ZUSAMMENSETZUNG UND DEREN VERWENDUNG ZUR VERBESSERUNG DER VERARBEITBARKEIT VON HYDRAULISCH ABBINDENDEN ZUSAMMENSETZUNGEN Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft das Gebiet der Betontechnologie. Die Erfindung betrifft eine Zusammensetzung umfassend mindestens einen Verflüssiger für eine hydraulisch abbindende Zusammensetzung und mindestens ein Polyalkylenglykol, sowie deren Verwendung zur Verbesserung der Verarbeitbarkeit, vorzugsweise zur Verlängerung der Verarbeitungszeit, von hydraulisch abbindenden Zusammensetzungen.
Stand der Technik
Die Herstellung von Beton ist ein sehr komplexer Prozess. Beton wird hergestellt aus Zement, aus Betonzuschlagsstoffen, wie z.B. Kies oder Sand, und aus Wasser. Zement ist bekanntermassen sehr empfindlich gegenüber
Wasser, unabhängig davon, ob es in flüssigem oder gasförmigem Zustand vorliegt, denn Zement bindet hydraulisch ab, das heisst, er erhärtet unter dem
Einfluss von Wasser innert kurzer Zeit zu einem sehr stabilen Festkörper.
Bei der Weiterverarbeitung zu Beton wird der Werkstoff Zement mit
Zuschlagstoffen und chemischen Zusatzmitteln vermengt. Beispielswiese wird der Zement zusammen mit Wasser, Gestein und weiteren Additiven in einem
Rührwerk gemischt. Durch die Zugabe der flüssigen oder pulverförmigen
Zusatzmittel sollen die Eigenschaften des Betons in chemischer und/oder physikalischer Hinsicht verbessert werden. So können die Zusatzmittel beispielsweise die Fliesseigenschaft, die Viskosität, das Verdichtungsverhalten und das Abbindeverhalten des Betons beeinflussen.
Der Einsatz von sogenannten Beton-Verflüssigern ist seit langem bekannt. Beispielsweise ist aus EP 1 138 697 B1 oder EP 1 061 089 B1 bekannt, dass (Meth)acrylat-Polymere mit Ester- und gegebenenfalls Amid- Seitenketten als Beton-Verflüssiger geeignet sind. Hierbei wird dieser Beton- Verflüssiger dem Zement als Zusatzmittel zugegeben oder dem Zement vor dem Mahlen zugesetzt, und führt zu einer starken Verflüssigung, beziehungsweise Reduktion des Wasserbedarfs, des daraus hergestellten Betons oder Mörtels.
US 5,556,460 beschreibt ein Zementzusatzmittel für die Verwendung als Schwindreduzierer, wobei das Zusatzmittel mindestens ein Oxyalkylenglykol und mindestens ein Kammpolymer umfasst, wobei der Gewichtsanteil des Oxyalkylenglykols mindestens 50% beträgt.
EP 1 149 808 A2 beschreibt ein Zementzusatzmittel für die Verwendung als Verflüssiger, wobei das Zusatzmittel ein Polyalkylenglykol A und ein Copolymer B umfasst, wobei das Gewichtsverhältnis von A/B 0.02 bis 0.3 beträgt und das durchschnittliche Molekulargewicht X des Polyalkylenglykols A und das durchschnittliche Molekulargewicht Y einer Polyalkylenglykolseitenketteneinheit des Copolymers B die Gleichung 0.9< (X/Y)<1.1 erfüllt. Nur in diesen Bereichen weist das Zusatzmittel ein befriedigendes Fliessverhalten und eine befriedigende Schwindreduktion auf.
Bei hohen Temperaturen oder auch beim Transportieren von Beton besteht die Gefahr, dass der Beton zu schnell aushärtet und zur Verarbeitung nicht mehr geeignet ist. Um die Verarbeitbarkeit, d.h. die Verarbeitungszeit des Betons zu verlängern, werden Verzögerer eingesetzt. Die bekannten Verzögerer haben jedoch den Nachteil, dass sie gleichzeitig auch die Zeit bis zum Abbindebeginn verzögern. Dies ist besonders in den Fällen von Nachteil, bei denen nach der Verarbeitung ein schnelles Erstarren erwünscht ist.
Darstellung der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Zusammensetzung und die Verwendung einer solchen Zusammensetzung für die Verlängerung der Verarbeitungszeit von hydraulisch abbindenden Zusammensetzungen bereitzustellen, welche die Nachteile des Standes der
Technik überwindet und welche die Abbindezeiten nicht verlängert. Diese Aufgabe wird durch eine Zusammensetzung und eine Verwendung gemäss den unabhängigen Ansprüchen gelöst.
