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Die Erfindung betrifft einen Zusatz für Zement oder Mörtel, der aus einer Mischung von zumindest einem Bestandteil aus der Gruppe der wasserreduzierenden und hochgradig wasser- reduzierenden Mitteln für Zement und Beton und Mikrosiliziumdioxyd besteht, wobei dieser Bestand- teil im Siliziumdioxyd dispergiert ist.
Aus der DE-PS 2730943 ist eine trockene Zusatzmischung aus Siliziumdioxyd, Zement und wasserreduzierendem Mittel bekannt. Der Zementanteil liegt vorzugsweise bei 10 Gew.-%.
Es ist bekannt, einen ausschliesslich aus Mikrosiliziumoxyd und Wasser bestehenden
Schlamm als Zusatz zu verwenden, der zum Gelieren neigt und der daher unpumpbar und schlecht lagerfähig wird.
Aus der DE-OS 2510224 ist ein Betonzusatz, bestehend aus einer Suspension kleiner Sili- ziumdioxydteilchen in einer zweiphasigen Flüssigkeit bekannt. Die beiden Phasen sind eine lyotrophische Flüssigkristallphase und Wasser. Wie in dieser Druckschrift zugegeben, ist das
Mischungsverhältnis äusserst kritisch für den Erhalt der drei Phasen. Bei geringen Störungen verschwindet eine der flüssigen Phasen oder die Suspension wird instabil.
Aus den DE-OS 2822757,1671286 und 3030611 sowie den EP-A1-38126 und 10777 sind zement- artige Zusammensetzungen, die hydraulischen Zement, wasserreduzierende Mittel und Silizium- dioxyd enthalten, oder Zusätze zu andern Stoffen als Zement und Mörtel, bekannt.
Einer der grössten Fortschritte in der Betontechnologie der letzten Jahre war die Entdeckung der Luftbeimischung um den Beton frostresistenter zu gestalten, besonders in der Gegenwart von enteisenden Chemikalien. Die Verwendung von mit Luft angereichertem Beton ist für fast alle Anwendungen empfehlenswert. Tests haben gezeigt, dass Beton, der zwischen 5 und 7, 5 Vol.-% +/-1% Luft enthält bis zu 1900 Frier-Tau-Zyklen erträgt, während ein sonst völlig identischer, keine Luft enthaltender, Beton ein Maximum von 150 solcher Zyklen erträgt. Als Beispiel sei "Air-Entrained Concrete", Portland Cement Assosiatin, Document ISO 45. 02T, 1967 genannt.
Die Luftbeimischung bringt noch eine Reihe weiterer Vorteile wie : Verbesserte Bearbeitbarkeit, verbeserte Widerstandsfähigkeit gegen enteisende Chemikalien wie Calciumchlorid, erhöhte Schwefelresistenz und verbesserte Wasserdichtheit mit sich.
Ein weit verbreitetes Verfahren zur Herstellung von lufthaltigem Beton beinhaltet den Schritt der Zugabe von lufteinschleppendem Material während des Betonmischens. Die Erfahrung hat gezeigt, dass die Mischaktion der wichtigste Faktor in der Herstellung von lufthaltigem Beton ist und daher die gleichmässige Verteilung der eingebrachten Luft unabdingbar für die Produktion solchen Betons ist. Eine nicht gleichmässige Verteilung der Luft beinhaltet immer ein Risiko. Die Faktoren der verarbeiteten, d. h. zu mischenden Menge des Betons, der Zustand des Mischers und die Mischrate sind ebenfalls wichtig.
Durch Übermischen kann der Verlust eines Teiles der eingebrachten Luft erfolgen, doch sind die Techniken und die bevorzugten Prozeduren im Zusammenhang mit dem Einmischen der Luft derzeit weitgehend verstanden und ein näheres Eingehen ist für den Fachmann nicht erforderlich.
Eine Anzahl von lufteinbringenden Materialien, die aus einer Vielzahl von Bestandteilen bestehen, sind kommerziell verfügbar, beispielsweise thermoplastische Harze, die Phenolaldehyde und Äthergruppen und Salze oder Seifen davon enthalten.
Vinsolharze sind zweifellos die meist verwendeten lufteinbringenden Materialien in den Vereinigten Staaten. Vinsolharz ist ein thermoplastisches Harz, welches aus Kiefernharz gewonnen wird, und Phenolaldehyd und Äthergruppen enthält. Die Natriumseife des Vinsolharzes ist ein besonders effektives lufteinbringendes Material und man benötigt nur 0, 15 Gew.-% des Zements, um Luft in den Beton nach konventionellen Methoden einzubringen. DAREX AEA ist ein sulfoniertes Carbonsäurederivat von Fetten und Schmieren und wird von der Dewey and Almy Chemical Co. verkauft und ist ebenfalls ein weitverbreitetes lufteinbringendes Mittel.
Der luftversetzte Beton, der durch die Verwendung von lufteinbringenden Mitteln hergestellt wird, enthält eine grosse Anzahl von Luftblasen extrem kleiner Grösse, der durchschnittliche Blasendurchmesser reicht normalerweise von 0, 076 bis 0, 152 mm und es können bis zu 3, 9. 10 11 und 6, 5. 1011 Blasen pro m3 des luftangereicherten Betons mit einem Luftgehalt im Bereich von 4 bis 6 Vol.-% bei einer maximalen Korngrösse von 38, 1 mm auftreten. Die Blasen sind nicht
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in Verbindung untereinander und gleichmässig in der Zement/Wasserphase verteilt.
