061T1; CA2421011A1; EP1352882B1; US20030183129A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Beton- oder Mörtelzusatz, der zu Beton oder Mörtel zugegeben wird. Spezieller bezieht sie sich auf einen Betonzusatz, der durch Mischen eines Silikats mit einer Säure in Gegenwart von Wasser und dann Verfestigen des Gemisches erhalten wird, ein Verfahren zu dessen Herstellung, einen Beton unter Verwendung des Betonzusatzes, ein Verfahren zum Konstruieren einer Betonstruktur unter Verwendung des Betonzusatzes und ein Verfahren zu Herstellung eines Betonproduktes unter Verwendung des Betonzusatzes. Außerdem bezieht sie sich auf einen Mörtelzusatz, der zu einem Mörtel zugegeben wird, ein Verfahren zu dessen Herstellung, einen Mörtel unter Verwendung des Mörtelzusatzes und ein Verfahren zur Herstellung eines Mörtelproduktes unter Verwendung des Mörtelzusatzes. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf Zementgemische.
Da ein Beton hohe Druckfestigkeit aufweist, leicht zu formen ist und wenig kostet, fand er bisher große Akzeptanz im Baubereich. Da in den letzten Jahren die Strukturen insbesondere groß und verschiedenartig geworden sind, sind viele Untersuchungen zur stärkeren Verbesserung der Druckfestigkeit von Beton durchgeführt worden. Um die Festigkeit von Beton beispielsweise zu erhöhen, ist ein Verfahren unter Verwendung von verschiedenen Zusätzen berichtet worden. Dasselbe trifft auf Mörtel zu.
JP-A-61-155237 (US-Patent Nr. 4892586) offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Dammbetons, dadurch gekennzeichnet, daß eine organische Säure und ein härtungsbeschleunigendes anorganisches Salz darin enthalten sind. Es beschreibt, daß die Festigkeit dadurch erhöht werden kann, daß eine organischen Säure und eine härtungsbeschleunigendes anorganischen Salz ohne die Zunahme der exothermen Wärme enthalten sein können und daß das Verfahren zum Einsatz einer großen Menge von Beton, wie Dammbeton, geeignet ist. Beispiele der hier verwendeten organischen Säure umfassen verschiedene Carbonsäuren, wie Zitronensäure und Fumarsäure, und Beispiele des härtungsbeschleunigenden anorganischen Salzes umfassen Alkalimetallsalze, wie Natriumcarbonat und Natriumsilikat. In den Beispielen dieses Dokuments wird die Verbesserung der Druckfestigkeit speziell bestätigt.
JP-A-2001-294461 beschreibt einen Betonmodifikator, der Wasserglas und eine Polycarbonsäure oder Derivate davon enthält. Dieser Betonmodifikator wird auf einer Oberfläche eines Betons nach der Härtung in Lösung beschichtet. Es wird beschrieben, daß die Verschlechterung aufgrund der Neutralisation des Betons oder des Auftretens von Rissen dadurch verhindert oder unterdrückt werden kann.
Die wichtigsten mechanischen Eigenschaften eines Betons sind, daß die Druckfestigkeit hoch ist, während die Zugfestigkeit, Scherfestigkeit und Biegefestigkeit niedrig sind. Obwohl im allgemeinen die Druckfestigkeit von Beton erhöht werden kann, wird die Zugfestigkeit von Beton eingeschränkt. Daher ist es schwierig, die Zugfestigkeit über das Limit zu erhöhen. Folglich ist an einer Stelle, wo eine Betonstruktur konstruiert wurde, das Auftreten von Rissen aufgrund einer unzureichenden Zugfestigkeit ein ernstes Problem.
Da Beton im Vergleich zur Druckfestigkeit eine niedrige Zugfestigkeit besitzt, wird der Aufbau der Festigkeit unter Verwendung einer separaten Verstärkung gegen die Zugkraft durchgeführt, während die Zugfestigkeit des Betons wegen der Gewährleistung der Sicherheit vernachlässigt wird. Als Verstärkung werden ein Betonstahl und ein Spannstahl aufgelistet. Die Festigkeit der Gesamtstruktur wird tatsächlich bei der Verwendung dieser Elemente sichergestellt. Da jedoch die Strukturen groß und verschiedenartig sind, wie oben erwähnt, wird die Menge an Stahl, die zum Sicherstellen der Festigkeit der Betonstrukturen verwendet wird, erhöht, und die übermäßige Stabanordnung ist daher unvermeidlich. In diesem Fall wird ein flüssiger Beton nicht zufriedenstellend eingespeist, wenn er in eine Form gegeben wird, oder die Arbeit der Stabanordnung ist selbst kompliziert, was zur Erhöhung der Kosten führt.
Der Beton, von dem die Temperatur durch Wärmeerzeugung aufgrund der Hydratationsreaktion nach dem Einbringen erhöht wird, schrumpft beim Abkühlen. Wenn beide Enden des Betons schrumpfen, wird eine Zugspannung erzeugt, wodurch oftmals das Auftreten von Rissen induziert wird. Es ist daher wichtig, die Zugfestigkeit von Beton innerhalb eines relativ kurzen Zeitraums der Alterungszeit, während der die Hydratationsreaktion verläuft, zu erhöhen. Außerdem ist Beton direkt nach dem Einbringen naß. Wenn jedoch der Beton Luft ausgesetzt ist, schrumpft er beim Trocknen. Um das Schrumpfen durch Langzeittrocknen zu bewältigen, ist es wichtig, die Zugfestigkeit von Beton zu erhöhen.
Ein Verfahren, bei dem eine Kurzfaserverstärkung aus anorganischen Fasern, wie Asbest und Glasfasern, oder synthetischen Fasern verwendet wird, um die Zugfestigkeit von Beton zu verbessern, ist bekannt gewesen. In diesem Verfahren kann jedoch die Fließfähigkeit beeinträchtigt sein, oder die Dispergierbarkeit einer Verstärkung kann unzureichend sein, wodurch Klumpen gebildet werden, was zur Erhöhung der Kosten führt. Folglich wird dieses Verfahren nur in begrenzten Anwendungen verwendet.
In dem Verfahren, das in JP-A-61-155237 beschrieben wird, wird die Festigkeit durch Zugabe eines Zusatzes zu dem Beton erhöht. Jedoch wird nur die Druckfestigkeit erhöht, und es gibt keine Beschreibung über die Zugfestigkeit. In dem Verfahren, das in JP-A-2001-294461 beschrieben wird, wird der Modifikator auf der Oberfläche des gehärteten Betons beschichtet, und die Verschlechterung des Betons, wie das Auftreten von Rissen, kann verhindert werden, aber die Zugfestigkeit wird nicht positiv erhöht.
US-A-3,827,869 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Schaumformen mit einem Silikatgerüst, das das Mischen einer wässerigen Lösung, enthaltend ein wasserlösliches Silikat, ein Geliermittel und einen Schaumbildner, der eine flüchtige Substanz über etwa 70°C freisetzt, das Umwandeln des Gemisches in ein Gel und dann das Schäumen des Gels durch dessen Erwärmen über 70°C umfaßt.
Die Erfindung ist gemacht worden, um die Probleme zu lösen, und stellt einen Zusatz, der die Zugfestigkeit durch Zugeben zu Beton verbessern kann, und ein Verfahren zu dessen Herstellung bereit. Außerdem stellt sie einen Beton unter Verwendung des Betonzusatzes, ein Verfahren zum Konstruieren einer Betonstruktur unter Verwendung desselben und ein Verfahren zur Herstellung eines Betonproduktes unter Verwendung desselben bereit.
Die Probleme, die mit dem Beton verbunden sind, treffen ebenso auf Mörtel zu. Die Erfindung ist gemacht worden, um ebenso diese Probleme zu lösen, und stellt einen Zusatz, der die Zugfestigkeit durch Zugeben zu Mörtel verbessern kann, und ein Verfahren zu dessen Herstellung bereit. Außerdem stellt sie einen Mörtel unter Verwendung des Mörtelzusatzes und ein Verfahren zur Herstellung eines Mörtelproduktes unter Verwendung desselben bereit. Außerdem stellt die Erfindung ein Zementgemisch bereit, das vorteilhafterweise in diesem Beton oder Mörtel verwendet wird.
Die vorhergehenden Probleme werden durch Bereitstellen eines Betonzusatzes gelöst, wie in Anspruch 1 definiert, der durch Mischen eines Silikats mit einer Carbonsäure in Gegenwart von Wasser und dann Verfestigen des Gemisches erhalten wird. Das heißt, der erfindungsgemäße Betonzusatz wird durch Mischen eines Silikats mit einer Carbonsäure in Gegenwart von Wasser und dann Verfestigen des Gemisches erhalten. Die Ursache, daß die Zugabe eines solchen Zusatzes die Zugfestigkeit des gehärteten Betons erhöht, ist noch nicht vollkommen geklärt. Jedoch wird der folgende Mechanismus vermutet.
Der Mechanismus der Hydratationsreaktion von Zement ist kompliziert und ist bis jetzt noch nicht vollständig geklärt worden. Jedoch wird eine typische Hydratationsreaktion beispielsweise durch die folgende Reaktionsformel (1) dargestellt. Die Zahlenwerte in Formel (1) sind nur illustrativ, und werden sie bei einer tatsächlichen Reaktion innerhalb bestimmter Bereiche liegen. Außerdem wirken Verbindungen, die hier nicht gezeigt werden, bei einer Hydratationsreaktion mit. 2(2CaO·SiO₂) + 4H₂O → 3CaO·2SiO₂·3H₂O + Ca(OH)₂ (1)
Daher werden als Folge der Hydratationsreaktion Calciumsilikathydrat [xCaO·SiO₂·yH₂O] (normalerweise ist x ein Wert von 1,5 bis 2,0, und y ein Wert in einem weniger breiten Bereich) und Calciumhydroxid Ca(OH)₂ als Haupthydratationsreaktionsprodukte gebildet. Von diesen ist das Calciumsilikathydrat eine Hauptkomponente, die normalerweise mehr als die Hälfte an Volumen in Portlandzement, der vollständig gehärtet ist, einnimmt. Es wird in Betracht gezogen, daß das Calciumsilikathydrat eine faserartige oder netzwerkartige Form annimmt und stark durch die Van-der-Waals-Kraft gebunden werden kann. Da Calciumhydroxid ein hexagonaler Prismenkristall mit einer kleinen Oberfläche ist, ist die Van-der-Waals-Kraft niedrig, und reißt gewöhnlich aufgrund der Kristallorientierung, was wenig zur Bindungsfestigkeit beiträgt.
