DE69912804T2

DE69912804T2 - Zement-mischung für trockenguss

Info

Publication number: DE69912804T2
Application number: DE69912804T
Authority: DE
Inventors: Heath Brown; R. Jeffrey BURY; Lan Huang; Runhai Lu; Jesse Osborne; Kenneth Sroka; M. Thomas VICKERS
Original assignee: Construction Research and Technology GmbH
Current assignee: Construction Research and Technology GmbH
Priority date: 1998-08-14
Filing date: 1999-07-30
Publication date: 2004-08-12
Anticipated expiration: 2019-07-31
Also published as: EP1104394A1; CA2339118A1; ATE254093T1; WO2000009459A8; EP1104394B1; DK1104394T3; CA2339118C; US20010023654A1; JP4607321B2; JP2002522349A; US6461425B2; WO2000009459A1; DE69912804D1; US6267814B1; ES2211157T3; PT1104394E

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ist auf zementartige Trockengießmischungen gerichtet, wie jene, für die eine Vibration verwendet wird, um die Trockengießmischung in einer Form oder einem Extruder zu verfestigen und zu kompaktieren. Speziell ist die Erfindung auf die Verwendung derivatisierter Polycarboxylatadditive gerichtet, die mindestens zum Teil als Dispergiermittel in zementartigen Trockengießmischungen wirken, um eine reduzierte Wasserverwendung und eine bessere Verfestigung und Kompaktierung der Trockengießmischung zu ermöglichen, um so eine vergrößerte Druckfestigkeit und eine verringerte Zykluszeit der Trockengussbildung bereit zu stellen. Die Erfindung ist ferner auf die Verwendung derivatisierter Polycarboxylatpolymerdispergiermittel in Kombination mit oberflächenaktiven Mitteln/lufteintragenden Mitteln gerichtet, um vergrößerten Schlag (swipe) und frühe Druckfestigkeit bereit zu stellen.
Hintergrund der Erfindung
Mit „zementartiger Trockengießmischung" ist eine Klasse von Pasten, Mörteln und Zementzusammensetzungen gemeint, die einen hydraulischen Zementbinder umfassen und Konsistenzen besitzen, die von steif bis extrem trocken reichen, wie definiert in ACI 211.3R, Tabelle 2.3.1. Pasten sind definiert als Mischungen, die aus einem hydraulischen Zementbinder, entweder allein oder in Kombination mit Puzzolanen, wie Flugasche, Feinkieselerde oder Hochofenschlacke und Wasser, bestehen. Mörtel sind definiert als Pasten, die zusätzlich feinen Zuschlagsstoff enthalten. Zemente enthalten zusätzlich groben Zuschlagsstoff. Diese Zusammensetzungen können zusätzlich andere Zumischungen, wie Abbindeverzögerer, Abbindebeschleuniger, Antischaummittel, lufteintragende und luftaustragende Mittel, Korrosionsinhibitoren, wasserreduzierende Mittel, Pigmente und eine beliebige andere Zumischung umfassen, die die vorteilhaften Ergebnisse, die durch die Zumischungen der vorliegenden Erfindung erhalten werden, nicht nachteilig beeinflusst.
Zementartige Trockengießmischungen werden verwendet, um viele Artikel, z. B. Betonrohr, Dachplatte, Mauerwerkeinheiten, Pflasterziegeleinheiten, extrudierte Bohle und jegliche andere vorgeformte zementartige Gegenstände, in einer Form oder aus einem Extruderdüse zu bilden. Jede dieser Anwendungen hat grundlegende erwünschte Eigenschaften, die in Bezug auf die Erzeugung von qualitätsgefertigten Einheiten entscheidend sind.
Bei Mauerwerkblockanwendungen ist die Produktionsgeschwindigkeit, eine ausreichende Grünfestigkeit und die Fähigkeit, einem Setzen, einem Durchhängen oder einem Deformieren zu widerstehen, entscheidend, wenn sie aus der Form abgelöst werden, da das Ablösen unmittelbar nach dem Gießen stattfindet. Dasselbe gilt für Betonrohr oder Dachplatte, aber zusätzlich erwünscht ist eine verbesserte Oberflächenerscheinung mit verringerten Oberflächenmängeln und verringerter Walzen- und/oder Düsenabnutzung bei einer Ausrüstung, die extrudierte Stücke erzeugt.
Es ist erwünscht, die Zykluszeit der Herstellung von jedem Gegenstand zu reduzieren. Die Verringerung der Zykluszeit verringert die Kosten der Herstellung für jeden Gegenstand und vergrößert die Anzahl von Gegenständen, die in einer gegebenen Zeit erzeugt werden können. Die Zykluszeit ist definiert als die Zeit, um einen vollen Zyklus vom Beginn der Zuführung zu dem Ende oder dem nächsten Beginn der Zuführung zu vervollständigen. Der Beginn der Zuführung ist, wenn die Trockengießmischung von einem Sammeltrichter in den Prozess zugeführt wird. Es ist auch erwünscht, die Kompaktierung und die Verfestigung der zementartigen Trockengießmischung zu verbessern, ohne die Konsistenz der Mischung zu verändern.
Grünfestigkeit bezieht sich auf die Stabilität des Gegenstands beim Beibehalten seiner Form, sobald der Artikel aus der Form oder dem Extruder entfernt wird. Die Grünfestigkeit ist abhängig von der Konsistenz der ze mentartigen Trockengießmischung, der Menge von Abrieb in der zementartigen Trockengießmischung und der Formbarkeit der zementartigen Trockengießmischung.
Gegenwärtig beträgt das Wasser-zu-Zement (W/C) Verhältnis, das in den vorhandenen Trockengießmischungen verwendet wird, ungefähr 0,25 bis ungefähr 0,60. Es ist erwünscht, die Menge an Wasser, die in einer zementartigen Trockengießmischung benötigt wird, zu minimieren, um die Konsolidierung und keinen Durchhang oder keine Deformation bei einem Gegenstand, der aus der zementartigen Trockengießmischung erzeugt wird, zu erreichen.
Eine andere Eigenschaft der zementartigen Trockengießmischungen für bestimmte Trockengießindustrien ist der Schlag. Der Schlag ist definiert als ein Oberflächeneffekt auf einem gegossenen Gegenstand, wenn die Form entfernt wird. Der Schlag wird gemessen durch visuelles Bewerten der Oberfläche des gefertigten Gegenstands. Der Schlag reicht von kein Schlag bis schwerer Schlag. Es ist erwünscht, eine ausgewählte Menge an Strich für einen gefertigten Gegenstand zu erreichen.
Eine weitere Beschränkung in der gegenwärtigen Technik ist die Druckfestigkeit von Gegenständen, die aus zementartigen Trockengießmischungen erzeugt werden. Die frühe Druckfestigkeit ist definiert als die Druckfestigkeit, die innerhalb von 24 h mit oder ohne Dampfhärtung erreicht wird. Die Druckfestigkeit wird durch ASTM C-1176-2 bestimmt.
Ein anderer beschränkender Faktor bei der Verbesserung von Trockengießmischungen ist der Typ und die Menge des verwendeten Dispergiermittels. Herkömmliche Dispergiermittelchemien, wie Naphthalinsulfonate, Melaminsulfonate und Lignosulfonate besitzen eine untere Grenze für ihre wirksame Dosierung, unter der sie nicht wirksam sind. Bei Gehalten oberhalb der wirksamen Dosierung dieser Dispergiermittel wird die Trockengießmischung kritisch empfindlich gegenüber sehr leichten Änderungen im Wasser- oder Feuchtigkeitsgehalt. Dies macht die Verwendung dieser Dispergiermittel unpraktisch.