Überraschenderweise wurde gefunden, dass eine Zusammensetzung gemäss Anspruch 1 enthaltend mindestens ein substituiertes oder unsubstituiertes Polyalkylenglykol gemäss Formel (I), und mindestens einen Verflüssiger für eine hydraulisch abbindende Zusammensetzung enthaltend mindestens ein Polymer A gemäss Formel (II) hervorragend geeignet ist, um die Verarbeitungszeit von hydraulisch abbindenden Zusammensetzungen zu verlängern und das Fliessverhalten zu verbessern. Insbesondere wurde überraschenderweise gefunden, dass durch die Kombination der Polymere A gemäss Formel (II) mit mindestens einem Polyalkylenglykol gemäss Formel (I) die Nachteile der bekannten Verzögerer aufgehoben werden können und die Abbindezeit nicht verlängert wird, und dass zusätzlich die vorteilhaften Wirkungen des Polymers A noch verbessert werden. Die erfindungsgemässe Zusammensetzung kann also anstelle eines herkömmlichen Verzögerers eingesetzt werden und wirkt somit gleichzeitig als Verflüssiger und als Mittel zur Verlängerung der Verarbeitungszeit. Wege zur Ausführung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zusammensetzung und deren Verwendung zur Verlängerung der Verarbeitungszeit. Die erfindungsgemässe Zusammensetzung umfasst oder besteht aus mindestens einem substituierten oder unsubstituierten Polyalkylenglykol der Formel (I), und mindestens einem Verflüssiger für eine hydraulisch abbindende Zusammensetzung umfassend oder bestehend aus mindestens einem Polymer A der Formel (II).
Die Formel (I) des substituierten oder unsubstituierten Polyaklylenglykols lautet:
R11-O-(R12-O)χ-(R13-O)y-R14 (I) wobei
R11 = H oder C1 - bis C20 -Alkyl,
R12 = C2- bis C4-Alkylen,
R13 = C2- bis C4-Alkylen,
R14 = H oder C1 - bis C20 -Alkyl,
x = 0-500, und
y = 0-500 ist,
und wobei x+y > 20 und das Molgewicht Mw des Polyalkylenglykols der Formel (I) 2O00 bis 201OOO g/mol ist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist R12 = R13.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform stehen R11 und R14 unabhängig voneinander für ein H oder ein Methyl oder Butyl, vorzugsweise ein H, R12 und R13 für Ethylen oder Propylen, vorzugsweise für Ethylen, wobei vorzugsweise R12 = R13 ist. R12 und R13 können auch unterschiedlich sein voneinander und können als Blockcopolymere vorliegen oder zufällig angeordnet sein.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das
Polyalkylenglykol der Formel (I) ein Polyethylenglykol (PEG), Methoxypolyethylenglykol (MPEG) oder ein Polypropylenglykol (PPG).
Besonders bevorzugt ist das Polyethylenglykol (PEG) oder das
Methoxypolyethylenglykol (MPEG).
Auch Mischungen von zwei oder mehreren Polyalkylenglykolen der Formel (I) kommen in Frage, insbesondere Mischungen von Polyethylenglykol (PEG) und Methoxypolyethylenglykol (MPEG), oder Mischungen von Polyethylenglykolen (PEGs) mit unterschiedlichem Molgewicht Mw oder Mischungen von Methoxypolyethylenglykolen (MPEGs) mit unterschiedlichem Molgewicht Mw
Typischerweise beträgt das Molgewicht Mw des Polyalkylenglykols 2'00O bis 20'0OO g/mol, bevorzugt 3'0OO bis 10'0OO g/mol, besonders bevorzugt 4'00O bis 6'00O g/mol. Insbesondere bevorzugt ist das Polyalkylenglykol mit
einem Molekulargewicht von 4'00O bis 6'00O g/mol, insbesondere das Polyethylenglykol (PEG) oder das Methoxypolyethylenglykol (MPEG) mit einem Molekulargewicht von 4'00O bis 6'00O g/mol. Besonders gute Resultate werden mit einem Polyalkylenglykol mit einem Molekulargewicht von 5'00O bis 6000 g/mol erreicht. Die Werte für x+y liegen vorzugsweise zwischen 40 und 150, noch mehr bevorzugt zwischen 50 und 100.
Unter .Molekulargewicht' oder .Molgewicht' versteht man im Sinne der Erfindung das Molekulargewichtsmittel Mw.
Als Verflüssiger kommen diejenigen in Frage, welche geeignet sind, eine hydraulisch abbindende Zusammensetzung zu verflüssigen oder deren
Wasserbedarf zu reduzieren. Unter ,Verflüssiger' versteht man im Sinne der
Erfindung auch einen Superverflüssiger, der vielfach auch als Fliessmittel bezeichnet wird.