Eine Stelle im Beton, die die niedrigste Festigkeit aufweist und gewöhnlich aufgrund der Zugspannung reißt, wird als sogenannte Übergangszone betrachtet, die hauptsächlich in der Grenzfläche zwischen einem groben Aggregat und Mörtel gebildet wird. Wenn Beton in eine Form eingebracht wird, bildet sich ein Wasserfilm durch Ausbluten um ein großes Aggregat oder eine Verstärkung, speziell darunter, und s tritt eine Übergangszone, eine Region, bei der der Wassergehalt auf Zement basiert, stark auf. In dieser Übergangszone ist der Anteil von Calciumhydroxid höher als im Mörtelteil. Es wird in Betracht gezogen, daß dies ein Faktor für die Verringerung der Festigkeit einer Übergangszone und ebenso der Zugfestigkeit des Betons ist.
Es wird vermutet, daß der erfindungsgemäße Betonzusatz hilft, Calciumhydroxid, das in dieser Übergangszone vorliegt, in beständiges Calciumsilikathydrat durch die folgende Reaktion umzuwandeln. Die Bildung von Calciumsilikathydrat durch eine Reaktion von Natriummetasilikat und Calciumhydroxid wird beispielsweise durch die folgende Reaktionsformel (2) dargestellt. 2Na₂SiO₃ + 3Ca(OH)₂ + 2H₂O → 3CaO·2SiO₂·3H₂O + 4NaOH (2)
Die tatsächliche chemische Reaktion in Beton ist keine quantitative Reaktion und die Zahlenwerte in Formel (2) liegen selbstverständlich in bestimmten Bereichen, wie es bei Formel (1) der Fall ist.
Wenn jedoch eine wässerige Lösung, die durch Mischen eines Silikats, einer Säure und Wasser erhalten wird, als solche zu einem flüssigen Beton zugegeben wird, wird die Fließfähigkeit des Betons verringert, und der Beton wird kaum in die Form eingebracht. Dies geschieht vermutlich, da die Reaktion von Formel (2) in dem Beton zu schnell verläuft.
In Bezug auf den erfindungsgemäßen Betonzusatz wird vermutet, daß, während die Fließfähigkeit des Betons beim Einbringen aufrechtgehalten wird, die Reaktion von Formel (2) in der Übergangszone beim Härten nach dem Einbringen verlaufen kann. Es wird außerdem vermutet, daß, wenn der Zusatz, der durch Mischen eines Silikats mit einer Carbonsäure in Gegenwart von Wasser und dann Verfestigen des Gemisches erhalten wurde, zu dem Beton zugegeben wird, die Fließfähigkeit des Betons nicht beeinträchtigt wird und die Hydratationsreaktion der Formel (2) dann verläuft, mit dem Ergebnis, daß die Silikatkomponente in die Übergangszone eingespeist werden kann.
Tatsächlich bestätigten die betreffenden Erfinder, daß ein Zusatz, der durch Mischen eines Silikats mit einer Carbonsäure in Gegenwart von Wasser und dann Trocknen des Gemisches zur Verfestigung erhalten wird, im Gegensatz zu einem Zusatz, der nur durch Trocknen eines Silikats zur Verfestigung erhalten wird, die Wasserlöslichkeit stark verringert, was das Verhalten von langsamer Auflösung in Wasser über einen längeren Zeitraum zeigt. Es wird vermutet, daß, da Kieselsäure, wie Orthokieselsäure oder Metakieselsäure, eine sehr schwache Säure ist, eine Säure-Base-Reaktion (Neutralisationsreaktion) verläuft, bei der eine schwache Säure (Kieselsäure) durch eine Reaktion mit einer stärkeren Säure (eine Carbonsäure) freigesetzt wird, wodurch ein stärkeres Säuresalz gebildet wird.
Die Probleme der Erfindung werden durch den Betonzusatz gelöst, der durch Mischen des Silikats mit der Carbonsäure in Gegenwart von Wasser und dann Vertestigen des Gemisches durch den oben vermuteten Mechanismus erhalten wird. In dem erfindungsgemäßen Betonzusatz ist das Silikat vorzugsweise Natriumsilikat, und die Säure ist eine Carbonsäure. Der Betonzusatz ist vorzugsweise Pulver oder Granalien. Die Probleme der Erfindung werden durch Bereitstellen eines Betonzu satzes, der Pulver oder Granalien umfaßt, enthaltend ein Reaktionsprodukt eines Silikats und einer Carbonsäure, gelöst.
Die Probleme der Erfindung werden ebenso durch Bereitstellen eines Verfahrens zur Herstellung eines Betonzusatzes, wie in Anspruch 7 definiert, gelöst, welches das Mischen eines Silikats mit einer Carbonsäure in einer wässerigen Lösung und dann Entfernen von Wasser aus der wässerigen Lösung zur Verfestigung umfaßt.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist ein Beton, umfassend den Betonzusatz, Zement, ein Aggregat und Wasser. Ein Verfahren zum Konstruieren einer Betonstruktur, das das Einbringen eines flüssigen Betons, enthaltend Zement, ein Aggregat, den Betonzusatz und Wasser, in eine Form und das Härten des flüssigen Betons umfaßt, ist ebenso eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Zu diesem Zeitpunkt ist es bevorzugt, daß der Betonzusatz zu einem flüssigen Beton, der Zement, ein Aggregat und Wasser enthält, zugegeben wird und die Mischung dann in eine Form gegeben wird. Außerdem ist ein Verfahren zur Herstellung eines Betonproduktes, welches das Einbringen eines flüssigen Betons, enthaltend Zement, ein Aggregat, den Betonzusatz und Wasser, in eine Form und Härten des flüssigen Betons umfaßt, ebenso eine bevorzugte Ausführungsform. Zu diesem Zeitpunkt ist es ebenso bevorzugt, daß der Betonzusatz zu einem flüssigen Beton, der Zement, ein Aggregat und Wasser enthält, zugegeben wird und die Mischung in eine Form gegeben wird.
Die vorhergehenden Probleme werden ebenso durch Bereitstellen eines Mörtelzusatzes gelöst, wie in Anspruch 1 definiert, der durch Mischen eines Silikats mit einer Carbonsäure in Gegenwart von Wasser und dann Verfestigen des Gemisches erhalten wird, sowie einen Mörtelzusatz, umfassend ein Pulver oder Granalien, enthaltend ein Reaktionsprodukt eines Silikats und einer Carbonsäure. Außerdem werden die Probleme durch Bereitstellen eines Verfahrens zur Herstellung eines Mörtelzusatzes gelöst, wie in Anspruch 7 definiert, welches das Mischen eines Silikats mit einer Carbonsäure in einer wässerigen Lösung und dann Entfernen von Wasser aus der wässerigen Lösung zur Verfestigung umfaßt. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist ein Mörtel, einschließlich des Mörtelzusatzes, Zement, einem feinen Aggregat und Wasser. Ein Verfahren zur Herstellung eines Mörtelproduktes, das das Bilden eines flüssigen Mörtels, enthaltend Zement, ein feines Aggregat, den Mörtelzusatz und Wasser, und das Härten der Mischung umfaßt, ist ebenso eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung.
Außerdem werden die Probleme durch Bereitstellen eines Zementgemisches, wie in Anspruch 17 definiert, gelöst, das durch Mischen von Zement mit einem Pulver oder Granalien, erhalten durch Mischen eines Silikat mit einer Carbonsäure in Gegenwart von Wasser und dann Verfestigen des Gemisches, erhalten wird, sowie ein Zementgemisch, das durch Mischen von Zement mit einem Pulver oder Granalien, enthaltend ein Reaktionsprodukt eines Silikats und einer Säure, erhalten wird. Zu diesem Zeitpunkt ist es bevorzugt, daß der Wassergehalt des Pulvers oder der Granalien 10 Gew.-% oder weniger beträgt.
1 ist eine graphische Darstellung, die die Porengrößenverteilung eines Betons in Beispiel 4 zeigt;
2 ist eine graphische Darstellung, die die Porengrößenverteilung eines Betons in Vergleichsbeispiel 1 zeigt;
3 ist ein Photo einer gebrochenen Oberfläche des Betons in Beispiel 4;
4 ist ein Photo einer gebrochenen Oberfläche des Betons in Vergleichsbeispiel 1;
5 ist eine graphische Darstellung, die die Veränderung in der Spaltzugfestigkeit mit der Zeit zeigt;
6 ist eine graphische Darstellung, die die Veränderung in der Druckfestigkeit mit der Zeit zeigt; und
7 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung der Druckfestigkeit und der Spaltzugfestigkeit zeigt.
Der erfindungsgemäße Betonzusatz wird durch Mischen eines Silikats mit einer Carbonsäure in Gegenwart von Wasser und dann Verfestigen des Gemisches erhalten.
Das Silikat, das in der Erfindung verwendet wird, ist nicht besonders eingeschränkt. Seine kationische Spezies kann nicht nur ein Metallion, sondern ebenso ein Ammo niumion sein, und das Metallion ist bevorzugt. In bezug auf das Metallion ist ein Alkalimetallion bevorzugt. Ein Natriumion ist im Hinblick auf die leichte Beschaffung eines Ausgangsmaterials und der Kosten stärker bevorzugt. Eine anionische Spezies des Silikats, das in der Erfindung verwendet wird, ist nicht besonders eingeschränkt. Es kann nicht nur eine anionische Spezies, wie Orthosilikatanion [SiO₄ ^4–] oder Metasilikatanion [SiO₃ ^2–], sondern ebenso eine anorganische Spezies sein, in der mehrere Silikat-Einheiten ([SiO₂]-Einheiten) gebunden werden.
Spezielle Beispiele der Verbindung umfassen Natriumorthosilikat, Kaliumorthosilikat, Lithiumorthosilikat, Natriummetasilikat, Kaliummetasilikat, Lithiummetasilikat und Wasserglas.
Von diesen wird Wasserglas bevorzugt in der Erfindung verwendet. Wasserglas ist eine wässerige Lösung aus einem Alkalimetallsilikat, in dem mehrere Silikat-Einheiten ([SiO₂]-Einheiten) unter Bildung einer anionischen Spezies gebunden sind. Das hier verwendete Alkalimetall ist normalerweise Natrium, und Kalium ist ebenso zugänglich. Natriumsilikat als ein Feststoffgehalt wird durch die Formel Na₂O·nSiO₂ dargestellt.
Das Verhältnis des Metallatoms zu dem Siliciumatom [Metall/Silicium] in dem Silikat ist vorzugsweise 0,1 bis 2. Wenn das [Metall/Silicium]-Verhältnis weniger als 0,1 ist, wird die Wasserlöslichkeit verringert, und das Silikat kann weniger mit einer Carbonsäure in Gegenwart von Wasser gemischt werden. Es ist stärker bevorzugt 0,2 oder mehr, außerdem bevorzugt 0,3 oder mehr. Wenn das [Metall/Silicium]-Verhältnis 2 überschreitet, ist die Wasserlöslichkeit des Silikats zu hoch, was die Fließfähigkeit des Betons verschlechtern kann. Es beträgt stärker bevorzugt 1,5 oder weniger, außerdem bevorzugt 1 oder weniger.
