EP3802461A1 - Verfahren zur verflüssigung von belit-calciumsulfoaluminat-ferrit-haltigen zementen - Google Patents

Verfahren zur verflüssigung von belit-calciumsulfoaluminat-ferrit-haltigen zementen

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EP3802461A1
EP3802461A1 EP19724853.7A EP19724853A EP3802461A1 EP 3802461 A1 EP3802461 A1 EP 3802461A1 EP 19724853 A EP19724853 A EP 19724853A EP 3802461 A1 EP3802461 A1 EP 3802461A1
Authority
EP
European Patent Office
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calcium
ferrite
belite
weight
composition
Prior art date
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Pending
Application number
EP19724853.7A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Christina Hampel
Lukas Frunz
Jörg ZIMMERMANN
Patrick JUILLAND
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Sika Technology AG
Original Assignee
Sika Technology AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Sika Technology AG filed Critical Sika Technology AG
Publication of EP3802461A1 publication Critical patent/EP3802461A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/14—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing calcium sulfate cements
    • C04B28/16—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing calcium sulfate cements containing anhydrite, e.g. Keene's cement
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B40/00—Processes, in general, for influencing or modifying the properties of mortars, concrete or artificial stone compositions, e.g. their setting or hardening ability
    • C04B40/0028—Aspects relating to the mixing step of the mortar preparation
    • C04B40/0039—Premixtures of ingredients
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
    • Y02P40/10—Production of cement, e.g. improving or optimising the production methods; Cement grinding

Definitions

  • the invention relates to a process for the liquefaction of compositions containing belite-calcium sulfoaluminate-ferrite cement.
  • Dispersants or flow agents are used in the construction industry as liquefiers or water-reducing agents for cementitious compositions, e.g. Concrete, mortar and cement.
  • the dispersants are generally organic polymers which are added to the make-up water or added as a solid to a dry cementitious composition. As a result, both the consistency of the composition during processing and the properties in the cured state can be advantageously changed.
  • Particularly effective dispersants are, for example, polycarboxylate-based comb polymers.
  • Such comb polymers have a polymer backbone and side chains attached thereto.
  • Corresponding polymers are e.g. in EP 1 138 697.
  • the cements used in the construction industry typically contain
  • Heating material but also to a large extent from the decarboxylation of the necessary as raw material calcium carbonate. It is therefore the cement manufacturers' ambition to provide alternative cements that generate less CO2 during production.
  • belite-rich cements such as typically belite-calcium sulfoaluminate-ferrite cement (BCSAF cement).
  • BCSAF cement typically belite-calcium sulfoaluminate-ferrite cement
  • the clinker is ground. Because the ground BCSAF clinker sets and / or stiffens very rapidly with water, an appropriate amount of calcium sulfate and retarders, such as boric acid or borax, are typically still added to the clinker during milling or after milling
  • Retarders such as boric acid or borax, in combination with condensers, often have a different behavior compared to
  • Portland cements Concrete or mortar mixtures with BCSAF cement often have a strong secondary liquefaction when a superplasticizer is used, even if this superplasticizer in Portland cement little or no
  • Post-liquefaction means that the flowability of the mixture increases from the time of mixing with water to 30 or 60 or more minutes after mixing and is significantly higher than directly after mixing with water. Such post-liquefaction is very undesirable in mortar and concrete works, especially in ready-mixed concrete, because the properties of the mixture are not constant and predictable.
  • Re-liquefaction is significantly worse than a stiffening of the mixture.
  • a stiffening of the mixture the fluidity decreases over time.
  • the flowability can be improved again by adding water and / or further condenser.
  • too much water is typically added during production because initially the processability of the mixture is lower. If the processability then increases due to a post-liquefaction after some time, for example during transport, this can lead to sedimentation and bleeding, but this is bad for the concrete quality. Since the concrete then also contains too much water, this leads to a lower strength of the mixture after curing.
  • compositions containing BCSAF cement which reduces or prevents the re-liquefaction.
  • BCSAF cement belite-calcium sulfoaluminate-ferrite cement
  • this composition should have no or only a very small secondary liquefaction.
  • the addition of the post-condensation reducing agent causes a mortar or concrete made with BCSAF cement, particularly a BCSAF cement, containing a retarder, such as boric acid or borax, or mixed with the retarder and a superplasticizer , no or very little after-liquefaction has.
  • BCSAF cement particularly a BCSAF cement, containing a retarder, such as boric acid or borax, or mixed with the retarder and a superplasticizer , no or very little after-liquefaction has.
  • Superplasticizer produced concrete or mortar thereby typically has comparable processing properties as a concrete or mortar made with Portland cement and superplasticizer.
  • the process is cost effective and can increase the acceptance of the new cements in the construction industry, which is highly desirable from an environmental point of view.
  • the process can save costs for the development of new condenser for BCSAF cement, and in concrete plants, the same condenser can be used for Portland cement and BCSAF cement, reducing storage costs and logistics costs. Further aspects of the invention are the subject of further independent
  • the invention relates to a process for liquefying a composition comprising a belit-calcium sulfoaluminate-ferrite cement by adding at least one polymeric dispersant, wherein the composition comprises a means for reducing the secondary liquefaction.
  • Belit-calcium sulfoaluminate-ferrite cement is understood to mean a cement obtained by milling belite-calcium sulfoaluminate-ferrite clinker (BCSAF clinker), optionally with the addition of further additives.
  • Belit-calcium sulfoaluminate-ferrite clinker is also Belit-Ye'el imit-ferrite clinker (BYF clinker). Accordingly, the cement is also called BYF cement.