Der Technik fehlt eine zementartige Trockengießmischung, die ein Dispergiermittel enthält, das eine niedrige wirksame Dosierung besitzt, die nicht kritisch empfindlich gegenüber Änderungen im Wasser- oder Feuchtigkeitsgehalt ist, die bei Mischungen mit einem Setzmaß von weniger als ungefähr 1 Inch (2,54 cm) wirkt, die eine Mischungsverfestigung und -kompaktierung als Reaktion auf Schwingungsenergie erlaubt, die eine vergrößerte Grünfestigkeit und Druckfestigkeit besitzt, und die eine reduzierte Zykluszeit bei der Herstellung von Gegenständen aus Trockengießmischungen ermöglicht. Dieser Technik fehlt auch eine zementartige Trockengießmischung, die eine Kombination eines derivatisierten Polycarboxylatdispergiermittels mit einem oberflächenaktiven Mittel/lufteintragenden Mittel enthält, um einen vergrößerten Schlag und eine vergrößerte frühe Druckfestigkeit zu ermöglichen.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Kombination eines derivatisierten Polycarboxylatdispergiermittels mit einem oberflächenaktiven Mittel/lufteintragenden Mittel bereit zu stellen, um den Schlag und die frühe Druckfestigkeit einer zementartigen Trockengießmischung zu vergrößern.
Es ist eine andere Aufgabe der Erfindung, die wirksame Dosis an Dispergiermittel zu verringern.
Es ist eine andere Aufgabe der Erfindung, einen zementartigen Trockengießmischungsgegenstand bereit zu stellen, der eine vergrößerte Grünfestigkeit und eine vergrößerte Druckfestigkeit besitzt.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ist auf zementartige Trockengießmischungen zum Bilden zementartiger Gegenstände gerichtet. Insbesondere ist die Erfindung auf eine zementartige Trockengießmischung gerichtet, die Zement, Wasser, groben Zuschlagsstoff, feinen Zuschlagsstoff umfasst und ein Dispergiermittel enthält, wobei das Dispergiermittel ein derivatisiertes Polycarboxylatdispergiermittel ist, oder eine Kombination von Polycarboxylatdispergiermitteln enthält, die ein Polymer ist, das Einheiten umfasst, die von mindestens einem substituierten Carbonsäuremonomer oder substituierten ethylenisch ungesättigten Monomer abgeleitet ist, und optional mindestens eines von (i) einem ungesättigten Kohlenwasserstoff, (ii) einem N-Polyoxyalkylenmaleimid und (iii) einem Kondensationsprodukt eines unsubstituierten Carbonsäuremonomers und eines Allcoxypolyoxyalkylen-Primäraminsubstituierten Carbonsäuremonomers enthält.
Die vorliegende Erfindung ist auch auf ein Verfahren zum Herstellen eines zementartigen Trockengießgegenstands gerichtet, umfassend Vorsehen einer Mischung aus hydraulischem Zement, Wasser, grobem Zuschlagsstoff feinem Zuschlagsstoff und enthaltend ein Dispergiermittel, wobei das Dispergiermittel ein derivatisiertes Polycarboxylatdispergiermittel ist, das ein Polymer ist, das Einheiten umfasst, die von mindestens einem substituierten Carbonsäuremonomer oder substituierten ethylenisch ungesättigten Monomer abgeleitet ist, und optional enthaltend mindestens eines von einem ungesättigten Kohlenwasserstoff, einem N-Polyoxyalkylenmaleimid und einem Kondensationsprodukt eines unsubstitierten Carbonsäuremonomers und eines Alkoxypolyoxyalkylen-Primäraminsubstituierten Carbonsäuremonomers enthält; und Bilden des Gegenstands aus der Mischung.
Die vorliegende Erfindung ist auch gerichtet auf zementartige Trockengießmischungen zum Bilden zementartiger Gegenstände. Insbesondere ist die Erfindung gerichtet auf eine zementartige Trockengießmischung, die Zement, Wasser, groben Zuschlagsstoff feinen Zuschlagsstoff oberflächenaktives Mittel/lufteintragendes Mittel umfasst, und ein Dispergiermittel, wobei das Dispergiermittel ein derivatisiertes Polycarboxylatdispergiermittel ist, oder eine Kombination von Polycarboxylatdispergiermitteln enthält, das ein Polymer ist, das Einheiten umfasst, die von mindestens einem substituierten Carbonsäuremonomer oder substituierten ethylenisch ungesättigten Monomer abgeleitet ist, und optional mindestens eines von einem ungesättigten Kohlenwasserstoff einem N-Polyoxyalkylenmaleimid und einem Kondensationsprodukt eines unsubstitierten Carbonsäuremonomers und eines Alkoxypolyoxyalkylen-Primäramin-substituierten Polycarbonsäuremonomers enthält.
Die vorliegende Erfindung ist auch gerichtet auf ein Verfahren zum Herstellen eines zementartigen Trockengießgegenstands, umfassend Bereitstellen einer Mischung aus hydraulischem Zement, Wasser, grobem Zuschlagsstoff, feinem Zuschlagsstoff, einem oberflächenaktiven Mittel/lufteintragenden Mittel, und ein Dispergiermittel enthaltend, wobei das Dispergiermittel ein derivatisiertes Polycarboxylatdispergiermittel ist, das ein Polymer ist, das Einheiten umfasst, die von mindestens einem substituierten Carbonsäuremonomer oder substituierten ethylenisch ungesättigten Monomer abgeleitet ist, und optional mindestens eines von (i) einem ungesättigten Kohlenwasserstoff, (ii) einem N-Polyoxyalkylenmaleimid und (iii) einem Kondensationsprodukt eines unsubstitierten Carbonsäuremonomers und eines Alkoxypolyoxyalkylen-Primäramin-substituierten Carbonsäuremonomers enthält, und Bilden des Gegenstands aus der Mischung.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung von niedrigen Gehalten an derivatisierten Polycarboxylatdispergiermitteln, um die Verfestigung von zementartigen Trockengießmischungen zu verbessern. Ein derivatisiertes Polycarboxylatdispergiermittel ist definiert als ein Polymer, das Einheiten umfasst, die von mindestens einem substituierten Carbonsäuremonomer oder substituierten ethylenisch ungesättigten Monomer abgeleitet sind, und optional mindestens eines von einem ungesättigten Kohlenwasserstoff, einem N-Polyoxyalkylenmaleimid und einem Kondensationsprodukt eines unsubstitierten Carbonsäuremonomers und eines Alkoxypolyoxyalkylen-Primäramin-substituierten Polycarbonsäuremonomers enthält. Das Dispergiermittel hat bevorzugt die unten gezeigte allgemeine Struktur:
mit folgenden Bedeutungen:
D = eine Komponente ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus der Struktur d1, der Struktur d2 und Mischungen hiervon,
X = H, CH₃, C₂-C₆ Alkyl, Phenyl, substituiertes Phenyl, wie p-Methylphenyl, sulfoniertes Phenyl,
Y = H, -COOM,
R = H, CH₃,
Z = H, -SO₃M, -PO₃M, -COOM, -OR₃, -COOR₃, -CH₂OR₃, -CONHR₃, -CONHC(CH₃)₂CH₂SO₃M, -COO(CHR₄)_nOH, worin n für 2 bis etwa 6 steht,
R₁, R₂, R₃, R₅ jeweils unabhängig ein -(CH₂CHRO)_mR₄ statistisches Copolymer aus Oxyethyleneinheiten und Oxypropyleneinheiten ist, worin m für 10 bis 500 steht und worin die Menge an Oxyethylen im statistischen Copolymer 60% bis 100% und die Menge an Oxypropylen im statistischen Copolymer 0% bis 40% beträgt,
R₄ = H, Methyl, C₂-C₆ Alkyl, C₆-C₁₀ Aryl,
M = H, Alkalimetall, Erdalkalimetall, Ammoniak, Amin, substituiertes Amin, wie Triethanolamin, Methyl, C₂-C₆ Alkyl,
a = 0 bis 0,8, bevorzugt 0 bis 0,6, und am meisten bevorzugt 0 bis 0,5;
b = 0,2 bis 1,0, bevorzugt 0,3 bis 1,0, und am meisten bevorzugt 0,4 bis 1,0;
c = 0 bis 0,5, bevorzugt 0 bis 0,3, und am meisten bevorzugt 0 bis 0,1;
d = 0 bis 0,5 bevorzugt 0 bis 0,3, und am meisten bevorzugt 0 bis 0,1; und
worin a, b, c und d den Molenbruch der jeweiligen Einheit darstellt und die Summe von a, b, c und d 1,0 beträgt.