Die verwendete Carbonsäure ist nicht besonderes eingeschränkt. Beispiele davon können Monocarbonsäuren, wie Ameisensäure, Essigsäure und Propionsäure; Oxymonocarbonsäuren, wie Glykolsäure, Milchsäure und Gluconsäure; Polycarbonsäuren, wie Oxalsäure, Malonsäure, Bernsteinsäure, Pimelinsäure, Adipinsäure, Glutarsäure, Maleinsäure, Fumarsäure, Phthalsäure und Terephthalsäure; Hydroxypoly carbonsäuren, wie Malinsäure und Zitronensäure; und Polycarbonsäurepolymere, wie ein Acrylsäurepolymer und ein Maleinsäureanhydridpolymer umfassen. Von diesen sind Oxycarbonsäuren und Polycarbonsäuren, die geringe Flüchtigkeit und gute Wasserlöslichkeit aufweisen, bevorzugt, und Polycarbonsäuren sind stärker bevorzugt. Ungesättigte Polycarbonsäuren, wie Maleinsäure und Fumarsäure, sind ebenso bevorzugt.
Wenn ein Metallsilikat und eine Carbonsäure in dem erfindungsgemäßen Betonzusatz verwendet werden, beträgt das Verhältnis des Metallatoms des Silikats zu der Carboxylgruppe der Carbonsäure [Metall/Carboxylgruppe] 1 bis 200. Wenn das [Metal/Caboxylgruppen]-Verhältnis weniger als 1 beträgt, ist die Kieselsäurekomponente nicht in Wasser löslich, und ein unlöslicher Stoff kann beim Mischen des Silikats mit der Carbonsäure in Gegenwart von Wasser erzeugt werden, was es unmöglich macht, sie einheitlich zu mischen. Es beträgt stärker bevorzugt 2 oder mehr, außerdem bevorzugt 5 oder mehr, am stärksten bevorzugt 10 oder mehr. Wenn das [Metall/Carboxylgruppen]-Verhältnis 200 überschreitet, ist die Wasserlöslichkeit des Silikats zu hoch, was die Fließfähigkeit des Betons verringern kann. Es beträgt stärker bevorzugt 100 oder weniger, außerdem bevorzugt 50 oder weniger.
Der erfindungsgemäße Betonzusatz wird durch Mischen des Silikats mit der Carbonsäure in Gegenwart von Wasser, wie oben erwähnt, hergestellt. Es wird vermutet, daß durch Mischen in Gegenwart von Wasser eine Neutralisationsreaktion (Salzbildung) zwischen der kationischen Spezies verläuft, was dazu beiträgt, daß das Silikat und die Carbonsäure die Wasserlöslichkeit des Silikats richtig verringern. Die Menge an Wasser, die beim Mischen vorliegt, beträgt vorzugsweise 1 Gewichtsteil oder mehr, stärker bevorzugt 10 Gewichtsteile oder mehr, außerdem bevorzugt 100 Gewichtsteile oder mehr pro 100 Gewichtsteile des gesamten Silikats und der Säure. Das Mischverfahren ist nicht besonders eingeschränkt, so lange wie diese Komponenten in einem flüssigen Zustand gemischt werden. Ein Verfahren, bei dem das Silikat und die Carbonsäure unter Rühren in dem Zustand einer wässerigen Lösung gemischt werden, ist bevorzugt. Beispielsweise wird ein Verfahren, bei dem eine Carbonsäure oder ihre wässerige Lösung zu Wasserglas zugegeben und das Ge misch gerührt wird, erwähnt. Zur Erleichterung des Rührens ist es ratsam, daß sie bei erhöhter Temperatur gemischt werden.
Der erfindungsgemäße Betonzusatz wird durch Mischen der Komponenten, wie oben erwähnt, und dann Verfestigen des Gemisches hergestellt. Das Gemisch kann durch Entfernen von Wasser oder durch Abkühlen verfestigt werden. Ein Verfahren, bei dem nach dem Mischen des Silikats mit der Carbonsäure Wasser aus einer wässerigen Lösung zur Verfestigung entfernt wird, ist bevorzugt. Das Verfahren zum Entfernen von Wasser ist nicht besonders eingeschränkt. Wasser kann durch das Stehenlassen der wässerigen Lösung bei Raumtemperatur oder durch dessen Erhitzen verflüchtigt werden. Nach dem Entfernen von Wasser beträgt der Wassergehalt 50 Gew.-% oder weniger, vorzugsweise 40 Gew.-% oder weniger, außerdem bevorzugt 30 Gew.-% oder weniger. Der erfindungsgemäße Betonzusatz enthält selbst im festen Zustand eine beträchtliche Menge an Wasser darin. Wie später beschrieben, ist es bevorzugt, wenn das Zementgemisch hergestellt wird, in dem der Betonzusatz eingeführt worden ist, daß der Wassergehalt weiter verringert wird. Der hier bezeichnete Wassergehalt ist ein Wert, der durch das in JSI K0101-16.2 beschriebene Verfahren gemessen wurde.
Der erfindungsgemäße Betonzusatz ist ein Betonzusatz, umfassend ein Pulver oder Granalien, enthaltend das Reaktionsprodukt des Silikats und der Säure. Das hier bezeichnete Reaktionsprodukt ist ein Produkt, das durch eine Säure-Base-Reaktion (Neutralisationsreaktion) erhalten wird, bei dem eine schwache Säure (Kieselsäure) freigesetzt wird, wodurch ein stärkeres Säuresalz gebildet wird. Der Betonzusatz, der in der Erfindung ein solches Reaktionsprodukt enthält, kann die Wirkungen der Erfindung hervorbringen. Wie oben erwähnt, ist es bevorzugt, daß der Betonzusatz durch Mischen des Silikats mit der Carbonsäure in Gegenwart von Wasser und dann Verfestigen des Gemisches hergestellt wird. Jedoch ist der Betonzusatz, der durch dieses Verfahren hergestellt wurde, nicht kritisch, und ein Betonzusatz, der schließlich das Reaktionsprodukt enthält, ist ebenso erhältlich. Ein Pulver oder Granalien, die ein solches Reaktionsprodukt enthalten, können als ein Mörtelzusatz oder ein Rohmaterial des Zementgemisches, das später beschrieben wird, verwendet werden.
Der erfindungsgemäße Betonzusatz ist vorzugsweise ein Pulver oder Granalien. Das Verfahren zur Bildung eines Pulvers oder Granalien ist nicht besonders eingeschränkt. Es umfaßt ein Verfahren, in dem das Produkt verfestigt und dann pulverisiert wird, und ein Verfahren, in dem Tröpfchen verfestigt werden. Außerdem kann/können ein Pulver oder Granalien während des Verfestigens gebildet werden. Bei dem Pulver oder den Granalien ist die Teilchengröße nicht besonders eingeschränkt. Jedoch ist es ratsam, daß die feinen Teilchen mit einer Teilchengröße von beispielsweise weniger als 100 μm nicht als Hauptteilchen verwendet werden. Außerdem ist es ratsam, daß grobe Teilchen mit einer Teilchengröße von beispielsweise mehr als 10 mm nicht als Hauptteilchen verwendet werden.
Wenn die Teilchengröße zu klein ist, kann die Fließfähigkeit des Betons beim Zugeben des erfindungsgemäßen Betonzusatzes zu Beton verringert werden. Wenn außerdem die Teilchengröße zu groß ist, kann der gehärtete Beton nicht einheitlich sein. Wenn außerdem die Teilchengröße zu klein oder zu groß ist, wird die Zugfestigkeit gewöhnlich weniger verbessert. Die Zugfestigkeit wird durch die Verwendung von Teilchen mit einer entsprechenden Teilchengröße stark verbessert. Obwohl der Grund nicht klar ist, wird vermutet, daß mit einer entsprechenden Teilchengröße die Silikatkomponente richtig in die Übergangszone eingeführt werden kann, wenn die Hydratationsreaktion nach dem Einbringen des Betons gut verläuft.
Vorzugsweise variiert die Teilchengröße mit einer chemischen Zusammensetzung oder einem Wassergehalt des Betonzusatzes oder einem Verfahren, bei dem der Betonzusatz zu dem Beton zugegeben wird. Daher muß er richtig eingestellt werden. Es ist ratsam, daß die Menge an Teilchen mit einer kleinen Teilchengröße nicht zu groß ist. Beispielsweise beträgt die Menge an Teilchen, die nicht durch ein 1,25 mm-Maschensieb fallen, vorzugsweise 50 Gew.-% oder mehr, stärker bevorzugt 80 Gew.-% oder mehr. Außerdem ist es ratsam, daß die Menge an Teilchen mit einer großen Teilchengröße nicht zu groß ist. Deshalb beträgt die Menge an Teilchen, die durch ein 2,5 mm-Maschensieb fallen, 50 Gew.-% oder mehr, stärker bevorzugt 80 Gew.-% oder mehr. Im übrigen wird die Größe der Maschen in JIS Z8801 definiert.
Der Beton, der in dieser Erfindung erhalten wird, umfaßt Zement, ein Aggregat, Wasser und den Betonzusatz. Der hier bezeichnete Beton umfaßt sowohl flüssigen Beton (frischen Beton) vor dem Einbringen als auch einen gehärteten Beton nach dem Einbringen.
Zement, der zu diesem Zeitpunkt verwendet wird, kann hydraulischer Zement sein, der Calciumsilikat enthält, und Portlandzement und Hochofenzement können verwendet werden.
Der erfindungsgemäße Beton enthält das Aggregat. Wie oben erwähnt, wird vermutet, daß der erfindungsgemäße Betonzusatz eine Bindungsfestigkeit hauptsächlich in der Übergangszone umfaßt, die eine Grenzfläche zwischen dem groben Aggregat und dem Mörtel ist. Folglich ist es signifikant, daß der Betonzusatz zu dem Beton, der das Aggregat enthält, zugegeben wird. Das verwendete Aggregat ist nicht besonders eingeschränkt. Ein Aggregat, das aus natürlichen Mineralien erhalten wird, ein Aggregat unter Verwendung einer Hochofenschlacke, von Flugasche oder von Abfallbeton als Rohmaterial, und ein künstliches Aggregat können verwendet werden. Die Menge des Aggregats beträgt 300 bis 1.200 Gewichtsteile, bevorzugt 500 bis 800 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile Zement.
Die Größe des Aggregats ist nicht besonders eingeschränkt. Ein feines Aggregat und ein grobes Aggregat können entweder einzeln oder in Kombination verwendet werden. Das feine Aggregat paßt durch ein 5 mm-Maschensieb, und verbleibt normalerweise auf einem 75 μm-Maschensieb. Die groben Teilchen verbleiben auf einem 5 mm-Maschensieb, und ihre Größe beträgt normalerweise bis zu ungefähr 200 mm. Je größer die Größe des Aggregats, desto stärker bildet sich darum die Übergangszone. Folglich wird der erfindungsgemäße Betonzusatz ziemlich vorteilhaft in dem Beton, der das grobe Aggregat enthält, verwendet. Die Menge des groben Aggregats beträgt vorzugsweise 100 bis 800 Gewichtsteile, stärker bevorzugt 150 bis 500 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile Zement. Vorzugsweise ist feines Aggregat zusätzlich zu grobem Aggregat enthalten. Die Menge des feinen Aggregats beträgt vorzugsweise 100 bis 800 Gewichtsteile, stärker bevorzugt 150 bis 500 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile Zement.