  • the BCSAF clinker is a clinker which is preferably composed of at least 50% by weight, in particular at least 80% by weight, in particular at least 90% by weight, of the mineral phases belite (dicalcium silicate), calcium sulfoaluminate and calcium aluminoferritite.
  • the BCSAF cement typically contains calcium sulfate to control setting. Typically, the proportion of calcium sulfate in the BCSAF cement is up to 40% by weight.
  • the calcium sulfate is typically calcium sulfate hemihydrate, calcium sulfate dihydrate or anhydrite.
  • BCSAF cements quickly stiffen and can not or only poorly be processed. Therefore, typically a
  • Retarder added to ensure good processability.
  • the process of the invention is very effective in reducing or preventing post-liquefaction when using a polymeric dispersant.
  • the process according to the invention is preferably used for a belite-calcium sulfoaluminate-ferrite cement comprising ground belite-calcium sulfoaluminate-ferrite clinker, calcium sulfate and a retarder.
  • the retarder comprises at least one substance which reduces the pFI of a slurry of a milled belite-calcium sulfoaluminate-ferrite clinker in water.
  • the retarder is boric acid or borax.
  • the proportion of the retarder in the BCSAF cement is
  • the means for reducing the secondary liquefaction comprises at least one compound selected from the group comprising water-soluble calcium salts, water-soluble magnesium salts, calcium hydroxide, magnesium hydroxide, calcium oxide, magnesium oxide, lithium hydroxide, sodium hydroxide and
  • water-soluble calcium or magnesium salt is advantageously used together with an alkaline compound, in particular an alkaline earth or alkali metal hydroxide.
  • the means for reducing the Nachverminuteung comprises
  • Calcium hydroxide, calcium oxide and / or alkali metal hydroxide are examples of calcium hydroxide, calcium oxide and / or alkali metal hydroxide.
  • the means for reducing the Nachverminuteung comprises
  • the means for reducing the secondary liquefaction comprises calcium hydroxide and / or calcium oxide and at least one alkali metal hydroxide, in particular sodium hydroxide. Such a combination is particularly effective for suppressing the
  • the means for reducing the Nachverroughung in 0.05 to 5
  • % By weight, more preferably 0.08 to 3% by weight, especially 0.1 to 2% by weight, in particular 0.15 to 1% by weight, based on the weight of the milled belite-calcium sulfoaluminate-ferrite clinker, present in the composition.
  • the redilution reducing agent is present in addition to possible alkali or alkaline earth hydroxides or oxides used for possible neutralization of the polymeric dispersant.
  • the means for reducing the secondary liquefaction is preferably present in the BCSAF cement.
  • the means for reducing the Nachverroughung can also be used.
  • Composition may be added separately from the cement, in particular in or together with the polymeric dispersant.
  • this mixture may be present as a powder or as an aqueous solution.
  • the polymeric dispersant comprises an anionic polymer comprising -COOM, -SO2-OM, -O-PO (OM) 2 and / or -PO (OM) 2 groups, wherein M, each independently, is FT, alkali metal ion, alkaline earth metal ion, divalent or trivalent metal ion, ammonium ion or an organic ammonium group.
  • Suitable anionic polymers are, for example, in the concrete technology known condenser or superplasticizer such as in particular lignosulfonates, sulfonated naphthalene-formaldehyde condensates, sulfonated melamine-formaldehyde aldehyde condensates, sulfonated vinyl copolymers, polyalkylene glycols with
  • Phosphonate groups polyalkylene glycols with phosphate groups, polycarboxylates or comb polymers having anionic groups on the polymer backbone and
  • the polymeric dispersant preferably comprises a comb polymer comprising anionic groups on the polymer backbone and polyalkylene glycol side chains, the molar ratio of anionic groups to polyalkylene glycol side chains preferably being 0.7-15: 1, more preferably 1-6: 1, in particular 1-4. 1, is.
  • the comb polymer preferably comprises structural units of the formula I.
  • R 1 each independently of one another, is -COOM, -SO 2 -OM, -O-PO (O) 2 and / or -PO (OM) 2, preferably -COOM,
  • R 2 and R 5 each independently, is Fl, -CFI 2 -COOM or a
  • R 3 and R 6 are Fl or an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms
  • R 4 and R 7 are Fl, -COOM or an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms,
  • M each independently, for FT, alkali metal ion, alkaline earth metal ion, two or trivalent metal ion, ammonium ion or an organic
  • n 0 or an integer from 1 to 4,
  • n 2-250, especially 10-200,
  • X in each case independently of one another, represents -O- or -NH-
  • R 8 each independently, is H, a C 1 to C 20 alkyl group, cyclohexyl group or alkylaryl group, and
  • A is C 2 to C 4 alkylene.
  • the polymeric dispersant comprises a comb polymer comprising carboxylate groups and polyethylene glycol side chains.
  • the polymeric dispersant is a comb polymer composed of structural units I derived from ethylenically unsaturated
  • Carboxylic acids in particular monocarboxylic acids, or salts thereof, and structural units II derived from ethylenically unsaturated
  • Polyalkylene glycols in particular polyethylene glycols, are.
  • the comb polymer preferably contains no further structural units otherwise.
  • the weight average molecular weight M w of the comb polymer measured against polyethylene glycol standards at pH 12, between 8 ⁇ 00 and 200 ⁇ 00 g / mol, more preferably between 10 ⁇ 00 and 150 ⁇ 00 g / mol, in particular between 12 ⁇ 00 and 130 ⁇ 00 g / mol, in particular between 15 ⁇ 00 and 80 ⁇ 00 g / mol.
  • the comb polymer is advantageously prepared by free radical copolymerization of monomers containing acid groups and monomers containing polyether chains.
  • Corresponding polymers are described, for example, in EP 2 522 680.
