NL8000748A - Inwendig afdichtingsmiddel voor beton. - Google Patents

Description

N/29.48Q-Kp/vdM * - 1 -

Inwendig afdichtingsmiddel voor beton.

De uitvinding heeft betrekking op de bereiding van een voor water ondoordringbare betonsamenstelling en meer in het bijzonder op de economische vervaardiging van wegen, brugdekken, betonnen buizen, palen voor de bouw, voorgevormde sa-5 menstellingen e.d., die men graag ondoordringbaar voor water wil maken, zodat water en ionen in het water geen splinters, delaminering of andere verslechtering van de betonsamenstelling veroorzaken.

Corrosie van de bewapening van beton, veroorzaakt 10 door chloriden uit wegenzout, uit door de lucht aangevoerde oceaannevel e.d. is bijv. een hoofdoorzaak voor de vroegtijdige verslechtering van betonnen hoofdwegen en brugdekken. Omdat roest gevormd wordt zet het staal uit en wordt het beton gekraakt. Voor het behandelen van dit probleem wordt het beton 15 gewoonlijk afgesloten door het oppervlak te bekleden met lijn-zaadolie of door aan het normale Portlandcementmengsel een kleine hoeveelheid waskorrels toe te voegen. In het laatste geval wordt, nadat het beton hard is geworden, het oppervlak van de weg of het brugdek verwarmd om de waskorrels te doen 20 smelten, waarbij de capillaire doorgangen, die normaliter in hard geworden beton worden gevormd, worden afgesloten. Korrels die in het verleden zijn gebruikt, bestaan uit een mengsel van paraffine en Montanwas, waarbij de Montanwas werkt als een bevochtigingsmiddel om de verplaatsing van de was in de capil-25 lairen en de zeer kleine tussenruimtes van het hard geworden beton te vergemakkelijken, die worden gevormd door naar buiten komend water, dat overbodig is voor de vereiste cementvorming. Het verwarmen van het betonoppervlak wordt gewoonlijk uitgevoerd door toepassing van electrische dekens of electrische of 30 gas-gestookte IR-verwarmingsapparaten. Aangezien het smeltpunt van het paraffine/Montanwasmengsel boven 75°C ligt, moet het oppervlak tenminste tot 85°C en wel tot zo'n 212°C en tot een diepte van ca. 5 cm worden verwarmd om een volledige verplaatsing van de was in de capillairen te verzekeren en tegelijker-35 tijd een inwendige afdichting van de betonstructuur te bereiken.

0000748 *·' ·« - 2 -

Er bestaan aanzienlijke problemen ten aanzien van de methoden voor het inwendig afdichten en de samenstellingen, die hiervoor worden gebruikt. Door de hoge temperatuur, die nodig is om de verplaatsing van de paraffine/Montanwassamen-5 stelling te bewerkstelligen moet de nodige uitrusting worden aangeschaft, die van werkplaats naar werkplaats getransporteerd moet worden, en die moet worden onderhouden om de afdichting van betonnen oppervlakken te voltooien, hetgeen aanzienlijke uitgaven vergt. Bovendien kan door de grote warmte, die wordt 10 gebruikt en de daaruit voortvloeiende plaatselijke, steeds verschillende thermische uitzetting, het aangrenzende niet verwarmde beton scheuren, tenzij de temperatuur binnen vastgestelde grenzen in de hand wordt gehouden.

De onderhavige uitvinding heeft ten doel deze 15 problemen op te heffen en geeft andere voordelen, die niet in de stand van de techniek aanwezig zijn, door Montanwas te vervangen door dierlijke bijprodukten, die een groot bevochtigend vermogen combineren met een laag smeltpunt, lage smeltviskosi-teit en lage kosten. De voordelen van de onderhavige uitvin-20 ding zijn onder meer: 1) lage totaalkosten door de lage kosten van het ruwe materiaal en lage arbeids- en energiekosten, die voortvloeien uit de korte tijden die nodig zijn voor de warmtebehandeling en een in verhouding lage temperatuur, die nodig is 25 om de totale afdichting van het beton te bereiken; 2) verbeterde afdichting door volledige blokkering van chloride; 3) verbeterde sterkte door de lage concentratie aan toegevoegde stoffen; en 30 4) verminderd gevaar van beschadiging van de structuur door lage thermische spanning door verwarmen en koelen.

