Bezeichnung: Dispersion für den Einsatz in einer Betonmischung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dispersion für den Einsatz in einer Betonmischung, weiterhin eine Betonmischung, ein Verfahren zu ihrer Herstellung und eine Verwendung.
Im Zuge der zunehmenden Industrialisierung in vielen Ländern der Welt und einem sich ständig steigenden Mobilitätsbedürfnis der Menschen kommt im Straßen- und Wegebau eine immer größere Bedeutung zu.
Aus EP 0 868 407 Bl ist eine Dispersion für Betonmischung der in Rede stehenden Art bekannt. Wünschenswert ist es, diese Betonmischung weiterzubilden, zu verbessern und ihren Einsatzbereich auszuweiten.
Aus AU-A-35121/93 ist ein Stoffgemisch bekannt, das einer Betonmischung zugesetzt wird, um deren Flexibilität zu erhöhen und deren Schwinden während des Aushärtens zu reduzieren. Das Stoffgemisch besteht hauptsächlich aus zwei Komponenten, wovon die eine Komponente vorwiegend aus Chloridsalzen besteht und die andere Komponente ein Alkalisilikat (Wasserglas), vorzugsweise Natriumsilikat, ist. Die beiden Komponenten werden vorgemischt und dann der Betonmischung aus Zement, Wasser und Sand zugemischt, um sie dann zum Beispiel zum Straßenbau zu verwenden.
Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass die beiden Komponenten des Stoffgemisches schon während des Vormischens miteinander reagieren und das Silikat bereits erhärtet, bevor es mit der Betonmischung in Kontakt kommt, so dass die eigentliche Wirkung dieses Stoffgemisches in dem Betongemisch begrenzt ist. Darüber hinaus ergeben sich noch einige Probleme dadurch, dass Wasserglas als gefährliche Substanz eingestuft wird und deshalb nur unter Verwendung von Handschuhen, einer Schutzbrille und einer Schürze verarbeitet werden darf und entsprechende Sicherheitsvorkehrungen bei dessen Transport getroffen werden müssen.
Weiterhin ist aus der EP-A-460 744 eine Mörtelzusammensetzung bekannt, die mittels einer polymerischen Dispersion zubereitet wird. Die aus der
Mörtelzusammensetzung hergestellten Substrate weisen eine hohe Elastizität auf und widerstehen im praktischen Einsatz starken Vibrationen und Verbiegungen. Jedoch enthält die Mörtelzusammensetzung einen hohen Polymeranteil (bis zu 30 Gew.-%), so dass sie im Vergleich zu Bitumen nicht kostengünstig zuzubereiten ist. Weiterhin verbietet die hohe Flexibilität der aus dieser Mörtelzusammensetzung gefertigten Substrate ihre Verwendung im Straßenbau.
Schließlich ist auch aus der japanischen Patentanmeldung mit der Anmeldenummer 85-167828 eine polymerhaltige Zementmischung bekannt, die nach dem Aushärten verbesserte elastische Eigenschaften aufweist und zur Verwendung als hitzebeständiges elastisches Füllmaterial geeignet ist. Jedoch ist auch diese Zementmischung aufgrund ihres hohen Polymeranteils nicht zur Verwendung im Straßenbau geeignet.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine für die Umwelt unbedenkliche Betonmischung weiterzuentwickeln, welche ein reduziertes Schwinden beim Aushärten, eine erhöhte Flexibilität des Endprodukts nach dem Aushärten aufweist und die eine höhere Langzeitstabilität hat.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Dispersion nach Anspruch 1 sowie die Betonmischung nach Anspruch 7.
Die erfindungsgemäße Betonmischung wird vorzugsweise dadurch hergestellt, dass der Zement, der Füllstoff und ggf. das Wasser miteinander vermischt werden und danach die wässrige Dispersion hinzugefügt wird. Jede andere Reihenfolge ist aber auch möglich.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Herstellung von Baumaterialien, vorzugsweise Platten oder Steine, aus der erfindungsgemäßen Betonmischung, die die Dispersion enthält.
Die erfindungsgemäße Betonmischung kann weiterhin zu jeder Art von Betonbau, vorzugsweise zum Straßen-, Wege- und Befestigungsbau eingesetzt werden. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist daher diese Verwendung und die
entsprechende Baumaßnahme, vorzugsweise im Bereich Straßen-, Wege- und Geländebefestigung.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Dispersion liegt darin, dass sie präzise an einem Ort hergestellt werden kann, bequem zu transportieren ist und am tatsächlichen Einsatzort sich bequem verarbeiten lässt und die Betonmischung hergestellt werden kann.