  • the comb polymer by polymer-analogous esterification and / or amidation of polymers containing carboxyl groups with
  • Polyethers having at one end a hydroxyl group or an amino group have to be produced.
  • Corresponding polymers are described, for example, in EP 1 138 697.
  • the comb polymer is a block or gradient polymer.
  • Such polymers are typically obtained by living radical polymerization.
  • Corresponding polymers are described, for example, in WO 2015/144886 and in WO 2017/050907.
  • the polymeric dispersant is present in 0.04 to 2.5% by weight, calculated as a solid by weight of the belite-calcium sulfoaluminate-ferrite cement.
  • Another aspect of the present invention relates to the use of a polymeric dispersant for liquefying a composition
  • composition comprising a belite-calcium sulfoaluminate-ferrite cement, the composition comprising a means for reducing the after-liquefaction.
  • the polymeric dispersant may be added to the composition as a powder or as an aqueous solution.
  • Another aspect of the present invention relates to a composition
  • a composition comprising
  • a retarder in particular comprising boric acid or borax
  • a means for reducing the secondary liquefaction in particular comprising
  • a polymeric dispersant in particular a comb polymer comprising carboxylate groups and polyethylene glycol side chains.
  • composition comprising
  • ingredients and their proportions of the composition are as previously described for the process.
  • composition may also contain additives, additives or additives.
  • additives are known in the art.
  • Suitable aggregates are in principle all sands, gravel and stones that are commonly used for concrete and mortar.
  • Suitable additives are, in particular, fly ash, flash sand, metakaolin, silica fume, quartz flour, fine calcium carbonate and / or inert rock flour. Suitable additives are in particular further dispersants, defoamers, wetting agents, dyes, preservatives, flow agents, retarders,
  • Another aspect of the present invention relates to a composition
  • a composition comprising a belite-calcium sulfoaluminate ferrite cement, a polymeric dispersing agent, a post-liquefaction reducing agent and water, wherein the belite-calcium sulfoaluminate-ferrite cement is a milled belite-calcium sulfoaluminate-ferrite clinker , Calcium sulfate and a retarder.
  • such a composition is prepared for use by mixing the dry ingredients with water.
  • composition of the invention is very suitable for the
  • An additional aspect of the present invention relates to a
  • Shaped body in particular a building or a part of a building, obtainable by curing the composition with water.
  • a building can e.g. a bridge, a building, a tunnel, a lane, or a runway.
  • W / Z stands for water-cement value and indicates the weight ratio of water to cement.
  • BCSAF cement BCSAF cement containing 4% by weight of anhydrite and 0.36% by weight of boric acid.
  • Condenser V1 30% by weight solution of a comb polymer composed of structural units a) derived from acrylic acid and structural units b) the side chains of polyethylene glycol (average molecular weight of
  • Polyethylene glycol chain about 2,500 g / mol), with a molar ratio of carboxylic acid groups to polyether chains of 2.3 and a middle
  • the mortar mixture used for test purposes has the in Table 1
  • the slump of prepared mortar mixtures was measured at different times.
  • the slump of the mortar was determined according to DIN-EN 1015-3. Before each measurement, the mortar mix was mixed for 15 seconds with the Hobart mixer.
  • Ao is the slump measured in mm immediately after mixing with water
  • AQO is the slump measured in mm 60 minutes after mixing with water.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verflüssigung einer Zusammensetzung umfassend einen Belit-Calciumsulfoaluminat-Ferrit-Zement durch Zugabe mindestens eines polymeren Dispergiermittels, wobei die Zusammensetzung ein Mittel zur Reduktion einer Nachverflüssigung umfasst.

Description

VERFAHREN ZUR VERFLÜSSIGUNG VON BELIT- CALCIUMSULFOALUMINAT-FERRIT-HALTIGEN ZEMENTEN
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verflüssigung von Zusammensetzungen enthaltend Belit-Calciumsulfoaluminat-Ferrit-Zement.
Stand der Technik
Dispergiermittel oder Fliessmittel werden in der Bauindustrie als Verflüssiger oder wasserreduzierende Mittel für zementöse Zusammensetzungen, wie z.B. Beton, Mörtel und Zement, eingesetzt. Die Dispergiermittel sind im Allgemeinen organische Polymere, welche dem Anmachwasser zugesetzt oder als Feststoff einer trockenen zementösen Zusammensetzungen beigefügt werden. Dadurch können sowohl die Konsistenz der Zusammensetzung während der Verarbeitung als auch die Eigenschaften in ausgehärtetem Zustand in vorteilhafter Weise verändert werden.
Als besonders effektive Dispergiermittel bekannt sind beispielsweise Kamm- polymere auf Polycarboxylatbasis. Solche Kammpolymere verfügen über ein Polymerrückgrat und daran gebundene Seitenketten. Entsprechende Polymere sind z.B. in der EP 1 138 697 beschrieben.
Die in der Bauindustrie verwendeten Zemente enthalten typischerweise
Portlandzement oder Zement basierend auf Portlandzement, wie sie
beispielsweise in DIN EN 197-1 beschrieben werden.
Die Herstellung von Portlandzement-Klinker erfordert hohe Temperaturen und setzt grosse Mengen an CO2 frei, einerseits aus der Verbrennung von
Heizmaterial aber auch zu einem grossen Teil aus der Decarboxylierung des als Rohstoff notwendigen Calciumcarbonates. Es ist daher die Bestrebung der Zementhersteller, alternative Zemente, die bei der Herstellung weniger CO2 generieren, bereitzustellen.