Der Abstand der Luftblasen ist ein wichtiger Faktor der Frier-Tau-Widerstandskraft des Betons und ein
Abstand der kleiner ist als 0, 20 mm, gemessen nach dem ASTM C457 STANDARD wird als wesentlich für die gewünschten Widerstandswerte angesehen.
Einer der wichtigsten Fortschritte in der Betontechnologie seit der luftversetzte Beton in den 30iger Jahren entdeckt wurde, ist die Verwendung der sogenannten wasserreduzierenden
Mittel.
Wasserreduzierende Mittel sind chemische Verbindungen, die, wenn sie dem Beton zugesetzt werden, den Beton für eine Zeitdauer verflüssigen, so dass (1) normale Verarbeitbarkeit bei
Beton mit niedrigem Wasser/Zement-Verhältnis erreicht werden kann oder (2) extrem gut verarbeit- barer "fliessender" Beton erhalten wird (der ohne ungewünschte Seiteneffekte, wie niedrige Ab- riebswerte, geringe Standfestigkeit, Entmischung, selbstnivellierend ist) oder (3) eine Kombina- tion von (1) und (2).
Wasserreduzierende Mittel sind bekannte Zusätze für Beton. Die im Handel erhältlichen
Materialien fallen in sechs verschiedene Klassen.
1. Carbonsäuren und deren Salze, mit Hydroxylgruppen versehen.
2. Modifikationen und Derivate von 1.
3. Anorganische Materialien wie Zinksalze, Borate, Phosphate und Chloride.
4. Hydrocarbonate, Polysaccharide und Zuckersäuren.
5. Amine, deren Derivate und Polymeren, wie Celluloseäther und Siliconharze.
6. Verschiedene Modifikationen der Ligninsulfonsäure.
Die Bezeichnung wasserreduzierendes Mittel und Wasserreduzierer, wie hier verwendet, bezeichnet eines oder mehrere der oben genannten Materialien allein oder kombiniert.
Die hochgradig wasserreduzierenden Mittel, wie sie derzeit gebraucht werden, inkludieren :
1. Lignosulfonsäuren und deren Salze und Modifikationen und Derivate.
2. Melaminderivate.
3. Naphthalinderivate.
Die Bezeichnung hochgradig wasserreduzierende Mittel und Hochgradigwasserreduzierer, wie sie hier verwendet werden, bezeichnen eines oder mehrere der oben erwähnten Mittel allein oder in Kombination.
Es gibt zumindest zwölf weitverbreitete hochgradig wasserreduzierende Mittel von denen acht zu den Gruppen (2) und (3) gehören. Die vorzugsweise verwendeten Materialien der Kategorie (2) sind ein konventionelles sulfoniertes Kondensat von Melamin und Formaldehyd, verkauft unter dem Namen Melment und das vorzugsweise verwendete Material der Kategorie (3) ist ein sulfoniertes Kondensat von Naphthalin und Formaldehyd.
Die hochgradigwasserreduzierenden Mittel haben einen wesentlich grösseren plastifizierenden Effekt auf die normalen Betonmischungen. Die besten Resultate in Verarbeitbarkeit, Formbarkeit und Härte werden durch Verwendung von hochgradigwasserreduzierenden Mittel gemeinsam mit der Erfindung erzielt.
Beton, der hochgradigwasserreduzierende Mittel enthält, wird besonders im Gebiet des Lieferbetons verwendet, wo extreme Anforderungen an die Flüssigkeitscharakteristik gestellt werden, überall wo es auf Pumpbarkeit ankommt und komplizierte Formen zu füllen sind. Vorteile bei der Verwendung der hochgradigwasserreduzierenden Mittel beim fertiggemischten Beton sind (a) erhöhte Härte in allen Altersstufen, (b) verbesserte Widerstandskraft gegen den Angriff von Sulfaten, (c) verbesserte Bindung an den Verstärkungsstahl, (d) verbesserte Verarbeitbarkeit und Formbarkeit und (e) herabgesetzte Neigung zum Wassereindringen.
Wenn ein hochgradigwasserreduzierendes Mittel dem gemischten Beton zugesetzt wird, dauert der Effekt der Plastifizierung für ungefähr 30 bis 60 min, abhängend von den Umgebungsbedingungen. Daher soll bei Verwendung im fertiggemischten Beton das Mittel am Ort der Verwendung zugegeben werden.
Beton der eines oder mehrere der hochgradigwasserreduzierenden Mittel enthält, wird in "Super Plasticized Concrete", ACI Journal, May 1977, pp. N6-Nll und den darin genannten Stellen, beschrieben.
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Die wasserreduzierenden Mittel und die gegebenenfalls beigegebenen Beschleuniger und/oder
Verzögerer sind bekannte und üblicherweise verwendete Materialien für hochfesten Beton, der eine Kompressionsfestigkeit von 413, 7 bis 827, 4 bar aufweist.
Obwohl Beton, der entweder luftversetzt oder mittels Wasserreduzierer plastifiziert ist, hervorragende Eignung für viele Anwendungsgebiete bewiesen hat, gab es Probleme überall dort, wo die Eigenschaften von beiden Sorten verlangt worden sind.
