NO116030B - - Google Patents

Description

Tilsetningsmiddel for mørtel og betong.

Foreliggende oppfinnelse vedrører et tilsetningsmiddel for hydraulisk bindende mørtel eller betongmasser, hvilket forlenger bindetiden for mørtelen eller betongmassene, kontrollerer luftmengden, forbedrer konsistensen, gir ensartet tetthet, minsker separasjonen mellom vann og ballastmateriale samt øker bestandigheten i det bundne materialet.

Det er ofte ønskelig å fremstille mørtel og betongmasser med forlenget bindetid. Dette er spesielt tilfelle med mørtel eller betongmasser, som må kunne tåle en lengre transporttid i plast-isk tilstand fra et fremstillingssted til et for-brukssted. For visse anvendelsesområder, slik som ved betongstøping omkring en armering, f. eks. ved konstruksjoner for dammer, brospenn, bygninger osv., er det også ønskelig å forlenge bindetiden for derved å oppnå større tidsmargin for vibrering og overflatebehandling av betongmassen. Ved en forlenging av bindetiden unngiåes dessuten dannelse av såkalte kaldfuger, som skyldes sammenstøping av bundet og fersk betong, hvilke senker bestandigheten til den fer-dige betongkonstruksjonen. Det er også mulig ved en forlenget bindetid å. forsinke og fordele varmeutviklingen i mørtelen og betongmassen i lengre tid, hvilket er spesielt ønskelig ved fremstilling av tykke betongkonstruksjoner samt å motvirke den akselererende effekt som varmt vær, oppvarmet ballast og varmt vann har på bindingen.

Det er tidligere kjent å anvende visse tilsetningsmidler for å oppnå de ovenfor nevnte for-mål. Hittil kjente tilsetningsmidler kan imidlertid bare brukes til å forlenge bindetiden for mas-ser som inneholder hydraulisk bindende sement av forskjellig slag, men ikke for slike som inneholder hydraulisk bindende kalk, eventuelt i kombinasjon med sement eller luftkalk. Tidligere kjente tilsetningsmidler er f. eks. lignosulfonater og oksykarboksylsyrer av forskjellige typer. Disse har imidlertid visse ulemper, da de ved overdosering minsker bindetiden istedenfor å øke den samt forårsaker minsking av bestandigheten til det bundne materialet. Det er også tidligere kjent å bruke visse cellulosederivater, slik som hydroksyetylcellulose, metylcellulose, etyl-hydroksyetylcellulose, karboksymetylcellulose (CMC) eller salter derav som tilsetningsmidler til betong, hvorved det oppnås en viss forlengelse av bindetiden. Slike tilsetninger leder imidlertid i de fleste tilfeller til forringet styrke.

Foreliggende oppfinnelse vedrører et tilsetningsmiddel for hydraulisk bindende mørtel eller betongmasse, hvilket forlenger bindetiden i mørtelen eller betongmassen uten å være forbundet med de ovenfor nevnte ulemper når tilsetningsmidlet overdoseres. Tilsetningsmidlet iføl-ge oppfinnelsen består av en blanding av vann-oppløselige ikke-ionisk aktive cellulose-etrer og vannoppløselige salter av glukonsyre. Det har vist seg at et slikt tilsetningsmiddel foruten at det forlenger bindetiden, også gir mørtelen eller betongmassen andre fordelaktige egenskaper slik som god konsistens, ensartet tetthet, minsket separasjonstendens, kontrollerbar luftmengde samt at det forhøyer styrken til det bundne materialet. Tilsetningen ifølge oppfinnelsen gir den ifølge svensk standard nødvendige bindetiden på minst 6 timer, som kreves for at den gjeldende tilsetning skal kunne angis som retarderingsmid-del.

En tilsetning av bare cellulose-etrer til mør-tel og betongmasser resulterer i forbedret bear-beidbarhet og redusert vannseparasjon, men samtidig oppnås stor følsomhet for overdosering på grunn av vanskeligheten med å regulere luftinnholdet. En tilsetning av bare salter av glu-konsyrer til mørtel og betongmasser delvis for-korter, delvis forlenger bindetiden samtidig som bearbeidbarheten forringes og vannseparasjonen øker. Det er derfor meget overraskende at det med et tilsetningsmiddel ifølge foreliggende oppfinnelse, bestående av en blanding av vannopp-løselige ikke-ioneaktive cellulose-etrer og vann-oppløselige salter av glukonsyre, er mulig å få fullstendig kontroll over luftmengden il mørtel og betongmasser og at tilsetningsmidlet kan overdoseres i store mengder, uten at styrken i det bundne materialet nedsettes, men tvertimot økes. Det bler også mulig å variere bindetiden innen visse grenser ved en variasjon av mengden av tilsetningsmiddel, samtidig som en kontrollerbar luftmengde kan opprettholdes.