Eine dieser Alternativen sind Belit-reiche Zemente wie typischerweise Belit- Calciumsulfoaluminat-Ferrit-Zement (BCSAF-Zement). Die Herstellung dieser Zement-Klinker benötigt weniger hohe Temperatur und weniger Calciumcarbonat, was einen ökologischen Vorteil gegenüber Portlandzement bedeutet. Zur
Herstellung von Zement wird der Klinker gemahlen. Da der gemahlene BCSAF- Klinker sehr rasch mit Wasser abbindet und/oder ansteift, werden typischerweise noch eine geeignete Menge an Calciumsulfat und Verzögerer, beispielsweise Borsäure oder Borax, dem Klinker beim Mahlen oder nach dem Mahlen
zugemischt. Dadurch können ähnliche Verarbeitungseigenschaften und Festig- keiten wie mit Portlandzement erreicht werden.
Allerdings zeigen solche BCSAF-Zemente, insbesondere wenn sie einen
Verzögerer, wie beispielsweise Borsäure oder Borax, enthalten, in Kombination mit Verflüssigern oft ein unterschiedliches Verhalten im Vergleich zu
Portlandzementen. Beton- oder Mörtelmischungen mit BCSAF-Zement neigen oft zu einer starken Nachverflüssigung wenn ein Superverflüssiger eingesetzt wird, auch wenn dieser Superverflüssiger in Portlandzement keine oder kaum
Nachverflüssigung zeigt. Nachverflüssigung bedeutet, dass die Fliessfähigkeit der Mischung vom Zeitpunkt des Mischens mit Wasser bis 30 oder 60 oder mehr Minuten nach dem Mischen zunimmt und deutlich höher ist, als direkt nach dem Vermischen mit Wasser. Eine solche Nachverflüssigung ist bei Mörtel- und Betonwerken, insbesondere bei Transportbeton, sehr unerwünscht, weil die Eigenschaften der Mischung nicht konstant und berechenbar sind. Eine
Nachverflüssigung ist deutlich schlechter, als ein Ansteifen der Mischung. Bei einem Ansteifen der Mischung nimmt die Fliessfähigkeit mit der Zeit ab. Die Fliessfähigkeit kann durch Zugabe von Wasser und/oder weiterem Verflüssiger wieder verbessert werden. Bei Mischungen die zu Nachverflüssigung neigen, wird bei der Herstellung typischerweise zu viel Wasser zugegeben, weil anfangs die Verarbeitbarkeit der Mischung geringer ist. Nimmt die Verarbeitbarkeit dann infolge einer Nachverflüssigung nach einiger Zeit, etwa während des Transportes, zu, so kann dies zu Sedimentation und Ausbluten führen, dies ist aber für die Betonqualität schlecht. Da der Beton dann auch zu viel Wasser enthält, führt dies zu einer geringeren Festigkeit der Mischung nach dem Aushärten.
Diese Schwierigkeit, die Verarbeitbarkeit reproduzierbar einstellen zu können, stellt einen grossen Nachteil dar und kann die Akzeptanz und Verwendung der neuen, ökologisch vorteilhaften Zemente deutlich schmälern. Es besteht deshalb Bedarf nach einem Verfahren zur Verflüssigung von
Zusammensetzungen die BCSAF-Zement enthalten, welches die Nach- verflüssigung vermindert oder verhindert.
Darstellung der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein verbessertes Verfahren zur Verflüssigung einer zementösen Zusammensetzung die Belit-Calcium- sulfoaluminat-Ferrit-Zement (BCSAF-Zement) enthält, bereitzustellen.
Insbesondere soll diese Zusammensetzung keine oder nur eine sehr geringe Nachverflüssigung aufweisen.
Überraschenderweise wird diese Aufgabe durch ein Verfahren, wie in Anspruch 1 beschrieben, gelöst.
Die Zugabe des Mittels zur Verminderung der Nachverflüssigung bewirkt, dass ein Mörtel oder Beton, der mit BCSAF-Zement, insbesondere einem BCSAF-Zement der einen Verzögerer, wie beispielsweise Borsäure oder Borax, enthält oder mit dem Verzögerer gemischt wird, und einem Superverflüssiger hergestellt wird, keine oder eine nur sehr geringe Nachverflüssigung aufweist.
Die Verwendung einer zu grossen Wassermenge bei der Beton- oder
Mörtelherstellung und die damit einhergehenden Probleme wie schlechte
Flomogenität, Sedimentation, Ausbluten der Mischung und verminderte
Druckfestigkeit, werden dadurch vermieden. Der mit BCSAF-Zement und
Superverflüssiger hergestellte Beton oder Mörtel weist dadurch typischerweise vergleichbare Verarbeitungseigenschaften auf, wie ein mit Portlandzement und Superverflüssiger hergestellter Beton oder Mörtel.
Das Verfahren ist kostengünstig und kann die Akzeptanz der neuen Zemente in der Bauindustrie erhöhen, was aus ökologischer Sicht sehr wünschenswert ist. Durch das Verfahren können Kosten für die Entwicklung neuer Verflüssiger für BCSAF-Zement eingespart werden und in Betonwerken können für Portland- zement und BCSAF-Zement die gleichen Verflüssiger eingesetzt werden, was Lagerkosten und Logistikkosten reduziert. Weitere Aspekte der Erfindung sind Gegenstand weiterer unabhängiger
Ansprüche. Besonders bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind
Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Wege zur Ausführung der Erfindung
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Verflüssigung einer Zusammen- setzung umfassend einen Belit-Calciumsulfoaluminat-Ferrit-Zement durch Zugabe mindestens eines polymeren Dispergiermittels, wobei die Zusammensetzung ein Mittel zur Reduktion der Nachverflüssigung umfasst.