Bei der Betonmischung nach der genannten EP 868 407 Bl ist es wiederholt dazu gekommen, dass das eingesetzte Reinacrylat aufgrund des hohen ph-Wertes der Zementmatrix angegriffen wurde. Diese Probleme sind bei der neuen Dispersion nun nicht mehr gegeben. Weiterhin zeigt sich eine Betonmischung unter Verwendung der Dispersion als deutlich flexibler als die vorbekannte Betonmischung.
Die erfindungsgemäße Betonmischung härtet schnell aus. Die wässrige Dispersion ist unbedenklich für die Umwelt. Sie ist nicht als gefährlicher Stoff klassifiziert, so dass sie ohne Schutzmaßnahme verarbeitet werden kann. Die Dispersion lässt sich recht gut über lange Zeit lagern.
Mit der wässrigen Dispersion ist es möglich, eine erfindungsgemäße Betonmischung mit Füllstoffen herzustellen, die bisher als Zementgifte galten.
Als Füllstoff in der Betonmischung können die üblichen Sande, darüber hinaus aber auch jede Art von Boden, kontaminiert oder unkontaminiert, und/oder Materialien wie Bauxit, Latent, Vulkanasche, Bims und Asche aus Verbrennungsanlagen eingesetzt werden.
Wenn der Wasseranteil des Füllstoffs ausreicht, um den Wasserbedarf der erfindungsgemäßen Betonmischung zu decken, muss der erfindungsgemäßen Betonmischung kein Wasser zugesetzt werden.
Mit der erfindungsgemäßen Betonmischung können Baumaterialien und Betonbauteilen jeglicher Art, vorzugsweise Strassen- und Wegebeläge hergestellt werden, indem der Aushub der Baustelle und/oder sand- oder bodenartige
Materialien, die im Baustellenbereich verfügbar sind, an Stelle der üblichen Füllstoffe als Füllstoff in der Betonmischung verwendet werden.
Als Wasser kann normales Wasser, insbesondere Trinkwasser, verwendet werden. Als Cellulose eignet sich insbesondere Methylcellulose. Vorzugsweise wird Dow Methocell J 75 MS, Hersteller Dow Europe S.A., CH-8810 Horgen, Schweiz, vorgeschlagen. Das Natriumhydroxid liegt vorzugsweise in Form weißlicher Pellets vor. Es handelt sich um ein Standardindustrieprodukt.
Das Calciumchlorid liegt vorzugsweise in Form eines weißen Pulvers vor, auch hier handelt es sich um ein Standardindustrieprodukt.
Das Styrol-Butadien hat vorzugsweise einen Feststoffanteil von 30 - 80 Gew.-%, insbesondere 40-60%, vorzugsweise 50%, Rest Wasser. Der Feststoffanteil wird durch Gummi gebildet. Vorzugsweise verwendet wird Dow Latex DL 455. Es handelt sich um eine weiße Flüssigkeit, die nach Gummi riecht. Lieferant ist die bereits genannte Dow Europe S.A..
Bei der Herstellung der Dispersion benutzt man vorzugsweise einen Dissolver mit einer Umdrehungszahl von 1.000 bis 1.500 U/Min. Ein Dissolver hat den Vorteil, dass keine Luft eingemischt wird. Bei der Herstellung soll eine Schaumbildung unbedingt vermieden werden. Es dürfen auf keinen Fall Entschäumer eingesetzt werden.
Zunächst wird das Wasser vollständig in die Maschine eingefüllt, die Maschine wird gestartet oder läuft zuvor schon, sie läuft bis zum Ende der Produktion durch. Anschließend wird das Cellulosematerial langsam eingestreut, dabei ist eine Klumpenbildung zu vermeiden. Es wird abgewartet, bis komplett durchgemischt ist und alle Klümpchen aufgelöst sind. Schließlich wird das Natriumhydroxid, das in Form weißlicher Pellets vorliegt, langsam eingeschüttet, bis die Mischung aussteift. Es wird abgewartet, bis eine Konsistenz ähnlich einem Tapetenkleister erreicht wird. Es liegt dann eine leicht körnige Struktur, zähe Konsistenz und klare Farbe vor. Nun wird das Calciumchlorid, das als weißes Pulver vorliegt, langsam eingerührt, schließlich wird das Styrol-Butadien langsam eingerührt. Abschließend wird noch das Konservierungsmittel langsam
eingerührt, die Mischung wird dabei etwas dünnflüssiger. Die Mischung wird abschließend noch zwei bis drei Minuten weiter gerührt, die Maschine kann dann abgestellt werden, das Produkt kann abgefüllt werden.
Es ist auch möglich, die Dispersion in zwei Schritten herzustellen. Dabei wird zunächst eine Trockenmischung hergestellt. Sie lässt sich einfach transportieren, das Gewicht des Wassers entfällt. Diese Trockenmischung wird am Einsatzort mit Wasser vermischt, beispielsweise 1 zu 9, also ein Gewichtsteil Trockendispersion und 9 Gewichtsteilen Wasser. Die Trockenmischung kann auch dem Zement beigemischt werden.