Der Verflüssiger der vorliegenden Erfindung enthält oder besteht aus mindestens einem Polycarboxylatether (PCE). Vorzugsweise enthält oder besteht der Verflüssiger aus mindestens einem Polymer A der Formel (II).
Hierbei stellen M unabhängig voneinander H+, Alkalimetallion, Erdalkalimetallion, zwei- oder dreiwertiges Metallion, Ammoniumion, oder organische Ammoniumgruppe dar. Der Term „unabhängig voneinander" bedeutet hier und im Folgenden jeweils, dass ein Substituent unterschiedliche zur Verfügung stehenden Bedeutungen in demselben Molekül aufweisen kann.
So kann beispielsweise im Polymer A der Formel (II) gleichzeitig Carbonsäure- gruppen und Nathumcarboxylatgruppen aufweisen, das heisst, dass für Ri in diesem Falle H+ und Na+ unabhängig voneinander bedeuten.
Dem Fachmann ist klar, dass es sich einerseits um ein Carboxylat handelt, an welches das Ion M gebunden ist, und dass andererseits bei mehrwertigen Ionen M die Ladung durch Gegenionen ausgeglichen sein muss.
Weiterhin stellen die Substituenten R unabhängig voneinander Wasserstoff oder Methyl dar. Das heisst es handelt sich beim Polymeren A um ein substituiertes Poly(acrylat), Poly(methacrylat) oder um ein Poly((meth)- acrylat).
Des Weiteren stellen die Substituenten R1 und R2 unabhängig voneinander Cr bis C2o-Alkyl, Cycloalkyl, Alkylaryl oder -[AO]n-R4 dar. Hierbei stellt A eine C2- bis C4-Alkylengruppe dar und R4 eine Cr bis C20 -Alkyl-, Cyclohexyl- oder Alkylarylgruppe dar, während n einen Wert von 2 bis 250, insbesondere von 8 bis 200, besonders bevorzugt von 11 bis 150, noch mehr bevorzugt von 15 bis 80, darstellt. Vorzugsweise stellen die Substituenten R1 und R2, insbesondere Substituent R1, den Rest -[AO]n-R4, d.h. einen Polyalkylenglykolrest, dar, wobei A eine C2- und/oder C3-Alkylengruppe und AO somit eine Ethylenoxid (EO) - und/oder Propylenoxid (PO) - Einheit darstellt. Die Reihenfolge der Ethylenoxid(EO)-, Propyleneoxid(PO)- und allenfalls der Butylenoxid(BuO)-Einheiten in Polymer A kann blockweise und/oder statistisch verteilt sein. Vorzugsweise wird der Wert für n so gewählt, dass das Molekulargewicht für R1 und R2 nicht wesentlich höher als 3000 g/mol beträgt, vorzugsweise Mw zwischen 1000 und 3000 g/mol beträgt. Somit weist n vorzugsweise den Wert 15 bis 80, noch mehr bevorzugt 20 bis 70, auf.
Der Substituent R3 stellt des Weiteren -NH2, -NR5R6, oder -OR7NR8R9 dar. Hierbei stehen R5 und R6 unabhängig voneinander für H oder für eine Cr bis C20- Alkyl-, Cycloalkyl- oder Alkylaryl- oder Arylgruppe oder eine
Hydroxyalkylgruppe oder eine Acetoxyethyl- (CH3-CO-O-CH2-CH2-) oder eine
Hydroxy-isopropyl- (HO-CH(CH3)-CH2-) oder eine Acetoxyisopropylgruppe
(CH3-CO-O-CH(CH3)-CH2-) oder R5 und R6 bilden zusammen einen Ring, von dem der Stickstoff des -NR5R6 ein Teil ist, um einen Morpholin- oder
Imidazolinring aufzubauen. Weiterhin stellen hierbei die Substituenten R8 und
R9 unabhängig voneinander eine Cr bis C20- Alkyl-, Cycloalkyl-, Alkylaryl-,
Aryl- oder eine Hydroxyalkylgruppe und R7 eine lineare oder verzweigte C2-C4-
Alkylengruppe, insbesondere Isomere der C2-C4- Alkylene, vorzugsweise ein Ethylen, Propylen, Isopropylen oder -C(CH3)2-CH2- dar.
Schliesslich stellen die Indizes a, b, c und d Molverhältnisse dieser Strukturelemente im Polymer A der Formel (II) dar. Diese Strukturelemente stehen in einem Verhältnis von
a/b/c/d = (0.05 - 0.9) / (0.05 - 0.9) / (0- 0.8) / (0 - 0.5), insbesondere a/b/c/d = (0.1 - 0.9) / (0.1 - 0.9) / (0 - 0.5) / (0 - 0.1 ), bevorzugt a/b/c/d = (0.1 - 0.9) / (0.1 - 0.9) / (0 - 0.3) / (0 - 0.06), zueinander, während die Summe a + b + c + d = 1 ist. Die Summe c + d ist bevorzugt grösser als 0, vorzugsweise zwischen 0.0001 und 0.8, noch mehr bevorzugt zwischen 0.0001 und 0.1 , am meisten bevorzugt zwischen 0.001 und 0.02.