Es ist heute allgemein anerkannt, dass die Luftverteilung von ausgehärtetem luftversetztem
Beton, der ein hochgradigwasserreduzierendes Mittel und neutralisiertes Vinsolharz enthält, sehr schlecht ist ; d. h. der Luftverteilungsfaktor ist grösser als 0, 020 mm und es besteht die Gefahr des Luftverlustes aus dem frischen Beton. Wie bereits erwähnt, ist speziell der Abstands- faktor des Luftverteilungssystems ein Hauptkriterium zur Vorhersage des Verhaltens von Beton der wiederholten Frier-Tau-Zyklen ausgesetzt ist.
Das Problem ist es, einen Beton herzustellen, der die gewünschten Frier-Tau-Eigenschaften und die damit verbundenen Eigenschaften von luftversetztem Beton, gemeinsam mit der exzillenten
Bearbeitbarkeit und erhöhten Härte des mit Wasserreduzierern versetzten, plastifizierten Betons besitzt.
Es ist Ziel der Erfindung, die Nachteile im Zusammenhang mit luftversetztem Beton zu vermeiden, die durch die Benutzung von Wasserreduzierern auftreten, ohne dabei die bekannten
Vorzüge, wie Verarbeitbarkeit, Formbarkeit und Härte des mit wasserreduzierenden Mitteln behan- delten Betons zu verlieren.
Demnach ist es auch Aufgabe der Erfindung, ein wasserreduzierendes, plastifizierendes
Additiv für Beton anzugeben, welches die Frier-Tau-Resistenz nicht reduziert, sondern verbes- sert.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass, wenn das Mikrosiliziumdioxyd 30 bis
98 Gew.-% der Mischung ausmacht und der wasserreduzierende Bestandteil in einem Ausmass von
2, 0 bis 50 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Mikrosiliziumdioxyds vorliegt, wobei die Mi- schung in Wasser und/oder einer organischen Flüssigkeit aufgeschlämmt ist, und der Anteil der Feststoffe an der Aufschlämmung 20 bis 80 Gew.-% ausmacht, sowohl die Dichte und Undurch- dringlichkeit von Mörtel und Beton um mehrere Grössenordnungen verbessert wird. Es hat sich herausgestellt, dass der nicht luftversetzte Beton, der mit der Mikrosiliziumdioxydmischung gemäss der Erfindung hergestelt ist, praktisch kein Eindringen von frierbaren Wasser und aggressi- ven Fluiden gestattet.
Beton, der die Mikrosiliziumdioxydmischung aufweist, besitzt einen Frier-Tau- -Widerstand, der gleich oder besser ist dem vom Beton der luftversetzt ist, und weist zusätz- lich gleiche oder höhere Härte auf. Die Verschlechterung des Luftverteilungssystems, die normaler- weise mit wasserreduzierenden Mitteln, sowohl normalen als auch hochwirksamen, wesentlich ist, tritt bei der Erfindung nicht auf, da der Luftverlust oder die Vergrösserung des Blasenab- standes durch den günstigen Einfluss der Mikrosiliziumdioxydmischung überlagert wird, was zu einem fundamentalen Wechsel in der Porenstruktur der Bindemittelphase des Betons führt.
Spezieller gesagt, erhält man eine gleichmässigere Dispersion der Bindephase mit wesentlich feinerer Porenstruktur.
Erfindungsgemäss wird das Mikrosiliziumdioxyd und zumindest ein wasserreduzierendes
Mittel mit oder ohne zusätzlichen Bestandteil vermischt und die daraus resultierende Mischung in den Beton zu jeder gewünschten Zeit beigegeben. Das Vormischen bewirkt grosse Vorteile gegen- über dem üblichen Zumischen der einzelnen Bestandteile zum Beton, da die Wirkung des wasser- reduzierenden Mittels während des Vormischens bewirkt, dass die Mikrosiliziumdioxydpartikeln gleichmässig bedeckt und homogen verteilt werden, wodurch Klumpenbildung vermieden wird.
Die Klumpenbildung geschieht beim getrennten Zugeben der einzelnen Bestandteile gemäss der konventionellen Technik und kann ein schwerwiegender Nachteil sein, da daraus die gewünschte gleichmässige Härte und Dauerhaftigkeit des Betons nicht erreicht wird.
Wenn Klumpenbildung im Beton eingetreten ist, benötigt man eine verlängerte Mischphase um die Klumpen zu zerkleinern und zu verteilen und das "Übermischen" führt zu schlechterer Verarbeitbarkeit und Formbarkeit der Mischung.
Die wirksamen Mechanismen des Vormischens sind noch nicht komplett verstanden worden,
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doch wird angenommen, dass ein synergistischer Effekt die Plastifizierbarkeit, Verarbeitbarkeit der Betonmischung gemeinsam mit erhöhter Härte die Eigenschaften gegenüber normalem Beton, bei dem die Bestandteile einzeln zugegeben werden, wesentlich verbessert.
In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Zusatz zumindest ein wasserreduzierendes Mittel und zumindest ein hochgradig wasserreduzierendes Mittel enthält sowie gegebenenfalls zumindest einen Beschleuniger und/oder zumindest einen Verzögerer und/oder zumindest ein lufteinbringendes Mittel enthält.