Repräsentative Monomere zur Verwendung in dieser Erfindung für die „a"-Komponente umfassen, sind aber nicht beschränkt auf Styrol, Ethylen, Propylen oder sulfoniertes Styrol. Repräsentative Monomere zur Verwendung in dieser Erfindung für die „b"-Komponente umfassen, sind aber nicht beschränkt auf Acrylsäure, Methacrylsäure, Alkylester der Acrylsäure, Alkylester der Methacrylsäure, Alkoxypolyoxyalkylenester der Acrylsäure, Aryloxypolyoxyalkylenester der Acrylsäure, Alkoxypolyoxyalkylenester der Methacrylsäure, Aryloxypolyoxyalkylenester der Methacrylsäure, Maleinsäure, Vinylsulfonsäure, Methoxypolyoxyalkylenvinylether, Methoxypolyoxyal kylenallylether, Allcoxypolyoxyalkylenvinylether, Aryloxypolyoxyalkylenvinylether, Alkoxypolyoxyalkylenallylether oder Aryloxypolyoxyalkylenallylether.
Die Komponenten „c" und „d" können aus einer Nachreaktion des Aufpfropfens der Seitenketten auf ein Polymerrückgrat, wie ein Polyacrylatmaleinsäureanhydridcopolymer gebildet werden. Die Reaktion, um die Komponente „c" und/oder „d" zu bilden, bezieht sich auf die Temperatur der Aufpfropfreaktion. Falls die Temperatur hoch genug ist, werden die Imidkomponenten „c" und „d" gebildet. Die Komponente „c" wird aus einem einzelnen Monomer geformt, das eine Komponente „b" ist mit Y als COOH und Z als CONHR₃. Eine Kondensationsreaktion tritt auf, in der Wasser kondensiert und der Ring sich schließt, um die Komponente „c" zu bilden.
Die Komponente „d" wird gebildet durch eine Kondensation zweier Monomere, wie Acrylsäure (Komponente „b" mit Y als COOH und Z als H) und einer Acrylsäure, die mit einem Alkoxypolyoxyalkylenprimäramin derivatisiert ist, d. h. einer Komponente „b" mit Y als H und Z als CONHR₃. Eine Kondensationsreaktion tritt auf, in der Wasser kondensiert und sich der Ring schließt, um die Komponente „d1" oder „d2" zu bilden. Die Komponente „d2" wird gebildet durch eine Kopf-an-Kopf-Reaktion der zwei Monomeren. Die Komponente „d1" wird gebildet durch eine Kopf-an-Schwanz-Reaktion der zwei Monomeren.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Komponenten „a" und „b" vorhanden und „c" und „d" sind abwesend in dem Polymer des derivatisierten Polycarboxylatdispergiermittels.
Das Alkalimetall in der vorliegenden Erfindung ist bevorzugt Lithium, Natrium oder Kalium. Das Erdalkalimetall in der vorliegenden Erfindung ist bevorzugt Magnesium oder Calcium.
Während Polycarboxylatdispergiermittel im Allgemeinen in der Industrie dafür bekannt sind, dass sie hoch wirksam und effizient beim Herstellen hoch fließbaren Betons sind, können die derivatisierten Polycarboxylatdispergiermittel der vorliegenden Erfindung vorteilhafterweise bei niedrigen bis extrem niedrigen Gehalten, nämlich 0,005 bis 0,12 Gew.-% an Zement, verwendet werden, um die Pastenphasenreaktion auf Schwingung oder einer anderen Energie, die auf die zementartige Trockengießmischung während der Verfestigung angewandt wird, zu verbessern. Die Verfestigung und die Kompaktierung der Trockengießmischung führt zu vergrößerten Druckfestigkeiten, höherer Dichte, geringerer Wasseradsorption oder Permeabilität und einem besseren Oberflächenerscheinungsbild der gefertigten Einheit (verringerte Mängel und Löcher). Zusätzlich resultieren die reduzierten Gehalte an Dispergiermitteln in reduzierten Kosten für Materialien für die zementartige Trockengießmischung.
Zementartige Trockengießmischungen der vorliegenden Erfindung umfassen im Allgemeinen hydraulischen Zement, das Dispergiermittel, feinen Zuschlagstoff, groben Zuschlagstoff und optional Feinkieselerde, Puzzolane, wie Flugasche oder calcinierter Ton, und Pigmente. Wasser wird zugegeben, um die zementartige Mischung zu einer Paste zu machen.
Der hydraulische Zement kann ein Portland-Zement, ein Magnesiumphosphatzement, ein Magnesiumkaliumphosphatzement oder jeglicher anderer geeigneter hydraulischer Binder sein. Der grobe Zuschlagstoff kann Silica, Quarz, zerriebener runder Marmor, Glaskugeln, Granit, Kalkstein, Calcit, Feldspat, Schwemmsandarten, jeglicher anderer beständiger Zuschlagsstoff und Mischungen davon sein. Der feine Zuschlagstoff kann Sand, jeglicher anderer geeigneter Zuschlagsstoff und Mischungen davon sein.
Es wurde gefunden, dass zementartige Trockengießmischungen auf Schwingungen oder angewandte Energie reagieren, wenn die Mischung genau proportioniert ist. Die derivatisierten Polycarboxylatdispergiermittel verbessern die Mobilität der Paste, wenn sie unter Spannung von Schwingung oder Energie steht. Wenn die Form einer Schwingung oder einer anderen Energie unterzogen wird, wirkt die Pastenfraktion der Mischung als das Vehi kel/Schmiermittel, durch das die festen Aggregatteilchen sich bewegen und sich selbst während der Verfestigung orientieren.
Die derivatisierten Polycarboxylatdispergiermittel der vorliegenden Erfindung ermöglichen einen reduzierten Wassergehalt, minimieren die Wirkung der Variation in der Größe der Aggregatteilchen und ermöglichen den Einbau von zusätzlichem Feinanteil, wie Feinkieselerde in die Mischung. Alle dieser Faktoren verbessern wiederum die Grünfestigkeit der aus zementartigen Trockengießmischungen gebildeten Gegenstände.
Der reduzierte Wassergehalt versorgt zementartige Trockengießmischungen mit steifen bis extrem trockenen Konsistenzen, mit typischen W/C-Verhältnissen bei oder unterhalb von 0,36, bevorzugt bei oder unterhalb 0,30. Ohne durch die Theorie beschränkt zu sein, wird in der Theorie bedacht, dass der reduzierte Wassergehalt der zementartigen Trockengießmischung ein Hydratisieren und schnelleres Abbinden ermöglicht, was die Grünfestigkeit eines aus der zementartigen Trockengießmischung gebildeten Gegenstands vergrößert. Es wird auch bedacht, dass dies in verringertem Durchhängen und Deformation resultiert, wenn der Gegenstand aus einer Form entfernt wird oder aus einer Düse extrudiert wird. Zusätzlich besitzen die zementartigen Trockengießmischungen der vorliegenden Erfindung das Erscheinungsbild von trocken bis fast trocken.
Die derivatisierten Polycarboxylatdispergiermittel der vorliegenden Erfindung minimieren die Wirkung der Variation in der Größe der Zuschlagstoffteilchen durch Verbessern der Schlüpfrigkeit der dünnen Pastenschicht, die den Zuschlagstoff bedeckt, was eine verbesserte Bewegung während der Verfestigung ermöglicht. Dieser Effekt wird typischerweise erhalten durch Vergrößern des Zementgehalts, des Wassergehalts oder beidem. Minimierter Wassergehalt und maximierte Zementwirksamkeit wiederum vergrößert die Grünfestigkeit eines aus der zementartigen Trockengießmischung gebildeten Gegenstands.