Die Menge an Wasser, die in den erfindungsgemäßen Beton eingeführt wird, beträgt 20 bis 75 Gewichtsteile, vorzugsweise 30 bis 60 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile Zement.
Der erfindungsgemäße Beton enthält den Betonzusatz zusätzlich zu Zement, ein Aggregat und Wasser. Die Menge des Betonzusatzes beträgt 0,1 bis 20 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile Zement. Wenn die Menge weniger als 0,1 Gewichtsteil beträgt, kann die Zugfestigkeit weniger verbessert werden. Die Menge beträgt stärker bevorzugt 0,5 Gewichtsteile oder mehr, außerdem bevorzugt 1 Gewichtsteil oder mehr. Wenn die Menge 20 Gewichtsteile überschreitet, kann die Fließfähigkeit des Betons verringert werden, und die Zugfestigkeit kann eher weniger verbessert werden. Die Menge beträgt stärker bevorzugt 10 Gewichtsteile oder weniger, außerdem bevorzugt 5 Gewichtsteile oder weniger.
Der Beton kann andere Komponenten als die vorhergehenden Komponenten enthalten, wenn die Wirkungen der Erfindung nicht beeinträchtigt werden. Bekannte Additive, wie Wasserreduktionsmittel, ein Luftporenbildner, ein Superverflüssiger und ein Abbindeverzögerer, können gemäß den Anwendungen und erforderlichen Eigenschaften eingeführt werden. Bei einigen Anwendungen ist es ratsam, eine Kurzfaserverstärkung aus anorganischen Fasern, wie Asbest und Glasfasern, oder synthetischen Fasern einzuführen.
Das Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Betons ist nicht besonders eingeschränkt. Die vorhergehenden Materialien können gleichzeitig gemischt und geknetet werden, oder nacheinander zugegeben und gemischt werden. Beispielsweise kann der Beton durch einmaliges Kneten der Materialien in einem Fertigbetonwerk hergestellt werden. Jedoch ist es zum Halten eines flüssigen Zustandes vor dem Einbringen bevorzugt, daß der erfindungsgemäße Betonzusatz zu einem flüssigen Beton, der Zement, ein Aggregat und Wasser umfaßt, zugegeben wird. Dies macht es möglich, die Zugfestigkeit des gehärteten Betons zu verbessern, während die gute Fließfähigkeit des Betons beim Einbringen gehalten wird. Speziell ist ein Verfahren bevorzugt, bei dem ein Fertigbeton, der in einem Fertigbetonwerk hergestellt wurde, zu einer Stelle mit einem Betonmischer transportiert wird und der erfindungsgemäße Betonzusatz in den Mischer an der Stelle eingespeist und direkt nach dem Kneten eingebracht wird. Es ist ebenso bevorzugt, daß, wie später beschrieben wird, das Zementgemisch, das durch Mischen von Zement mit einem Pulver oder Granalien, erhalten durch Mischen eines Silikats mit einer Säure in Gegenwart von Wasser und dann Verfestigen des Gemisches, erhalten wurde, als ein Rohmaterial verwendet wird, und ein Aggregat und Wasser dazugegeben werden.
Der so erhaltene erfindungsgemäße Beton wird in eine Form im flüssigen Zustand eingebracht und gehärtet. Da die Zugfestigkeit des gehärteten Betons erhöht wird, kann die Menge an verwendetem Betonstahl im Vergleich zu üblichen Betonstrukturen verringert werden. Wenn der Beton in eine Form mit dem angeordneten Stahl eingebracht wird, speziell in einer Form mit kompliziert angeordnetem Stahl, kann die Erfindung ziemlich vorteilhaft praktiziert werden. Der Grund ist, daß brüchige Teile, die unter der Verstärkung aufgrund von Ausbluten auftreten, durch Zugeben des erfindungsgemäßen Betonzusatzes verstärkt werden können.
Der erfindungsgemäße Beton kann verwendet werden, um verschiedene Strukturen zu konstruieren. Da die Betonstrukturen unter Verwendung des erfindungsgemäßen Betons hohe Zugfestigkeit besitzen, werden sie effektiv in Teilen verwendet, in denen eine Zugspannung gewöhnlich aufgrund der äußeren Kraft oder einer thermischen Spannung erzeugt wird, oder Teilen, die durch Ermüdung beeinflußt werden. Außerdem wird der erfindungsgemäße Beton effektiv verwendet, um Strukturen mit komplizierten Formen zu konstruieren. Er kann speziell auf Straßen- oder Bahnhofsanlagen, wie Pflaster, Piers und Tunnel, Hafenanlagen, Flughafenanlagen, Fluß- und Küstenanlagen, wie Stützmauern und -bänke, Energieanlagen, wie Kernkraftwerk und Wärmekraftwerk, Wasserbehandlungsanlagen, wie Dämme und Kanäle, und allgemeine Gebäude aufgetragen werden.
Der erfindungsgemäße Beton kann verwendet werden, um verschiedene Betonprodukte (Betonnebenprodukte) herzustellen. In diesem Fall können Betonprodukte derselben Form in einer Fabrik massenproduziert werden. Der erfindungsgemäße Beton wird in eine Form eingebracht und dann gehärtet, um ein Betonprodukt herzustellen. Da die Betonprodukte in einer Fabrik hergestellt werden können, können verschiedene Formgebungen, wie Extrudieren, Preßformen, Druckformen, Vibrationsformen, Walzenformen und Rotationsgießen, eingesetzt werden. Die Betonprodukte sind unter Verwendung des erfindungsgemäßen Betons aufgrund der hohen Zugfestigkeit als Produkte, die auf Zugspannung aufgrund der äußeren Kraft oder thermischen Spannung empfindlich reagieren, oder als Produkte, die gewöhnlich durch Ermüdung beeinflußt werden, nützlich. Außerdem sind sie als Produkte mit komplizierten Formen oder dünne Produkte nützlich. Spezielle Beispiele der Betonprodukte umfassen Blöcke, Rohre, Säulen, Pfähle, Stützwände und Rinnsteine.
Dies sind der Betonzusatz, das Verfahren zu dessen Herstellung und die Anwendung davon. Der Mörtelzusatz wird nachstehend beschrieben. Der Mörtel ist ein Beton ohne ein grobes Aggregat, und Zement, feines Aggregat (Sand) und Wasser werden im allgemeinen als seine Hauptrohmaterialien verwendet.
Der erfindungsgemäße Mörtelzusatz wird durch Mischen eines Silikats mit einer Carbonsäure in Gegenwart von Wasser und dann Verfestigen des Gemisches erhalten. Als Komponenten, die den erfindungsgemäßen Mörtelzusatz bilden, können die Komponenten verwendet werden, die den erfindungsgemäßen Betonzusatz bilden.
Der Mörtel, der in der Erfindung erhalten wird, umfaßt Zement, feines Aggregat, Wasser und den Mörtelzusatz. Der hier bezeichnete Mörtel umfaßt sowohl flüssigen Mörtel vor dem Härten als auch gehärteten Mörtel. Als hier verwendeten Zement ist der Zement, der bei Beton verwendet wird, zugänglich.
Der erfindungsgemäße Mörtel enthält das feine Aggregat, aber nicht das grobe Aggregat. In dem erfindungsgemäßen Betonzusatz, wie oben erwähnt, scheint die Zugfestigkeit wahrscheinlich durch Verbessern der Bindungsfestigkeit in der Übergangszone, die die Grenzfläche zwischen dem groben Aggregat und dem Mörtel ist, verbessert zu werden. Da die Zugfestigkeit in dem erfindungsgemäßen Mörtel verbes sert wird, scheint die Bindungsfestigkeit wahrscheinlich ebenso in der Grenzfläche zwischen dem feinen Aggregat und der Zementpaste verbessert zu werden.
Das feine Aggregat fällt durch ein 5 mm-Maschensieb, und verbleibt auf einem 75 μm-Maschensieb. Das feine Aggregat, das in dem erfindungsgemäßen Mörtel verwendet wird, ist nicht besonders eingeschränkt. Als ein feines Aggregat, das aus natürlichen Mineralien, wie Sand, erhalten wird, kann ein feines Aggregat unter Verwendung einer Hochofenschlacke, einer Flugasche oder eines Abfallbetons als Rohmaterial und ein künstliches Aggregat verwendet werden. Die Menge des feinen Aggregats beträgt 100 bis 800 Gewichtsteile, vorzugsweise 150 bis 500 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile Zement.
Die Menge an Wasser, die in den erfindungsgemäßen Mörtel eingeführt wird, beträgt 20 bis 75 Gewichtsteile, vorzugsweise 30 bis 60 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile Zement. Die Menge des Mörtelzusatzes, die zu dem erfindungsgemäßen Mörtel zugegeben wird, beträgt 0,1 bis 20 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile Zement. Wenn die Menge weniger als 0,1 Gewichtsteil beträgt, kann die Zugfestigkeit weniger verbessert werden. Die Menge beträgt stärker bevorzugt 0,5 Gewichtsteile oder mehr, außerdem bevorzugt 1 Gewichtsteil oder mehr. Wenn die Menge 20 Gewichtsteile überschreitet, kann die Fließfähigkeit des Mörtels vorm Härten verringert werden, und die Zugfestigkeit kann eher weniger verbessert werden. Die Menge beträgt stärker bevorzugt 10 Gewichtsteile oder weniger, außerdem bevorzugt 5 Gewichtsteile oder weniger.
Der Mörtel kann andere Komponenten als die vorhergehenden Komponenten enthalten, wenn die Wirkungen der Erfindung nicht beeinträchtigt werden. Bekannte Additive, wie Wasserreduktionsmittel, Luftporenbildner, Superverflüssiger, Abbindeverzögerer, ein teurer Zusatz und ein härtungsbeschleunigendes Mittel, können gemäß den Anwendungen und erforderlichen Eigenschaften eingeführt werden. Bei diesen Anwendungen ist es ratsam, eine Kurzfaserverstärkung aus anorganischen Fasern, wie Asbest und Glasfasern, oder synthetischen Fasern einzuführen.