Tilsetningsmidlet ifølge foreliggende oppfinnelse kan anvendes ved fremstilling av mørtel inneholdende hydraulisk kalk, og med dette me-nes kalk som har en hydraulisk modul på mindre enn 9 og som herdner under vann ifølge defini-sjonen i f. eks. Bygg-AMA (Allmånna Material och Arbetsbeskrivningar) 1960 side 75 og ASTM C51—47, eller betongmasser inneholdende hydraulisk sement, slik som denne defineres i «Stat-liga Cementbestammelserna» Bl 1960 og ASTM C219—64, i kombinasjon med vanlig forekommende ballastmaterialer slik som sand, singel, makadam, masovnsslagg osv. Tilsetningsmidlet ifølge oppfinnelsen er ogsiå meget egnet for an-vendelse i såkalt «bastardbruk», hvilket som bindemiddel inneholder en blanding av hydraulisk sement og hydraulisk kalk, eller luftkalk.

De kalksorter som vanligvis brukes ii Sverige er eksempelvis hydraulisk kalk fra Svenska Skif-ferolje AB i Kvarntorp, som betegnes «Kvarn-torpskraftkalk». Luftkalk uten luftporedannende middel er f. eks. «Kronkalk T» fra Karta-Oaxen og luftkalk med luftporedannende middel er f. eks. «Kalkhydrat 90» som selges av Stråbru-ken i Stockholm.

Vanlig forekommende hydraulisk sement er Portlandsement, aluminatsement, slaggsement, puzzolansement m. fl. Av disse er de hurtigbindende sementtypene, f. eks. aluminatsement, spesielt vanskelige å retardere, men tilsetningsmidlet ifølge oppfinnelsen har også i forbindelse med disse vist seg å ha en svært god virkning.

Egnede vannoppløselige ikke- ioneaktive celluloseetrer for tilsetningsmidler ifølge foreliggende oppfinnelse er metylcellulose, etylcellulo-se, hydroksyetylcellulose, hydroksypropylcellulo-se, etyl-hydroksyetylcellulose osv. De benyttede cellulose-etrene bør ha en viskositet på mellom 100 og 50 000 cP mål i en 2-prosentig vannopp-løsning ved 20°C.

Ioneaktive cellulose-etrer slik som CMC er ikke egnede til å brukes i tilsetningsmidlet ifølge foreliggende oppfinnelse, fordi de slik som nevnt tidligere har liten virkning ved normale trykk og temperaturer. De utfelles dessuten lett i form av uoppløselige kalsiumsalter fordi det er et overskudd av kalk tilstede, hvorved deres virkning går helt tapt og produktene blir i stedet forringet. (U.S. patent nr. 2 427 683). Også andre 2-og flerverdige metallioner enn kalsium, som er tilstede i kalk, kan utfelle uoppløselige CMC-salter.

De vannoppløselige saltene av glukonsyre som er egnede for bruk i tilsetningsmidler ifølge foreliggende oppfinnelse, er først og fremst na-trium- og kalsiumsaltene.

Mengdeforholdet mellom de vannoppløselige ikke-ionaktive cellulose-etrene og de vannopp-løselige saltene av glukonsyre i tilsetningsmidlet ifølge foreliggende oppfinnelse, kan varieres innen grensene 10 til 40 vektprosent celluloseeter og 60 til 90 vektprosent salt av glukonsyre, fortrinnsvis 15 til 35 vektprosent cellulose-eter og 65 til 85 vektprosent salt av glukonsyre.