De onderhavige uitvinding beoogt de vervanging van het bevochtigingsmiddel van 25 % Montanwas, dat gewoon-35 lijk wordt gebruikt in samenstellingen voor het inwendig afdichten van beton, door dierlijke bijprodukten om lage kosten en andere voordelen te bereiken. Gevonden werd, dat een mengsel van gehydrogeneerde talk en in de handel verkrijgbaar ste-arinezuur een uitstekend geschikt bevochtigingsmiddel is voor 8 0 0 0 7 A 8 3 - • · zowel paraffinewas als zachte wassoorten ("slack waxes"). Een bijzonder systeem/ dat als gewichtshoeveelheden 5 % commercieel stearinezuur, 20 % gehydrogeneerde talk en 75 % paraffine bevat (gewoonlijk aangeduid met STP), geeft een maximaal 5 effect voor het bevochtigen van beton, terwijl het de verschillende voordelen van laag smeltpunt, hoge polariteit, lage smeltviskositeit en lage kosten biedt.

De paraffinewassoorten, die geschikt zijn voor toepassing in de onderhavige uitvinding zijn in de eerste 10 plaats de vaste verbindingen in de methaanserie, die kookpunten hebben boven 300°C. Gewoonlijk worden commercieel gezuiverde paraffinewassoorten, of zachte wassoorten ("slack waxes"), die onzuiverheden en oliën bevatten, het meest doelmatig gebruikt. Voorbeelden van dergelijke commerciële 15 produkten, die in de handel worden gebruikt, zijn Boron R 152, Union SR-143 en Whitco 128-30.

Dierlijke bijprodukten, die een samenwerkende basis vormen voor de nieuwe bevochtigingsmiddelen volgens de onderhavige uitvinding, zijn onder meer natuurlijke vetzure 20 esters, zoals reuzel, talk e.d. Deze produkten worden verkregen door verestering van een trihydroxyalcohol met complexe zuren, zoals palmitinezuur, stearinezuur en oliezuur. De ge-hydrogeneerde derivaten van dergelijke esters zijn eveneens uitstekend geschikt voor toepassing in de onderhavige uitvin-25 ding.

Aanvullende bevochtigingsmiddelen, die met voordeel gebruikt kunnen worden, zijn vetzuren die verkregen worden door de verzeping van dierlijke vetten en talk en omvatten het gemengde stearine- en palmitinezuur dat in de handel ver-30 krijgbaar is, alsmede palmitine- en oliezuren e.d.

Om de hardheid en slijtvastheid van de STP-meng-sels volgens de onderhavige uitvinding te testen werden experimenten uitgevoerd en de resultaten werden vergeleken met soortgelijke testen, die werden uitgevoerd met het reeds be-35 kende paraffine/Montanwassysteem. De slijttesten werden uitgevoerd door massa's met zorgvuldig gewogen schijven van de resp. wasmengsels rond te laten tuimelen in een kogelmolen en het afgesIepen gewichtsverlies van de was te meten als functie 8000748 - 4 - van de tijd. Dit gewichtsverlies door afslijting is belangrijk omdat de was, die "verloren" is, bij het mengen de aggregaat-oppervlakken bedekt en er vervolgens voor zorgt, dat het cement zich niet bindt. Verminderde cementbinding vermindert 5 de sterkte van het geharde produkt. Hoewel het niet bekend is welk gewichtsverlies werkelijk kritiek is voor een bepaalde brijsamenstelling, tonen de resultaten van deze experimenten aan, dat gewichtsverliezen in de STP-samenstellingen volgens de uitvinding gelijk zijn aan die van het Montan/praffine-10 produkt.

De onderhavige STP-korrels worden bereid door de gemengde materialen te mengen en te verwarmen en de verkregen samenstelling door een centrifugaal spuitmondstuk te pompen. Lucht wordt in de voedingslijn ingevoerd om een kleine cen-15 trale open ruimte in elke korrel te produceren. De onderhavige STP-samenstellingen werden bij een temperatuur van het smeltpunt van de samenstelling plus ca. 5°C gepompt door een mondstuk met een opening van 0,8 mm bij een druk van 124-276 kPa, waarbij korrels met een grootte van 70-80 mesh werden gevormd. 20 Deze korrels werden in voldoende mate gekoeld door een vrije val van 10-12 sec. in lucht van 23°C, zodat geen klontering of sintering plaatsvond bij het neerdalen.