Das Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Mörtels ist nicht besonders eingeschränkt. Die vorhergehenden Materialien können gleichzeitig gemischt und geknetet oder nacheinander zugegeben und gemischt werden. Außerdem, wie später beschrieben wird, ist es ebenso möglich, daß das Zementgemisch, das durch Mischen von Zement mit einem Pulver oder Granalien, erhalten durch Mischen eines Silikats mit einer Säure in Gegenwart von Wasser und dann Verfestigen des Gemisches, erhalten wird, als ein Rohmaterial verwendet wird und das feine Aggregat und Wasser dazugegeben werden.
Der so erhaltende flüssige Mörtel wird geformt und dann gehärtet, wodurch ein Mörtelprodukt hergestellt wird. Das Formverfahren ist nicht besonders eingeschränkt. Der Mörtel kann in eine Form gegossen und dann gehärtet werden, oder verschiedene Formgebungen, wie Extrudieren, Preßformen, Druckformen, Vibrationsformen, Walzenformen und Rotationsgießen, können eingesetzt werden. Außerdem kann der flüssige Mörtel auf ein Basisteil gesprüht oder dick aufgetragen werden.
Da die Mörtelprodukte unter Verwendung des erfindungsgemäßen Mörtels hohe Zugfestigkeit aufweisen, sind sie als Produkte, die auf die Zugspannung aufgrund von äußerer Kraft oder thermischer Spannung empfindlich reagieren, oder als Produkte, die gewöhnlich durch Ermüdung beeinflußt werden, nützlich. Außerdem sind die Mörtelprodukte ebenso als Produkte mit komplizierten Formen oder dünne Produkte nützlich. Spezielle Beispiele der Mörtelprodukte umfassen Blöcke, Rohre, Stützwände, Randsteine, Rinnsteine und Formen.
Dies sind der Betonzusatz und der Mörtelzusatz. Das Zementgemisch, das die andere Ausführungsform der Erfindung ist, wird nachstehend beschrieben. Das erfindungsgemäße Zementgemisch wird durch Mischen von Zement mit einem Pulver oder Granalien, erhalten durch Mischen eines Silikats mit einer Carbonsäure in Gegenwart von Wasser und dann Verfestigen des Gemisches, erhalten.
Als das Pulver oder die Granalien, die in dem erfindungsgemäßen Zementgemisch verwendet werden, werden das Pulver oder die Granalien, die als vorhergehender Betonzusatz oder Mörtelzusatz verwendet werden, verwendet. Da jedoch das Bloc kieren oder Verwittern von Zement über einen langen Zeitraum in einem Zustand, wo das Pulver oder die Granalien mit Zement gemischt wird/werden, verhindert werden soll, ist es ratsam, daß der Wassergehalt niedrig ist. Der Wassergehalt beträgt vorzugsweise 20 Gew.-% oder weniger, stärker bevorzugt 10 Gew.-% oder weniger, noch stärker bevorzugt 5 Gew.-% oder weniger, am stärksten bevorzugt 1 Gew.-% oder weniger.
In der Erfindung beträgt die Menge des Pulvers oder der Granalien, basierend auf Zement in dem Zementgemisch, vorzugsweise 0,1 bis 20 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile Zement. Wenn sie weniger als 0,1 Gewichtsteil beträgt, kann die Zugfestigkeit weniger verbessert werden. Die Menge beträgt stärker bevorzugt 0,5 Gewichtsteile oder mehr, stärker bevorzugt 1 Gewichtsteil oder mehr. Wenn die Menge 20 Gewichtsteile überschreitet, kann die Fließfähigkeit des Betons oder des Mörtels vor dem Härten verringert werden, und die Zugfestigkeit kann eher weniger verbessert werden. Die Menge beträgt stärker bevorzugt 10 Gewichtsteile oder weniger, stärker bevorzugt 5 Gewichtsteile oder weniger. Als der hier verwendete Zement ist der Zement, der in dem vorhergehenden Beton oder Mörtel verwendet wird, verfügbar.
Dieses Zementgemisch kann vorteilhafterweise als ein Rohmaterial eines Betons oder Mörtels verwendet werden. Da der Zement eine entsprechende Menge des Pulvers oder der Granalien vorher enthält, kann er wie übliche Zemente nur durch Kneten mit Wasser, dem Aggregat und dergleichen verwendet werden, und das Verfahren zum Mischen der Rohmaterialien ist leicht. Außerdem kann das Zementgemisch in derselben Weise wie übliche Zemente verteilt werden, und ein Beton oder Mörtel, verbessert hinsichtlich der Zugfestigkeit, kann leicht auf einem Baugelände oder in einer Fabrik hergestellt werden.
BEISPIELE
Die Erfindung wird nachstehend in bezug auf die Beispiele und Vergleichsbeispiele spezieller dargestellt.
Beispiel 1 (Herstellung der Zusätze A und B)
Der Zusatz B liegt nicht im Umfang der vorliegenden Erfindung und stellt daher nur ein Referenzbeispiel dar.
120 g Fumarsäure wurden in einen Behälter, gefüllt mit 15 kg Wasser, gehalten bei 60°C, eingespeist und unter Rühren gelöst. Dann wurden während des Fortsetzens des Rührens 25 kg Wasserglas („JIS Nr. 3 Sodium Silicate", hergestellt von Toso Sangyo K. K.) zugegeben. Zu diesem Zeitpunkt wurde die Viskosität vorübergehend in einem Teil, zu dem Wasserglas zugegeben wird, sehr erhöht, aber die gesamte Lösung wurde unter Rühren homogenisiert. Diese Verfahrensweise wurde wiederholt, und eine vollkommen einheitliche wässerige Lösung frei von einem unlöslichen Stoff wurde durch Zugeben der Gesamtmenge an Wasserglas hergestellt.
Das hier verwendete Wasserglas enthielt 9 bis 10 Gew.-% Natriumoxid (Na₂O: MW = 61,98) und 28 bis 30 Gew.-% Siliciumdioxid (SiO₂: MW = 60,09). Vorausgesetzt, daß das Wasserglas 9,5 Gew.-% Natriumoxid und 29 Gew.-% Siliciumdioxid beim Einsetzen der Zwischenwerte enthielt, betrug das [Metall/Silicium]-Verhältnis 0,64. Außerdem betrug das [Metall/Carboxylgruppen]-Verhältnis (Verhältnis des Natriumatoms zu der Carboxylgruppe von Fumarsäure (C₄H₄O₄: MW = 116,07) als zweiwertige Säure) 37.
Die resultierende wässerige Lösung wurde auf eine Kunststoffschale auf eine Dicke von 5 mm gegossen, und konnte bei Raumtemperatur für 3 Tage stehen, wodurch Wasser zur Verfestigung eindampfte. Das resultierende verfestigte Produkt war ein wasserhaltiges Gel mit einer leichten Flexibilität. Dieses verfestigte Produkt wurde auf ein 2,5 mm-Maschensieb eingespeist, und durch die Öffnungen des Siebs mit einem Stab extrudiert. Die extrudierten Teilchen wurden auf einer Kunststoffolie ausgebreitet und durch Heißluftblasen von 50°C mit einem Gebläse für 24 Stunden getrocknet. Nach dem Trocknen wurden die Teilchen, die leicht aneinander klebten, getrennt und dann auf ein 2,5 mm-Maschensieb aufgetragen. Die Teilchen, die durch den Sieb fielen, wurden als Zusatz A bezeichnet, der in diesem Beispiel verwendet wurde, und die Teilchen, die auf dem Sieb verblieben, wurden als Zusatz B bezeichnet, der in diesem Beispiel verwendet wurde. Wenn der Zusatz A auf ein 1,25 mm- Maschensieb aufgetragen wurde, fielen ungefähr 10 Gew.-% davon durch das Sieb, und ungefähr 90 Gew.-% davon verblieben auf dem Sieb. Der Zusatz B enthielt Teilchen mit der maximalen Teilchengröße von 7 mm.
Der Wassergehalt der so erhaltenden Zusätze A und B wurde gemäß JIS K0101-16.2 gemessen und betrug 25,5 Gew.-%. Da diese Zusätze A und B eine Feuchtigkeitsabsorption aufwiesen, wurden sie in einem Polyethylenbeutel mit einem Trocknungsmittel gelagert. Sie wurden abgezogen und verwendet, wann immer sie mit einem Fertigbeton oder mit einem feinen Aggregat und Sand gemischt wurden, um einen Mörtel herzustellen.
Beispiel 2 (Herstellung des Zusatzes C)
Eine wässerige Lösung wurde in derselben Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, außer [daß 1.440 g Zitronensäure anstelle von 120 g Fumarsäure verwendet wurden. Das Metall/Carboxylgruppen]-Verhältnis der Natriumatoms zu der Carboxylgruppe von Zitronensäure (C₆H₈O₇ MW = 192,13) als eine dreiwertige Säure betrug 3,4.
Die resultierende wässerige Lösung wurde wie in Beispiel 1 verfestigt und getrocknet. Nach dem Trocknen wurden die Teilchen, die leicht aneinander klebten, getrennt und dann auf ein 2,5 mm-Maschensieb aufgetragen, und die Teilchen, die durch das Sieb fielen, wurden als Zusatz C bezeichnet. Wenn der Zusatz C auf ein 1,25 mm-Maschensieb aufgetragen wurde, fielen ungefähr 10 Gew.-% davon durch das Sieb, und ungefähr 90 Gew.-% davon verblieben auf dem Sieb. Der Wassergehalt des so erhaltenen Zusatzes C wurde gemäß JIS K0101-16.2 gemessen und betrug 30 Gew.-%. Da der Zusatz C eine Feuchtigkeitsabsorption aufwies, wurde er wie in Beispiel 1 gelagert und verwendet.
Beispiel 3 (Herstellung des Zusatzes D)
Der Zusatz A, der in Beispiel 1 hergestellt wurde, wurde auf eine Bratpfanne gegeben und auf einem Gaserhitzer erhitzt. Da Wasser in dem Zusatz durch Erhitzen eingedampft wurde, quollen die Zusatzteilchen. Jedoch wurde 5 Minuten später kein Quellen mehr beobachtet und das Erhitzen wurde beendet. Nach dem Abkühlen wurden die Teilchen, die leicht aneinander klebten, getrennt, und dann auf ein 2,5 mm-Maschensieb aufgetragen. Die Teilchen, die durch das Sieb fielen, wurden als Zusatz D bezeichnet, der in diesem Beispiel verwendet wurde. Wenn der Zusatz D auf ein 1,25 mm-Maschensieb aufgetragen wurde, fielen ungefähr 10 Gew.-% durch das Sieb, und ungefähr 90 Gew.-% davon verblieben auf dem Sieb. Der Wassergehalt des so erhaltenden Zusatzes D wurde gemäß JIS K0101-16.2 gemessen und betrug 0 Gew.-%. Da der Zusatz D eine Feuchtigkeitsabsorption aufwies, wurde er wie in Beispiel 1 gelagert und verwendet. Daher enthält der Zusatz D kein Wasser. Folglich kann er, selbst wenn der Zement zuvor mit dem Zusatz gemischt wurde, für lange Zeit ohne Blockieren oder Verwittern gelagert und als Zementgemisch verteilt werden.
Beispiel 4 (Herstellung und Bewertung eines Betons, enthaltend Zusatz A)
Für einen Fertigbeton, der als ein Grundbeton verwendet wird, wurden die folgenden Rohmaterialien verwendet.
1) Zement