Typischerweise beträgt der Anteil des Polymeren A der Formel (II) 10 bis 100 Gewichts-%, insbesondere 25 bis 50 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Verflüssigers. Der Rest kann beispielsweise ein Lösungsmittel, insbesondere Wasser, und weitere Additive sein.
Die Herstellung des Polymeren A kann durch radikalische Polymerisation der jeweiligen Monomere
oder durch eine sogenannte polymer-analoge Umsetzung eine Polycarbonsäure der Formel (IV) erfolgen
In der polymer-analogen Umsetzung wird die Polycarbonsäure mit den korrespondierenden Alkoholen, Aminen verestert oder amidiert. Details zur polymer-analogen Umsetzung sind offenbart beispielsweise in EP 1 138 697 B1 auf Seite 7 Zeile 20 bis Seite 8 Zeile 50, sowie in dessen Beispielen oder in EP 1 061 089 B1 auf Seite 4, Zeile 54 bis Seite 5 Zeile 38 sowie in dessen den Beispielen. In einer Variante davon, wie sie in EP 1 348 729 A1 auf Seite 3 bis Seite 5 sowie in dessen Beispielen beschrieben sind, kann das Polymer A in festem Aggregatszustand hergestellt werden.
Es hat sich erwiesen, dass eine besonders bevorzugte Ausführungsform des Polymeren diejenigen sind, in welchen c+d > 0, insbesondere d > 0, sind. Als Rest R3 hat sich insbesondere -NH-CH2-CH2-OH als besonderes vorteilhaft erwiesen. Derartige Polymere A weisen ein chemisch gebundenes Ethanolamin auf, welches abgespalten werden kann. Das Ethanolamin stellt einen äusserst effizienten Korrosionsinhibitor dar. Durch die chemische Anbindung des Korrosionsinhibitors ist der Geruch stark reduziert im Vergleich dazu, wo dieser lediglich beigemischt ist. Weiterhin konnte festgestellt werden, dass derartige Polymere A auch bedeutend stärkere Verflüssigereigenschaften aufweisen. Die erfindungsgemässe Zusammensetzung ist vorzugsweise eine
Lösung, eine Dispersion oder ein Pulver. In einer weiteren Ausführungsform kann die erfindungsgemässe Zusammensetzung weitere Zusatzstoffe, vorzugsweise ein organisches Lösungsmittel oder Wasser, enthalten. Vorzugsweise ist die erfindungsgemässe Zusammensetzung eine wässrige Dispersion oder eine Lösung, insbesondere eine wässrige Lösung.
Als organische Lösungsmittel sind besonders geeignet Alkohole, vorzugsweise Methanol, Ethanol, Propanol, Isopropanol, Butanol, höhere Alkohole, wie Ethylenglykol, Glycerin, Polyetherpolyole wie Polyethylenglykole und Etheralkohole, wie Butylglykol, Methoxypropanol, und Alkylpolyethylenglykole, aber auch Aldehyde, Ester, Ether, Amide oder Ketone, insbesondere Aceton, Methylethylketon, Kohlenwasserstoffe, insbesondere Methylester, Ethylester, Isopropylester, Heptan, Cyclohexan, XyIoI, Toluol,
White Spirit sowie deren Mischungen. Als bevorzugt gelten Ethylacetat, Ethanol, Isopropanol oder Heptan, sowie Mischungen davon.
Insbesondere bevorzugt ist Wasser als weiteren Zusatzstoff. Weiterhin bevorzugt sind Gemische von Wasser mit Alkoholen mit einem Wasseranteil von mehr als 50 Gew.-%, bevorzugt mehr als 65 Gew.-%, insbesondere mehr als 80 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht von Wasser und organischem Lösungsmittel.
Beispiele für weitere Zusatzstoffe sind Additive, wie sie in der Betontechnologie geläufig sind, insbesondere oberflächenaktive Stoffe,
Stabilisatoren gegen Hitze und Licht, Trennmittel, Chromatreduzierer,
Farbstoffe, Entschäumer, Beschleuniger, Verzögerer, weitere
Korrosionsinhibitoren, lufteinführende oder entlüftende Substanzen,
Porenbildner, Pumphilfsmittel, Viskositätsregler, Hydrophobiermittel oder Thixothropiermittel, Schwindreduzierer.
