DE2630799C3

DE2630799C3 - Zusatzmittel für Mörtel und Beton

Info

Publication number: DE2630799C3
Application number: DE2630799A
Authority: DE
Inventors: Lothar Affoltern Am Albis Doehring (Schweiz)
Original assignee: Meynadier & Cie Ag Zuerich (schweiz)
Current assignee: Meynadier & Cie Ag Zuerich (schweiz)
Priority date: 1975-07-18
Filing date: 1976-07-08
Publication date: 1980-10-09
Also published as: SE425383B; NO762498L; SE7607253L; BE844145A; FR2318127A1; CH599066A5; FI761980A; ATA487776A; DE2630799B2; ZA764113B; DE2630799A1; AT359417B

Description

Die Erfindung betrifft ein Zusatzmittel für Mörtel und Beton zur Verbesserung der Verarbeitungseigenschaften sowie der Eigenschaften des erhärteten Mörtels oder Belons, insbesondere der Festigkeit, Wasserdichtigkeit und Frostbeständigkeit

Unter Mörtel und Beton wird in Anlehnung an DIN 1045 ein künstlicher Stein verstanden, der aus einem Gemisch von hydraulischem Bindemittel, insbesondere Portlandzement, Zuschlagstoffen und Wasser durch Erhärten des Zement/Wassergemisches entsteht

Bei der Herstellung von Mörtel und Beton werden je nach den für die Verarbeitung oder für den erhärteten Mörtel oder Beton gewünschten Eigenschaften verschiedene Zusatzmittel eingesetzt Solche Zusatzmittel sind beispielsweise unter anderem Verflüssiger, Luftporenbildner, luftporenbildende Verflüssiger, Erstarrungsverzögerer, Erstarrungsbeschleuniger und Dichtungsmittel.

Verflüssiger oder Plastifizierungsmittel verbessern die Verärbeitbarkeit von Mörtel und Beton, senken den Anmachwasserbedarf und erhöhen die Festigkeit bei sonst gleicher Zusammensetzung infolge der Verminderung des Wasser/Ztment(W/Z)*Verhältnisses, Als Verflüssiger wurden bisher hauptsächlich Ligninsulfonate und Glukonsäure sowie deren Satze eingesetzt. F.rstere haben den Nachteil, daß sie vor allem bei höheren Dosierungen Makroluft, d. h. grobe Luftporen einführen und dadurch die durch die mögliche Wassereinsparung erzielbare Erhöhung der Festigkeit stark reduzieren. Glukonsiiure und ihre Salze verzögern das Abbinden von Mörtel und Beton in starkem Maße, was in der Baupraxis aus naheliegenden Gründen meistens unerwünscht ist. infolgedessen muß die Zugabemenge von Glukonsäure und ihren Salzen genau kontrolliert

r>

41) werden, da durch eine Oberdosierung diese unerwünschte Wirkung verstärkt wird.

Luftporenbildner bewirken durch Einführung von Mikroluftporen vor allem eine starke Erhöhung der Frostbeständigkeit und Wetterbeständigkeit von Mörtel und Beton. Neben der Tatsache, daß durch die Einführung von Mikroluftporen die Festigkeit herabgesetzt wird, haben Luftporenbildner auch den Nachteil, daß sie sich wegen der Kompressibilität der eingeführten Luft nicht eignen für den immer mehr an Bedeutung gewinnenden Transport von Mörtel und Beton durch Pumpen.