Mengden av tilsetningsmiddel som kan tilsettes til mørtel eller en betongmasse, avhenger av den ønskede forlengelse av bindetiden samt det anvendte cellulosederivats mengde og sub-stitusjonsgrad (viskositet). Egnede tilsetningsmidler er i alminnelighet på mellom 0.5 og 20.0 g per kg i mørtelen eller betongmassen inkludert hydraulisk bindemiddel og disse gir vanligvis en forlengelse av bindetiden på 2—36 timer. Ved fremstilling av betongmasser har det vist seg spesielt egnet å arbeide med en tilsetning på 0.8—2.5 g tilsetningsmiddel per kg sement og ved fremstilling av mørtel basert utelukkende på hydraulisk kalk eller på hydraulisk kalk og sement, er en tilsetningsmengde på 1—6 g per kg hydraulisk bindemiddel spesielt egnet. Ved frem stilling av mørtel basert på sement og luftkalk, bør mengden tilsetningsmiddel fortrinnsvis ligge på. mellom 1—12 g per kg sement.

Tilsetningsmidlet kan tilføres mørtelen eller betongmassen ved fremstillingen av disse i form av en vannoppløsning, eller i form av tørt pulver i forskjellige blandingssekvenser. Det er også mulig å innmåle tilsetningsmidlet ifølge oppfinnelsen i den hydrauliske kalken eller sementen ved deres fremstilling. Virkningen av tilsetningsmidlet ifølge foreliggende oppfinnelse belyses av følgende utførelseseksempler. Eksempel 1 er ut-ført ifølge statlige fastsatte forsøksnormer og deri angitte resultater utgjør en oppgave over forsøksresultatene fra dokument nr. U 64-2957 utferdiget av «Statens Provningsanstalt».

Eksempel 1.

Fire betongsorter ble fremstilt med grus (singel) som ballastmateriale, og det hadde en kornstørrelse på 0—32 mm. Som sement ble det brukt en sammenblandet prøve bestående av li-ke deler standardsement fra tre forskjellige fa-brikanter. Vektforholdet mellom sement og grus var 1 : 6, 34. Tilsetningsmidlet som ble brukt be-sto av 25 vektprosent etyl-hydroksyetylcelluloce, med en viskositet på 2 500 cP målt i en 2-prosentig vannoppløsning, og 75 vektprosent natriumglukonat. Tilsetningen av dette var 0, 1.0, 2.0 og 2.5 g per kg sement. Den ferske betongen ble un-dersøkt med hensyn til konsistens, luftinnhold, volumvekt og herdningsforløp. Ved bestemmelse av herdningsforløpet ble Proctorhål brukt og un-dersøkelsen ble utført i alt vesentlig i overens-stemmelse med bestemmelsene i ASTM C-403. Herdningsforløpet ble dog bare fulgt til det ble oppnådd en inntrengningsmotstand på ca. 25 kp/cm<2>. Ved hjelp av volumvekten og oppveide materialmengder, ble vanninnholdet bg sement-innholdet beregnet. Konsistensen ble bestemt ifølge Mons metode (Kungl. Byggnadsstyrelsens publikasjon 1960 : 4, s. 9—10) ifølge hvilken en åpen sylinder, som nedentil er forbundet med en halvsylinder, fylles med den angjeldende mørtel og gjentatte ganger støtes med konstant kraft mot et fast underlag. Forsøksresultatene er angitt i<1>tabell 1.

Av tabell 1 fremgår det at bindetiden for betongmassen økte kraftig ved tilsetning av et tilsetningsmiddel ifølge oppfinnelsen. Med en tilsetning på 2.5 g tilsetningsmiddel per kg sement, ble det oppnådd en 6-holdlg økning av bindetiden sammenlignet med en betongmasse uten tilsetningsmiddel. Trykkstyrken kunne samtidig økes med 24 pst. Luftmengden holdt seg nesten konstant mellom 2.5 og 2.9 pst. i de betongmassene som var forsynt med tilsetningsmiddel iføl-ge oppfinnelsen, hvilket viser at tilsetningsmidlet ifølge oppfinnelsen ikke har skadelig innvirk-ning på luftinnholdet.

For de følgende eksempler 2—8 ble det laget tre forskjellige tilsetningsmidler med følgende sammensetninger.

Tilsetningsmiddel 1: 35 vektprosent metylcellulose (viskositet 400 cP i 2-prosentig vann-oppløsning ved 20 °C). 65 vektprosent natriumglukonat.