normaler Portlandzement, hergestellt von Ube Industries Ltd., Dichte 3,16 g/cm³, Natriumgehalt (berechnet als Na₂O) 0,68 Gew.-%

2) grobes Aggregat

Bruchstein (2005) von Kuzuu, Teilchengröße 5 bis 20 mm, Feststoffvolumenprozentsatz 60,0%, Oberflächen-Trockenzustandsdichte 2,70 g/cm³, Wasserabsorption 0,89 Gew.-%

3) feines Aggregat 1

Brechsand von Kuzuu, Teilchengröße 5 mm oder weniger, Körnungsmodul 3,20, Oberflächen-Trockenzustandsdichte 2,63 g/cm³, Wasserabsorption 1,22 Gew.-%

4) feines Aggregat 2

Erdsand von Sawara, Teilchengröße 1,2 mm, Körnungsmodul 1,80, Oberflächen-Trockenzustandsdichte 2,58 g/cm³, Wasserabsorption 2,16 Gew.-%

5) Luftporenbildner und Wasserreduktionsmittel

„Darlex WRDA", hergestellt von Grace Chemicals Co., Ltd.

Die Anteile der vorhergehenden Komponente sind folgendermaßen. Die Werte in Klammern sind Mengen pro 100 Gewichtsteile Zement. Das Ausbreitmaß dieses Grundbetons beträgt 8 cm.

Zement	283 kg/m³ (100 Gewichtsteile)
Wasser	162 kg/m (57 Gewichtsteile)
Grobes Aggregat	1.058 kg/m³ (374 Gewichtsteile)
Feines Aggregat 1	491 kg/m³ (173 Gewichtsteile)
Feines Aggregat 2	321 kg/m³ (113 Gewichtsteile)
Luftporenbildner	1,698 kg/m³ (0,6 Gewichtsteile)

2,5 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile Zement des Zusatzes A, der in Beispiel 1 erhalten wurde, wurden zu dem Grundbeton zugegeben. Nachdem das Gemisch mit einem Kraftmischer für 30 Sekunden gerührt wurde, wurde das resultierende Gemisch in eine Zylinderform mit einem Durchmesser von 100 mm und einer Höhe von 200 mm gegossen, um eine Betonprobe zu bilden. Mehrere dieser Proben wurden hergestellt und an Luft von 20°C gehärtet. In diesem Beispiel 4 und den Beispielen 5 und 6 und Vergleichsbeispiel 1, das später beschrieben wird, wurden die Proben auf denselben Daten unter Verwendung desselben Grundbetons hergestellt und unter derselben Atmosphäre gehärtet.
Die 7 Tage, 28 Tage und 91 Tage alten Proben wurden den Tests zum Messen der Festigkeiten unterzogen. Die Druckfestigkeit und die Spaltzugfestigkeit wurden gemäß JIS A1108-1999 bzw. JIS A1113-1999 gemessen. Zu diesem Zeitpunkt wurden drei Proben in jedem Test (n = 3) verwendet, und der Durchschnittswert davon wurde erhalten. Die resultierende Zugfestigkeit, Druckfestigkeit und α werden alle in Tabelle 1 gezeigt. In dieser Tabelle ist α ein Wert, der in der folgenden Formel (3) gezeigt wird, was die Wechselbeziehung der Zugfestigkeit und der Druckfestigkeit angibt. (Zugfestigkeit) = α × (Druckfestigkeit)2/3 (3)
Die 28 Tage alte Probe wurde hinsichtlich des Sekantenelastizitätsmoduls beim Zusammenpressen mit einem Compressometer gemäß JSCE-G502-1999 gemessen. Der Sekantenelastizitätsmodul betrug ungefähr 30.000 N/mm², und die Verformung betrug ungefähr 0,002, wenn eine Druckspannung einen maximalen Wert erreichte. Außerdem wurde die 91 Tage alte Probe herausgeschnitten, und hinsichtlich der Porengrößenverteilung mit einem Porosimeter gemessen. Die Ergebnisse werden in 1 gezeigt. Ein Photo einer gebrochenen Oberfläche der Probe, die 28 Tage alt war und in dem Spaltzugfestigkeitstest zerbrach, wird in 3 gezeigt.
Beispiel 5 (Herstellung und Bewertung eines Zusatz B-enthaltenden Betons) (nur Referenzbeispiel)
Die Betonproben wurden in derselben Weise wie in Beispiel 4 hergestellt, außer daß 2,5 Gewichtsteile des Zusatzes B, der in Beispiel 1 erhalten wurde, anstelle von 2,5 Gewichtsteilen des Zusatzes A verwendet wurden. Die 7 Tage und 28 Tage alten Proben wurden denselben Tests zum Messen der Eigenschaften wie in Beispiel 4 unterzogen. Die resultierende Zugfestigkeit, Druckfestigkeit und α werden alle in Tabelle 1 gezeigt. Die 28 Tage alte Probe wurde hinsichtlich des Sekantenelastizitätsmoduls beim Zusammenpressen wie in Beispiel 4 gemessen. Der Sekantenelastizitätsmodul betrug ungefähr 29.000 N/mm², und die Verformung betrug ungefähr 0,002, wenn die Druckspannung den maximalen Wert erreichte.
Beispiel 6 (Herstellung und Bewertung eines Betons, enthaltend die Zusätze A und B)
Die Betonproben wurden in derselben Weise wie in Beispiel 4 hergestellt, außer daß 2,5 Gewichtsteile des Zusatzes A und 2,5 Gewichtsteile des Zusatzes B (5 Gewichtsteile der gesamten Zusätze), die in Beispiel 1 erhalten wurden, anstelle von 2,5 Gewichtsteilen des Zusatzes A verwendet wurden. Die 7 Tage und 28 Tage alten Proben wurden denselben Tests zum Messen der Festigkeiten wie in Beispiel 4 unterzogen. Die resultierende Zugfestigkeit, Druckfestigkeit und α werden alle in Tabelle 1 gezeigt.
Vergleichsbeispiel 1 (Herstellung und Bewertung eines Betons ohne Zusatz)
Die Betonproben wurden durch Gießen des Grundbetons allein in die Form ohne Verwendung von Zusatz A in Beispiel 4 und dann Härten wie in Beispiel 4 hergestellt. Die 7 Tage, 28 Tage und 91 Tage alten Proben wurden denselben Tests zum Messen der Festigkeiten wie in Beispiel 4 unterzogen. Die resultierende Zugfestigkeit, Druckfestigkeit und α werden alle in Tabelle 1 gezeigt. Die 28 Tage alte Probe wurde hinsichtlich des Sekantenelastizitätsmoduls beim Zusammenpressen wie in Beispiel 4 gemessen. Der Sekantenelastizitätsmodul betrug ungefähr 26.000 N/mm², und die Verformung betrug ungefähr 0,002, wenn die Druckspannung den maximalen Wert erreichte. Außerdem wurde die 91 Tage alte Probe herausgeschnitten, und hinsichtlich der Porengrößenverteilung mit einem Porosimeter gemessen. Die Ergebnisse werden in 2 gezeigt. Ein Photo einer gebrochenen Oberfläche der Probe, die 28 Tage alt war und in dem Spaltzugfestigkeitstest zerbrach, wird in 4 gezeigt.
Vergleichsbeispiel 2 (Herstellung eines Betons, enthaltend eine wässerige Lösung vor der Verfestigung)
Eine wässerige Fumarsäurelösung und Wasserglas wurden gemischt und unter Rühren wie in Beispiel 1 gelöst. Die so erhaltene wässerige Lösung wurde zu dem Grundbeton, der in Beispiel 4 verwendet wurde, ohne Verfestigung zugegeben. Die Menge der zugegebenen wässerigen Lösung betrug 5 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile Zement. Folglich wurde die Fließfähigkeit des Betons direkt nach der Zugabe extrem verringert, und es war schwierig, den Beton in die Form zu gießen. Tabelle 1

Vgl.-Bsp. 1: Abwesenheit eines Zusatzes
Bsp. 4: 2,5 Gewichtsteile Zusatz A wurden zugegeben.
Bsp. 5: 2,5 Gewichtsteile Zusatz B wurden zugegeben.
Bsp. 6: Zusätze A und B wurden in einer Menge von 2,5 Gewichtsteilen jeweils zugegeben.

*1) Zugfestigkeit = α × (Druckfestigkeit)^2/3
*2) Verhältnis, wenn der Wert in Vergleichsbeispiel 1 als 1,00 definiert wurde.