Aus der USA-Patentschrift 34 32 317 ist cie Verwendung von Polysacchariden als Zusatzmittel für Mörtel und Beton bekannt Um mit diesen Polysacchariden erhebliche Festigkeitssteigerungen zu erreichen, müssen relativ hohe Mengen eingesetzt werden, was aber wiederum das Abbinden stark verzögere Erst eine Kombination dieser Polysaccharide mit relativ großen Mengen von wasserlöslichen Aminen und Chloriden ergibt hohe Festigkeiten ohne Verzögerung des Abbindens von Mörtel und Beton. Allerdings muß damit gerechnet werden, daß durch den Gehalt an Chloriden eine Korrosion der Armierungen hervorgerufen wird. Aus diesem Grunde ist der Einsatz dieser chloridhaltigen Kombination auf nicht armierten Beton eingeschränkt

Aus der CH-PS 2 19 372 ist es bekannt, erhärtenden Gemischen aus Sand, Zement, Schlacken usw. Aschen und Wasser Pektin in Form eines gelbildenden durch Abkochen von Apfelsinenschalen erhaltenen Präparates, das Wasser bindet zuzusetzen.

Pektine sind hochmolekulare kohlenhydratartige Pflanzenstoffe mit Molekulargewichten zwischen 30000 und 500 000. Diese hochmolekularen Stoffe binden sehr viel Wasser. Es ergibt sich daher, daß infolge der großen Wassermenge die Festigkeit wenn nicht vermindert ?o doch auf keinen Fall verbessert wird

Ziel der vorliegenden Erfindung war es, ein Zusatzmittel für Mörtel und Beton zu finden, welches eine stark plastifizierende und festigkeitserhöhende Wirkung hat und welches gleichzeitig die Wasserdichtigkeit sowie die Frostbeständigkeit erhöht ohne dabei Makro- oder Mikroluft in den Mörtel oder Beton einzuführen.

Die gestellte Aufgabe wird durch ein Zusatzmittel gelöst, welches carboxylgruppenhaltige Polysaccharide, mit einem mittleren Molekulargewicht von 400 bis 4000, vorzugsweise von 400 bis 16OC, und mit einem Carboxylgruppenanteil von 23 bis 25,0 Gew.-% enthält.

Die erfindungsgemäß zu verwendenden Polysaccharide können beispielsweise durch oxidativen Abbau von höhermolekularen Polysacchariden oder durch hydrolytischen Abbau von höhermolekularen carboxylgruppenhaltigen Polysacchariden hergestellt werden. Solche Abbaumethoden sind dem Fachmann hinlänglich bekannt

Als für den oxydativen Abbau geeignete röhermolekulare Polysaccharide sind beispielsweise Cellulose von verschiedenen Pflanzen, Stärke von Kartoffeln, Weizen, Reis, Mais und ähnlichem und Dextrin zu nennen. Außerdem eignen sich für den oxydativen Abbau celluloseähnliche Substanzen wie Lignin, Hemicellulosen, sog. »Gums«, Chitin, Ingiilin etc. Für den hydrolytischen Abbau höhermolekularer carboxylgruppenhaltiger Polysaccharide kommen unter anderem Pektine und Alginate in Frage.

Die erfindungsgemäß zu verwendenden carboxylgruppenhaltigen Polysaccharide weisen ein mittleres Molekulargewicht, bestimmt nach der vaporometrischen (thermoelektrischen) Methode, von 400 bis 4000 und einen Carboxylgruppenanteil von 2,5 bis 25,0 i Gew.-%, d. h. 25 bis 250 mg pro g Polysaccharid auf. Die Methode zur vaporometrischen Molekulargewichtsbestimmung wird von A. P. Brady, H. Huff und J. W. McBain in J. physic. Colloid Chem. 55, 304 (1951) sowie von Ch. Chylewski und W.Simon in Chem. m HeIv. Acta, 47 II, 515 (1964) beschrieben. Die Bestimmung des Carboxylgruppenanteils wird durch potentiometrische Titration ausgeführt

Die erfindungsgemäßen Zusatzmittel werden in Mengen eingesetzt, die 0,05 bis 1 Gew.-%, vorzugsweise 0,05 bis 0,5 Gew.-%, carboxylgruppenhaltiges Polysaccharid, bezogen auf Zement, entsprechen.