Verder werden de STP-korrels gemaakt uit een samenstelling van 5 % commercieel stearinezuur, 20 % gehydroge-25 neerde talk en 75 % paraffinewas, waarbij twee verschillende paraffinewassoorten werden gebruikt, de eerste een zeer zuiver produkt met een smeltpunt van 65°C en de tweede van het zachte wastype met een smeltpunt van 56°C. De aldus verkregen samenstellingen met commercieel stearinezuur, gehydrogeneerde 30 talk en paraffinewas worden hierna geïdentificeerd met hun smeltpunt en aangehaald als STP 65 en STP 56 respectievelijk.

VOORBEELDEN I t/m VI

Betonmengsels werden bereid met 5 inwendige af-dichtingsvariabelen en een controlemengsel zonder afdichtings-35 middel, zoals aangegeven in de hierna volgende tabel A. Alle massa's werden eerst vergeleken en onderzocht op verdeling van de deeltjesgrootte? in elk mengsel werden dezelfde afmetingen gebruikt. De grove massa (verbrijzelde kalksteen) was AASHO

8000748 - 5 - M43, grootte 67. Het betonzand had een gelijkblijvende fijnheids graad (een maat voor de verdeling van de deeltjesgrootte) van 2,70 in alle mengsels. Het gebruikte cement kwam van één partij (produktie op één dag) van de Southwestern Portland 5 Cement Company.

TABEL A

voorbeeld meng- korrelconcentratie nr. grootte korrelsamenstelling (gew. %) 3 I 56,5 dm geen (controle) geen 10 II 56,5 dm3 25 % Montan/75 % 3 paraffine 65 III 76,5 dm3 STP 65 2 IV 76,5 dm3 STP 56 2 V 76,5 dm3 STP 65 3 15 VI 76,5 dm3 STP 56 3

De afdichtingskorrels werden snel en uniform in elk mengsel verdeeld met conventionele draaiende mengtrommels. De totale mengtijd bedroeg 30 min. voor alle partijen, maar visueel onderzoek wees uit dat volledige menging in ongeveer 20 2 min. was bereikt.

Zoals bekend hangt de beweeglijkheid van beton of de mogelijkheid tot een vorm te komen, die wordt gemeten als plotselinge daling (de afstand een 30 cm afgeknotte kegel van vers beton zakt indien de ondersteunende kegel wordt verwij-25 derd) in de eerste plaats af van het watergehalte. Het is eveneens, zij het in mindere mate, een functie van de deeltjesgrootte van de massa. Vervanging van een gedeelte van het hoekige zand en steen door bolvormige korrels in de mengsels volgens de voorbeelden II-VI verbeterde verwerkings- en vor-30 mingseigenschappen van het natte beton. Dit gewenste effect was klein bij Montan/paraffinekor'rels, maar meer uitgesproken bij de STP-korrels volgens de onderhavige uitvinding.

Bovendien verbetert deze smeereigenschap het gemak van plaatsing en afwerking van nat beton, zonder het waterge-35 halte te vermeerderen en tegelijkertijd een vermindering van de sterkte van de hard geworden betonsamenstelling te verkrijgen.

Uit de natte mengsels van de voorbeelden I-VI werden monsters genomen en deze liet men onder normale omstandig- 8000748 - - 6 - heden harden, waarna ze met warmte werden behandeld om de afdichtende samenstellingen te laten intrekken, De gebruikte monsters waren schijven van 2,5 cm, die uit cylinders met een doorsnede van 7,5 cm waren gesneden. Twee monsters van elk, 5 genomen uit twee verschillende cylinders, werden gebruikt voor iedere temperatuur waarbij de warmtebehandeling werd uitgevoerd.

Onderstaande tabel B geeft de gekozen temperaturen van de warmtebehandeling weer met tussenruimten van 5°C van 10 het smeltpunt plus 5°C tot aan het smeltpunt plus 15°C. Het verwekingsgebied was aangeduid als de eerste verschijning van een doorzichtige laag op een monster van 1 g van het toegevoegde middel.