Tilsetningsmiddel 2: 25 vektprosent etyl-hydroksyetylcellulose (viskositet 2 500 cP i 2-prosentig vannoppløsning ved 20°C). 75 vektprosent natriumglukonat.

Tilsetningsmiddel 3: 15 vektprosent hydroksyetylcellulose (viskositet 31 000 cP i 2-prosentig vannoppløsning ved 20°C).

85 vektprosent natriumglukonat.

Disse tilsetningsmidler ble tilført sement- og kalkmørtel med de sammensetninger som fremgår av eksemplene 2—8. For oppnåelse av konstant konsistens ble vannmengden minsket når mengden av tilsetningsmiddel ble øket i mørte-len. Tilførte mengder av tilsetnatgsmiddel og vann fremgår fra den tabell som følger umiddel-bart etter hvert eksempel. Vannmengden angis i forhold til bindemiddelmengden som vannse-menttall, vannkalktall og vannbindemiddeltall. Fra tabellene fremgår det også forsøksdata for de forskjellige sement- og kalkmørtler. I samtlige eksempler 2—8 ble bindetiden bestemt i Vi-catapparat ifølge ASTM C 191. Hele forsøket ble utført ifølge mursementnormene i overensstem-melse med Kungliga Byggnadsstyrelsens publikasjon 1960: 4.

Eksempel 2.

Sementmørtel med følgende sammensetning:

1 vektdel Portlandsement.

3 vektdeler sand med partikkelstørrelse 0—4 mm.

Eksempel 3.

Kalkmørtel med følgende sammensetning: 1 volumdel hydraulisk kalk.

4 volumdeler sand med partikkelstørrelse 0—4 mm.

Eksempel 4.

Kalk-sementmørtel med følgende sammensetning :

2 volumdeler hydraulisk kalk

1 volumdel Portlandsement

12 volumdeler sand med partikkelstørrelse 0—4 mm.

I

Eksempel 5.

Kalk-sementmørtel med følgende sammensetning:

3 volumdeler hydraulisk kalk

1 volumdel Portlandsement

16 volumdeler sand med partikkelstørrelse 0—4 mm.

Eksempel 6

Kalk-sementmørtel med følgende sammensetning:

1 volumdel luftkalk

4 volumdeler Portlandsement

20 volumdeler sand med partikkelstørrelse 0—4 mm.

Eksempel 7.

Kalksementmørtel med følgende sammensetning:

2 volumdeler luftkalk

1 volumdel Portlandsement

12 volumdeler sand med partikkelstørrelse 0—4 mm.

Eksempel 8.

Kalk-sementmørtel med følgende sammensetning:

1 volumdel luftkalk

1 volumdel Portlandsement

8 volumdeler sand med partikkelstørrelse 0—4 mm.

Som det fremgår av eksemplene ble det med tilsetningsmiddel ifølge oppfinnelsen oppnådd ønsket forlengelse av bindetiden i varierende tidsrom uten forekomsten av noen samtidig ikke ønskede akselerasjonstendenser, til tross for ganske store tilsetningsmengder i en del tilfeller. I samtlige eksempler ble det tilveiebragt mørtel med god konsistens uten tendens til separering mellom faste partikler og vann. Styrken kunne dessuten økes og luftinnholdet kunne hele tiden kontrolleres.

Eksempel 9—12.

For å illustrere den synergistiske effekt som oppnåes ved hjelp av tilsetningene ifølge oppfinnelsen ble de forsøk som er angitt i eksemplene 9—12 utført, av hvilke eksempel 9 viser effekten i en alminnelig sementmørtel, eksempel 10 effekten i kalk/sementmørtel hovedsakelig for innendørs bruk, eksempel 11 effekten i kalk/ sementmørtel hovedsakelig for utendørs bruk og eksempel 12 viser effekten i et hurtigbindende aluminatsementmørtel.

Eksempel 9.