Die neuen erfindungsgemäßen Zusatzmittel weisen gegenüber den bekannten Produkten bedeutende Vorteile auf, deren wichtigste im folgenden erläutert werden:

Sie führen im Vergleich mit den bekannten Lignmsulfonaten praktisch keine Makroluft ein, wodurch eine gesteigerte Festigkeit erreicht wird. Im Gegensatz zu der Glukonsäure und deren Salzen verzögern sie das Abbinden in den üblichen Einsatzmengen in geringerem Maße. Sie weisen nicht die oben angeführten Nachteile der bekannten Luftporenbildner auf, da der mit dem neuen Zusatzmittel hergestellte erhärtete Mörtel oder Beton bei guter Frostbeständigkeit eine erhöhte Druckfestigkeit zeigt (ohne Mikroluft einzuführen). Da keine Luftporen ungeführt werden, läßt sich mit dem erfindungsgemäßen Zusatzaiittel ^gestellter Mörtel oder Beton ohne Schwierigkeiten pumpen.

Verglichen mit den aus der USA-Patentschrift Nr. 34 32 317 bekannten Polysacchariden bewirken die neuen carboxytgruppenhaltigen Polysaccharide eine bessere Verflüssigung oder Plastifizierung, was schon bei niedriger Dosierung in größerer Wassereinsparung und entsprechend höherer Druckfestigkeit resultiert Gleichzeitig wirken die erfindungsgemäßen Zusatzmittel bei den üblichen Zugabemengen weniger stark verzögernd. Um die Verzögerung des Abbindens zu eliminieren, genügt im Gegensatz zu den in der USA-Patentschrift 34 32 317 angeführten, immer chloridhaltigen Kombination die Zugabe von an sich bekannten chloridfreien Beschleunigern, wie z. B. Alkali- und Erdalkalisalzen, Alkanolamine^ Formiaten etc. zum erfindungsgemäßen Zusatzmittel. Von den oben genannten Substanzen werden Formiate, insbe- '> <> sondere wegen ihrer guten Wirksamkeit, bevorzugt. Da zur Verhinderung der Verzögerung des Abbindens keines der gemäß dem Stand der Technik eingesetzten Chloride benötigt wird, besteht keine Korrosionsgefahr, was insbesondere bei armierten oder vorgespanntem v. Beton wichtig ist.

Überraschenderweise werden mit den erfindungsgemäß zu verwendenden carboxylgruppenhaltigen Polysacchariden unerwartet hohe Festigkeitssteigerungen erhalten. Diese sind höher als es aufgrund der «> Wassereinsparung erwartet werden konnte, Weitere Vorteile sind die bedeutende Erhöhung der Dichtigkeit des Mörtels und Betons gegenüber Wasser sowie die ausgezeichnete Frostbeständigkeit.

Die unerwartete Verbesserung der Eigenschaften des *"> mit den neuen carboxylgruppenhaltigen Polysacchariden hergestellten Mörtels und Betons beruht vermutlich auf der Ausbildung einer chemischen Verbindung zwischen Zement und Zusatzmittel sowie auf dem durch das Zusatzmittel bewirkten innigen Verbund zwischen Zementstein und Zuschlagstoff,

Außerordentlich überraschend ist es, daß die neuen Zusatzmittel insbesondere bei hohem Carboxylgruppengehalt das Abbinden weniger verzögern, als Glukonsäure oder deren Salze oder auch die bekannten nicht carboxylgruppenhaltigen Polysaccharide, da der Fachmann anhand seiner Kenntnisse gerade das Gegenteil erwarten konnte. Diese Eigenschaft ist in der nachfolgenden Tabelle 1 anhand von konkreten Zahlen überprüfbar.