Die Zugabe von Feinkieselerde vergrößert den Zusammenhalt der zementartigen Trockengießmischung, was dann die Grünfestigkeit eines aus der zementartigen Trockengießmischung gebildeten Gegenstands vergrößert. Feinkieselerde, die in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kann nicht kompaktiert sein oder kann teilweise kompaktiert sein. Feinkieselerde reagiert zusätzlich mit den Hydratationsnebenprodukten des Zementbinders, was für eine vergrößerte Festigkeit der gefertigten Gegenstände sorgt und die Permeabilität der gefertigten Gegenstände verringert. Die Feinkieselerde oder andere Puzzolane, wie Flugasche oder calcinierter Ton, wie Metakaolin, können zu der zementartigen Trockengießmischung in einer Menge von ungefähr 5% bis ungefähr 30%, basierend auf dem Gewicht des Zements, hinzugegeben werden.
Durch Ermöglichen eines reduzierten W/C-Verhältnisses, einer verbesserten Pastenschlüpfrigkeit und einer vergrößerten Grünfestigkeit kann die Zykluszeit des Herstellens eines individuellen Gegenstands aus einer zementartigen Trockengießmischung verringert werden. Im Vergleich zu Trockengießmischungen des Stands der Technik sind Zykluszeitverringerungen um 50% bis 100% verbessert. Durch Ermöglichen, dass Gegenstände aus den Formen in einer kürzeren Zeitperiode entfernt werden, oder durch Vergrößern der Extrusionsgeschwindigkeit wird die Zykluszeit zum Erzeugen jedes Gegenstands verringert. Zusätzlich können nun mehr Gegenstände in der selben Ausrüstung erzeugt werden. Diese Faktoren werden kombiniert, um die Kosten der Herstellung jedes Gegenstands, wie Mauerwerkblöcke, zu verringern.
Zusätzlich kann die Additivdosierung des derivatisierten Polycarboxylatdispergiermittels der vorliegenden Erfindung leicht vergrößert werden (aber noch in dem Bereich von 0,005 bis 0,12% des Zementgewichts) in Kombination mit einer Verringerung des W/C-Verhältnisses, um weitere Verbesserungen ohne Änderung der trockenen Konsistenz der Mischung zu ergeben. Da der Dispergiermittelgehalt vergrößert wird, kann das W/C-Verhältnis verringert werden. Das W/C-Verhältnis und der Dispergiermittelgehalt kann variiert werden, um die Herstellung jeder Art von Trockengussgegenstand aus einer zementartigen Trockengießmischung zu optimieren.
Für einen Mauerwerkblock wurde gezeigt, dass die kompaktierte Dichte und die Druckfestigkeit von Trockengießbetonmischungen über einer reinen Referenz beim selben W/C-Verhältnis vergrößert wird, durch Verwenden eines derivatisierten Polycarboxylatadditivs bei ungefähr 0,01 bis ungefähr 0,03 Gew.-% des Zements. Es wurde gezeigt, dass die Kompaktierungsgeschwindigkeit, die Verfestigung und die resultierende Druckfestigkeit des Mauerwerkblocks verbessert wird durch Verwenden eines derivatisierten Polycarboxylatadditivs, am meisten bevorzugt bei ungefähr 0,03 Gew.-% des Zements. Die Druckfestigkeit einer Trockengießmischung der vorliegenden Erfindung wird bis zu 30% vergrößert. Die grundlegenden erwünschten Eigenschaften der Trockengießmischung für einen Mauerwerkblock, die scharfe Ecken, scharfe Kanten, kein Netzbruch, kein Durchhängen oder keine Deformation sind, werden nicht durch diese Verbesserung negativ beeinflusst.
Für Rohr und Dachpappe führt die vergrößerte Dichte und Kompaktierung der zementartigen Trockengießmischung zusätzlich zu verringerten Mängeln bei einem Gegenstand, der aus der zementartigen Trockengießmischung erzeugt ist. Typischerweise besitzt eine zementartige Trockengießmischung Lufttaschen, die in der Mischung beibehalten werden, nachdem die Mischung abgebunden hat. Auf der Oberfläche eines Gegenstands werden diese Löcher Bugholes genannt und sie beeinträchtigen den ästhetischen Wert des Gegenstands. Andere Mängel, auf die als Honigwaben Bezug genommen wird, welche Zonen einer schlecht kompaktierten Mischung sind, verringern die Druckfestigkeit des Gegenstands und vergrößern die Permeabilität des Gegenstands. Die vergrößerte Dichte und Kompaktierung gemäß der Erfindung reduzieren oder eliminieren diese Probleme. Zusätzlich werden andere Oberflächeneffekte durch Schwingungsverfestigung der zementartigen Trockengießmischungen der vorliegenden Erfindung eliminiert.
Das derivatisierte Polycarboxylatadditiv kann mit anderen chemischen oder mineralischen Additiven, die typischerweise bei den verschiedenen Anwendungen verwendet werden, wie Abbindebeschleuniger, Abbindeverzögerer, Antischaummittel, lufteintragende oder luftaustragende Mittel, wasserabstoßende Mittel, wasserreduzierende Mittel und jegliche andere konventionelle Additive für zementartige Mischungen kombiniert werden. Die grundlegenden Eigenschaften einer zementartigen Trockengießmischung werden nicht negativ durch die Verwendung der derivatisierten Polycarboxylatdispergiermittel der vorliegenden Erfindung beeinflusst.
Die in dem derivatisierten Polycarboxylatdispergiermittel der vorliegenden Erfindung verwendeten Polymere können durch Verfahren, die in der Technik bekannt sind, hergestellt werden, wie jene, auf die Bezug genommen wird in US 5 661 206 A von Tanaka et al, US 5 393 343 A von Darwin et al, US 5 158 996 A von Valenti, US 5 047 087 A von Matague et al, US 4 972 025 A von Tsubakimoto et al, US 4 968 734 A von Gaidis et al, US 4 473 406 A von Bradley et al und US 4 471 100 A von Tubakimoto et al, von denen alle hier durch Bezugnahme eingeschlossen sind, als ob sie im Folgenden voll ausgeschrieben wären.
Eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt ein Verfahren zum Herstellen eines zementartigen Trockengießgegenstands bereit. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen einer Mischung aus hydraulischem Zement, Wasser, grobem Zuschlagstoff, feinem Zuschlagstoff und dem oben angegebenen derivatisierten Polycarboxylatdispergiermittel und dann Bilden des Gegenstands aus der Mischung. Das Bilden kann jedes Verfahren sein einschließlich Anordnen der Mischung in einer Form und in Schwingung bringen der Form oder Extrudieren der Mischung durch eine Düse.
In einer anderen Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung eine Kombination des oben angegebenen derivatisierten Polycarboxylatdispergiermittels mit einem oberflächenaktiven Mittel/lufteintragenden Mittel bereit. Die Kombination ermöglicht einen vergrößerten Schlag und eine vergrößerte frühe Festigkeit.
Das oberflächenaktive Mittel/lufteintragende Mittel der vorliegenden Erfindung können jegliche bekannte oberflächenaktive Mittel/lufteintragende Mittel für Zement sein einschließlich anionische, kationische, nicht ionische oberflächenaktive Mittel, natürliches. Harz, synthetisches Harz, natürliches Kolophonium, synthetisches Kolophonium, irgendein beliebiges lufteintragendes Mittel und Mischungen davon.