Der Anteil des Polyalkylenglykols beträgt typischerweise 1 bis 70 Gew.-%, vorzugsweise 10 bis 50 Gew.-%, besonders bevorzugt 15 bis 45 Gew.-%, noch mehr bevorzugt 15 bis 40 Gew.-%, insbesondere bevorzugt 25 bis 40 Gew.-%, bezogen auf das Trocken-Gesamtgewicht der Zusammensetzung. Unter Trocken-Gesamtgewicht wird das Gewicht der Zusammensetzung ohne Wasser oder Lösungsmittel verstanden.
Der Anteil des Verflüssigers, insbesondere der Anteil des Polymers A, beträgt typischerweise 30 bis 99 Gew.-%, bevorzugt 50 bis 95 Gew.-%, mehr bevorzugt 55 bis 85 Gew.-%, noch mehr bevorzugt 60 bis 85 Gew.-%, insbesondere bevorzugt, 60 bis 75 Gew.-%, bezogen auf das Trocken- Gesamtgewicht der Zusammensetzung. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst die erfindungsgemässe Zusammensetzung mindestens ein Polyethylenglykol (PEG) oder ein Methoxypolyethylenglykol (MPEG) mit einem Molekulargewicht von 4'00O bis 6'00O g/mol und mindestens ein Polymer der Formel (II) mit c+d
> 0, vorzugsweise d > 0, und mit R1 gleich -[AO]n-R4, d.h. ein Polyalkylenglykolrest, wobei A eine C2- und/oder C3-Alkylengruppe und AO somit eine Ethylenoxid (EO) - und/oder Propylenoxid (PO) - Einheit darstellt und der Wert für n so gewählt wird, dass das Molekulargewicht für R1 nicht wesentlich höher als 3000 g/mol beträgt, vorzugsweise Mw zwischen 1000 und 3000 g/mol beträgt. Somit beträgt das Verhältnis des durchschnittlichen Molekulargewichts zwischen dem freien Polyalkylenglykol der Formel (I) und dem Polyalkylenglykolrest R1 im Polymer A mehr als 1.2, insbesondere mehr als 1.3. Vorzugsweise beträgt der Anteil des Polyalkylenglykols 15 bis 45 Gew.-%, insbesondere 25 bis 40 Gew.-%, bezogen auf das Trocken- Gesamtgewicht der Zusammensetzung, und das Gewichtsverhältnis zwischen dem Polyalkylenglykol der Formel (I) und dem Verflüssiger, insbesondere dem Polymer der Formel (II), liegt bei 0.17 bis 0.7, vorzugsweise bei 0.33 bis 0.7. Bevorzugt ist auch eine pulverförmige erfindungsgemässe
Zusammensetzung ohne Wasser oder organischem Lösungsmittel.
In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine hydraulisch abbindende Zusammensetzung, welche die erfindungsgemässe Zusammensetzung sowie weiterhin mindestens ein hydraulisch abbindendes Bindemittel enthält oder daraus besteht. Das hydraulisch abbindende Bindemittel ist vorzugsweise ein mineralisches Bindemittel wie beispielsweise Zement, Gips, Flugasche, Silica fume, Schlacke, Hüttensande, Kalksteinfiller, oder gebrannter Kalk. Bevorzugte hydraulische Bindemittel umfassen mindestens einen Zement, insbesondere mindestens einen Zement gemäss Euronorm EN 197 oder Calciumsulfat, in Form von Anhydrit, Halbhydrat- oder Dihydratgips; oder Calciumhydroxid. Bevorzugt sind Portlandzemente, Sulfo- aluminatzemente und Tonerdeschmelzzemente, insbesondere Portlandzement. Mischungen von Zementen können zu besonders guten Eigen- Schäften führen. Für eine schnelle Aushärtung kommen vor allem zementöse Schnellbindemittel zum Einsatz, die vorzugsweise mindestens einen Tonerdeschmelzzement oder eine andere Aluminatquelle, wie beispielsweise aluminatspendende Klinker, und gegebenenfalls Calciumsulfat, in Form von
Anhydrit, Halbhydrat- oder Dihydratgips; und/oder Calciumhydroxid enthalten. Als Bestandteil des hydraulischen Bindemittels wird Zement, insbesondere Portlandzement, bevorzugt. Besonders bevorzugt wird ein chromatarmer Zement. Die hydraulisch abbindende Zusammensetzung ist vorzugsweise Beton.
Die erfindungsgemässe Zusammensetzung wird vorzugsweise dem hydraulisch abbindenden Bindemittel so zudosiert, dass der Anteil der erfindungsgemässen Zusammensetzung 0.05 bis 3 Gew.-%, vorzugsweise 0.1 bis 1.5 Gew.-%, besonders bevorzugt 0.2 bis 1 Gew.-%, bezogen auf das
Gewicht des hydraulisch abbindenden Bindemittels beträgt.