Unter Belit-Calciumsulfoaluminat-Ferrit-Zement (BCSAF-Zement) wird ein Zement verstanden, der durch Mahlen von Belit-Calciumsulfoaluminat-Ferrit-Klinker (BCSAF-Klinker), optional unter Zugabe von weiteren Additiven, erhalten wird.
Eine andere Bezeichnung für Belit-Calciumsulfoaluminat-Ferrit-Klinker ist auch Belit-Ye’el imit-Ferrit-Klinker (BYF-Klinker). Entsprechend wird der Zement auch als BYF-Zement bezeichnet.
Der BCSAF-Klinker ist ein Klinker, der bevorzugt zu mindestens 50 Gewichts-%, insbesondere mindestens 80 Gewichts-%, im Speziellen mindestens 90 Gewichts- %, aus den Mineralphasen Belit (Dicalciumsilikat), Calciumsulfoaluminat und Calciumaluminoferrit aufgebaut ist.
Der BCSAF-Zement enthält typischerweise Calciumsulfat um das Abbinden zu regeln. Typischerweise beträgt der Anteil an Calciumsulfat in dem BCSAF-Zement bis zu 40 Gewichts-%. Das Calciumsulfat ist hierbei typischerweise Calciumsulfat- Flemihydrat, Calciumsulfat-Dihydrat oder Anhydrit.
Oft steifen BCSAF-Zemente beim Vermischen mit Wasser rasch an und können nicht oder nur schlecht verarbeitet werden. Daher wird typischerweise ein
Verzögerer zugegeben, um eine gute Verarbeitbarkeit zu gewährleisten. Speziell in Anwendungen, in denen ein BCSAF-Zement der Calciumsulfat und einen Verzögerer enthält, eingesetzt wird, ist das erfindungsgemässe Verfahren sehr wirksam um eine Nachverflüssigung bei der Verwendung eines polymeren Dispergiermittels zu vermindern oder zu verhindern.
Bevorzugt wird das erfindungsgemässe Verfahren für einen Belit- Calciumsulfoaluminat-Ferrit-Zement eingesetzt, der gemahlenen Belit- Calciumsulfoaluminat-Ferrit-Klinker, Calciumsulfat und einen Verzögerer umfasst.
Bevorzugt umfasst der Verzögerer mindestens einen Stoff, der den pFI-Wert einer Aufschlämmung eines gemahlenen Belit-Calciumsulfoaluminat-Ferrit-Klinkers in Wasser reduziert. Insbesondere handelt es sich beim Verzögerer um Borsäure oder Borax. Der Anteil des Verzögerers in dem BCSAF-Zement liegt
typischerweise bei 0.01 bis 3 Gewichts-%, bevorzugt 0.05 bis 2.5 Gewichts-%, insbesondere 0.1 bis 2 Gewichts-%, bezogen auf BCSAF-Klinker.
Bevorzugt umfasst das Mittel zur Reduktion der Nachverflüssigung mindestens eine Verbindung ausgewählt aus der Gruppe umfassend wasserlösliche Calcium- salze, wasserlösliche Magnesiumsalze, Calciumhydroxid, Magnesiumhydroxid, Calciumoxid, Magnesiumoxid, Lithiumhydroxid, Natriumhydroxid und
Kaliumhydroxid.
Hierbei wird das wasserlösliche Calcium- oder Magnesiumsalz vorteilhaft zusammen mit einer alkalischen Verbindung, insbesondere einem Erdalkali- oder Alkalihydroxid, eingesetzt.
Bevorzugt umfasst das Mittel zur Reduktion der Nachverflüssigung
Calciumhydroxid, Calciumoxid und/oder Alkalihydroxid.
Bevorzugt umfasst das Mittel zur Reduktion der Nachverflüssigung
Calciumhydroxid. Calciumhydroxid ist im Vergleich zu Calciumoxid einfacher zu handhaben und reagiert weniger heftig wenn es mit Wasser in Kontakt kommt. Speziell vorteilhaft umfasst das Mittel zur Reduktion der Nachverflüssigung Calciumhydroxid und/oder Calciumoxid und mindestens ein Alkalihydroxid, insbesondere Natriumhydroxid. Eine solche Kombination ist besonders wirksam zur Unterdrückung der
Nachverflüssigung.
Bevorzugt ist das Mittel zur Reduktion der Nachverflüssigung in 0.05 bis 5
Gewichts-%, mehr bevorzugt 0.08 bis 3 Gewichts-%, insbesondere 0.1 bis 2 Gewichts-%, im Speziellen 0.15 bis 1 Gewichts-%, bezogen auf das Gewicht des gemahlenen Belit-Calciumsulfoaluminat-Ferrit-Klinkers, in der Zusammensetzung vorhanden.
Insbesondere ist das Mittel zur Reduktion der Nachverflüssigung zusätzlich zu möglichen Alkali- oder Erdalkalihydroxiden oder Oxiden, die für eine mögliche Neutralisation des polymeren Dispergiermittels verwendet wurden, vorhanden.
Das Mittel zur Reduktion der Nachverflüssigung ist bevorzugt in dem BCSAF- Zement vorhanden.
Das Mittel zur Reduktion der Nachverflüssigung kann aber auch der
Zusammensetzung separat von dem Zement zugegeben werden, insbesondere in oder zusammen mit dem polymeren Dispergiermittel.
In einer bevorzugten Ausführungsform liegt das Mittel zur Reduktion der
Nachverflüssigung in dem polymeren Dispergiermittel vor, wobei diese Mischung als Pulver oder als wässrige Lösung vorliegen kann.
