SE452978B - Forfarande for framstellning av en cementbaserad komposition - Google Patents

Description

452 978 ¿ Man har vidare föreslagit att till en cementinnehållande komposition sätta olika typer av nonjoniska alkylenoxidadduk- ter. Se exempelvis den tyska utläggningsskriften 1 003 640 och den europeiska patentansökan 54 175. De nonjoniska alky- lenoxidaddukterna erhåller sin flytbarhetsförbättrande effekt genom så kallad sterisk stabilisering. Den positiva effekten på betongens utflytning är god men dessa tillsatser ger dess- utom upphov till alltför höga luftporhalter, varigenom den cementbaserade kompositionens hállfasthet allvarligt försäm- ras.

Det finns således behov av tillsatsmedel till en cement- innehållande komposition, som speciellt under första timmen efter tillblandningen av kompositionen ger både en stabil flytbarhetsförbättrande effekt och en lämplig lufthalt.

Det har nu visat sig möjligt att genom tillsats av en kvävehaltig alkylenoxidaddukt erhålla en cementinnehàllande komposition med en god utflytning under första timmen efter tillblandning och med en lufthalt som gör kompositionen frost- säker samtidigt som hàllfastheten bibehálles på en hög nivå.

Det har även visat sig att den goda utflytning som erhålles vid tillsats av denna alkylenoxidaddukt i förhållandevis ringa utsträckning varierar med temperaturen. Den kvävehaltiga ety- lenoxidaddukten har den allmänna formeln °(C2H4°)n1(C3H6°)n2H 3 R Rl Rz där R1 är gruppen CH2NR4Rš eller gruppen CH2N+R4R5R6 X-, där R4, R5 och R6 är en alkyl- eller hydroxialkylgrupp med 1 - 4 kolatomer och X är en anjon, R2 är en alkylgrupp med l - 15 kolatomer, R3 är väte eller en av grupperna R2 och R1, nl är ett tal från 10 - 200, företrädesvis 25 - 100, n2 är ett tal 0 - 100, företrädesvis 0 - 25, varvid totala antalet kolato- mer i bensenringens alkylsubstituenter är 6 - 30 och förhål- landet mellan nl och n2 är större än 2. Alkylenoxidaddukter med tertiär kväve är i allmänhet föredragna framför de kvar- tära. R4, R5 och R6 är företrädesvis metylgrupper. Tillsats- mängden är vanligtvis 0,01 - 2, företrädesvis 0,05 - l % räk- u, 3 452 978 nat på cementvikten och sättes lämpligen till den cementinne- hållande kompositionens blandningsvatten.

Med "cement" förstås ett bindemedel som härdar i närvaro av vatten och som användes för byggnadsändamàl. Exempel på olika cementtyper som omfattas av uppfinningen är portland- cement och olika blandcement med portlandcement som väsentlig beståndsdel samt aluminat- och magnesiacement.

Den kvävehaltiga alkylenoxidaddukten kan framställas genom en Mannich-reaktion mellan en fenolförening, formalde- hyd och en aminförening samt en efterföljande anlagring av etylenoxid eller en kombination av etylenoxid och propylen- oxid. Fenolföreningen, formaldehyd och den kväveinnehàllande föreningen omsättes vid en temperatur av under 100°C, varvid en aminometylfenolförening bildas. Molförhàllandet mellan reaktanterna är ungefär l mol fenolförening, 1 - 2 mol fomal- dehyd och 1 - 2,5 mol av aminföreningen. I stället för formal- dehyd kan paraformaldehyd användas, eftersom denna i reak- tionsblandningen lätt sönderdelas och bildar formaldehyd.

Användningen av paraformaldehyd medför även den fördelen att reaktionsblandningens vattenhalt begränsas. Från reaktions- blandningen innehållande Mannich-föreningen eller den kvar- tärnerade Mannich-föreningen kan, om så önskas, bildat vatten avdestilleras innan aminometylfenolföreningen underkastas en alkoxilering med ett lämpligt antal mol etylenoxid och/eller propylenoxid eller blandningar därav vid en temperatur av 50 - 200°C och ett tryck av l - 10 atmosfärer. Alkoxileringen kan, om så önskas, utföras i tvà eller flera steg med mellan- liggande avdestillering av i reaktionsblandningen närvarande vatten. I det fall en kvartär ammoniumförening önskas kan den erhållna alkylenoxidaddukter omsättas med lämpligt kvartär- neringsmedel i lätt underskott vid en temperatur överstigande alkylenoxidadduktens smältpunkt.