Sammensetning:

Portlandsement (Hellekis) 1 vektdel Sand, partikkelstørrelse 0-4 mm 3 vektdeler

<*>Med kjennskap til at tilsetningsmidler kan ha forskjellige virkninger på forskjellige portlandsement-fabnikater, ble det utført et forsøk med en blanding bestående av like deler sement fra Limhamn, Storå Vika og Gullhøgen. Forsøket viser at en tilsetning av utelukkende natrium-glukomat ifølge oppfinnelsen foreskrevetmengde, overraskende nok kraftig akselererer bindingen av så vel portlandsementen fra Hellekis som port-landsementblandingen Istedenfor å retardere denne. Hvis Na-glukonat istedenfor å tilsettes i form av en oppløsning, tilsettes i pulverform oppnåes det med Hellekissementen til og med en så kort bindetid som 10 minutter ved tilsetning av 1.5 g/kg sement av natriumglukonatet. Forsøket viser videre at tilsetning av cellulosederivat bare i ifølge oppfinnelsen foreskreven mengde, ikke retarderer bindingen nevneverdig.

Tilsetning av natriumglukonat i kombinasjon med ikke-ioneaktivt cellulosederivat gir derimot en synergistisk virkning med hensyn til retar-dasjon av bindingen. Av tallene for trykkstyrke fremgår det at tilsetning av bare ikke-ioneaktivt cellulosederivat i den angitte sammensetningen, reduserer trykkstyrken med ca. 33 pst, men der-mot tilsetning av cellulosederivat i kombinasjon med natriumglukonat gir en trykkstyrkeøkning på ca. 33 pst.

Eksempel 10.

Sammensetning:

Portlandsement (Hellekis ) 1 volumdel Luftkalk 2 volumdeler Sand, partikkelstørrelse 0—4 mm 12 volumdeler

Forsøket viser at man med hensyn til kalk-holdige sementblandinger for innendørs bruk ved tilsetning av bare Na-glukonat, oppnår en viss forlengelse av bindetiden (2 timer). Tilsetning av bare ikke-ioneaktivt1 cellulosederivat gir til-svarende forlengelse av bindetiden, men kraftig redusert trykkstyrke.. Tilsetning av ikke-ioneaktivt cellulosederivat i kombinasjon med natriumglukonat gir derimot en synergistisk øket bindetid (økning med 5 timer 20 min.) samtidig som trykkstyrken økes.

Eksempel 11.

Sammensetning:

Portlandsement (Hellekis) 1 volumdel Luftkalk 1 volumdel Sand, partikkelstørrelse 0—4 mm 8 volumdeler

Forsøket viser at man med hensyn til kalk- (økning med 4 t. 45 min.) samtidig som trykk-holdige sementblandinger for utendørs bruk ved styrken økes.

tilsetning av bare Na-glukonat oppnår en viss for-

lengelse av bindetiden (1 time 5 min.). Tilset- Eksempel 12.

niing av bare ikke-ioneaktivt cellulosederivat gir

lignende forlengelse av bindetiden, men kraftig Sammensetning:

redusert styrke. Tilsetning av ikke-ioneaktivt Aluminatsement 1 vektdel cellulosederivat i kombinasjon med natriumglu- Sand, partikkelstørrelse konat gir derimot en synergistisk øket bindetid 0—4 mm 3 vektdeler

Forsøket viser at bindetiden for hurtigbindende sement, slik som aluminatsement, ikke i

det hele tatt påvirkes av tilsetninger av Na-glukonat respektive ikke-ioneaktivt cellulosederivat

hver for seg. Tilsettes derimot natriumglukonat

i kombinasjon med ikke-ioneaktivt cellulosederivat ifølge oppfinnelsen, oppnåes overraskende en fordobling av bindetiden.

Claims (2)

1. Tilsetningsmiddel for mørtel og betong

inneholdende hydrauliske bindemidler, hvilket forlenger bindetiden og gir en mørtel eller en betongmasse med kontrollerbar luftmengde, god konsistens, ensartet tetthet, god separasjonssta-bilitet samtø ker styrken i det bundne materia- let, karakterisert ved at tilsetningsmid let består av en vannoppløselig ikke-ioneaktiv cellulose-eter i kombinasjon med et vannoppløse-lig salt av glukonsyre i mengdeforholdet 10—40 vektprosent cellulose-eter og 60—90 vektprosent vannoppløselig salt av glukonsyre, fortrinnsvis 15—35 vektprosent cellulose-eter og 65—85 vektprosent vannoppløselig salt av glukonsyre.

2. Tilsetningsmiddel for mørtel og betong ifølge krav 1, karakterisert ved at den vannoppløselige ikke-ioneaktive cellulose-eter utgjøres av etylhydroksyetylcellulose og at det vannoppløselige saltet av glukonsyre utgjøres åv natriumglukonat.