In den Tabellen wurden die folgenden Abkürzungen verwendet:

Ii PEl Erfindungsgemäß zu verwendendes Zusatzmittel: Gewonnen durch hydrolytischen Abbau

von Pektin

^J" Durchschnittliches Molekulargewicht: 600 Carboxylgruppengehalt: 11,0% PE 2 Erfindungsgemäß zu verwendendes

Zusatzmittel: -' Gewonnen durch oxydativen Abbau

von Maisstärke

Durchschnittliches Molekulargewicht: 1200 Carboxylgruppengehalt: 6,1 %

in PS 1 Polysaccharid (ohne Carboxylgruppen)

Durchschnittliches Molekulargewicht: 1320 Carboxylgruppengehalt: 0

PS 2 Polysaccharid (ohne Carboxylgruppen) π Durchschnittliches Molekulargewicht: 1700

Carboxylgruppengehalt: 0 CaLS Calciumligninsulfonat

Aschgehalt: 13% 4Π CaO: 6%

S total: 6% Red.Subst.:8,5%

Alle angeführten Versuche wurden mit normalem π Portlandzement mit einer spezifischen Oberfläche nach Blaine von 3100 cmVg und folgender mineralogischer Zusammensetzung nach Bogue durchgeführt:

	CjS	Gew.-"/» bez.	43,4%	C-403	Abbindc-
	C₂S	auf Zeni,	25,2%	Abbinde	endc
	C₃A	_	12,0%	beginn	(h, min)
	C₄AF	0,075	8.5%	(h, min)	6.50
	CaSO₄	0,15	4,7%	4.40	7.50
Tabelle I		0,30		5.20	8.40
Abbindeversuche nach ASTM	0.50	6.10	12.20
Zusalzmillel Dosierung	8.30	16.40
	10.30


pi·: ι
Pl- 1
Pf- I
PI- I

Fortsetzung

Zusiiizmiitel

Dosierung
Gew.-% be?.
aufZem.

Abbindeheginn

lh, min)

Abbindeende

(h, min)

PE 2	0,075	5.45	8.20
PE 2	0,15	7.00	9.50
PE 2	0,30	9.35	14.10
PE 2	0,50	12.50	19.10
PS I	0,075	6.00	9.40
PS I	0,15	7.40	11.45
PS 1	0,30	11.10	15.40
PS 1	0,50	15.30	21.50
Glukonsäure	0,075	7.20	11.15
Glukonsäure	0,15	11.50	18.20
Glukonsäure	0,30	19.00	29.50
Glukonsäure	0,50	29.30	46.00

In Tabelle 2 sind die Ergebnisse von ''ergieichsversuchen zusammengefaßt. Alle Versuche wurden mit Beton gleicher Verarbeitbarkeit mit 300 kg normalem Portlandzement pro m³ und einem maximalen Zuschiagstoffkorn von 32 mm mit folgender Granulometrie durchgeführt:

Korndurchmesser	Gewichlspru/.ent
mm
0-0,1	4,4
0,1-0.2	1,8
0,2-0,5	3,8
0,5-1	4,4
1-2	6,4
2-4	9,8
4-8	14,4
8-16	20,0
16-32	35,0

Aus Tabelle 2 ist die gegenüber den bekannten Polysacchariden und Ligninsulfonaten höhere Wassereinsparung sowie die höhere Festigkeit ersichtlich.

Tabelle 2

Zusatzmittel

Dosierung
Gew.-% bez.
aulZem.

W/Z

Wasserreduktion Vebe*)

Luft

Druckfestigkeit	28 Tage
tp/cnr	406
7 Tage	494
335	534
416	543
458	561
476	474
492	515
410	573
451	576
485	440
500	467
382	509
410	442
430	469
376	516
405	418
422	424
356	4:i
369
367