Das erfindungsgemäss verwendete Mikrosiliziumdioxyd ist ein amorphes Siliziumdioxyd, ein Nebenprodukt bei der Herstellung von Ferrosilikon und Silizium, welches in den Gichtgasen von elektrischen Ofen anfällt. Mikrosiliziumdioxyd ist eine Pozolanerde, d. h. es verbindet sich mit Kalk und Feuchtigkeit bei Umgebungstemperaturen zu Verbindungen mit zementartigen Eigenschaften. Der Hauptbestandteil ist Siliziumdioxyd, welches üblicherweise zu mindestens 60% vorliegt, aber die besten Resultate werden erhalten, wenn der Siliziumdioxydgehalt zumindest 85 Masse-% ausmacht.
Ein amorphes Siliziumdioxyd das extrem günstig für die Verwendung gemäss der Erfindung ist, wird als ein Nebenprodukt bei der Herstellung von Siliziummetall oder Ferrosilizium in elektrischen Reduktionsöfen erhalten. In diesem Verfahren werden grosse Mengen von Siliziumdioxyd als Staub, der in Filtern oder andern Apparaten zurückgehalten wird, gebildet. Solches Siliziumdioxyd kann von Elkem a/s, Norwegen erhalten werden.
Bevorzugt wird somit das verwendete Mikrosiliziumdioxyd aus dem Abgas eines Elektroofens gewonnen wird, in dem Ferrosilikon oder Silikonmetall gewonnen wird.
Die Analyse- und physikalischen Daten für typische Proben des Siliziumdioxyds wie es oben beschrieben wurde, sind in der folgenden Tabelle angegeben.
Tabelle 1 Staub, gesammelt in Sackfilter bei der Produktion von Si-Metall
EMI4.1
<tb>
<tb> Bestandteil <SEP> Gew.-%
<tb> SiO. <SEP> 94 <SEP> - <SEP> 98 <SEP>
<tb> SiC <SEP> 0, <SEP> 2-0, <SEP> 7 <SEP>
<tb> FeZ03 <SEP> 0, <SEP> 05 <SEP> - <SEP> 0, <SEP> 15 <SEP>
<tb> Tri02 <SEP> 0, <SEP> 01-0, <SEP> 02 <SEP>
<tb> Alz03 <SEP> 0, <SEP> 1-0, <SEP> 3 <SEP>
<tb> MgO <SEP> 0, <SEP> 2-0, <SEP> 8 <SEP>
<tb> CaO <SEP> 0, <SEP> 1-0, <SEP> 3 <SEP>
<tb> Na2 <SEP> 0, <SEP> 3-0, <SEP> 5 <SEP>
<tb> K2O <SEP> 0, <SEP> 2-0, <SEP> 6 <SEP>
<tb> Mn <SEP> 0, <SEP> 003-0, <SEP> 01 <SEP>
<tb> Cu <SEP> 0, <SEP> 002-0, <SEP> 005 <SEP>
<tb> Zn <SEP> 0, <SEP> 005-0, <SEP> 01 <SEP>
<tb> Ni <SEP> 0, <SEP> 001 <SEP> - <SEP> 0, <SEP> 002 <SEP>
<tb> S <SEP> 0, <SEP> 1-0, <SEP> 3 <SEP>
<tb> C <SEP> 0, <SEP> 2-1, <SEP> 0 <SEP>
<tb> P <SEP> 0, <SEP> 03-0,
<SEP> 06 <SEP>
<tb> Glühverlust <SEP> (1000 C) <SEP> 0, <SEP> 8-1, <SEP> 5
<tb> Schüttdichte <SEP> locker, <SEP> g/l <SEP> 200 <SEP> - <SEP> 300 <SEP>
<tb> Schüttdichte <SEP> gepresst, <SEP> g/l <SEP> 500 <SEP> - <SEP> 700 <SEP>
<tb> Echte <SEP> Dichte, <SEP> g/cm3 <SEP> 2, <SEP> 20 <SEP> - <SEP> 2, <SEP> 25 <SEP>
<tb> Spezifische <SEP> Oberfläche, <SEP> m2/g <SEP> 18-22
<tb> Hauptpartikelgrösse <SEP> < <SEP> l <SEP> (im, <SEP> % <SEP> 90
<tb>
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Tabelle 2 Staub, gesammelt in Sackfiltern bei der Produktion von 75% FeSi
EMI5.1
<tb>
<tb> Bestandteil <SEP> Gew.-%
<tb> Si02 <SEP> 86 <SEP> - <SEP> 90 <SEP>
<tb> SiC <SEP> 0, <SEP> 1-0, <SEP> 4 <SEP>
<tb> Fe <SEP> 203 <SEP> 0, <SEP> 3 <SEP> - <SEP> 0, <SEP> 9 <SEP>
<tb> TiO2 <SEP> 0, <SEP> 02-0, <SEP> 06 <SEP>
<tb> Al203 <SEP> 0, <SEP> 2-0, <SEP> 6 <SEP>
<tb> MgO <SEP> 2, <SEP> 5-3,
<SEP> 5 <SEP>
<tb> CaO <SEP> 0, <SEP> 2-0, <SEP> 5 <SEP>
<tb> Na2 <SEP> 0, <SEP> 9-1, <SEP> 8 <SEP>
<tb> K20 <SEP> 2, <SEP> 5 <SEP> - <SEP> 3, <SEP> 5 <SEP>
<tb> Mn
<tb> Cu
<tb> Zn
<tb> Ni
<tb> S <SEP> 0, <SEP> 2-0, <SEP> 4 <SEP>
<tb> C <SEP> 0, <SEP> 8-2, <SEP> 0 <SEP>
<tb> P <SEP> 0, <SEP> 03-0, <SEP> 08 <SEP>
<tb> Glühverlust <SEP> (1000 C) <SEP> 2, <SEP> 4-4, <SEP> 0 <SEP>
<tb> Schütt <SEP> dichte <SEP> locker, <SEP> g/l <SEP> 200 <SEP> - <SEP> 300 <SEP>
<tb> Schüttdichte <SEP> gepresst, <SEP> g/l <SEP> 500 <SEP> - <SEP> 700 <SEP>
<tb> Echte <SEP> Dichte, <SEP> g/cm3 <SEP> 2, <SEP> 20-2, <SEP> 25 <SEP>
<tb> Spezifische <SEP> Oberfläche, <SEP> m2/g <SEP> 18-22
<tb> Hauptpartikelgrösse <SEP> < <SEP> 1 <SEP> go, <SEP> % <SEP> 90
<tb>
Amorphes Siliziumdioxyd des obigen Typs kann auch von andern Herstellern von Si und
FeSi bezogen werden,
da beispielsweise die Herstellung von Silizium die Reduktion von Siliziumdioxyd mit Kohle bedingt. Eisen wird zugesetzt, wenn Ferrosilizium hergestellt werden soll.
