NO319257B1 - Luftporedannende middel for betong- og mortelblandinger samt anvendelse derav - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører luftporedannende midler for betong- og mørtelblandinger samt anvendelse av disse midlene.

Mange betongbyggverk og betongelementer er usatt for en stadig belastning ved miljøpåvirkninger. Følgelig utsettes eksempelvis trafikkflater av sementbetong om vinteren for en hyppig veksling mellom frost- og mildvær, eventuelt også en ytteligere innvirkning av kjemiske opptiningsmidler, som kan føre til en for tidlig ødeleggelse av betongen. Dette gjelder også for betongbyggverk eller deler av slike, som er utsatt for lignende betingelser, som f.eks. i spruteområdet av trafikkflater eller i vannbygging. Ved hyppig frost-opptiningsvekslinger kan betongen beskadiges eller ødelegges når porene fylles med vann i så stor grad at betongen oppviser en kritisk metningsgrad. Mekanismene som fremkaller en slik beskadigelse er bare delvis klarlagt. På grunn av innvirkningen av overflatekrefter i de fine kapillarporene av sementsteinen samt fryse-punktreduksjoen ved oppløste stoffer i porevannet, fryser vannet i sementsteinen fremdeles ikke ved 0°C. Derimot øker andelen av det frysbare vannet med ytterligere synkende temperatur. Hydrostatiske trykk i fremdeles ikke frosset vann, utløst ved volumforstørrelsen av det frossede vannet, osmotiske trykk samt en omfordeling av vannet i poresystemet av sementsteinen kan da føre til så høye indre spenninger at betongen ødelegges. Man kan imidlertid fremstille betongbyggverk og -bygningsdeler som oppviser en høy frostmotstand når det ved kunstig innførte, finfordelte luftporer tilveiebringes et tilstrekkelig ekspansjonsrom. Slike finfordelte luftporer kan innføres kunstig, når man tilfører betong- og mørtelblandingene egnede stoffer som i den avbindende blandingen frembringer definerte ekspansjonsrom, som i sin tur reduserer, henholdsvis forhindrer, skadende spenninger ved frosset vann. Det er for dette formålet foreslått forskjelligartede stoffer, som f.eks.:

1. organiske grenseflateaktive stoffer,

2. stoffer som ved utløsning av kjemisk reaksjon i fremdeles ikke-størknet betong frembringer gassporer eller gassblærer, 3. skumaktige på forhånd formede og/eller granulerte faststoffer av kunststoffer eller av uorganiske materialer, henholdsvis blandinger av disse materialene.

Alle disse fremgangsmåtene har kjente ulemper og kan ikke anvendes for ethvert anvendelsesformål. Spesielt den under 1) omtalte fremgangsmåten er, på grunn av den enkle utførelsen og gode reproduserbarheten for doseringen av tensider, meget utbredt. Som eksempler på disse luftporedannende midlene kan nevnes alkali salter av harpikssyrer, sulfonerte harpikssyrer, alkylsulfonater, alkylarylsulfonater, salter av fettsyrer osv. Anvendelsen av grenseflateaktive stoffer strekker seg fra anionakive over ikke-ionogene til kationaktige stoffer, som eksempelvis beskrevet i EP 0054175, US 4019916, US 4249948, US 4453978 eller SU 629185.

Spesielt hyppig anvendes som luftporedannende middel de ovenfor nevnte harpikssyrene eller deres derivater. Følgelig er anvendelsen av en som "Vinsol" betegnet rotharpiks generelt å betrakte som teknikkens stand og "Vinsol Resin" er også i ASTM spesifikasjonen C-226-86 "Air Entraining Additions for use in the Manufacture of Air Entraining Portland Cement" akseptert som standard og nevnt ved navn.

Videre er det kjent en hel rekke av andre modifiserte harpikser, henholdsvis deres såper, som er virksomme som luftporedannende midler. Fra JP 5801057 er anvendelsen av en med et etylenoksyd-laurylamidaddukt modifisert harpiks kjent som luftporedannende middel.

I DD 291901 beskrives et luftporedannende middel basert på med paraformaldehyd metylolisert tallharpiks.

En annen fremgangsmåte ifølge SU 800157 omfatter at før forsåpningen av de anvendte harpikssyrene underkastes disse en termooksydasjon, resultatet av denne er at det dannes et dimert produkt.