Veranschaulichende Beispiele von oberflächenaktiven Mitteln lufteintragenden Mitteln, die mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, umfassen, sind aber nicht beschränkt auf Alkanolamide, Alkanolamine, Alkylarylsulfonate, Polyethylenoxid-polypropylenoxidblockcopolymere, Alkylphenolethoxylate, Carboxylate von Fettsäuren, Ethoxylate von Fettsäuren, Sulfonate von Fettsäuren, Sulfate von Fettsäuren, Fluorkohlenwasserstoff enthaltende oberflächenaktive Mittel, Silicium enthaltende oberflächenaktive Mittel, Olefinsulfonate, Olefinsulfate und Mischungen davon. Ein bevorzugtes Schaumerzeugungsmittel ist ethoxyliertes Nonylphenol.
Das Schaumerzeugungsmittel wird in einer Menge von ungefähr 0,001% bis ungefähr 0,4%, basierend auf dem Gewicht des Zements, bevorzugt ungefähr 0,005% bis ungefähr 0,012%, zugegeben.
Alkanolamidschaumbildungsmittel gemäß der vorliegenden Erfindung umfassen, sind aber nicht beschränkt auf jene mit 12 bis 20 Kohlenstoffatomen.
Alkanolamidschaumbildungsmittel gemäß der vorliegenden Erfindung umfassen, sind aber nicht beschränkt auf jene mit 12 bis 20 Kohlenstoffatomen.
Alkylarylsulfonatschaumbildungsmittel gemäß der vorliegenden Erfindung umfassen, sind aber nicht beschränkt auf jene mit einer Arylgruppe und mit Alkylgruppen mit 12 bis 20 Kohlenstoffatomen.
Polyethylenoxid-polypropylenoxidblockcopolymerschaumbildungmittel gemäß der vorliegenden Erfindung umfassen, sind aber nicht beschränkt auf jene mit 4 bis 50 Einheiten jedes Blocks.
Alkylphenolethoxylatschaumbildungsmittel gemäß der vorliegenden Erfindung umfassen, sind aber nicht beschränkt auf jene mit einer Alkylgruppe mit 4 bis 50 Kohlenstoffatomen.
Carboxylate von Fettsäureschaumbildungsmittel gemäß der vorliegenden Erfindung umfassen, sind aber nicht beschränkt auf jene, in denen der Fettsäureteil 6 bis 20 Kohlenstoffatome besitzt.
Ethoxylate von Fettsäureschaumbildungsmittel gemäß der vorliegenden Erfindung umfassen, sind aber nicht beschränkt auf jene, in denen die Anzahl von Ethoxylatgruppen 4 bis 20 ist und der Fettsäureteil 6 bis 20 Kohlenstoffatome besitzt.
Sulfonate von Fettsäureschaumbildungsmitteln gemäß der vorliegenden Erfindung umfassen, sind aber nicht beschränkt auf jene, in denen der Fettsäureteil 6 bis 20 Kohlenstoffatome besitzt.
Sulfate von Fettsäureschaumbildungsmittel gemäß der vorliegenden Erfindung umfassen, sind aber nicht beschränkt auf jene, in denen der Fettsäureteil 6 bis 20 Kohlenstoffatome besitzt.
Fluorkohlenwasserstoff enthaltende oberflächenaktive Schaumbildungsmittel gemäß der vorliegenden Erfindung umfassen, sind aber nicht beschränkt auf jene mit 6 bis 20 Kohlenstoffatomen und ein oder mehrere CH₂-Teile sind durch CF₂-Teile ersetzt.
Olefinsulfonatschaumbildungsmittel gemäß der vorliegenden Erfindung umfassen, sind aber nicht beschränkt auf jene mit 12 bis 20 Kohlenstoffatomen.
Olefinsulfatschaumbildungsmittel gemäß der vorliegenden Erfindung umfassen, sind aber nicht beschränkt auf jene mit 12 bis 20 Kohlenstoffatomen.
Repräsentative Beispiele eines oberflächenaktiven Mittels, das als das oberflächenaktive Mittel/lufteintragende Mittel verwendet werden kann, umfassten ethoxyliertes Nonylphenol, Alphaolefmsulfonat oder Cocamid-DEA.
Das Verhältnis von derviatisiertem Polycarboxylatdispergiermittel zu oberflächenaktivem Mittel/lufteintragendem Mittel beträgt ungefähr 10 : 1 bis ungefähr 1 : 10, bezogen auf das Gewicht. Bevorzugt beträgt das Verhältnis des derivatisierten Polycarboxylatdispergiermittels zum oberflächenaktiven Mittel/lufteintragenden Mittel ungefähr 6 : 4 bis ungefähr 4 : 6, bezogen auf das Gewicht.
Eine andere Ausführungsform der Erfindung stellt ein Verfahren zum Herstellen eines zementartigen Trockengießgegenstands bereit. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen einer Mischung aus hydraulischem Zement, Wasser, grobem Zuschlagsstoff feinem Zuschlagsstoff oberflächenaktivem Mittel/lufteintragendem Mittel und dem oben genannten derivatisierten Polycarboxylatdispergiermittel und dann Bilden des Gegenstands aus der Mischung. Das Bilden kann jedes Verfahren sein einschließlich Anordnen der Mischung in einer Form und in Schwingung bringen der Form oder Extrudieren der Mischung durch eine Düse.
Spezielle Ausführungsformen der Erfindung
Die Erfindung wird veranschaulicht durch, ist aber nicht beschränkt auf die folgenden Beispiele.
Beispiel 1
Ein Additiv basierend auf einem derivatisiertem Polycarboxylatdispergiermittel wird in einer Trockengießbetonrohrmischung bewertet, um die Wirkungen des Additivs auf eine Probekörperverfestigung zu bestimmen. Eine niedrige Dosis von 0,033 Gew.-% Zement wird mit einer reinen Referenzmischung beim selben W/C-Verhältnis verglichen und eine höhere Dosis von 0,067 Gew.-% Zement wird unter Verwenden eines leicht reduzierten W/C-Verhältnisses verglichen. Mischungen werden hergestellt unter Verwenden zweier verschiedener Zuschlagsstoffe; ein abgerundeter 3/8" (0,95 cm) Feinkies und ein winkelförmiger 1/2" (1,27 cm) Kalkstein. Mischverhältnisse (Tabelle 1) basieren auf jenen einer Betonrohrmischung, die auf dem Gebiet verwendet wird. Alle der hergestellten Mischungen werden als ähnliche, extrem trockene Konsistenzen beurteilt, d. h. sind gerade fähig „geknäult" zu werden, wenn sie per Hand gequetscht werden. Probekörper für Gewichtsmessungen werden unter Verwenden von 4" (10,16 cm) Stahlwürfelformen (1049 cc) hergestellt, verfestigt mit einer Schwingungstafel (FMC Syntron Vibrating Table, Model VB5101), die auf eine feste Frequenz und Amplitude für alle Probekörper gestellt ist. Ein Paar von Würfeln wird für jede Mischungsbedingung erzeugt durch Füllen der Form bis zum Überschuss, Schwingen für 20, 60 oder 120 sec und dann Abschneiden der Spitze des Probekörpergusses mit der Spitze der Form. Nach einem Tag werden die Probekörper aus den Formen abgelöst, gewogen und die zwei Gewichtswerte werden gemittelt, um das Probekörpergewicht für jene Testbedingung zu erhalten.
Tabelle 1 Mischungsverhältnisse (kg/cu. m.)
Tabelle 2 Prüfkörpergewicht
Es wird gefunden, dass die Verwendung des Additivs im Bereich von 0,033 bis 0,067 Gew.-% Zement den Grad der Verfestigung signifikant vergrößert. Es wird gefunden, dass Prüfkörper, die mit der Feinkieszuschlagstoffmischung, 0,067% Additiv und einem niedrigeren W/C-Verhältnis erzeugt sind, bei jedem Schwingungsintervall relativ zur reinen Referenz schwerer sind. Ein Beweis für eine niedrigere Gesamtmenge an Energie, die zum Verfestigen der Mischung benötigt wird, wird durch das höhere Prüfkörpergewicht bei 20 sec für die Additivmischung 3 im Vergleich zu dem höchsten Gewicht erhalten für die reine Mischung 1 bei 120 sec gezeigt.