Bevorzugt umfasst das polymere Dispergiermittel ein anionisches Polymer umfassend -COOM, -SO2-OM, -0-PO(OM)2 und/oder -PO(OM)2 -Gruppen, wobei M, jeweils unabhängig voneinander, für FT, Alkalimetallion, Erdalkali metallion, zwei oder dreiwertiges Metallion, Ammoniumion oder eine organische Ammoniumgruppe steht.
Geeignete anionische Polymere sind beispielsweise in der Betontechnologie bekannte Verflüssiger oder Superverflüssiger wie insbesondere Ligninsulfonate, sulfonierte Naphthalin-Formaldehyd-Kondensate, sulfonierte Melamin-Form- aldehyd-Kondensate, sulfonierte Vinylcopolymere, Polyalkylenglykole mit
Phosphonatgruppen, Polyalkylenglykole mit Phosphatgruppen, Polycarboxylate oder Kammpolymere mit anionischen Gruppen am Polymer-Rückgrat und
Polyalkylenglykol-Seitenketten.
Bevorzugt umfasst das polymere Dispergiermittel ein Kammpolymer umfassend anionische Gruppen am Polymer-Rückgrat und Polyalkylenglykol-Seitenketten, wobei das molare Verhältnis von anionischen Gruppen zu Polyalkylenglykol- Seitenketten bevorzugt 0.7 - 15 : 1 , mehr bevorzugt 1 - 6 : 1 , insbesondere 1 - 4 : 1 , beträgt. Bevorzugt umfasst das Kammpolymer Struktureinheiten der Formel I
und Struktureinheiten der Formel II
wobei
R1, jeweils unabhängig voneinander, für -COOM, -SO2-OM, -0-P0(0M)2 und/oder -PO(OM)2 steht, bevorzugt -COOM,
R2 und R5, jeweils unabhängig voneinander, für Fl, -CFI2-COOM oder eine
Alkylgruppe mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen stehen,
R3 und R6, jeweils unabhängig voneinander, für Fl oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen stehen,
R4 und R7, jeweils unabhängig voneinander, für Fl, -COOM oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen stehen,
oder wobei R1 mit R4 einen Ring bildet zu -CO-O-CO- (Anhydrid),
M, jeweils unabhängig voneinander, für FT, Alkalimetallion, Erdalkalimetallion, zwei oder dreiwertiges Metallion, Ammoniumion oder eine organische
Ammoniumgruppe steht,
p = 0, 1 oder 2 ist,
o = 0 oder 1 ist,
m = 0 oder eine ganze Zahl von 1 bis 4 ist,
n = 2 - 250, insbesondere 10 - 200 ist,
X, jeweils unabhängig voneinander, für -O- oder -NH- steht,
R8, jeweils unabhängig voneinander, für H, eine Ci- bis C2o-Alkylgruppe, - Cyclohexylgruppe oder -Alkylarylgruppe steht, und
A = C2- bis C4-Alkylen ist.
Bevorzugt umfasst das polymere Dispergiermittel ein Kammpolymer umfassend Carboxylatgruppen und Polyethylenglykol-Seitenketten.
Im Speziellen ist das polymere Dispergiermittel ein Kammpolymer, das aufgebaut ist aus Struktureinheiten I, die abgeleitet von ethylenisch ungesättigten
Carbonsäuren, insbesondere Monocarbonsäuren, oder deren Salzen sind, und Struktureinheiten II, die abgeleitet von ethylenisch ungesättigten
Polyalkylenglykolen, insbesondere Polyethylenglykolen, sind. Bevorzugt enthält das Kammpolymer ansonsten keine weiteren Struktureinheiten.
Bevorzugt liegt das gewichtsgemittelte Molekulargewicht Mw des Kammpolymers, gemessen gegen Polyethylenglykol-Standards bei pH 12, zwischen 8Ό00 und 200Ό00 g/mol, besonders bevorzugt zwischen 10Ό00 und 150Ό00 g/mol, insbesondere zwischen 12Ό00 und 130Ό00 g/mol, im Speziellen zwischen 15Ό00 und 80Ό00 g/mol.
Vorteilhaft wird das Kammpolymer durch freie radikalische Copolymerisation von Monomeren die Säuregruppen enthalten und von Monomeren die Polyetherketten enthalten hergestellt. Entsprechende Polymere sind beispielsweise in EP 2 522 680 beschrieben.
Ebenso vorteilhaft kann das Kammpolymer durch polymeranaloge Veresterung und/oder Amidierung von Polymeren, die Carboxylgruppen enthalten, mit
Polyethern, die an einem Ende eine Hydroxylgruppe oder eine Aminogruppe aufweisen, hergestellt werden. Entsprechende Polymere sind beispielsweise in EP 1 138 697 beschrieben.
Ebenfalls vorteilhaft ist das Kammpolymer ein Block- oder Gradientenpolymer. Solche Polymere werden typischerweise durch lebende radikalische Polymeri- sation erhalten. Entsprechende Polymere sind beispielsweise in WO 2015/144886 und in WO 2017/050907 beschrieben.
Bevorzugt ist das polymere Dispergiermittel in 0.04 bis 2.5 Gewichts-%, gerechnet als Feststoff auf das Gewicht des Belit-Calciumsulfoaluminat-Ferrit-Zementes, vorhanden.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Verwendung eines polymeren Dispergiermittels zur Verflüssigung einer Zusammensetzung
umfassend einen Belit-Calciumsulfoaluminat-Ferrit-Zement, wobei die Zusammen- setzung ein Mittel zur Reduktion der Nachverflüssigung umfasst.