TABEL B

15 verwekings- temperatuur van de systeem_ gebied smeltpunt warmtebehandeling

STPC, 49 - 52°C 52°C 57°C 62°C 67°C

56

STP65 57 - 60°C 60°C 65°C 70°C 75°C

Montan/paraffine 72 - 78°C 75 - 78°C 85°C

20 De warmtebehandeling werd uitgevoerd in een oven met een evenredige luchtcirculatie. De monsters werden in een uur langzaam verwarmd van de omgevingstemperatuur tot de aangeduide temperatuur en vervolgens gedurende een uur op die temperatuur gehouden. Deze experimenten toonden aan, dat de 25 optimale temperatuur van de warmtebehandeling voor STP-korrel-systemen volgens de onderhavige uitvinding bij de resp. smeltpunten plus 10°C ligt, d.w.z. op ongeveer 70°C voor de STP-65-en op 62°C voor de STP-56-samenstelling. Bovendien vertoont de STP-56-samenstelling zelfs bij een temperatuur van 57°C een 30 maximale binnendringende of afdichtende werking. Ter vergelijking toonden de Montan/paraffinekorrels bij 5°C onder de aangegeven temperatuur van 85°C voor de warmtebehandeling weinig stroming en slechts een marginale afdichtende werking. De STP-systemen kunnen dus alleen al door solarisatie worden geacti-35 veerd om hun afdichtende werk te verrichten, d.w.z. door blootstelling aan zonnewarmte onder een zwart geverfde poly-ethyleenfilm, zonder dat men zijn toevlucht moet nemen tot kunstmatige warmtebronnen, zoals electrische dekens.

8000748 - 7 -

De monsters van voorbeelden I-VI werden geheel ondergedompeld in een waterbad; het geabsorbeerde water werd gedurende 7 dagen met regelmatige tussenpozen waargenomen als gewichtstoename. Bij iedere meting bleken de met STP afgedich-5 te monsters, ongeacht de concentratie van het afdichtingsmid-del, minder water te absorberen dan het Montan/paraffinemonster volgens voorbeeld II. In het bijzonder absorbeerden de monsters volgens voorbeeld IV, die 2 % van de STP-56-samenstelling, die weinig kost, bevatten, ongeveer 30 % minder water dan de 10 monsters die de Montan/paraffinekorrels bevatten, zelfs indien ze tot 57°C werden verhit, d.w.z. 5°C minder dan de optimale temperatuur voor de warmtebehandeling van die STP-samenstelling.

Het tegenhouden van chloride in het afgedichte beton werd bepaald door een 3 % oplossing van natriumchloride 15 gedurende een periode tot 90 dagen op monsters van elk van de voorbeelden op te brengen en vervolgens het chloridegehalte te analyseren, daarbij gebruikmakend van ontsluiting met salpeterzuur en potentiometrische titratie met zilvernitraat. De voorbeelden werden eerst aan de lucht gedroogd en vervolgens wer-20 den monsters genomen op een diepte van 1,25, 2,5 en 3,75 cm.

Er was geen hoeveelheid chloride van enige betekenis in dit experiment in het afgedichte beton geabsorbeerd. Daarentegen blokkeerde de 2 % concentratie van het weinig kostende STP- 56-systeem volgens voorbeeld IV het binnendringen van chloride 25 geheel, hetgeen erop duidt dat dit systeem even effectief was als het Montan/paraffinesysteem volgens voorbeeld II,zelfs bij een concentratie die eenderde lager is.

In tabel C wordt de druksterkte van afgedichte betoncylinders volgens de voorbeelden I-VI weergegeven, die 30 alle liggen binnen de minimumvereisten die de meeste instanties voor snelwegen aanhouden.

35 8000748 y ♦· - 8 -

TABEL C

3 druksterkte (10 kPa) dichtheid 7 30 90 3 * afdichtingsmateriaal (kg/m ) dagen dagen dagen 5 geen (controle) 2329 34,82 36,61 36,54 3 % Montan/paraffine 65 2209 28,48 30,47 31,72 2 % STP 65 2233 28,82 35,51 35,16 2 % STP 56 2238 27,99 34,61 35,44 3 % STP 65 2206 28,13 31,10 32,41 10 3 % STP 56 2172 25,58 31,78 32,20 £ niet met warmte behandelde monsters.