Die Herstellung der erfindungsgemässen Zusammensetzung erfolgt durch Vermischen des Polyalkylenglykols der Formel (I) mit mindestens einem Verflüssiger umfassend oder bestehend aus mindestens einem Polymer A der Formel (II), wobei die Reihenfolge, ob zuerst das Polyalkylenglykol oder zuerst der Verflüssiger vorliegt, keine Rolle spielt. Die Herstellung einer wässrigen Zusammensetzung erfolgt durch Zusetzen von Wasser bei der Herstellung des Verflüssigers, insbesondere bei der Herstellung des Polymers A der Formel (I), oder durch nachträgliches Vermengen des Verflüssigers und des Polyalkylenglykols mit Wasser. Die erfindungsgemässe Zusammensetzung kann als Pulver, klare oder opake Lösung oder als Dispersion, das heisst als Emulsion oder Suspension, vorliegen. Für die Verarbeitung der trockenen hydraulisch abbindenden Zusammensetzung wird eine benötigte Menge Wasser zugegeben und die Mischung verarbeitet. Die Menge des benötigten Wassers richtet sich in erster Linie nach dem vom Fachmann üblich verwendeten Wasser/Zement-Verhältnis (w/z- Wert). Der Verflüssiger oder das Polyalkylenglykol können gleichzeitig oder nacheinander in beliebiger Reihenfolge der hydraulisch abbindenden Zusammensetzung, vorzugsweise der Betontrockenmischung vor Zugabe das Anmachwassers, gleichzeitig mit dem Anmachwasser, oder nach Zugabe des Anmachwassers, zugegeben werden, oder es kann zuerst der Verflüssiger und
das Anmachwasser und danach das Polyalkylenglykol zur hydraulisch abbindenden Zusammensetzung gegeben werden. Nach dem Kontakt mit Wasser härtet die hydraulisch abbindenden Zusammensetzung aus. In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung daher eine mit Wasser ausgehärtete hydraulische Zusammensetzung, vorzugsweise Beton, welche die erfindungsgemässe Zusammensetzung umfasst.
In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung der erfindungsgemässen Zusammensetzung zur Verlängerung der Verarbeitungszeit und zur Verbesserung der Fliesseigenschaften von hydraulisch abbindenden Zusammensetzungen verglichen mit hydraulisch abbindenden Zusammensetzungen umfassend herkömmliche Verflüssiger.
Insbesondere wird die Abbindezeit der hydraulisch abbindenden Zusammensetzungen umfassend eine erfindungsgemässe Zusammensetzung nicht verlängert verglichen mit hydraulisch abbindenden Zusammensetzungen umfassend herkömmliche Verzögerer.
Mit„Verarbeitungszeit" oder„Zeit der Verarbeitbarkeit" wird die Zeit bezeichnet, während der eine hydraulisch abbindende Zusammensetzung, vorzugsweise Frischbeton, verarbeitbar ist. Mit „Verarbeitbarkeit" wird das
Verhalten der hydraulisch abbindenden Zusammensetzung, vorzugsweise des
Frischbetons, beim Mischen, Transportieren, Fördern und Einbringen an der
Einbaustelle sowie nachfolgend beim Verdichten und Bearbeiten der Oberfläche bezeichnet. Die Verarbeitbarkeit kann mit der Konsistenz in Zahlen messbar beschrieben werden. Beispielsweise kann die Konsistenz durch
Prüfung des Setzmasses, des Verdichtungsmasses, des Ausbreitmasses oder des Lufporengehaltes bestimmt werden. Beim Frischbeton werden vorzugsweise Prüfmethoden nach der Norm EN 12350 durchgeführt.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Verarbeitungszeit um mehr als 10%, bevorzugt um 20 bis 70%, noch mehr bevorzugt um 25 bis 50% verlängert, verglichen mit der entsprechenden Verarbeitungszeit von üblichen
hydraulisch abbindenden Zusammensetzungen umfassend einen herkömmlichen Verflüssiger ohne ein Polyalkylenglykol der Formel (I).
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Betonkonstruktion, welche mindestens eine erfindungsgemässe
Zusammensetzung umfasst. Die Betonkonstruktion ist vorteilhaft ein Bauwerk des Hoch- oder Tiefbaus, insbesondere ein Gebäude oder Tunnel, eine
Strasse oder eine Brücke. Die vorliegende erfindungsgemässe Zusammensetzung hat den
Vorteil, dass sie gleichzeitig als Verflüssiger und als Verarbeitbarkeitsverlängerer für eine hydraulisch abbindende Zusammensetzung wirkt. Die Wirkung des Verflüssigers wird durch Zugabe des Polyalkylenglykols sogar noch zusätzlich verbessert. Dies ist äusserst überraschend, weil das Polyalkylenglykol allein in einer hydraulisch abbindenden Zusammensetzung keine verflüssigende Wirkung aufweist.