Das polymere Dispergiermittel kann der Zusammensetzung als Pulver oder als wässrige Lösung zugegeben werden.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Zusammensetzung umfassend
- einen gemahlenen Belit-Calciumsulfoaluminat-Ferrit-Klinker,
- Calciumsulfat,
- einen Verzögerer, insbesondere umfassend Borsäure oder Borax,
- ein Mittel zur Reduktion der Nachverflüssigung, insbesondere umfassend
Calciumhydroxid und/oder Calciumoxid und
- ein polymeres Dispergiermittel, insbesondere ein Kammpolymer umfassend Carboxylatgruppen und Polyethylenglykol Seitenketten.
Bevorzugt ist eine Zusammensetzung umfassend
- einen gemahlenen Belit-Calciumsulfoaluminat-Ferrit-Klinker (BCSAF-Klinker),
- Calciumsulfat,
- 0.01 bis 3 Gewichts-%, bezogen auf das Gewicht des BCSAF-Klinkers, eines Verzögerers, - 0.05 bis 5 Gewichts-%, bezogen auf das Gewicht des BCSAF-Klinkers, eines Mittels zur Reduktion der Nachverflüssigung, insbesondere umfassend
Calciumhydroxid und/oder Calciumoxid, und
- 0.04 bis 2.5 Gewichts-%, bezogen auf das Gewicht des BCSAF-Klinkers, eines polymeren Dispergiermittels.
Hierbei sind die Bestandteile und ihre Anteile der Zusammensetzung so wie vorgängig für das Verfahren beschrieben.
Die Zusammensetzung kann neben den genannten Bestandteilen noch Zuschlag- stoffe, Zusatzstoffe oder Additive enthalten. Solche Zusätze sind dem Fachmann bekannt.
Geeignete Zuschlagstoffe sind prinzipiell alle Sande, Kiese und Steine die üblicherweise für Beton und Mörtel verwendet werden.
Geeignete Zusatzstoffe sind insbesondere Flugasche, Flüttensand, Metakaolin, Silicastaub, Quarzmehl, feines Calciumcarbonat und/oder inertes Gesteinsmehl. Geeignete Additive sind insbesondere weitere Dispergiermittel, Entschäumer, Netzmittel, Farbstoffe, Konservierungsmittel, Fliessmittel, Verzögerer,
Beschleuniger, filmbildende Polymere, Luftporenbildner, Rheologiehilfsmittel, Viskositätsmodifizierer, Pumphilfsmittel, Pigmente, Schwindreduzierer oder Korrosionsinhibitoren.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Zusammensetzung umfassend einen Belit-Calciumsulfoaluminat-Ferrit-Zement, ein polymeres Dispergiermittel, ein Mittel zur Reduktion der Nachverflüssigung und Wasser, wobei der Belit-Calciumsulfoaluminat-Ferrit-Zement einen gemahlenen Belit- Calciumsulfoaluminat-Ferrit-Klinker, Calciumsulfat und einen Verzögerer umfasst. Typischerweise wird eine solche Zusammensetzung für deren Verwendung durch Vermischen der trockenen Bestandteile mit Wasser angemacht.
Die erfindungsgemässe Zusammensetzung eignet sich sehr gut für die
Herstellung von Beton oder Mörtel mit berechenbarem Fliessverhalten, insbesondere ohne starke Nachverflüssigung. Ein zusätzlicher Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf einen
Formkörper, insbesondere ein Bauwerk oder einen Teil eines Bauwerkes, erhältlich durch Aushärten der Zusammensetzung mit Wasser.
Ein Bauwerk kann z.B. eine Brücke, ein Gebäude, ein Tunnel, eine Fahrbahn, oder eine Start- und Landebahn sein.
Aus den nachfolgenden Ausführungsbeispielen ergeben sich weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
Beispiele
Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele aufgeführt, welche die beschriebene Erfindung näher erläutern sollen. Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf diese beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.
"Ref." steht für "Referenz-Beispiel"
"Bsp." steht für„erfindungsgemässes Beispiel“
„W/Z“ steht für Wasser-Zement-Wert und gibt das Gewichts-Verhältnis von Wasser zu Zement an.
1. Verwendete Materialien
BCSAF-Zement: BCSAF-Zement der 4 Gewichts-% Anhydrit und 0.36 Gewichts-% Borsäure enthält.
Verflüssiger V1 : 30 Gewichts-%ige Lösung eines Kammpolymers aufgebaut aus Struktureinheiten a) die von Acrylsäure abgeleitet sind und Struktureinheiten b) die Seitenketten aus Polyethylenglykol (mittleres Molekulargewicht der
Polyethylenglykolkette etwa 2‘500 g/mol) enthalten, mit einem molaren Verhältnis von Carbonsäuregruppen zu Polyetherketten von 2.3 und einem mittleren
Molekulargewicht Mw von 28Ό00 g/mol. 2. Mörtelmischunqen
2.1 Herstellung
Die zu Testzwecken eingesetzte Mörtelmischung weist die in Tabelle 1
beschriebene Trockenzusammensetzung auf.
Tabelle 1
Zum Anmachen einer Mörtelmischung wurden die Sande, der Kalksteinfüller und der Zement sowie die in Tabelle 2 und Tabelle 3 angegebenen Additive
Calciumhydroxid (Ca(OH)2), Calciumoxid (CaO) und/oder Natriumhydroxid (NaOH), eine Minute in einem Hobart-Mischer gemischt. Innerhalb von 30 Sekunden wurde das Anmachwasser, dem vorgängig 4.5 g Verflüssiger V1 beigemischt worden waren, zugegeben und noch weitere 2.5 Minuten gemischt. Die Gesamtmischzeit nass dauerte jeweils 3 Minuten. 2.2 Bestimmung des Ausbreitmasses
Zur Bestimmung des Dispergierverhaltens der Polymere wurde jeweils das Ausbreitmass von angemachten Mörtelmischungen zu verschiedenen Zeiten gemessen. Das Ausbreitmass des Mörtels wurde gemäss DIN-EN 1015-3 bestimmt. Vor jeder Messung wurde die Mörtelmischung für 15 Sekunden mit dem Hobart-Mischer aufgemischt.