I JP 57166352 er det beskrevet anvendelse av en med maleinsyreanhydrid forsterket, med polyetylenglykol forestret og deretter med KOH forsåpet kolofoniumharpiks som luftporedannende middel.

I JP 56 022 665 beskrives en blanding av et anionisk grenseflateaktivt middel og en glykoleter i et bestemt vektforhold, som luftporedanner for betong.

Andelen og kvaliteten (porediameter, avstandsfaktor) av de i betongen innførte luft-porene samt stabiliteten av luftporesystemet bestemmes ved kvaliteten av det valgte luftporedannende middelet og ved dets konsentrasjon. Følgelig er det åpenbart at et industrielt anvendbart luftporedannende middel i dets vandige oppløsninger må være lagringsstabilt. Det må over forbrukstidsrommet ved samme volumdosering ikke innføre forskjellige luftporemengder. Det luftporedannende middelet må fra oppløsningene ikke utfelles som faststoff, men må derimot i tilfelle utfelling danne en tilstrekkelig stabil kolloidal oppløsning, som ved mengdedosering f.eks. i blandevannet, sikrer en konstant virkestoffdosering og luftporeinnføring. Dette kvalitetskriteriet var ved de ovenfor nevnte harpiksene, henholdsvis modifiserte harpiksene, fremfor alt ved anvendelse av hardt, henholdsvis meget hardt, vann, ikke alltid sikret.

Til grunn for oppfinnelsen ligger den oppgave å utvikle et også i hardt vann stabilt luftporedannende middel med høy virksomhet.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer et luftporedannende middel for betong- og mørtelblandinger på basis av kolofoniumharpikser, kjennetegnet ved at det er et salt av en kolofoniumharpiks med en aminoalkohol og alkali og foreligger i form av et faststoff, en vandig oppløsning, en kolloidal vandig oppløsning eller en vandig dispersjon.

Som saltdannende aminoalkohol foreligger i det luftporedannende middelet ifølge oppfinnelsen fortrinnsvis etanolamin, dietanolamin, trietanolamin, dimetyletanolamin, metyldietanolamin, tri-n-propanolamin, triisopropanolamin, isobutyldietanolamin, n-butyldietanolamin, henholdsvis deres blandinger, som alkali foretrekkes NaOH, KOH eller natriumkarbonat.

Som kolofoniumharpiks anvendes fortrinnsvis modifisert og/eller ikke-modifisert balsamharpiks, tallharpiks eller rotharpiks og/eller deres blandinger. Modifiserte harpikser kan være forsterkede og/eller disproporsjonerte. Under forsterkning forstås den på vanlig måte gjennomførte Diels-Alder-adduktdannelsesreaksjonen av kolofoniumharpikser med a, fi-umettede karbonylforbindelser, som fumarsyre, maleinsyre, maleinsyreanhydrid, itakonsyre, itakonsyreanhydrid, akrylsyre, metakrylsyre osv., under for denne reaksjonen vanlige betingelsene. Ved disproporsjoneringen dreier det seg om stabilisering av harpiksen ved omdanning av abietin-, neoabietin- og palustrinsyre til dehydro-, dihydro- og tetrahydroabietinsyre ved innvirkning av høyere temperatur og/eller egnede katalysatorer, som Pd/C, Ni/C, Pt/C, jod, organiske jodderivater, organiske svovelderivater osv. (kfr. også D.F. Zinkel og J. Russel; Naval Stores - Production, Chemistry, Utilization; Pulp Chemical Association; 1989, s. 262-298).

Den ovenfor omtalte fremgangsmåten for modifisering av kolofoniumharpikser er generelt kjent og er å betegne som teknikkens stand for modifiseringen av kolofoniumharpikser for en hel rekke anvendelser, som f.eks. som papirlimingsmiddel, klebestoffer, lakkråstoffer osv.

Det er overraskende funnet at det kolloidale, dispergerte eller fullstendig oppløste kolo-foniumharpiksderivat-luftporedannende middelet ifølge oppfinnelsen, sammenlignet med standard-luftporedanningsmiddelet "Vinsol", ikke bare gir vesentlig mer stabile oppløsninger eller dispersjoner, men derimot også, innbefattende de faste kolofonium-harpiksderivatene ifølge oppfinnelsen, også er vesentlig mer virksom som luftporedannende middel.