Es wird für Prüfkörper gefunden, die mit der Kalksteinzuschlagstoffmischung, sowohl dem 0,033% Additiv bei dem selben W/C-Verhältnis und dem 0,067% Additiv bei einem niedrigeren W/C-Verhältnis erzeugt sind, dass sie bei jedem Schwingungsintervall relativ zur reinen Referenz schwerer sind. Ein Beweis für eine niedrigere Gesamtmenge an Energie, die zum Verfestigen der Mischung benötigt wird, wird gezeigt durch das höhere Prüfkörpergewicht bei 20 sec für die Additivmischung 5 und Mischung 6 im Vergleich zu dem höchsten Gewicht erhalten, das für die reine Mischung 4 bei 120 sec erhalten wird.
Beispiel 2
Ein Additiv basierend auf derivatisiertem Polycarboxylatdispergiermittel wird in einem Trockengießbetonmauerwerkblock bewertet, um die Wirkungen des Additivs auf die Prüfkörperverfestigung zu bestimmen. Dosierungen von 0,020% und 0,027% des Zementgewichts werden verglichen mit einer Referenzmischung, die 1% des Zementgewichts an Calciumstearat als ein Schmiermittel enthält. Ein typischer, auf einem Detergenz basierender Weichmacher für die Blockindustrie wird zum Vergleich eingebracht. Mauerwerkblockeinheiten werden unter Verwenden einer Originahnaßstabherstellungsmaschine hergestellt. In dieser Anwendung sind die Maschinenzuführungszeit und die Zykluszeit, die zum Erzeugen einer Palette von Blöcken erforderlich ist, von Wichtigkeit zusätzlich zu der Druckfestigkeit der Einheiten. Die Zuführungszeit bezieht sich auf die Zeit, die zum Füllen des Trichters oder Füllfaches mit zu formendem Material erforderlich ist, und sie wird eingestellt, um mit der Zykluszeit übereinzustimmen. Die Zykluszeit bezieht sich auf die Zeit, um einen vollen Zyklus des Füllens des Trichters oder Faches, Füllen der Form, Komprimieren der Einheit unter Druck und Schwingung und Extrahieren der gefertigten Einheit zu vervollständigen. Änderungen in den Zykluszeiten von ungefähr 0,25 bis 0,50 sec werden als signifikant betrachtet. Die Mischungsverhältnisse pro Charge betragen 190 lbs. (86,18 kg) Zement und 1.550 lbs. (703,08 kg) Blocksand. Der Wassergehalt wird unter Verwenden der Calciumstearatreferenzmischung ermittelt, dann für den Rest der Mischungen konstant gehalten. Die Mischung 11 repräsentiert eine Calciumstearatreferenz, bei der die Zuführungszeit eingestellt wurde, um zu jenen der Additivmischungen zu passen. Tabelle 3 zeigt die Ergebnisse der Zuführungszeit, der Zykluszeit und der Druckfestigkeit. Die Druckfestigkeiten sind Nettofestigkeiten, was bedeutet, dass sie auf der aktuellen Oberfläche des Blocks basieren, und nicht auf den Bruttodimensionen der Blockbreite und -tiefe.
Tabelle 3
Die Verwendung von 0,02% Additiv reduziert die Maschinenzykluszeiten um ungefähr 0,9 sec, relativ zu der Calciumstearatreferenz, und um ungefähr 0,5 sec relativ zu der auf dem Detergenz basierenden Referenzzumischung. Zykluszeiten für die 0,027%ige Additivdosierung werden reduziert um ungefähr 1,1 sec relativ zu der Calciumstearatreferenz, und um ungefähr 0,7 sec relativ zu der auf dem Detergenz basierenden Referenzzumischung. Es wird gefunden, dass Druckfestigkeiten annähernd die selben wie für die auf dem Detergenz basierenden Referenz (8) und die Additivmischungen (9 & 10) sind, obwohl die Additivblockgewichte geringer sind. Druckfestigkeiten der Additivblocks (9 & 10) sind signifikant höher als die Calciumstearatreferenz (7) und höher als die Calciumstearatreferenz (11), wo die Zuführungszeit eingestellt ist, um den selben Gewichtsblock wie das Additiv herzustellen.
Beispiel 3
Ein Additiv basierend auf einem derivatisierten Polycarboxylatdispergiermittel wird in einem Trockengussbetonrohr bewertet, um die Wirkungen des Additivs auf die Prüfkörperverfestigung, die Druckfestigkeit und die Permeabilität zu bestimmen. Betonrohre werden unter Verwenden zweier Originahnaßstabherstellungstechniken und Maschinen hergestellt. Ein Satz Rohre wird hergestellt unter Verwenden des Trockengießprozesses (Tabelle 4), ein zweiter Satz Rohre wird hergestellt unter Verwenden des Packerhead-Prozesses (Tabelle 4a). In dieser Anwendung sind die Verfestigung, das Oberflächenerscheinungsbild, die Permeabilität und die Druckfestigkeit des gefertigten Rohrs von Wichtigkeit. Kernproben werden aus dem hergestellten Rohr entnommen, um die Druckfestigkeit zu testen. Zusätzliche Prüfkörper für das Druckfestigkeits- und Permeabilitätstesten werden hergestellt unter Verwenden von 4'' × 8'' (10,16 × 20,32 cm) Zylinder, die durch intensive Schwingung unter Verwenden einer Schwingungstafel verfestigt sind. Die Mischungsverhältnisse pro Charge werden in den Tabellen 4 und 4a gezeigt. Die Mischungen 14 in Tabelle 4 und 18 in Tabelle 4a umfassen die Zugabe von 8% des Zementgewichts nicht kompaktierter Feinkieselerde. In der Mischung 15 in Tabelle 4 sind 25% des Zements mit Flugasche ersetzt zusätzlich zu den 8% nicht kompaktierter Feinkieselerde. Mischung 19 in Tabelle 4a besitzt sowohl 25% Flugasche als auch 8% nicht kompaktierte Feinkieselerde als eine Zugabe. Für Mischungen in Tabelle 4 wird der Wassergehalt durch den für die Charge Verantwortlichen basierend auf seiner Erfahrung festgesetzt, um die erwünschte Trockengusskonsistenz eines Setzmaßes von 0 zu erreichen, und ist ähnlich für alle Mischungen mit Ausnahme der Mischung 13, die 10 Gallonen (37,85 1) Wasser hält. Für die Mischungen in Tabelle 4a wird der Wassergehalt durch den für die Referenzcharge Verantwortlichen festgesetzt und dann konstant für den Rest der Mischungen gehalten. Alle Additivdosierungen sind in Gewichtsprozent des gesamten zementartigen Materials ausgedrückt. Tabelle 5 und 5a zeigen die Druckfestigkeits- und Permeabilitätsergebnisse.
Tabelle 4 Mischverhältnisse (kg pro Charge)
Tabelle 4a Mischverhältnisse (kg pro Charge)
Tabelle 5
Tabelle 5a
Das gesamte Rohr, das durch den Trockengießprozess erzeugt wird, kompaktiert gut, ohne ein Durchhängen oder eine Deformation für jegliches Rohr beim Entfernen aus der Form zu beobachten, welches unmittelbar nach dem Gießen stattfindet. Zylinderdruckfestigkeiten für die Additivmischungen 13 bis 15 sind höher als für die Referenzmischung 12. Die Kombination von nicht kompaktierter Feinkieselerde und Additiv oder nicht kompaktierter Feinkieselerde, Flugaschenersatz und Additiv erzeugt die höchsten Druckfestigkeiten. Das gesamte Rohr, das durch den Packerhead-Prozess erzeugt wird, kompaktiert gut ohne ein beobachtetes Durchhängen oder eine Deformation beim Entfernen aus der Form. Die Zylinderdruckfestigkeiten für die Additivmischungen 17 bis 19 sind höher als für die Referenzmischung 16. Die Kombination von nicht kompaktierter Feinkieselerde und Additiv erzeugt die höchsten Druckfestigkeiten. Die sehr niedrigen Coulombs-Werte für die Mischungen, die Feinkieselerde enthalten, zeigen an, dass die Feinkieselerde gut dispergiert ist und dass sich die Mischung trotz des zugegebenen Feinanteils gut verfestigte.