Beispiele
Die Erfindung wird nun anhand von Beispielen näher erläutert.
1.1 Verwendete Rohstoffe
Tabelle 1 : Eingesetzte Rohstoffe. Mw = mittleres Molekulargewicht
1.2 Verwendete Polymere A
Tabelle 2 Verwendete Abkürzungen. Mw = mittleres Molekulargewicht
Es wurden die in Tabelle 3 angegebenen Polymere A mittels polymer analoger Umsetzung aus Poly(meth)acrylsäure mit den korrespondierenden Alkoholen und Aminen nach bekannter Art und Weise hergestellt. Das Polymer A-1 liegt durch NaOH teil neutralisiert vor. (M = H+, Na+).
Die Polymere A werden in diesen Beispielen als wässrige Lösung eingesetzt. Der Gehalt an Polymer (A-1, A-2, und A-3) ist 40 Gew.-%. Diese wässrigen
Lösungen werden als A-1L, A-2L und A-3L bezeichnet. Die in den folgenden Tabellen angegebenen Konzentrationen für A beziehen sich jeweils auf den Gehalt an Polymer A.
Tabelle 3 Polymer A entspricht der Formel (II) mit M= H+, Na+. "''Molverhältnis
2.1 Fliessverhalten von Mörtel
Es wurde ein Mörtel mit einer Korngrösse von 0-8 mm, mit ca. 320 kg/m3 Portlandzement CEM I 42.5, und einem w/z-Wert von 0.4 hergestellt. Bei der Zugabe des Anmachwassers wurden gleichzeitig 0.32 % der in Tabelle 4 angegebenen Polymere A sowie ein Polyalkylenglykol in der in Tabelle 4 angegebenen Menge dazugegeben. Die Prozentangaben beziehen sich jeweils auf das Trockengewicht der Polymere A bzw. der Polyalkylenglykole bezogen auf den Zement. Die Polymere A sowie die Polyalkylenglykole wurden vor der Zugabe in Wasser gelöst und, falls nichts anderes angegeben, als 40%-ige Lösung mit dem Anmachwasser zur Mörteltrockenmischung gegeben. Zur Untersuchung des Fliessverhaltens wurde das Ausbreitmass
(ABM) in Millimeter sowohl nach DIN 18555 mit Schlägen (mS), als auch ohne Schläge (öS) nur nach Abziehen des Konus, zu verschiedenen Zeiten gemessen. Zusätzlich wurde der Luftporengehalt (Luft) nach EN 196 bestimmt.
Tabelle 4: Ausbreitmass (ABM) in mm; min = Minuten, n.d. = nicht gemessen; öS = ohne Schläge; mS = mit Schlägen; Luft = Luftporengehalt; * = 30%-ige Lösung
Aus Tabelle 4 ist ersichtlich, dass die Verarbeitbarkeit des Mörtels, welcher ein erfindungsgemässes Polyalkylenglykol enthält, auch nach 60 Minuten noch sehr gut ist. Der Mörtel wird als gut verarbeitbar erachtet, wenn die Werte des Ausbreitmasses über 130 mm betragen bei den Versuchen mit Schlägen (mS). Wird als Polyalkylenglykol das PEG200 mit einem Mw von 200 g/mol genommen, ist der Mörtel nach 60 Minuten nicht mehr gut verarbeitbar. Dagegen werden hervorragende Ergebnisse erzielt mit Polyalkylenglykolen mit
einem Molekulargewicht Mw zwischen 4000 und 6000 g/mol, insbesondere mit PEG5000, PEG6000 und MPEG5000, ganz besonders mit MPEG5000. Besonders gute Ergebnisse wurden erzielt, wenn Polyalkylenglykol in einer Menge von 15 bis 45 Gew.-%, insbesondere in einer Menge von 25 bis 40 gew.-%, bezogen auf das Trocken-Gesamtgewicht vom Polyalkylenglykol und dem Verflüssiger, bzw. Polymer A, eingesetzt wird.
2.2 Fliessverhalten von Beton Es wurde ein Beton mit einer Komgrösse von 0-32 mm, mit ca.
320 kg/m3 Portlandzement CEM I 42.5, und einem w/z-Wert von 0.43 hergestellt. Bei der Zugabe des Anmachwassers wurden gleichzeitig ein Polymer A sowie ein Polyalkylenglykol in der in Tabelle 5 und 6 angegebenen Menge dazugegeben. Die Prozentangaben beziehen sich jeweils auf das Trockengewicht der Polymere A bzw. der Polyalkylenglykole bezogen auf den Zement. Die Polymere A sowie die Polyalkylenglykole wurden vor der Zugabe in Wasser gelöst und als 40%-ige Lösung mit dem Anmachwasser zur Betonmischung gegeben.