Det vesentlige trekket ved foreliggende oppfinnelse er at den modifiserte eller ikke-modifiserte kolofoniumharpiksen foreligger som salt med en eller flere aminoalkoholer og eventuelt alkali, som NaOH eller KOH, hvorved aminoalkoholtilsatsen gjennomføres slik at det ikke kan komme til ester- og/eller amiddannelse mellom kolofoniumharpiksen eller den modifiserte kolofoniumharpiksen og aminoalkoholen, henholdsvis aminoalkoholblandingen. Mengden av den nødvendige aminoalkoholen, henholdsvis aminoalkoholblandingen, i de luftporedannende midlene ifølge oppfinnelsen ligger hensiktsmessig mellom 0,5 vekt-% og 50 vekt-%, spesielt ved 3 vekt-% til 30 vekt-%.

Forsterkningen av kolofoniumharpiksen, henholdsvis den disproporsjonerte kolofoniumharpiksen henholdsvis dens blandinger med cc,B-umettede karbonylforbindelser, kan gjennomføres på vanlig måte ved reaksjonstemperaturer fra 160 til 300°C, spesielt ved 200 til 250°C, i løpet av 1 til 5 timer, hvorved den nødvendige mengden av den a,l3-umettede karbonylforbindelsen ligger ved 1 vekt-% og 30 vekt-%, spesielt mellom 5 vekt-% og 25 vekt-%.

Disproporsjoneringen av kollofoniumharpiks, modifisert kollofoniumharpiks, henholdsvis ders blandinger, kan f.eks. gjennomføres med 5 % Pd på aktivkull ved temperaturer fra 180 til 280°C under N2 i løpet av 1 til 24 timer, spesielt 2 til 10 timer.

Det luftporedannende middelet ifølge oppfinnelsen kan tilsettes direkte til sementen som faststoff eller tilsettes som dispersjon, kolloidal oppløsning eller fullstendig forsåpet oppløsning via tilsatsvannet til sementmassen, hvorved denne doseringsmåten er foretrukket på grunn av sin enkelthet, høye nøyaktighet og gode reproduserbarhet. Hensiktsmessig foregår tilsatsen av det luftporedannende middelet ifølge oppfinnelsen i en mengde på 0,001 til 0,1 %, beregnet på basis av sement.

Foreliggende oppfinnelse omfatter videre anvendelse av den ovenfor omtalte luftporedanneren for dannelse av luftporesystemer i betong- og mørtelblandinger.

I det følgende belyses oppfinnelsen nærmere ved hjelp av eksempler. Egenskapene for det luftporedannende middelet ifølge oppfinnelsen sammenlignes med det til teknikkens stand hørende luftporedannende middelet "Vinsol".

Eksempel 1:

4 g balsamharpiks smeltes under N2, 0,8 kg fumarsyre tildoseres, reaksjonstemperaturen forhøyes til 250°C og holdes i 5 timer og endelig avkjøles til 150°C. Den derved oppnådde forsterkede balsamharpiksen har et syretall på 270 mg KOH/g og et mykningspunkt på 130°C. Etter rask tilsats av 1,5 kg trietanolamin innstilles saltet med 20 % NaOH-oppløsning på pH 10,5 og innstilles deretter med ledningsvann på et tørrstoffinn-hold på 30 %. Denne klare, stabile stamoppløsningen blir deretter fortynnet med 25°dH hardt vann til 4 % tørrstofifnnhold.

Eksempel 2:

1 kg av den ifølge eksempel 1 med fumarsyre forsterkede harpiksen findeles til kom-størrelse <50 um (bedømmelse med mikroskop). Det derved oppnådde harpikspulveret oppslemmes under kraftig omrøring i 1 liter ledningsvann, blandes med 0,3 kg trietanolamin, innstilles med 20 % NaOH på pH 10,5 og deretter med ledningsvann på et tørr-stoffinnhold på 30 %. Denne klare, stabile stamoppløsningen blir deretter fortynnet med 25°dH hardt vann til 4 % tørrstofifnnhold.