De fenolföreningar, som används som utgångspunkt vid gframställning av föreningarna enligt uppfinningen, har den allmänna formeln OH 452 978 4 där R2 betecknar väte eller en alkylgrupp med 1 - 15 kolatomer, var- vid det totala antalet kolatomer i alkylsubstituenterna är 6 betecknar en alkylgrupp med 1 - 15 kolatomer och R3 - 30. Såsom exempel på lämpliga fenoler kan nämnas nonylfenol, oktylfenol, dinonylfenol och dioktylfenol.

Som kväveinnehàllande reaktant kan användas dialkylami- ner med 1 - 4 kolatomer i varje alkylsubstituent. Exempel på lämpliga aminer enligt uppfinningen är dimetylamin, metyl- etylamin, metylpropylamin, metylbutylamin, dietylamin, dipro- pylamin och etylpropylamin.

Som kvartärneríngsmedel kan alkylklorid eller dialkyl- sulfat utnyttjas. Exempel på sådana föreningar är metylklo- rid, etylklorid, propylklorider, butylklorider, dimetylsulfat och dietylsulfat. I det fall kloridföreningar användes erhål- les som anjon en kloridjon. Om så önskas kan denna kloridjon eller varje annan anjon utbytas mot den föredragna anjonen, exempelvis genom addition av ett salt av föredragen anjon med högre löslighetskonstant än motsvarande kloridsalt eller genom jonbyte i en anjonbytare. Exempel på tänkbara joner är nitrat-, karbonat-, hydroxyl-, fosfit-, jodid-, bromid-, me- tylsulfat-, sulfat-, acetat-, format-, citrat- och tartrat- joner. Monovalenta joner är i allmänhet föredragna.

Följande exempel avser att ytterligare åskådliggöra upp- finningen.

Exempel 1 En betongblandning med ett vatten-cementtal av 0,80 be- reddes utgående från 12,08 kg Standard Portlandcement, 46,80 kg grus med kornstorleken 0 - 8 mm och 27,40 kg ballast med en kornstorlek av 8 - 16 mm. Till beredningsvattnet sattes 0,3 % räknat pà cementvikten av ett additiv enligt Tabell 1. 5 452 978 Tabell 1 Försök Förening A O(C2H40)80H C H CH N/CH3 9 19 2 \\ C9H19 CH: B O(C2H4O) BOH .CH +/ 3 _ C9H19 CH2N<:CH3 Cl C9H19 CH3 C O(C2H4O)75 (C3H6O)5H //CH3 (alkylenoxiden CQHI9 CH2-N\\ random anlagras) C9H19 CH: D Melaminsulfonsyra - formaldehydkondensat E O(C2H4O)80H CQHIQ-í Csilla" utan tillsats I försök A - C användes tillsatser enligt uppfinningen medan försök D - F är jämförelseförsök. 452 978 ° De olika betongbruken testades därefter med avseende på utflytning i enlighet med SS 13 71 17, lufthalt enligt SS 13 71 11 och tryckhållfasthet enligt SS 13 72 10. Följande resultat erhölls: Tabell 2 Försök A B C D E F Utflytning cm 0 min 52 51 51 46 51 42 20 min 51 50 50 43 50 38 40 min 50 47 49 41 48 37 60 min 48 43 47 37 48 35 Lufthalt % 5,6 5,1 5,3 0,65 8,5 1,6 Hàllfasthet MPa 1 dygn 7,0 7,1 7,1 9,1 4,7 10,3 28 dygn 24,6 24,1 24,8 36,5 16,3 34,2 Av resultaten framgår att betong med en tillsats enligt uppfinningen dels ger en utmärkt utflytning under den första timman dels ger en luftporhalt i storleken ca 5 - 6 %, vilket erfordras för att betongen skall kunna betraktas som frost- säkert.