Ein Teil des Produkts dieser Reduktion kann in der Gasphase, d. h. in der Luft reoxydiert werden, und formt kleine spezielle Siliziumdioxydaggregationen, die für die erfindungsgemässe Verwendung so nützlich sind. Bevorzugt wird der Staub verwendet, der von einem Elektroofen stammt, in dem Ferrosilikon mit zumindes 75% Silizium hergestellt wird. Der Staub, der von einem Elektroofen, in dem 50% Ferrosilizium hergestellt wird, kann ebenfalls verwendet werden.
Es ist möglich, das amorphe Siliziumdioxyd nicht als Nebenprodukt sondern als Hauptprodukt zu gewinnen, indem man die Reaktionskonditionen entsprechend ändert. Amorphes Siliziumdioxyd dieser Art kann auch synthetisch ohne Reduktion und Reoxydation hergestellt werden.
Das amorphe Siliziumdioxyd gemäss der Erfindung besteht grossteils aus Submikronen, kugeligen Teilchen. Die Kugelform gemeinsam mit der Feinheit und den pozzolanischen Eigenschaften machen das amorphe Siliziumdioxyd überraschend geeignet für die Erfindung.
Die amorphen Siliziumdioxydpartikel können beispielsweise zumindest 60 bis 90 Gew.-% Si02, veine echte Dichte von 2, 2 bis 2, 25 g/cm3 und eine spezifische Oberfläche von 18 bis 22 m2/g, die Partikeln sind im wesentlichen kugelig und zumindest 90 Gew.-% der Ausgangspartikel haben eine Grösse von kleiner als 1 11. Es ist selbstverständlich möglich, dass diese Werte schwanken. Beispielsweise kann das Siliziumdioxyd einen geringeren Gehalt an Si02 aufweisen. Darüber hinaus kann die Partikelgrössenverteilung verändert werden, ist es möglich, grösserte Partikel mittels Sieben zu entfernen.
Das amorphe Siliziumdioxyd kann auf Grund eines gewissen Kohlenstoffgehaltes dunkelgrau sein. Dieser Kohlenstoff kann abgebrannt werden, beispielsweise bei Temperaturen über 400 C.
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EMI7.1
<tb>
<tb>
Inverse <SEP> Rotor-Zugfestigkeit <SEP> nach
<tb> Probe <SEP> geschwindigkeit <SEP> 1 <SEP> h <SEP> 7 <SEP> Tagen <SEP> 28 <SEP> Tagen
<tb> Leerprobe <SEP> 32 <SEP> 53 <SEP> > <SEP> 150 <SEP> > 150 <SEP>
<tb> 16 <SEP> 56 <SEP> > <SEP> 150 <SEP> > 150
<tb> 8 <SEP> 60 <SEP> > <SEP> 150 <SEP> > 150
<tb> 4 <SEP> 64 <SEP> > <SEP> 150 <SEP> > 150
<tb> 2 <SEP> 69 <SEP> > <SEP> 150 <SEP> > 150
<tb> 1 <SEP> 78 <SEP> > <SEP> 150 <SEP> > 150
<tb> gestockt <SEP> 49 <SEP> > <SEP> 150 <SEP> > 150 <SEP>
<tb> Probe <SEP> A
<tb> Lignosulfonat <SEP> 32 <SEP> 4 <SEP> 8 <SEP> 11
<tb> 2, <SEP> 5 <SEP> Gew.-% <SEP> 16 <SEP> 4 <SEP> 11 <SEP> 16
<tb> Borresperse <SEP> NA <SEP> 8 <SEP> 5 <SEP> 11 <SEP> 17
<tb> 4 <SEP> 6 <SEP> 12 <SEP> 18
<tb> 2 <SEP> 7 <SEP> 14 <SEP> 23
<tb> 1 <SEP> 9 <SEP> 16 <SEP> 23
<tb> gestockt <SEP> 2 <SEP> 3, <SEP> 5 <SEP> 15,
<SEP> 0
<tb> Probe <SEP> B
<tb> sulfoniertes <SEP> 32 <SEP> 18 <SEP> 17 <SEP> 26
<tb> Kondensat <SEP> von <SEP> 16 <SEP> 20 <SEP> 21 <SEP> 27
<tb> Naphthylen <SEP> und <SEP> 8 <SEP> 25 <SEP> 23 <SEP> 26
<tb> Formaldehyd <SEP> 4 <SEP> 27 <SEP> 24 <SEP> 25
<tb> 2, <SEP> 5 <SEP> Gew.-% <SEP> 2 <SEP> 32 <SEP> 28 <SEP> 27
<tb> Mighty <SEP> 1 <SEP> 39 <SEP> 34 <SEP> 33
<tb> gestockt <SEP> 28 <SEP> 28 <SEP> 43
<tb> Probe <SEP> C
<tb> sulfoniertes <SEP> 32 <SEP> 21 <SEP> 57 <SEP> 55
<tb> Kondensat <SEP> von <SEP> 16 <SEP> 32 <SEP> 63 <SEP> 61
<tb> Melamin <SEP> und <SEP> 8 <SEP> 33 <SEP> 68 <SEP> 64
<tb> Formaldehyd <SEP> 4 <SEP> 36 <SEP> 74 <SEP> 69