Eksempel 3:

0,9 kg av den ifølge eksempel 1 med fumarsyre forsterkede harpiksen findeles med en blanding av 1,2 kg natriumkarbonat og 0,06 kg trietanolamin til komstørrelse <50 um. Det derved oppnådde harpikspulveret oppløses med ledningsvann og innstilles på et tørrstoffinnhold på 30 %. Denne klare, stabile stamoppløsningen blir deretter fortynnet med 25°dH hardt vann til 4 % tørrstofifnnhold.

Eksempel 4:

5 kg tallharpiks disproporsjoneres med 0,01 kg av en 5 % Pd/C-katalysator "K-0227" (firma Hereaus) i 10 timer ved 230°C under N2 til et abietinsyreinnhold på mindre enn 15 %, katalysatoren frafiltreres og harpiksen forsterkes med 0,1 kg maleinsyreanhydrid i 3 timer ved 250°C og avkjøles deretter til 150°C. Den dermed oppnådde harpiksen har et syretall på 195 mg KOH/g og et mykningspunkt på 90°C. Etter rask tilsats av 1,2 kg dietanolamin innstilles saltet med 20 % KOH-oppløsning på pH 11 og deretter med ledningsvann på et tørrstoffinnhold på 30 %. Denne klare, stabile stamoppløsningen blir deretter fortynnet med 25°dH hardt vann til 4 % tørrstofifnnhold.

Eksempel 5:

De ifølge eksemplene 1 til 4 fremstilte 30 % og 4 % oppløsningene, henholdsvis disper-sjonene, ble testet med henblikk på deres langtidsstabilitet som oppløsning henholdsvis dispersjon og med henblikk på deres egenskaper som betong-lufrporedannende middel. Resultatene ble sammenlignet med de for "Vinsor-harpiksen (firma Hercules Corp.), hvorved den 30 %, henholdsvis 4 %, "Vinsol"-oppløsningen ble bearbeidet ifølge de i eksemplene 1 til 4 angitte fremgangsmåtene. Utprøvingen for bedømmelse av om de ifølge eksemplene 1 til 4 fremstilte stoffene og "Vinsor-harpiksen er egnet som utgangsstoff for dannelse av luftporesystemene ble gjennomført i henhold til de tekniske retningslinjene ifølge Osterreichischen Gesellschaft filr Verkehr und Strassenwesen RVS 8.10.71.

Resultatene av undersøkelsene er sammenfattet i tabell 1.

Claims (8)

1. Luftporedannende middel for betong- og mørtelblandinger på basis av kolofoniumharpikser, karakterisert ved at det er et salt av en kolofoniumharpiks med en aminoalkohol og alkali og foreligger i form av et faststoff, en vandig oppløsning, en kolloidal vandig oppløsning eller en vandig dispersjon.

2. Luftporedannende middel ifølge krav 1, karakterisert v e d at det som aminoalkohol foreligger etanolamin, dietanolamin, trietanolamin, dimetyletanolamin, metyldietanolamin, tri-n-propanolamin, triisopropanolamin, isobutyldietanolamin, n-butyldietanolamin, henholdsvis deres blandinger.

3. Luftporedannende middel ifølge krav 1 eller 2, karakterisert v e d at det som alkali foreligger NaOH, KOH eller natriumkarbonat.

4. Luftporedannende middel ifølge et av kravene 1 til 3, karakterisert ved at det som kolofoniumharpiks foreligger modifisert og/eller ikke-modifisert balsamharpiks, tallharpiks eller rotharpiks og/eller deres blandinger.

5. Luftporedannende middel ifølge krav 4, karakterisert ved at modifiserte kolofoniumharpikser eller blandinger derav oppnådd ved forsterkning med a,J3-umettede karbonylforbindelser, ved disproporsjonering ved innvirkning av høy temperatur og/eller en egnet disproporsjoneringskatalysator, eller ved kombinasjon av disse to forholdsreglene, er tilstede.

6. Luftporedannende middel ifølge et av kravene 1 til 5, karakterisert ved at en vandig kolofoniumsalt dispersjon er stabilisert ved tilsats av anioniske, kationiske og/eller ikke-ionogene tensider.

7. Anvendelse av luftporedanneren ifølge et av kravene 1 til 6 for dannelse av luftporesystemer i betong- og mørtelblandinger.

8. Anvendelse ifølge krav 7, under den forutsetning at tilsatsen av det luftporedannende middelet foregår i en mengde i området på 0,001 - 0,1 %, på basis av sement.