Zur Untersuchung des Fliessverhaltens wurde das Ausbreitmass (ABM) in Zentimeter nach EN 12350 zu verschiedenen Zeiten gemessen. Zusätzlich wurde der Luftporengehalt (Luft) nach EN 12350 und die Druckfestigkeit nach EN 12390 bestimmt (siehe Tabelle 5 und 6).
Tabelle 5: Ausbreitmass (ABM) in cm; min = Minuten; Luft =
Luftporengehalt in %; d = Tag
Aus Tabelle 5 ist ersichtlich, dass die Verarbeitbarkeit des Betons, welcher ein erfindungsgemässes Polyalkylenglykol enthält, auch nach 60 Minuten noch sehr gut ist, verglichen mit dem Beton, welcher nur einen Verflüssiger enthält. Die Grenze der Verarbeitbarkeit bei diesem Beton liegt bei ungefähr 30 cm Ausbreitmass. Ohne Polyalkylenglykol ist der Beton nach 60 Minuten nur noch knapp bearbeitbar, während der Beton mit MPEG5000 nach 60 Minuten noch gut verarbeitbar ist. Zusätzlich ist aus der Druckfestigkeit nach einem Tag bei 10°C zu sehen, dass durch die Zugabe von Polyalkylenglykol keine Festigkeitseinbusse des Betons einhergeht.
Tabelle 6: Ausbreitmass (ABM) in cm; h = Stunde; Luft = Luftporengehalt in %; n.d. = nicht gemessen
Aus Tabelle 6 ist ersichtlich, dass die Verarbeitbarkeit des Betons, welcher ein erfindungsgemässes Polyalkylenglykol enthält, auch nach 3
Stunden noch sehr gut ist, verglichen mit dem Beton, welcher nur einen
Verflüssiger enthält. Die Grenze der Verarbeitbarkeit ist erreicht, wenn das
Ausbreitmass des Betons dieser Zusammensetzung unter 40 cm fällt. Beim
Beton ohne Polylakylenglykol ist dieser Wert nach etwa 4 Stunden erreicht, beim Beton mit Polyalkylenglykol erst nach etwa 6 Stunden. Hervorragende
Ergebnisse wurden mit MPEG5000 erzielt. Hier wird somit gezeigt, dass sich die Verarbeitungszeit eines Betons, welchem bei der Herstellung eine
Zusammensetzung umfassend ein Verflüssiger mit Polymer A und ein
Polyalkylenglykol zugegeben wurde, um etwa 50% verlängert, verglichen mit einem Beton, welchem bei der Herstellung nur ein Verflüssiger mit Polymer A zugegeben wurde. 3. Vergleich der Abbindezeiten
Es wurde ein Beton mit einer Korngrösse von 0-32 mm, mit ca. 320 kg/m3 Portlandzement CEM I 42.5, und einem w/z-Wert von 0.43 hergestellt. Bei der Zugabe des Anmachwassers wurden gleichzeitig ein Polymere A sowie ein Polyalkylenglykol oder ein Natriumgluconat in der in Tabelle 7 angegebenen Menge dazugegeben. Die Prozentangaben beziehen sich jeweils auf das Trockengewicht der Polymere A bzw. des Polyalkylenglykols oder des Natriumgluconats bezogen auf den Zement. Die Polymere A sowie das Polyalkylenglykol oder das Natriumgluconat wurden vor der Zugabe in Wasser gelöst und als 40%-ige Lösung mit dem Anmachwasser zur Betonmischung gegeben.
Es wurden die Abbindezeiten gemessen indem das Temperaturmaximum (Tmax) der Betonmischungen bestimmt wurde. Die Abbindezeiten von Betonmischungen mit der erfindungsgemässen Zusammensetzung wurden mit den Abbindezeiten von Betonmischungen mit herkömmlichen Verzögerern wie Natriumgluconat oder Stärkederivaten verglichen. Aus Tabelle 7 ist ersichtlich, dass sich die Abbindezeiten von Betonmischungen mit herkömmlichen Verzögerern verlängern gegenüber Betonmischungen nur mit Verflüssiger, während die Abbindezeiten von Betonmischungen mit Verflüssigern und Polyalkylenglykolen mit denen ohne Polyalkylenglykol vergleichbar sind.
Tabelle 7: Abbindezeiten in Stunden (h)
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die gezeigten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Modifikationen, Kombinationen und Abänderungen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.