<tb> 2, <SEP> 5 <SEP> Gew.-% <SEP> 2 <SEP> 42 <SEP> 81 <SEP> 76
<tb> Rescon <SEP> H <SEP> P <SEP> 1 <SEP> 49 <SEP> 91 <SEP> 88
<tb> gestockt <SEP> 32 <SEP> 63 <SEP> 72
<tb>
Wie aus der Tabelle hervorgeht,
bewirkt das Mikrosiliziumdioxyd die Bildung einer thixotropen Mischung in Wasser, was zu einem Stocken des wässerigen Schlammes führt. Wenn der Schlamm stockt, ist das unpraktisch, da es schwer ist, ihn in diesem Zustand vom Behälter zu pumpen.
Es war äusserst überraschend und unerwartet, dass die hochgradig wasserreduzierenden Mittel der Beispiele B und C und die normal wasserreduzierenden Mittel des Beispiels A die Tendenz des wässerigen Schlammes zu stocken, vermindert haben.
Es wird angenommen, dass während des Mischens die hochgradig und die normal wasserreduzierenden Mittel dazu neigen, die Oberfläche des Mikrosiliziumdioxyds zu überziehen und dadurch sehr effektiv die Neigung des Schlammes zu stocken, verhindern. Die Erfahrung hat gezeigt, dass ein Stockpunkt in der Umgebung von etwa 25 einen hervorragend zu gebrauchenden wässerigen Schlamm gemäss der Erfindung liefert, und dass der wässerige Schlamm befriedigend zu verwenden ist, für einen Stockungspunkt bis etwa 75. Wenn der Stockpunkt über etwa 100 liegt, wird der Schlamm schwer pumpbar und ist für die erfindungsgemässe Verwendung nicht ausreichend.
Gemäss der Erfindung werden die wässerigen Aufschlämmungen des Mikrosiliziumdioxyds stabilisiert und die Neigung zu stocken kann vollständig vermieden werden, wenn zirka 0, 1 bis 10 und vorzugsweise zwischen 2 und 5% eines hochgradig oder normalwasserreduzierenden Mittels, gemessen als Gewichtsprozent und bezogen auf das Trockengewicht des Mikrosiliziumdioxyds
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mehrere hochgradig oder normal wasserreduzierende Mittel allein oder in Kombination verwendet werden, um das Mikrosiliziumdioxyd in wässerigen Schlamm zu stabilisieren. Wenn diese wässerige
Aufschlämmung als ein Additiv für Beton oder Mörtel verwendet wird, kann der Anteil des wasser- reduzierenden Mittels 10 Gew.-% übersteigen, und zwischen 0, 5 bis 40 Gew.-% der Aufschlämmung betragen.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer Mehrkomponentenmischung, die als Zusatz für Zement verwendet wird und ist dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein
Bestandteil aus der Gruppe der wasserreduzierenden oder hochgradig wasserreduzierenden Mitteln mit Wasser und Mikrosiliziumdioxyd gemischt wird, wobei das Mikrosiliziumdioxyd in der wässeri- gen Aufschlämmung in einem Ausmass zwischen etwa 10 bis etwa 80 Gew.-% vorliegt, und dass das wasserreduzierende Mittel etwa 0, 5 bis etwa 40 Gew.-%, bezogen auf das Trockengewicht der wässerigen Aufschlämmung ausmacht.
Der Anteil der erfindungsgemässen Mischung, der dem normalen frischen Beton oder Mörtel zugesetzt wird, hängt von der Anwendung ab. Der Anteil der zugesetzten Mischung wird auf das Gewicht des Zements im Beton bzw. Mörtel bezogen.
Im allgemeinen ist ein Anteil von 2 bis knapp 100% und vorzugsweise von 2 bis 25 Gew.-% trockenen Mikrosiliziumdioxyds, bezogen auf das Zementgewicht in Beton und von 0, 1 bis
5 Gew.-% des hochgradig oder normal wasserentziehenden Mittels, bezogen auf das Zementgewicht im Beton oder Mörtel ausreichend.