-	-	0,50	-	8,5
PE 1	0,075	0,465	7,0	8,0
PE 1	0,15	0,444	11,2	9,0
PE I	0,30	0,436	12,8	9,5
	0,50	0,431	13,8	8,5
PE 2	0,075	0,471	5,8	8,0
PE 2	0,15	0,451	9,8	8,5
PE 2	0,30	0,438	12,4	9,5
	0,50	0,432	13,6	9,0
PS 1	0,075	0,484	3,2	9
PS I	0,15	0,473	5,4	8
PS 1	0,30	0,465	7,0	8,5
PS 2	0 075	0,489	2,2	9
PS 2	0,15	0,481	3,8	8,5
ps~	0,30	0,465	7,0	9,5
CaLS	0,075	0,472	5,6	9
CaLS	0,15	0,456	8,8	9
CaLS	0,30	0,445	11,0	9,5

0,95 U

1,25 1,25

1,1 1,3 1.2 1.25

1.1 1,2 1.2

1,0 1,2 1,2

1,6 2,2 2,6

Wie aus Tabelle 3 ersichtlich ist, wird durch Verwendung der neuen Zusatzmittel die Wasserundurchlässigkeit von Mörtel und Beton erhöht. Die Versuche wurden mit Betonen mit 250 kg normalem Portlandzement pro m³, maximalem Zuschlagstoffkorn von 32 mm, Granulometrie wie für Tabelle 2 angegeben und jeweils gleicher Verarbeitbarkeit (Vebe: 8-9 see) durchgeführt. Vor der eigentlichen Prüfung auf Wasserundurchlässigkeit wurden die Probokörper 21 Tage bei Raumtemperatur und 90% relativer Feuchtigkeit und Tage bei Raumtemperatur und 50% relativer Feuchtigkeit gelagert. Die Prüfung selbst erfolgte nach DIN 1048, Abschnitt 4.7.

Tabelle 3

Prüfung auf Wnsserundurchliissigkeil mich I)IN 1048 Abschnitt 4.7 Probekörper: 20 x 20 x 12 cm Lagerung: 21 Tage 20 ( ¹X) "/„ r. Γ. 7 Tage 20 C 50% r. !■'.

/usal/mittcl	I	Dosierung	Aufgenommene Wassermenge	isscrdruck Min	in cm	1Ok_nZ₁W	liindring-
	I	Gew.Λ. he/	hei einem W	3		140	liefe
	I	auf /cm	1	50	7	42	cm
_	2		18	I¹)	110	30	11.0
Pl	■>	0.075	8	14	35	22	4.0
Pl		0.15	7	^l»	24	46	3.0
PI	0.30	3	2!	18		2.0
!'!	!!.075	l)	14	Mi	20	4.S
PI	0.15	I)	I)	25	3.0
PI	0.30	4	16	2.0

Die durch die erfindungsgemäßen Zusatzmittel erzielbare Verbesserung der Frostbeständigkeit geht aus Tabelle 4 hervor. Für die Versuche wurde Beton gleicher Verarbeitbarkeit (Vebe: 8-9 see) mit 300 kg normalem Portlandzement pro m¹ und einem maximalen Zuschlagstoffkorn von 32 mm, Granulometrie wie

für Tabelle 2 angegebenen, herangezogen. Zur Ermittlung der Frostbeständigkeit wurde der Beton (gemäß SIA Technische Norm 162 [SNV 562 162] Richtlinie 5) Frost/Tnu-Zyklen unterworfen und die Abnahme des Ε-Moduls in Abhängigkeit von der Anzahl der Frost/Tau-Zyklen bestimmt.

Tabelle 4

Irostheständigkeitsversucho nach SIA Technische Norm 162 (SNV 562 1621 Richtlinie 5

/usat/-mitlcl

Dosierung
Gew.-"» be/,
auf /cm.

\ntlerung des I -Moduls in ".. nach

50

1(Kt

150

2(H) Irostwei hscl

PE I	0.075
PE 1	0.075
PE 1	0.15
PE I	0.15
PE 1	0,30
PE 1	0.30
PE 2	0.075
PE 2	0.075
PE 2	0.15
PE 2	0.15

PE 2 0,30

*) Versuch abgebrochen.