Analyse der Ergebnisse in den Beispielen 4 bis 6 und Vergleichsbeispiel 1
Die Veränderung in der Spaltzugfestigkeit mit der Zeit und die Veränderung in der Druckfestigkeit mit der Zeit in bezug auf die Betone, die in den Beispielen 4 bis 6 und Vergleichsbeispiel 1 erhalten wurden, werden in den 5 bzw. 6 gezeigt. In Beispiel 4 (enthaltend Zusatz A) wurde im Vergleich zu Vergleichsbeispiel 1 (Grundbeton) die Zugfestigkeit der 7 Tage alten Probe um ungefähr 60% stark verbessert, und die der 28 Tage und 91 Tage alten Proben um ungefähr 40%. Außerdem wurde die Druckfestigkeit davon um nur 10 bis 20% verbessert. Außerdem wurde in Beispiel 5, enthaltend Zusatz B mit einer größeren Teilchengröße als Zusatz A, die Zugfestigkeit weniger verbessert als in Beispiel 4. Ebenso wurden in Beispiel 6, in dem die Menge des Betonzusatzes zweimal größer war als die in den Beispielen 4 und 5, die Festigkeiten weniger verbessert als in den Beispielen 4 und 5.
In bezug auf die Festigkeitsdaten der 7 Tage, 28 Tage und 91 Tage alten Proben, wie in Beispiel 4 (enthaltend Zusatz A) und Vergleichsbeispiel 1 (Grundbeton) erhalten, wurde die Druckfestigkeit als Abszisse bzw. die Spaltzugfestigkeit als Ordinate eingetragen. Die Ergebnisse werden in 7 gezeigt.
Folglich waren die Festigkeitsdaten, die in Beispiel 4 erhalten wurden, nahe einer Kurve mit α von 0,31 in Formel (3), und die Festigkeitsdaten, die in Vergleichsbeispiel 1 erhalten wurden, einer Kurve mit α von 0,23.
Das heißt, in Beispiel 4, enthaltend Zusatz A, wurde im Vergleich zu dem Grundbeton α um ungefähr 35% verbessert, und die Zugfestigkeit, die aus derselben Druckfestigkeit bestimmt wurde, wurde um 35% stark verbessert. Daher weist der erfindungsgemäße Beton die hervorragende Eigenschaft auf, daß die Zugfestigkeit weitaus stärker verbessert wurde als die Druckfestigkeit.
In Beispiel 4 (enthaltend Zusatz A), Beispiel 5 (enthaltend Zusatz B) und Vergleichsbeispiel 1 (Grundbeton) wurde der Sekantenelastizitätsmodul beim Zusammenpressen der 28 Tage alten Proben gemessen. Folglich wurde in allen Proben die maximale Druckspannung mit der Verformung von ungefähr 0,002 gezeigt, und es wurde kein großer Unterschied in der Spannung gefunden. Das heißt, obwohl der Sekantenelastizitätsmodul beim Zusammenpressen durch die Zugabe des erfindungsgemäßen Zusatzes leicht erhöht wurde, wurde keine große Veränderung in dem Preßverhalten festgestellt.
In Bezug auf die Betone, die in Beispiel 4 (enthaltend Zusatz A) und Vergleichsbeispiel 1 (Grundbeton) erhalten wurden, wurde die Porengrößenverteilung mit einem Porosimeter gemessen. Die Ergebnisse werden in den 1 bzw. 2 gezeigt. Es wurde identifiziert, daß durch Zugeben des erfindungsgemäßen Zusatzes, die Poren mit einer Porengröße von 0,5 bis 10 μm verringert und die Poren mit einer Porengröße von 0,01 bis 0,1 μm erhöht wurden.
Die Photos der gebrochenen Oberflächen in dem Zugversuch der Betone, die in Beispiel 4 (enthaltend Zusatz A) und Vergleichsbeispiel 1 (Grundbeton) erhalten wurden, werden in den 3 bzw. 4 gezeigt. Wie aus 4 hervorgeht, wird in dem Grundbeton eine große Anzahl an gebrochenen Teilen in der Grenzfläche zwischen dem groben Aggregat und dem Mörtel beobachtet, was zeigt, daß die Übergangszone ein Sprödigkeitspunkt ist. Im Gegensatz dazu, wie in 3 gezeigt, wird, falls der erfindungsgemäße Zusatz enthalten ist, eine große Anzahl von gebrochenen Teilen in dem groben Aggregat beobachtet, was darauf schließen läßt, daß die Bindungsfestigkeit in der Übergangszone stark verbessert wird.
Beispiel 7 (Herstellung und Bewertung eines Betons, enthaltend Zusatz C)
Für einen Fertigbeton, der als ein Grundbeton verwendet wird, wurden die folgenden Rohmaterialien verwendet.
1) Zement
normaler Portlandzement, hergestellt von Taiheiyo Cement Corp., Dichte 3,16 g/cm³, Natriumgehalt (berechnet als Na₂O) 0,58 Gew.-%
2) grobes Aggregat 1
Bruchstein Nr. 5 von Hachioji, Teilchengröße 5 bis 20 mm, Körnungsmodul 7,04, Oberflächen-Trockenzustandsdichte 2,67 g/cm³, Wasserabsorption 0,55 Gew.-%
3) grobes Aggregat 2
Bruchstein Nr. 6 von Hachioji, Teilchengröße 2,5 bis 10 mm, Körnungsmodul 5,88, Oberflächen-Trockenzustandsichte 2,67 g/cm³, Wasserabsorption 0,69 Gew.-%
4 Feines Aggregat
Erdsand von Kimitsu, Teilchengröße 5 mm oder weniger, Körnungsmodul 2,64, Oberflächen-Trockenzustandsdichte 2,60 g/cm³, Wasserabsorption 2,23 Gew.-%

Die Anteile der vorhergehenden Komponenten sind folgendermaßen. Die Werte in Klammern sind Mengen pro 100 Gewichtsteile Zement. Das Ausbreitmaß dieses Grundbetons beträgt 8 cm.

Zement	320,0 kg/m³ (100 Gewichtsteile)
Wasser	176,0 kg/m (55 Gewichtsteile)
Grobes Aggregat 1	564,3 kg/m³ (176 Gewichtsteile)
Grobes Aggregat 2	376,2 kg/m³ (118 Gewichtsteile)
Feines Aggregat	842,2 kg/m³ (263 Gewichtsteile)

Eine Betonprobe wurde wie in Beispiel 4 hergestellt, außer daß der Zusatz C, der in Beispiel 2 erhalten wurde, zu dem Grundbeton in einer Menge von 2 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteile Zement zugegeben wurde. Mehrere dieser Proben wurden hergestellt und an Luft von 15°C gehärtet. In diesem Beispiel 7 und Vergleichsbeispiel 3, das später beschrieben wird, wurden die Proben auf denselben Daten unter Verwendung desselben Grundbetons und unter derselben Atmosphäre gehärtet. Die 7 Tage und 28 Tage alten Proben wurden denselben Tests zum Messen der Festigkeiten wie in Beispiel 4 unterzogen. Die resultierende Zugfestigkeit, Druckfestigkeit und α werden alle in Tabelle 2 gezeigt.
Vergleichsbeispiel 3 (Herstellung und Bewertung eines Betons ohne Zusatz)
Die Betonproben wurden durch Gießen des Grundbetons allein in eine Form ohne Verwendung des Zusatz C in Beispiel 7 hergestellt und dann wie in Beispiel 7 gehärtet. Die 7 Tage und 28 Tage alten Proben wurden denselben Tests zum Messen der Festigkeiten wie in Beispiel 4 unterzogen. Die resultierende Zugfestigkeit, Druckfestigkeit und α werden alle in Tabelle 2 gezeigt. Tabelle 2

Vgl.-Bsp. 3: Abwesenheit eines Zusatzes
Bsp. 7: 2 Gewichtsteile von Zusatz C wurden zugegeben.

*1) Zugfestigkeit = α × (Druckfestigkeit)^2/3
*3) Verhältnis, wenn der Wert in Vergleichsbeispiel 3 als 1,00 definiert wurde.

Wie aus Tabelle 2 hervorgeht, wurde der Beton, der Zusatz C in Beispiel 7 enthielt, hinsichtlich der Zugfestigkeit im Vergleich zu dem Beton ohne Zusatz in Vergleichsbeispiel 3 stark verbessert. Außerdem wies der Beton in Beispiel 7 eine leicht verringerte Druckfestigkeit im Vergleich zu dem Beton in Vergleichsbeispiel 3 auf. Das heißt, es wurde nur die Zugfestigkeit im Vergleich zu der Druckfestigkeit selektiv verbessert, was ebenso durch die Erhöhung in α gezeigt wird. Diese Testergebnisse sind dieselben wie die in den Beispielen 4 bis 6 unter Verwendung von Fumarsäure als Carbonsäure, das Rohmaterial des Zusatzes. Daher wurde festgestellt, daß die Wirkungen der Erfindung selbst durch die Verwendung von Zitronensäure als Carbonsäure hervorgebracht werden konnten.
Beispiel 8 (Herstellung und Bewertung eines Betons, enthaltend Zusatz D)
Ein Fertigbeton, der als ein Grundbeton verwendet wurde, war derselbe, der in Beispiel 7 verwendet wurde. Eine Betonprobe wurde wie in Beispiel 4 hergestellt, außer daß der Zusatz D, der in Beispiel 3 erhalten wurde, zu dem Grundbeton in einer Menge von 1 Gewichtsteil pro 100 Gewichtsteile Zement zugegeben wurde. Mehrere dieser Proben wurden hergestellt und an Luft von 20°C gehärtet. In diesem Beispiel 8 und dem Vergleichsbeispiel 4, das später beschrieben wird, wurden die Proben auf denselben Daten unter Verwendung desselben Grundbetons hergestellt und unter derselben Atmosphäre gehärtet. Die 7 Tage und 28 Tage alten Proben wurden denselben Tests zum Messen der Festigkeiten wie in Beispiel 4 unterzogen. Die resultierende Zugfestigkeit, Druckfestigkeit und α werden alle in Tabelle 3 gezeigt.
Vergleichsbeispiel 4 (Herstellung und Bewertung eines Betons ohne Zusatz)
Die Betonproben wurden durch Gießen des Grundbetons alleine in die Form ohne Verwendung des Zusatzes D in Beispiel 8 hergestellt und wie in Beispiel 8 gehärtet. Die 7 Tage alten und 28 Tage alten Proben wurden denselben Tests zum Messen der Festigkeiten wie in Beispiel 4 unterzogen. Die resultierende Zugfestigkeit, Druckfestigkeit und α werden alle in Tabelle 3 gezeigt. Tabelle 3

Vgl.-Bsp. 4: Abwesenheit eines Zusatzes
Bsp. 8: 1 Gewichtsteil von Zusatz D wurden zugegeben.

*1) Zugfestigkeit = α × (Druckfestigkeit)^2/3
*4) Verhältnis, wenn der Wert in Vergleichsbeispiel 4 als 1,00 definiert wurde.

Wie aus Tabelle 3 hervorgeht, wurde der Beton, der Zusatz D in Beispiel 8 enthält, hinsichtlich der Zugfestigkeit im Vergleich zu dem Beton ohne Zusatz in Vergleichsbeispiel 4 deutlich verbessert. Obwohl die Menge des Zusatzes D in Beispiel 8 nur 1 Gewichtsteil pro 100 Gewichtsteile Zement betrug, wurde die Zugfestigkeit zweifellos verbessert. Außerdem wies der Beton in Beispiel 8 eine leicht verringert Druckfe stigkeit im Vergleich zu dem Beton in Vergleichsbeispiel 4 auf. Das heißt, in diesem Fall wurde ebenso nur die Zugfestigkeit im Vergleich zu der Druckfestigkeit selektiv verbessert, was ebenso durch die Erhöhung in α gezeigt wurde Daher wurde festgestellt, daß selbst der Zusatz mit den niedrigen Wassergehalt in der kleinen Menge verwendet wurde, die Zugfestigkeit verbessert wurde.
Beispiel 9 (Herstellung und Bewertung eines Mörtels, enthaltend Zusatz A)
Die folgenden Rohmaterialien wurden in diesem Beispiel verwendet.
1) Zement

normaler Portlandzement, hergestellt von Taiheiyo Cement K. K., Dichte 3,16 g/cm³, Natriumgehalt (berechnet als Na₂O) 0,58 Gew.-%

2) Feines Aggregat

Erdsand von Kimitsu, Teilchengröße 5 mm oder weniger, Körnungsmodul 2,64, Oberflächen-Trockenzustandsdichte 2,60 g/cm³, Wasserabsorption 2,23 Gew.-%

Der vorhergehende Zement, feines Aggregat und Wasser wurden zunächst mit einem Kraftmischer für 1 Minute gerührt, und der in Beispiel 1 erhaltene Zusatz A wurde dann zugegeben. Die Mischung wurde außerdem für 30 Sekunden gerührt. Die Anteile davon sind folgendermaßen. Die Werte in Klammern sind Mengen pro 100 Gewichtsteile Zement.