Gemäss der üblichen Praxis der Industrie wird die optimale Menge der Bestandteile der
Mischung und die Menge der Mischung innerhalb der spezifizierten Grenzen an Hand von Tests festgelegt, bei denen die Umweltbedingungen und die Bau- und Mischverfahren für die der Test durchgeführt wird, simuliert werden. Normale Tests werden durchgeführt, um die Auswirkung der Mischungszugabe im Hinblick auf den Luftgehalt des Betons, dessen Konsistenz Wasserausblühun- gen und eventuell Luftverlust von frischen Beton Aushärtungsrate, Kompression und Biegefestig- keit, Resistenz gegen Frieren und Tauen, Schrumpfen während des Trocknens und zulässigen
Chloridgehalt festzustellen.
Die üblicherweise zugegebenen hochgradig und normal wasserreduzierenden Mittel bewirken oft ein exzessives Blühen und Entmischen des Betons, was durch eine dünne wässerige Paste, die die Partikel nicht in Suspension halten kann, angezeigt wird. Es ist auch bekannt, dass die meisten der hochgradig und normal wasserreduzierenden Mittel dazu neigen, die Oberflächenspannung der Wasserkomponente des Betons herabzusetzen, was zur Bildsamkeit des Betons führt.
Daraus kann die Abtrennung einzelner Aggregatpartikel resultieren und daraus die geringe Frier-Tau-Resistenz, der Verlust der Pumpbarkeit, schlechte Abriebeigenschaften, Schwierigkeiten bei den abschliessenden Behandlungen und schlechte Oberflächenausbildung bei Arbeiten mit Formen.
Der Zusatz von Mikrosiliziumdioxyd gemäss der Erfindung mit seinem hohen Grad von kleinen Partikeln, vergrössert die Oberfläche der Feststoffe pro Wasservolumen, wodurch eine bessere Suspension und Verteilung der Partikeln resultiert und weiters eine verbesserte Plastizität und Verarbeitbarkeit durch einen Wechsel in der Beeinflussung der Partikeln. Da die erfindungsgemässe Mischung von Zement, Wasser und Zusatzmischung mehr Feststoffvolumen enthält, ist sie weniger wässerig und neigt weniger zum Entmischen. Dadurch sind die Ausblühungen reduziert und das Mikrosiliziumdioxyd hält das Wasser in der pastösen Mischung. Daraus ergibt sich eine homogene, hervorragend verarbeitbare gut pumpbare Mischung mit verminderten Ausblühungsneigungen.
Die Kompressionsfesigkeit des Betons, der die erfindungsgemässe Mischung enthält, ist im allgemeinen höher als man aus der Zugabe der einzelnen Bestandteile erwarten würde. Der Grund dafür ist nicht ganz geklärt, aber es wird angenommen, dass die hochgradig oder normal wasserreduzierenden Mittel eine bessere Verteilung der Mikrosiliziumdioxydpartikel in der Betonmasse ergeben und das einige synergistische Effekte zwischen den Bestandteilen der Mischung herrschen.
Die erfindungsgemässe Mischung wird vorteilhaft in üblichen frischen Betonmischungen
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verwendet, und wird mittels konventioneller Techniken, wie sie derzeit zur Mischung des Betons verwendet werden, vermischt. Beispielsweise kann eine wässerige schlammige Aufmischung, die
11, 3 kg Mikrosiliziumdioxyd, 3, 6 kg trockenes Lomar D (ein hochgradig wasserreduzierendes
Mittel, welches ein sulfoniertes Kondensat von Naphthalen und Formaldehyd ist) und 20, 82 1
Wasser in eine frische Betonmischung, die 204, 11 kg Portlandzement der Type l ohne weitere
Zusätze enthält, gemischt werden. Die erhaltene Betonmischung hat ein Wasser zu Zement-Gewichts- verhältnis von 0, 35, und verfügt über gute Verarbeitbarkeit, Konsistenz und zeigt keine Trenn- effekte im frischen Zustand.
Im ausgehärteten Zustand ist die Komprimierfestigkeit nach 28
Tagen auf typische Weise hoch im Bereich von 827, 4 bar und die Frier-Tau-Resistenz ist über- raschend hoch, auch ohne Luftzumischung. Die Betonmischung enthält 10 Gew.-% Mikrosilizium- dioxyd (trocken) und etwa 1, 5% Lomar D (trocken), bezogen auf das Gewicht des Zements in der Betonmischung. Die herabgesetzte Durchlässigkeit der Mischung erhöht den Widerstand gegen eindringendes Wasser und aggressive Chemikalien und verbessert die Frier-Tau-Charakteristik, verglichen zu einem Beton- oder Mörtelgemisch, welches die erfindungsgemässe Mikrosiliziumdioxyd- aufschlämmung nicht enthält.
Die erfindungsgemässe Mischung wird in der gewünschten, durch Standard-Tests festgelegten
Zusammensetzung vorgemischt und bildet ein einziges Zugabesystem, verglichen mit drei bis vier zuzugebenden Systemen gemäss der konventionellen Technik. Die Zugabe aller Additive kann simultan mit der erfindungsgemässen Mischung erfolgen, in der alle Ingredienzien gleichmässig und homogen dispergiert sind, während bei der konventionellen Technik die Bestandteile se- quentiell zugegeben werden, um Ausflockungen zu vermeiden. Die erfindungsgemässe Mischung spart Ladezeit für die LKW und reduziert die Fehlermöglichkeit, da nur eine Zugabe erfolgt, statt drei oder vier.