4	6	-13	18	-21	-45	-58*)	-3	-3
-4	-■7	-13	-13	-17	-45	-58*)	-4	-3
— 4	-6	— S	- 6	- 3	- 5	- 6	+4	+4
-4	— 5	- S	- 4	— 4	- 4	- 5	+4	+3
-4	-3	- 2	1	_ I	+ 1	+ 2	-4	+6
-6	-6	- 3	~ 3	- I	0	+ 3	+ 2	+ 1
-6	-4		- 4	- 3	+ 1	+ 3	-3	-2
~ ^	-4	- 1	- 2	- 3	0	+ I	-2	-2
-4	-5	- 4	- 4	- 3	- 3		+ 1	+2
-5	-5	- 4	- 3	- 2	- 3	- 3	+3	+4
-4	-4	- 3	- 2	- 1	0	0	+4	+5
-3	-4	- 4	- 3	0	+ 2	+ I	+3	+4
-3	-2	- 1	- 2	0	+ 2	+ 5
-3	-3	- 1	- 1	0	0	+ 1

Probokorper 12 X 12 x 36 cm.

Lagerung 28 Tage 20 C". 90 % relative Feuchte.

14 Tage unter Wasser 20 C.

Wie aus Tabelle 1 hervorgeht, wirken die erfindungsgemäßen Zusatzmittel verzögernd auf das Abbinden von Mörtel und Beton. Diese verzögernde Wirkung kann durch Kombination der erfindungsgemäßen Zusatzmittel mit bekannten, beschleunigend wirkenden

Zusätzen wie Alkanolamine^ Alkali- und Erdalkalisalzen, insbesondere Formiaten etc, teilweise oder ganz kompensiert werden. \m folgenden sind einige mögliche Beispiele solcher Kombinationen und deren Abbinde-Beeinflussung angegeben.

9 10

libelle 5

Abbindi-vcrsiithc nach ASIM C 4(M

Dosierung	iiuf /cnicnl	DkiiIi.iiiol-	Di.ilh.imil	N.iiniiiii	Abhirule-	Abbinde
(iew.-% be/ogen	Nu. SiO-.	,1111111	iinitnciirbcinal	liirnii.il	hepnn	ende
IT,
	0.15		0.15
0.15		0.04			5..15 h	7.50 h
0.15	0.10			0.10	5.25 h	8.00 h
0.15					5.50 h	8.10h
0.15	0.06				5.40 h	8.Wh
0.075	0.075	o.o:			5.10h	7.15 h
0,075	0.05		0.075		4.55 h	6.40 h
0.075				5.(K) h	6.50 h
0.075				4.40 h	6.50 h

Claims

Patentansprüche:

1. Zusatzmittel für Mörtel und Beton, enthaltend polymere, carboxylgruppenhaltige Pflanzenstoffe, ι gekennzeichnet durch einen Gehalt an carboxylgruppenhaltigen Polysacchariden mit einem mittleren Molekulargewicht von 400 bis 4000 und einem Carboxylgruppenanteil von £5 bis 25,0 Gew.-°/o. ίο

2. Zusatzmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es carboxylgruppenhaltige Polysaccharide mit einem mittleren Molekulargewicht von 400 bis 1600 enthält.

3. Zusatzmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß es ein oder mehrere Zusätze enthält, welche das Abbinden beschleunigen.

4. Zusatzmittel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es Formiate enthält

5. Verwendung des Zusatzmittels nach den Ansprüchen 1 bis 4 für die Herstellung von hochfestem, wasserdichtem, frostbeständigem Mörtel oder Beton in einer Menge entsprechend 0,05 bis 1 Gew.-% carboxylgruppenhaltigem Polysaccharid, bezogen auf Zement >5

6. Verwendung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusatzmittel in einer Menge entsprechend 0,05 bis 0,5 Gew.-% carboxylgruppenhaitigem Polysaccharid, bezogen auf Zement verwendet wird. «i