Exemgel 2 I detta exempel undersöktes hur flytförmàgan mätt enligt ASTM C230 hos ett bruk med ett vatten~cementtal av 0,75 och framställt från 0,16 kg Standard Portlandcement, 0,28 kg sand med kornstorleken 0 - 0,5 mm, 0,28 kg sand med kornstorleken 0,5 - 1,25 mm och 0,28 kg sand med kornstorleken 1,0 - 2,0 mm varierar med temperaturen. Som utflytningsförbättrande ämnen tillsattes föreningarna i försök A och B i Exempel 1 samt en blandning av melaminsulfonsyra/formaldehydkondensat och luft- bildare. I samtliga fall var tillsatsmängderna 0,3% räknat på cementvikten. Följande resultat erhölls: 1 452 978 Tabell 3 Melaminsulfon- syra formalde- A B hydkond. + luftporbildare *ramp °c 9 22 29 9 22 29 9 22 29 Utflytning mm 5 slag 0 min 187 185 185 205 200 200 195 192 185 30 min 170 * 165 180 * * 175 175 170 60 min 155 165 130 180 175 170 175 175 150 * mätningar inte utförda Det framgår av resultaten att utflytningen hos betong, som innehåller tillsatserna enligt uppfinningen, varierar mindre med temperaturen och tiden än betong, som innehåller melaminformaldehydkondensat och luftporbildare.

Exemgel 3 Ett bruk med ett vatten-cementtal av 0,92 och framställt frán 0,13 kg Standard Portlandcement, 0,87 kg sand med korn- storleken 0 - 8 mm. Med blandningsvattnet sattes 0,3 % räknat på cementvikten av föreningarna G och H.

Additiv G: O(C2H4O)B0H / 3 9 19 cflzNx CH3 CH 2 cnní m 3 CH3 4 5 2 9 7 8 Additiv H oæznlio) Isa / C113 C9H19 H2N\ C9Hl9 CH3 Betongen testades därefter med avseende pà utflytning enligt ASTM C230, varvid följande resultat erhölls: Tabell 4 Tillsatsmedel G H Utflytning, mm 0 h 10 slag 186 165 20 slag 215 198 1 h 10 slag 162 147 20 slag 192 181 Lufthalt, % 0 h 6.0 1.2 Av resultaten framgår att additiven G och H ger betong med god utflytning.

Exemgel 4 Ett bruk med ett vatten cementtal av 0.75 framställdes från 0.16 kg M-cement, 0.28 kg sand med kornstorleken O - 0.5 mm, 0.28 kg sand med kornstorleken 0.5 - 1.25 mm och 0.28 kg sand med kornstorlekten 1.0 - 2.0 mm. Som utflytningsförbättrande ämne tillsattes föreningarna I eller J eller föreningen A från exempel 1: I. O(C2H4O)8oH CH 3 CH cH NJ 4 9 2 \\\\ CH3 4 9 m ° 452 978 J. o(c2H4o)80H cn /,f 3 \\ CH C12H25 CH2N 3 C12H2s I samtliga fall var tillsatsmängderna 0.3 viktprocent räknat på cementvikten. Brukets flytförmåga testades därefter enligt srm c 230 vid 22°c. Följande resultat erhölls; TILLSATT FÖRENING I J A Utflytning mm 0 h 5 slag 184 180 181 15 slag 225 221 221 1 h 5 slag 168 165 166 15 slag 210 205 204 Av resultaten framgår att utflytningen hos bruk som innehål- ler föreningarna är lika god som hos bruk innehållande före- ningen A. Genom de kompletterande försöken torde nu defini- tionen av R2 ha ett tillfredsställande tekniskt stöd.

Claims (3)

1. 452 978 '° Patentkrav l. Förfarande för framställning av en cementbaserad kompo- sition till vilken sättes en alkylfenolalkylenoxidaddukt i avsikt att förbättra den cementinnehàllande kompositionens egenskaper k ä n n e t e c k n a d därav att alkylfenol- alkylenoxidaddukten har den allmänna formeln °(°2H4°)n1(C3H6°7n2H R Rl där R1 är gruppen cH2NR4R5 eller gruppen cH2N+R4R5R6 x", där R4, Rs och R6 är en alkyl- eller hydroxialkylgrupp med 1 - 4 kolatomer och X är en anjon, R2 är en alkylgrupp med 1 - 15 kolatomer, R3 är väte eller en av grupperna R2 och Rl, nl är ett tal frán 10 - 200, företrädesvis 25 - 100, n2 är ett tal 0 - 100, företrädesvis 0 - 25, varvid totala antalet kol- atomer i bensenringens alkylsubstituenter är 6 - 30 och för- hållandet mellan nl och nz är större än 2, och att den till- sättes i en mängd av 0.01 ~ 2.0 procent räknat pá cement- vikten.

2. Förfarande enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t där- av, att den alkylfenolalkylenoxidaddukt som tillsättes inne- håller ett tertiärt kväve.

3. Förfarande enligt krav 1-2, k ä n n e t e c k n a t därav, att alkylfenolalkylenoxidaddukten tillsättes i en mängd av 0,05 - 1,0 % räknat på cementvikten.