Het effect van de STP-korrels op de druksterkte is in wezen gelijk aan dat van het Montan/paraffinesysteem bij overeenkomstige concentraties. In beide gevallen is het kor-15 releffect ongeveer gelijk aan dat van meegevoerde luchtcompartimenten met gelijk volume. De druksterkten voor alle monsters die met 3 % materiaal waren afgedicht, lagen bij 31,71 tot 3 32.41.10 kPa na 90 dagen en lagen goed boven de vereiste 3 20.68.10 kPa na een behandeling van 30 dagen. Hoewel alle met 20 STP afgedichte monsters een iets hogere sterkte vertoonden (na 90 dagen) dan de Montan/paraffinemonsters, was het verschil klein en binnen de experimentele foutengrens.

De meest kenmerkende gegevens zijn die van de voorbeelden III en IV, die slechts 2 % STP-korrels bevatten.

25 De druksterkten waren aanzienlijk hoger dan van enig ander behandeld monster. Experimenten die in het verleden zijn uitgevoerd met afgedicht en niet afgedicht ("air-entrained") beton, hebben uitgewezen, dat het negatieve effect van waskorrels of ruimten die ontstaan door meegevoerde lucht op de druksterkte 30 exponentieel toeneemt met het volume. Een grote toename van de sterkte kan dus worden bewerkstelligd door een kleine afname van het korrelvolume. Aangezien de STP-56-korrels volgens de i onderhavige uitvinding doelmatig beton bij lage concentraties kunnen afdichten, brengen deze korrels aanzienlijk hogere 35 betonsterkten teweeg.

Toepassing van de samenstellingen volgens de onderhavige uitvinding geeft ook een besparing van eenderde tot de helft in de verwarming, die nodig is voor de activering, in 8000748 5 - 9 - vergelijking met de Montanwasmengsels.

De specifieke voorbeelden, die in deze aanvrage worden getoond en beschreven, dienen in de eerste plaats als illustratie te worden beschouwd. Ongetwijfeld zullen zich 5 verschillende wijzigingen in datgeen wat hier is beschreven aan de deskundige voordoen. Deze wijzigingen dienen te worden beschouwd als deel uitmakend van deze uitvinding, voor zover zij binnen de omvang en geest van de hierna volgende conclusies vallen.

10 > 8000748

Claims (6)

1. Werkwijze voor het bereiden van een afgewerkte betonsamenstelling met een voor water ondoordringbaar oppervlak, met het kenmerk, dat men een samenstel- 5 ling bereidt van tenminste één vetzure glycerylester en een paraffinewasmengsel, dat in hoofdzaak is samengesteld uit vaste verbindingen uit de methaanreeks, die een kookpunt hebben boven 300°C, een hoeveelheid van deze samenstelling die voldoende is om een waterdichte werking te geven, dispergeert 10 in een natte hydraulische Portlandcementbrij om een mengsel te vormen, het verkregen mengsel uitgiet in de gewenste vorm van een afgewerkte betonstructuur, het mengsel zich met water laat binden en laat harden en het oppervlaktegebied van de beton-structuur verwarmt tot een temperatuur onder 85°C en boven het 15 smeltpunt van de samenstelling, om het wasmengsel te laten smelten en de capillaire tussenruimten in de structuur te laten opvullen.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk , dat de vetzure glycerylester gehydrogeneerde 20 talk is.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat men in de samenstelling verder een vetzuur opneemt met 16-18 koolstofatomen.

4. Samenstelling om te worden gedispergeerd in een 25 natte hydraulische Portlandcementbrij, in voldoende hoeveelheid om een afgewerkte betonstructuur te vervaardigen, die een voor water ondoordringbaar oppervlak heeft, met het kenmerk , dat deze een paraffinewasmengsel bevat, dat in hoofdzaak bestaat uit vaste verbindingen van de methaan-30 reeks, die een kookpunt boven 300°C hebben en tenminste één vetzure glycerylester, waarbij het oppervlaktegebied van de betonstructuur wordt verwarmd tot een temperatuur beneden 85°C en boven het smeltpunt van de samenstelling om de samenstelling te doen smelten en de capillaire tussenruimten in de structuur 35 op te vullen.

5. Samenstelling volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de vetzure glycerylester gehydrogeneerde talk is. 8000748 - 11 - Η--

6. Samenstelling volgens conclusie 4 of 5, met het kenmerk, dat deze verder een vetzuur bevat met 16-18 koolstofatomen. 5 8000748