Beispiel 4
Die Reaktion der Paste auf die Schwingung der Mischungen mit verschiedenen Dispergiermitteln werden getestet. Jede Zumischung wird beim selben W/C-Verhältnis verglichen. Jede Pastenmischung umfasste 650 g Zement und 161 g Wasser für ein W/C-Verhältnis von 0,248. Die folgenden Dispergiermittel werden mit Calciumlignosulfonat verglichen: A (ein Polyoxyalkylen-derivatisiertes Methacrylatpolymer); B (ein Polyoxyalkylenderivatisiertes Styrolmaleinsäurecopolymer) und C (ein Hydroxyalkyl-derivatisiertes (Meth)acrylatcopolymer). Die Gehalte betragen 0,049% für A, B und C und 0,188% für Calciumlignosulfonat. Die Pasten wurden unter Verwenden der ASTM C-305 Mischprozedur hergestellt. Alle besaßen eine kittartige Konsistenz; jedoch ist die Calciumlignosulfonatpaste merklich nasser als die anderen Mischungen.
Die Reaktion der Paste auf Schwingung wird durch Messen der Verbreitung der Pastenmasse über die Zeit bewertet, wenn sie einer Schwingung unterzogen wird. Die Tests werden durchgeführt bei 3.500 und 7.500 Schwingungen pro min unter Verwenden einer Laborschwingungstafel (FMC Syntron Vibrating Table, Modell VB5101). Die Ergebnisse sind in Tabelle 6 unten aufgelistet, ausgedrückt als der prozentuale Flussanstieg gegen den Ausgangsdurchmesser der Masse.
Tabelle 6
Die oben angegebenen Ergebnisse zeigen, das Pasten, die derivatisierte Polycarboxylate A, B und C enthalten, eine verbesserte Fließreaktion zeigen im Vergleich zu der reinen Referenz, wenn alle Mischungen ähnliche Konsistenzen besitzen, und dass die Fließreaktion für Pasten, die niedrige Gehalte von derivatisierten Polycarboxylaten A, B und C enthielten, ähnlich der nasseren Mischung sind, die einen höheren Gehalt an Calciumlignosulfonat enthalten.
Das derivatisierte Polycarboxylatdispergiermittel, das in den folgenden Beispielen verwendet wird, ist ein kommerziell erhältliches Monomethylpolyethylenglycolpolymethacrylatester.
Der Schlageffekt wird durch visuelle Beobachtung bestimmt und rangiert auf einer Skale von 1 (kein Schlag) bis 5 (starker Schlag). Die Druckfestigkeit wird durch ASTM C1176-2 gemessen.
Beispiel 7
Die Formulierung 1 ist eine Mischung von 56 Gew.-% derivatisiertem Polycarboxylatdispergiermittel und 44 Gew.-% oberflächenaktivem Mittel/lufteintragendem Mittel, basierend auf 50 Gew.-% Cocamid-DEA und 50 Gew.-% Alphaolefmsulfonat.
Die Formulierung 2 ist eine Mischung von 76 Gew.-% derivatisiertem Polycarboxylatdispergiermittel und 24 Gew.-% oberflächenaktivem Mittel/lufteintragendem Mittel, basierend auf 50 Gew.-% Cocamid-DEA und 50 Gew.-% Alphaolefmsulfonat.
Die Formulierung 3 ist eine Mischung von 36 Gew.-% derivatisiertem Polycarboxylatdispergiermittel und 64 Gew.-% oberflächenaktivem Mittel/lufteintragendem Mittel, basierend auf 50 Gew.-% Cocamid-DEA und 50 Gew.-% Alphaolefmsulfonat.
Zementartige Mischungen werden hergestellt unter Verwenden der oben genannten Schlagformulierungen in Kombination mit einer Zementzusammensetzung. Die Formulierungen werden auch mit einer reinen Mischung und einer Mischung verglichen, die nur oberflächenaktives Mittel/lufteintragendes Mittel enthält, basierend auf 50% Cocamid-DEA und 50% Alphaolefmsulfonat. Die Materialien in der Mischung sind 0,96 kg Ashgrove Type 1 Zement, 7,04 kg feiner Zuschlagstoff, der ein Gemisch von groben und feinen Sandarten umfasst. Die Wassermenge für die Mischungen beträgt 0,58 kg, was ein W/C-Verhältnis von 0,6 ergab. Die Dosierungsmengen sind in Tabelle 7 aufgelistet.
Zementartige Mischungen werden durch Zugeben von Wasser in einen Mixer, Zugeben der Schlagformulierungen, Zugeben von Steinen, Zugeben des Zements und dann Zugeben der verbleibenden Materialien hergestellt. Die Mischungen werden in eine Form gegeben und 20 sec lang Schwingungen ausgesetzt. Die Größe der in der Form gebildeten Blöcke beträgt 4 Inches × 4 Inches × 8,5 Inches (10,16 × 10,16 × 21,6 cm). Der Schlag jeder Mischung ist in Tabelle 7 aufgelistet.
Die oben angegebenen Ergebnisse zeigen, dass die Formulierungen 1 bis 3 nicht nur für das richtige Ausmaß an Schlageffekt sorgten, sondern auch die Dichte der Blocks vergrößerten.
Beispiel 8
Die Zumischung 1 ist ein 76 Gew.-% derivatisiertes Polycarboxylatdispergiermittel und 24 Gew.-% oberflächenaktives Mittel/lufteintragendes Mittel, basierend auf 50 Gew.-% Cocamid-DEA und 50 Gew.-% Alphaolefmsulfonat. Die Zumischung 2 ist 77 Gew.-% derivatisiertes Polycarboxylatdispergiermittel und 23 Gew.-% oberflächenaktives Mittel/lufteintragendes Mittel, basierend auf ethoxyliertem Nonylphenol.
Zementartige Mischungen werden wie oben hergestellt. Die Zumischung und die Dosierung werden variiert. Die zementartige Mischung war Ashgrove Type I Zement 213,48 kg/m³, 1567,3 kg/m³ feiner Zuschlagsstoff, der ein Gemisch von groben und feinen Sandarten umfasste, 513,54 kg/m³ Feinkies von Best Sand, Chardon, Ohio, 120,97 kg/m³ Wasser mit einem W/C-Verhältnis von 0,57. Der Schlag jeder Mischung wird gemessen und die Ergebnisse sind in Tabelle 8 gezeigt.
Tabelle 8
Die Ergebnisse in Tabelle 8 zeigen, dass je höher die Dosierung der derivatisierten Polycarboxylatdispergiermittel/oberflächenaktives Mittel/lufteintragendes Mittel-Zumischung, um so mehr wird der Schlag vergrößert.
Beispiel 9
Mischungen werden wie in Beispiel 8 unter Verwenden der selben Zumischungsformulierungen hergestellt.
Die Dosierung wird variiert, um die Wirkung auf die frühe Druckfestigkeit und im Vergleich zu einer Mischung nur mit Dispergiermittel zu bestimmen. Die hergestellten Mischungen werden in Zylinder zum Testen gegossen. Die Ergebnisse werden unten in Tabelle 9 aufgelistet.
Tabelle 9
Die Ergebnisse in Tabelle 9 zeigen, dass die Kombination des Dispergiermittels mit dem oberflächenaktiven Mittel/lufteintragenden Mittel die Druckfestigkeit im Vergleich zu einer reinen Probe oder zu einer Probe nur mit dem Dispergiermittel vergrößert. Im Allgemeinen wird, wenn die Dosierung des Dispergiermittels/oberflächenaktiven Mittels/lufteintragenden Mittels ansteigt, die Druckfestigkeit auch vergrößert.