Zur Herstellung der Trockenmischung werden die Bestandteile b. bis e. in den angegebenen Gewichtsanteilen in trockener Form zusammengemischt. Von diesen Bestandteilen ist das oben angegebene Styrol-Butadien wasserhaltig. Entweder wird trockenes Styrol-Butadien verwendet oder es wird das oben angegebene Styrol-Butadien vor Herstellung der Pulvermischung getrocknet, beispielsweise in einem Gefriertrockner getrocknet. Dadurch liegt es ebenfalls als Pulver vor. Die Pulvermischung wird nun in den angegebenen Gewichtsteilen zusammengebracht, die Mischung erfolgt in einem Zwangsmischer, beispielsweise wird ein Kneter eingesetzt. Wenn auch das Konservierungsmittel eingegeben werden soll, wird es als nichtwässriges Konservierungsmittel zugefügt, beispielsweise wird das o. g. Konservierungsmittel gefriergetrocknet. Es kann alternativ als Konservierungsmittel Kaliumsorbat eingesetzt werden.
Die aus der erfindungsgemäßen Staubmischung hergestellten Produkte zeigen keine Risse. Sie zeigen ebenfalls keine Ausblühungen.
Beispiel 1
Um zu überprüfen, inwieweit sich die mechanischen Eigenschaften, insbesondere die Elastizität und das Schwindverhalten eines Betons durch die erfindungsgemäße Dispersion verändert worden sind und inwieweit die Schwindung des Betongemisches reduziert werden konnte, wurde ein Versuch mit und ohne wässrige Dispersionszugabe durchgeführt.
Zunächst wurde eine Betonmischung hergestellt, die wie folgt zusammengesetzt war:
- 2.0 kg Zement,
- 100 I Sand und
- 5 Liter Wasser.
Danach wurde diese Betonmischung im Verhältnis 1 : 1 geteilt und in zwei getrennte Bottiche gefüllt.
Die eine Betonmischung wurde so belassen wie sie war, während die andere Betonmischung mit einem Liter einer erfindungsgemäßen Dispersion vermischt wurde, die folgendermaßen zusammengesetzt war: a. 90 Gew.-% Wasser, b. 1% Gew.-% Cellulose, c. 2 Gew.-% Natriumhydroxid, d. 1,2 Gew.-% Calciumchlorid und e. 7,4 Gew.-% Styrol-Butadien
Anschließend wurden die erfindungsgemäße Betonmischung und die konventionelle Betonmischung jeweils in Holzformen mit den Massen 50 x 20 x 1 cm (Länge; Breite; Tiefe) gegossen, worin die Betonmischung jeweils aushärtete. Es wurden jeweils 10 Platten hergestellt.
Eine visuelle Beurteilung der Betonplatten ergab, dass die erfindungsgemäßen Betonplatten weniger geschwunden waren als die konventionellen Betonplatten.
Danach wurden jeweils 10 Betonplatten in einer Prüfmaschine an der einen Breitseite fest eingespannt und an der anderen Breitseite, 45 cm von der Einspannstelle entfernt, mit einem hydraulischen Stempel so lange zunehmend belastet, bis sie brachen. Während dieses Versuches wurde jeweils die Verformung der Betonplatte optisch vermessen.
Es zeigte sich, dass die erfindungsgemäßen Betonplatten durchschnittlich eine 2,5-fach größere Verformbarkeit vor Bruch aufwiesen.
Beispiel 2
Wie bereits oben erwähnt, ist es mit der erfindungsgemäßen Dispersion möglich, Substanzen als Füllstoff in Betonmischungen einzusetzen, die bisher als Zementgifte galten.
Um dies zu illustrieren, wurden drei Betonmischungen hergestellt, die jeweils 20 kg Zement und 5 Liter Wasser enthielten. Als Füllstoff enthielt Mischung 1 100 Liter handelsüblichen Bausand, Mischung 2 100 Liter Mutterbodenaushub von einer Baustelle und Mischung 3 100 Liter Asche aus einer Verbrennungsanlage.
Die Betonmischungen wurden jeweils in einer Betonmischmaschine innig vorgemischt und dann jeweils in einem Bottich mit einem Liter der Dispersion gemäß Beispiel 1 vermischt und in die in Beispiel 1 beschriebenen Formen zu Platten gegossen, in denen die Betonmischungen aushärteten.
Eine visuelle Beurteilung von jeweils 10 der Betonplatten ergab, dass die Schwindung der Betongemische während des Aushärtens in allen Fällen gering war.
Danach wurden die Platten unterschiedlichsten mechanischen Prüfverfahren wie zum Beispiel Druckfestigkeit, Verformbarkeit und Oberflächenhärte unterworfen, wobei es sich zeigte, dass die mechanischen Eigenschaften von allen Betonplatten vergleichbar gut waren.