3. Resultate der Mörteltests
Ao ist das Ausbreitmass in mm gemessen sofort nach dem Mischen mit Wasser, AQO ist das Ausbreitmass in mm gemessen 60 Minuten nach dem Mischen mit Wasser. Tabelle 2 zeigt die Art und Menge der zugegebenen Additive bei den Mörteltests mit W/Z=0.57 und die dabei erzielten Resultate. Tabelle 2
Tabelle 3 zeigt die Art und Menge der zugegebenen Additive bei den Mörteltests mit einem W/Z=0.46 und die dabei erzielten Resultate. Tabelle 3
* als 50 Gewichts-%ige Lösung
4. Test mit Portlandzement CEM I
Der Mörteltest wurde mit der Zusammensetzung des Trockenmörtels wie in Tabelle 1 angegeben wiederholt, allerdings wurde in der Mörtelmischung anstelle von BCSAF-Zement Portlandzement CEM I 42.5 verwendet. Zum Anmachen wurde dem Mörtel Wasser (W/Z=0.45) und 4.5 g Verflüssiger V1 zugegeben. Die Resultate des Mörteltests sind in Tabelle 4 angegeben.
Tabelle 4

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Verflüssigung einer Zusammensetzung umfassend einen Belit- Calciumsulfoaluminat-Ferrit-Zement durch Zugabe mindestens eines polymeren Dispergiermittels, wobei die Zusammensetzung ein Mittel zur Reduktion der Nachverflüssigung umfasst.
2. Verfahren gemäss Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Belit- Calciumsulfoaluminat-Ferrit-Zement gemahlenen Belit-Calciumsulfoaluminat- Ferrit-Klinker, Calciumsulfat und einen Verzögerer umfasst.
3. Verfahren gemäss Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verzögerer mindestens einen Stoff, der den pFI-Wert einer Aufschlämmung eines gemahlenen Belit-Calciumsulfoaluminat-Ferrit-Klinkers in Wasser reduziert, insbesondere Borsäure, umfasst.
4. Verfahren gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das Mittel zur Reduktion der Nachverflüssigung mindestens eine Verbindung, ausgewählt aus der Gruppe umfassend wasserlösliche Calciumsalze, wasserlösliche Magnesiumsalze,
Calciumhydroxid, Magnesiumhydroxid, Calciumoxid, Magnesiumoxid,
Lithiumhydroxid, Natriumhydroxid und Kaliumhydroxid, umfasst.
5. Verfahren gemäss Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Reduktion der Nachverflüssigung Calciumhydroxid, Calciumoxid und/oder Alkalihydroxid umfasst.
6. Verfahren gemäss Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Reduktion der Nachverflüssigung Calciumhydroxid und/oder Calciumoxid und mindestens ein Alkalihydroxid, insbesondere Natriumhydroxid, umfasst.
7. Verfahren gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das Mittel zur Reduktion der Nachverflüssigung in 0.05 bis 5 Gewichts-%, bevorzugt 0.08 bis 3 Gewichts-%, insbesondere 0.1 bis 2 Gewichts-%, im Speziellen 0.15 bis 1 Gewichts-%, bezogen auf das Gewicht des gemahlenen Belit-Calciumsulfoaluminat-Ferrit-Klinkers, vorhanden ist.
8. Verfahren gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das polymere Dispergiermittel ein anionisches Polymer umfassend -COOM, -SO2-OM, -0-P0(0M)2 und/oder -PO(OM)2 -Gruppen umfasst, wobei M, unabhängig voneinander, für H+, Alkalimetallion, Erdalkali- metallion, zwei oder dreiwertiges Metallion, Ammoniumion oder eine
organische Ammoniumgruppe steht.
9. Verfahren gemäss Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das polymere Dispergiermittel ein Kammpolymer umfassend anionische Gruppen am
Polymer-Rückgrat und Polyalkylenoxid-Seitenketten, umfasst, wobei das molare Verhältnis von anionischen Gruppen zu Polyalkylenglykol-Seitenketten bevorzugt 0.7 - 15 : 1 , mehr bevorzugt 1 - 6 : 1 , insbesondere 1 - 4 : 1 , beträgt.
10. Verfahren gemäss Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das polymere Dispergiermittel ein Kammpolymer umfassend Carboxylatgruppen und
Polyethylenglykol-Seitenketten, umfasst.
11.Verfahren gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das polymere Dispergiermittel in 0.04 bis 2.5 Gewichts- %, gerechnet als Feststoff auf das Gewicht des Belit-Calciumsulfoaluminat- Ferrit-Zementes, vorhanden ist.
12. Verwendung eines polymeren Dispergiermittels zur Verflüssigung einer
Zusammensetzung umfassend einen Belit-Calciumsulfoaluminat-Ferrit-Zement, wobei die Zusammensetzung ein Mittel zur Reduktion der Nachverflüssigung umfasst.
13. Zusammensetzung umfassend
- einen gemahlenen Belit-Calciumsulfoaluminat-Ferrit-Klinker,
- Calciumsulfat,
- einen Verzögerer,
- ein Mittel zur Reduktion der Nachverflüssigung und
- ein polymeres Dispergiermittel.
14. Zusammensetzung gemäss Anspruch 13 umfassend zusätzlich Wasser.
15. Formkörper, insbesondere ein Bauwerk oder ein Teil eines Bauwerkes, erhältlich durch Aushärten einer Zusammensetzung gemäss einem der Ansprüche 13 und 14 mit Wasser.
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