Wie oben gezeigt, löst die vorliegende Erfindung die Aufgaben der Erfindung. Die vorliegende Erfindung stellt deshalb ein Dispergiermittel bereit, das eine geringere wirksame Dosierung erfordert, um eine zementartige Trockengießmischung zu verfestigen und einen zementartigen Trockengießmischungsgegenstand bereit zu stellen, der eine vergrößerte Grünfestigkeit und eine vergrößerte Druckfestigkeit besitzt. Zusätzlich stellt die vorliegende Erfindung auch eine Kombination eines derivatisierten Polycarboxylatdispergiermittels mit einem oberflächenaktiven Mittel/lufteintragenden Mittel bereit, um den Schlag und die frühe Druckfestigkeit einer zementartigen Trockengießmischung zu vergrößern.
Obwohl die Erfindung im Detail beschrieben wurde durch die oben angegebene detaillierte Beschreibung und die vorstehenden Beispiele, dienen diese Beispiele nur für die Zwecke der Veranschaulichung, und es ist zu beachten, dass Variationen und Modifikationen durch den Fachmann durchgeführt werden können, ohne vom Umfang der Ansprüche abzuweichen.

Claims

Zementartige Trockengießmischung, die einen hydraulischen Zement, einen groben Zuschlagstoff und einen feinen Zuschlagstoff umfasst und ein Dispergiermittel enthält, worin das Dispergiermittel ein derivatisiertes Polycarboxylatdispergiermittel ist, das ein Polymer ist, das Einheiten umfasst, die von mindestens einem substituierten Carbonsäuremonomer oder substituierten ethylenisch ungesättigten Monomer abgeleitet sind, und das optional mindestens eines von (i) einem ungesättigten Kohlenwasserstoff, (ii) einem N-Polyoxyalkylenmaleimid und (iii) einem Kondensationsprodukt aus einem unsubstituierten Carbonsäuremonomer und einem Alkoxypolyoxyalkylenprimäramin-substituiertencarbonsäuremonomer enthält.
Zementartige Trockengießmischung nach Anspruch 1, worin die Trockengießmischung zusätzlich ein oberflächenaktives/lufteintragendes Mittel umfasst.
Zementartige Trockengießmischung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin das Dispergiermittel die allgemeine Struktur besitzt:
mit folgenden Bedeutungen: D = eine Komponente ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus der Struktur d1, der Struktur d2 und Mischungen hiervon, X = H, CH₃, C₂-C₆ Alkyl, Phenyl, substituiertes Phenyl, wie p-Methylphenyl, sulfoniertes Phenyl, Y = H, -COOM, R = H, CH₃, Z = H, -SO₃M, -PO₃M, -COOM, -OR₃, -COOR₃, -CH₂OR₃, -CONHR₃, -CONHC(CH₃)₂CH₂SO₃M, -COO(CHR₄)_nOH, worin n für 2 bis etwa 6 steht, R₁, R₂, R₃, R₅ jeweils unabhängig ein -(CH₂CHRO)_mR₄ statistisches Copolymer aus Oxyethyleneinheiten und Oxypropyleneinheiten ist, worin m für 10 bis 500 steht und worin die Menge an Oxyethylen im statistischen Copolymer 60% bis 100% und die Menge an Oxypropylen im statistischen Copolymer 0% bis 40% beträgt, R₄ = H, Methyl, C₂-C₆ Alkyl, C₆-C₁₀ Aryl, M = H, Alkalimetall, Erdalkalimetall, Ammoniak, Amin, substituiertes Amin, wie Triethanolamin, Methyl, C₂-C₆ Alkyl, a = 0 bis 0,8, b = 0,2 bis 1,0, c = 0 bis 0,5, d = 0 bis 0,5 und worin a, b, c und d den Molenbruch der jeweiligen Einheit darstellt und die Summe von a, b, c und d 1,0 beträgt.
Zementartige Trockengießmischung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin der Dispergiermittelgehalt etwa 0,005 bis 0,12 Gew.-% des Zements beträgt.
Zementartige Trockengießmischung nach Anspruch 2, worin das oberflächenaktive/lufteintragende Mittel ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus anionischen oberflächenaktiven Mitteln, kationischen oberflächenaktiven Mitteln, nicht ionischen oberflächenaktiven Mitteln, natürlichem Harz, synthetischem Harz, natürlichem Kolophonium, synthetischem Kolophonium, irgendeinem beliebigen anorganischen lufteintragenden Mittel und Mischungen davon.
Verfahren zur Herstellung eines zementartigen Trockengießgegenstandes, umfassend: a) Bereitstellung einer Mischung aus einem hydraulischen Zement, Wasser, einem groben Zuschlagstoff einem feinem Zuschlagstoff und einem Dispergiermittel, worin das Dispergiermittel ein derivatisiertes Polycarboxylatdispergiermittel ist, das ein Polymer ist, das Einheiten umfasst, die von mindestens einem substituierten Carbonsäuremonomer oder substituieren ethylenisch ungesättigten Monomer abgeleitet sind, und das optional mindestens (i) einen ungesättigten Kohlenwasserstoff (ii) ein N-Polyoxyalkylenmaleimid und (iii) ein Kondensationsprodukt aus einem unsubstituierten Carbonsäuremonomer und einem Alkoxypolyoxyalkylenprimäraminsubstituiertencarbonsäuremonomer enthält, und b) Bildung des Gegenstands aus der Mischung.
Verfahren nach Anspruch 6, worin die Mischung zusätzlich ein oberflächenaktives/lufteintragendes Mittel enthält.
Verfahren nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, worin das Dispergiermittel die allgemeine Struktur besitzt:
mit folgenden Bedeutungen: D = eine Komponente ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus der Struktur d1, der Struktur d2 und Mischungen hiervon, X = H, CH₃, C₂-C₆ Alkyl, Phenyl, substituiertes Phenyl, wie p-Methylphenyl, sulfoniertes Phenyl, Y = H, -COOM, R = H, CH₃, Z = H, -SO₃M, -PO₃M, -COOM, -OR₃, -COOR₃, -CH₂OR₃, -CONHR₃, -CONHC(CH₃)₂CH₂SO₃M, -COO(CHR₄)_nOH, worin n für 2 bis etwa 6 steht, R₁, R₂, R₃, R₅ jeweils unabhängig ein -(CH₂CHRO)_mR₄ statistisches Copolymer aus Oxyethyleneinheiten und Oxypropyleneinheiten ist, worin m für 10 bis 500 steht und worin die Menge an Oxyethylen im statistischen Copolymer 60% bis 100% und die Menge an Oxypropylen im statistischen Copolymer 0% bis 40% beträgt, R₄ = H, Methyl, C₂-C₆ Alkyl, C₆-C₁₀ Aryl, M = H, Alkalimetall, Erdalkalimetall, Ammoniak, Amin, substituiertes Amin, wie Triethanolamin, Methyl, C₂-C₆ Alkyl, a = 0 bis 0,8, b = 0,2 bis 1,0, c = 0 bis 0,5, d = 0 bis 0,5 und worin a, b, c und d den Molenbruch der jeweiligen Einheit darstellt und die Summe von a, b, c und d 1,0 beträgt.
Verfahren nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, worin der Dispergiermittelgehalt etwa 0,005 bis 0,12 Gew.-% des Zements beträgt.
Verfahren nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, worin das oberflächenaktive/lufteintragende Mittel ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus anionischen oberflächenaktiven Mitteln, kationischen oberflächenaktiven Mitteln, nicht ionischen oberflächenaktiven Mitteln, natürlichem Harz, synthetischem Harz, natürlichem Kolophonium, synthetischem Kolophonium, irgendeinem beliebigen anorganischen lufteintragenden Mittel und Mischungen davon.