Die Lagerhaltung wird vereinfacht und die Qualitätskontrolle verbessert, da die erfindungsgemässe Mischung von einem einzelnen Zulieferanten stammt, und die Probleme der Qualitätserhaltung bei der Lagerhaltung nicht anfallen. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemässen Mischung ist die Vermeidung von Staubbildung am Arbeitsplatz. Die trockene Partikelmischung kann in 36, 3 bis 45, 4 leg-Säcken abgepackt sein und auch für kleinere Arbeitsplätze bis zum Platz verpackt geliefert werden.
Die Eignung der erfindungsgemässen Mischung, die Sulfatresistenz zu erhöhen und die Resistenz gegen Alkali-Silizium-Reaktionen im Beton, der diese Stoffe enthält, zu erhöhen, stammt aus der Zugabe des Mikrosiliziumdioxyds und wird durch Zugabe der erfindungsgemässen Mischung erreicht.
Da die erfindungsgemässe Mischung unter Umständen zur Verlängerung der Härtezeit führt und dies ein unangenehmes Ausmass annehmen kann, können Beschleuniger der Mischung zugegeben werden, um eine optimale Aushärtezeit und eine frühe Festigkeit zu verleihen. Es kann weiters wünschenswert sein, die Aushärtezeit zu verlängern, beispielsweise beim Brückenbau, so dass das Aushärten erst nach dem Abschluss einer gewissen Reihe von Tätigkeiten erfolgen soll.
Die erfindungsgemässe Mischung kann mit Zusätzen aller Art für die jeweilige Aufgabe optimal gestaltet werden und erlaubt so eine Anpassung an alle Aufgaben.
Beschleuniger, wie das bekannte Calciumchlorid, Calciumnitrat und Calciumformat können der erfindungsgemässen Mischung zugesetzt werden, wobei die Anteile gemäss den in der Industrie üblichen Standard-Tests ermittelt werden. Die Beschleuniger können beispielsweise von 5 bis 20 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Mikrosiliziumdioxyds in der Mischung betragen. Verzögerer, wie Zucker in der Form von Glucose oder Sucrose, wie sie in normalen Beton und Mörtelmischungen verwendet werden, können der erfindungsgemässen Mischung ebenfalls zugesetzt werden, wobei auch hier die besten Anteile durch Standard-Tests zu ermitteln sind. Verzögerer können beispielsweise in der Menge von 5 bis 20 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Mikrosiliziumdioxyds zu gegeben werden.
Wenn es gewünscht wird, können luftzuführende Mittel, wie Vinsolharz oder Darex, welches ein sulfiniertes Kohlenwasserstoffsäurederivat von Fetten ist, in die Mischung eingebracht werden, wenn ein bestimmter Anteil von zugeführter Luft gewünscht wird. Ein oder mehrere der luftzuführenden Mittel kann in einer Menge von 0, 5 bis 20 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Mikrosiliziumdioxyds, zugegeben werden.
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Eines oder mehrere der genannten Additive allein oder in Kombination mit andern Additiven kann der erfindungsgemässen Mischung zugegeben werden. Verwendbarkeit und Konsistenz der erfindungsgemässen Mischung kann mittels Standard-Test-Prozeduren ebenso festgestellt werden, wie die Eigenschaften des speziellen Betons oder Mörtels, der jeweils verwendet wird.
Die erfindungsgemässe Mischung kann die beschriebenen Bestandteile in den mittels Tests ermittelten variierenden Mengen enthalten, doch der Anteil der Mischung, der einen konven- tionellen hergestellten Betongemisch zugesetzt wird, zeigt ausreichende Wirkung bei einem jeweils auf das Gewicht des Zements bezogenen Anteil von 2 bis 100 Gew.-% Mikrosiliziumdioxyd von 0, 1 bis 5 Gew.-% eines oder mehrerer hochgradig oder normal wasserreduzierender Mittel allein oder gemischt ebenfalls auf das Zementgewicht bezogen. Wasser oder eine organische Flüssigkeit, die mit dem frisch angerührten Beton kompatibel ist, wird der Mischung in genügender Menge zugesetzt, um einen Schlamm bzw. eine Aufschlämmung zu erzielen, in der die Bestandteile gleichmässig und homogen verteilt sind.
Beschleuniger, Verzögerer, lufteintragende Mittel und andere konventionelle Additive werden mit den essentiellen Bestandteilen der Mischung gemäss der Erfindung in dem Ausmass zugegeben, dass die gewünschte Konzentration im Betongemisch erreicht wird. Auf alle Fälle ist die optimale Menge der zugegebenen Bestandteile nach Standard-Tests zu ermitteln, wobei die Einsatzbedingungen des Betons simuliert werden, und auch die Bearbeitungsverfahren des Betons berücksichtigt werden.
Es ist klar, dass die beschriebenen Änderungen und Modifizierungen den Bereich der Erfindung nicht verlassen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Zusatz für Zement oder Mörtel, der aus einer Mischung von zumindest einem Bestandteil aus der Gruppe der wasserreduzierenden und hochgradig wasserreduzierenden Mittel für Zement und Beton und Mikrosiliziumdioxyd besteht, und dieser Bestandteil im Siliziumdioxyd dispergiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Mikrosiliziumdioxyd 30 bis 98 Gew.-% der Mischung ausmacht und der wasserreduzierende Bestandteil in einem Ausmass von 2, 0 bis 50 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Mikrosiliziumdioxyds vorliegt, wobei die Mischung in Wasser und/oder einer organischen Flüssigkeit aufgeschlämmt ist, und der Anteil der Fest-
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