Zement 320,0 kg/m³ (100 Gewichtsteile)

Wasser 176,0 kg/m³ (55 Gewichtsteile)

Feines Aggregat 842,2 kg/m³ (263 Gewichtsteile)

Zusatz A 6,4 kg/m³ (2 Gewichtsteile)
Nach dem Rühren wurde die Mischung in eine Zylinderform mit einem Durchmesser von 50 mm und einer Höhe von 100 mm gegossen, um eine Mörtelprobe herzustellen. Diese Probe wurde gemäß JSCE-F506-1999 gebildet. Mehrere dieser Proben wurden hergestellt und an Luft von 20°C gehärtet. In diesem Beispiel 9 und Vergleichsbeispiel 5, das später beschrieben wird, wurden Proben auf denselben Daten hergestellt und unter derselben Atmosphäre gehärtet. Die 7 Tage und 28 Tage alten Proben wurden denselben Tests zum Messen der Festigkeiten wie in Beispiel 4 un terzogen. Die resultierende Zugfestigkeit, Druckfestigkeit und α werden alle in Tabelle 4 gezeigt.
Vergleichsbeispiel 5 (Herstellung und Bewertung eines Mörtels ohne Zusatz)
Die Mörtelproben wurden wie in Beispiel 9 hergestellt, außer daß Zement, Wasser und feines Aggregat ohne Verwendung von Zusatz A eingeführt wurden, und wie in Beispiel 9 gehärtet wurden. Die 7 Tage und 28 Tage alten Proben wurden denselben Tests zum Messen der Festigkeiten wie in Beispiel 4 unterzogen. Die resultierende Zugfestigkeit, Druckfestigkeit und α werden alle in Tabelle 4 gezeigt. Tabelle 4

Vgl.-Bsp. 5: Abwesenheit eines Zusatzes
Bsp. 9: 2 Gewichtsteile von Zusatz C wurden zugegeben.

*1) Zugfestigkeit = α × (Druckfestigkeit)^2/3
*5) Verhältnis, wenn der Wert in Vergleichsbeispiel 5 als 1,00 definiert wurde.

Wie aus Tabelle 4 hervorgeht, wurde der Mörtel, der 2 Gewichtsteile Zusatz A pro 100 Gewichtsteile Zement in Beispiel 9 enthält, hinsichtlich der Zugfestigkeit im Vergleich zu dem Mörtel ohne Zusatz in Vergleichsbeispiel 5 verbessert. Das Ausmaß der Verbesserung war weniger als das Ausmaß der Verbesserung in dem Beton, der 2,5 Gewichtsteile Zusatz A pro 100 Gewichtsteile Zement in Beispiel 4 enthält. Daher ist die Wirkung der Verbesserung hinsichtlich der Zugfestigkeit, bereitgestellt durch Zugeben des erfindungsgemäßen Zusatzes, in dem Beton größer als in Mörtel. Jedoch wird in dem Mörtel ebenso die Zugfestigkeit zweifellos verbessert, und die Bindungsfestigkeit scheint wahrscheinlich ebenso auf der Oberfläche des feinen Aggregats verbessert zu werden, obwohl ihr Ausmaß nicht so hoch ist wie das auf der Oberfläche des groben Aggregats. Außerdem wurde die Druckfestigkeit des Mörtels in Beispiel 9 im Vergleich zu dem Mörtel in Vergleichsbeispiel 4 leicht verringert. In dem Mörtel wurde wie in dem Beton die Zugfestigkeit im Vergleich zu der Druckfestigkeit selektiv verbessert, was ebenso durch die Erhöhung in α gezeigt wird. Das heißt, der erfindungsgemäße Zusatz kann, wenn er zu Mörtel zugegeben wird, ebenso die Zugfestigkeit verbessern.
Wie bisher beschrieben worden ist, wird der Beton, der den erfindungsgemäßen Betonzusatz enthält, hinsichtlich der Zugfestigkeit im Vergleich zu der Druckfestigkeit stark verbessert und kann Risse in der Betonstruktur verringern oder die Menge an verwendetem Stahl verringern. Dieser Betonzusatz kann nur durch dessen Zugeben zu einem flüssigen Beton verwendet werden, und die Fließfähigkeit des Betons kann aufrechterhalten werden. Es ist daher möglich, einen Beton bereitzustellen, der vorteilhaft in großen, verschiedenartigen Betonstrukturen verwendet wird, und außerdem einen Beton bereitzustellen, der vorteilhaft in verschiedenen Betonprodukten verwendet werden kann.
Der Mörtel, der den erfindungsgemäßen Mörtelzusatz enthält, wird ebenso hinsichtlich der Zugfestigkeit im Vergleich zu der Druckfestigkeit stark verbessert, und kann vorteilhaft in Produkten verwendet werden, die auf die Zugspannung aufgrund einer äußeren Kraft oder einer thermischen Spannung empfindlich reagieren, und Produkte, die durch Ermüdung beeinflußt werden. Außerdem ist der Mörtel ebenso für Produkte mit komplizierten Formen oder dünne Produkte nützlich, und kann deshalb verschiedene Mörtelprodukte bereitstellen. Der erfindungsgemäße gemischte Beton ist zur Herstellung eines Betons oder Mörtels mit ausgezeichneter Zugfestigkeit nützlich.

Claims

Beton- oder Mörtelzusatz, umfassend ein Pulver oder Granalien, enthaltend ein Reaktionsprodukt eines Alkalimetallsilikats und einer Carbonsäure, wobei ein Verhältnis eines Metallatoms des Silikats zu einer Carboxylgruppe der Carbonsäure [Metall/Carboxylgruppe] von 1 bis 200 ist, ein Wassergehalt 50 Gew.-% oder mehr ist, und eine Menge der Teilchen, welche durch ein 2,5 mm-Maschensieb geht, 50 Gew.-% oder mehr ist.
Zusatz gemäß Anspruch 1, wobei das Silikat Natriumsilikat ist.
Zusatz gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei ein Verhältnis eines Metallatoms zu einem Siliziumatom [Metall/Silizium] in dem Silikat von 0,1 bis 2 ist.
Zusatz gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Carbonsäure eine Oxycarbonsäure oder eine Polycarbonsäure ist.
Zusatz gemäß Anspruch 1, 2, 3 oder 4, wobei feine Teilchen mit einer Teilchengröße von weniger als 100 μm nicht als Hauptteilchen verwendet werden.
Zusatz gemäß Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, wobei die Menge an Teilchen, welche nicht durch ein 1,25 mm-Maschensieb gehen, 50 Gew.-% oder mehr ist.
Verfahren zur Herstellung eines Beton- oder Mörtelzusatzes gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, welches das Mischen eines Alkalimetallsilikats mit einer Carbonsäure in der Gegenwart von Wasser in einem Verhältnis eines Metallatoms des Silikats zu einer Carboxylgruppe der Carbonsäure [Metall/Carboxylgruppe] von 1 bis 200 ist, unter Erhalten eines Pulvers oder Granalien mit einem Wassergehalt von 50 Gew.-% oder mehr und einer Teilchenmenge, die durch ein 2,5 mm-Maschensieb geht, von 50 Gew.-% oder mehr.
Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei eine in dem Gemisch vorliegende Wassermenge 1 Gew.-Teil oder mehr pro 100 Gew.-Teilen im Gesamten des Silikats und der Carbonsäure ist.
Verfahren gemäß Anspruch 7 oder 8, welches das Entfernen von Wasser von dem Gemisch nach dem Mischen des Alkalisilikats mit der Carbonsäure umfaßt.
Verfahren gemäß Anspruch 7, 8 oder 9, welches das Mischen des Silikats mit der Carbonsäure in einer wäßrigen Lösung und dann das Entfernen von Wasser von der wäßrigen Lösung zur Verfestigung unter Erhalten eines Pulvers oder Granalien umfaßt.
Verfahren gemäß Anspruch 7, 8, 9 oder 10, wobei ein Pulver oder Granalien erhalten wird bzw. werden, indem es bzw. sie durch ein Sieb geleitet wird bzw. werden.
Verfahren zur Herstellung eines Betons, welches das Mischen von 100 Gew.-Teilen Zement, von 300 bis 1.200 Gew.-Teilen eines Aggregats, von 20 bis 75 Gew.-Teilen Wasser und von 0,1 bis 20 Gew.-Teilen des Betonzusatzes, wie in einem der Ansprüche 1 bis 6 definiert, umfaßt.
Verfahren gemäß Anspruch 12, welches das Mischen von 0,1 bis 10 Gew.-Teilen, vorzugsweise 0,1 bis 5 Gew.-Teilen, des Betonzusatzes pro 100 Gew.-Teilen Zement umfaßt.
Verfahren gemäß Anspruch 12 oder 13, wobei der Betonzusatz zu einem Fluidbeton, umfassend Zement, ein Aggregat und Wasser, zugegeben wird, und das Blend dann anschließend in eine Form gebracht wird.
Verfahren zur Herstellung eines Mörtels, welches das Mischen von 100 Gew.-Teilen Zement, von 100 bis 800 Gew.-Teilen eines feinen Aggregats, welches durch ein 5 mm-Maschensieb geht, aber auf einem 75 μm-Maschensieb verbleibt, von 20 bis 75 Gew.-Teilen Wasser und von 0,1 bis 20 Gew.-Teilen des Mörtelzusatzes, wie in einem der Ansprüche 1 bis 6 definiert, umfaßt.
Verfahren gemäß Anspruch 15, welches das Mischen von 0,1 bis 10 Gew.-Teilen, vorzugsweise von 0,1 bis 5 Gew.-Teilen, des Mörtelzusatzes pro 100 Gew.-Teilen Zement umfaßt.
Zementgemisch, welches durch Mischen von Zement mit einem Pulver oder Granalien erhalten wird, das ein Reaktionsprodukt eines Alkalimetallsilikats und einer Carbonsäure enthält, wobei ein Verhältnis eines Metallatoms des Silikats zu einer Carboxylgruppe der Carbonsäure [Metall/Carboxylgruppe] von 1 bis 200 ist, ein Wassergehalt 50 Gew.-% oder weniger ist, und eine Teilchenmenge, welche durch ein 2,5 mm-Maschensieb geht, 50 Gew.-% oder mehr ist.
Zementgemisch gemäß Anspruch 17, wobei der Wassergehalt des Pulvers oder der Granalien 10 Gew.-% oder weniger beträgt.