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Zusatzmittel für Mörtel und Beton
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Die Erfindung betrifft ein Zusatzmittel für hydraulischen Mörtel und
Beton. Normaler Beton beginnt etwa nach drei bis vier Stunden mit dem Erstarren.
Der Beginn des Erstarrens wird mit dem Vicat-Gerät dadurch festgestellt, daß die
Nadel des Geräts in dem Probenkörper nicht mehr bis zum Boden durchdringt.
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In der Technik besteht das Bediirfnis, die Fließfähigkeit von Betonen
und Mörteln herabzusetzen, damit die Gefahr verringert wird, daß Zementleim in erheblichen
Mengen zwischen Fugen einer verwendeten Schalung herausläuft.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Zusatzmittel zu schaffen,
das zu einer derartigen Verringerung der Fließfähigkeit führt.
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Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Zusatzmittel
ein lineares wasserlösliches Polyäthylenoxid und eine Formaldehydverbindung enthält.
Die Zugabe eines derartigen Mittels zu Zementleim führt dazu, daß dieser sofort
eine zähplastische Konsistenz annimmt, so daß also die Viskosität eines Mörtels
oder Betons, dem ein derartiges Zusatzmittel zugesetzt wird, stark erhöht wird.
Dieses Zusatzmittel kann mit besonderem Vorteil für Mörtel und Betone verwendet
werden, die über längere Strecken durch Leitungen gefördert werden, insbesondere
auch für Spritz und SchleuderbetonO Dabei kann es jedoch erforderlich sein, das
Zusatzmittel in unterschiedlicher Weise zu verwenden, je nachdem ob der Beton oder
Mörtel in der Leitung bis zur Verwendungsstelle als Drockenmischung gefördert wird
und erst an der Verwendungsstelle Wasser zugegeben wird oder ob der Mörtel als feuchte
Mischung gefördert wird; dies wird später noch erläutert.
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Das Molekulargewicht des Polyäthylenoxids beträgt vorzugsweise mehr
als eine Million, insbesondere ist es höher als vier Millionen und es kann bei fünf
Millionen liegen oder höher.
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Als besonders vorteilhaft ha-t es sich herausgestellt, wenn das Zusatzmittel
Formaldehyd-Kondensationsprodukte enthält. Besonders gute Ergebnis wurden erhalten,
wenn das Zusatzmittel ein unter dem Namen Anhydur SA vertriebenes Produkt der Firma
Bayer enthält. Dieses Produkt enthält offenbar Formaldehyd-Kondensationsprodukte.
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Es erscheint möglich, die Wirkung des Zusatzmittels noch zu steigern,
wenn Maßnahmen ergriffen werden, die an sich zur Erzeugung von thixotropen Eigenschaften
des Mörtels oder Betons bekannt sind oder die einem normalen Beton oder Mörtel innewohnende
Thixotropie, die praktisch kaum bemerkbar ist, verstärken. Dies kann beispielsweise
dadurch erfolgen, daß das hydraulische Bindemittel in besonders fein gemahlenem
Zustand bei der Mischung des Betons oder Mörtels verwendet wird, oder dadurch, daß
die Beton- oder Mörtelmischung besonders fein gemahlene Zuschläge enthält. Diese
Zuschläge können sogar einen derartigen Feinheitsgrad haben, daß ihre Teilchen in
mindestens einer Richtung kolloidale Abmessungen aufweisen. Bei einer Ausführungsform
der Erfindung ist jedoch vorgesehen, daß das Zusatzmittel Bentonit enthältO Vorzugsweise
wird hierfür Aktiv-Bentonit verwendet, der aus natürlichem Betonit durch Ionenaustausch
erzeugt ist0 Als besonders wirkungsvoll hat sich die Verwendung von Aktiv-Bentonit
des Typs B 1 A der Firma Brbslöh erwiesen.
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Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß thixotrope Sigenschaften, sofern
sie bei einem mit dem Zusatzmittel versehenen Beton oder Mörtel überhaupt vorhanden
sind, jedenfalls durch die starke Viskositätserhöhung überdeckt werden, denn die
Fließfähigkeit des Mörtels oder Betons, dem das Zusatzmittel zugegeben ist, läßt
sich auch durch Anwendung von Druck nicht wesentlich steigern.
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Die Erfindung ermöglicht es, Beton oder Mörtel entweder als Trockenmischung
oder als leicht flüssige Mischung über große Strecken, beispielsweise auch in Rohrleitungen
an die Verwendungsstelle heranzuführen0 Dieses Verfahren eignet sich insbesondere
für die Streckensicherung im Bergbau, wo es nicht möglich ist, vor Ort größere Betonmengen
zu mischen. Der Mörtel oder Beton wird daher durch fest installierte Rohrleitungen
von der Erdoberfläche aus der Verwendungsstelle zugeführt.
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Der Aufbau von Mörtelwänden für die Streckensicherung unter Tage hängt
entscheidend davon ab, daß der Mörtel oder Beton große Strecken weit transportiert
werden kann, an der Verwendungsstelle jedoch in möglichst kurzer Zeit versteift,
wie es durch Anwendung der Erfindung möglich ist. Dabei kann der Beton oder Mörtel
in Schalungen eingefüllt werden, die wegen der großen Viskosität des Beton und Mörtels
nicht besonders dicht ausgebildet sein müssen und z.B. aus Maschendraht gebildet
sein können, der Mörtel oder Beton kann jedoch auch ohne Verwendung einer Schalung
zu fällen angeschüttet werden, beispielsweise um im Falle eines Brandes einen Stollen
schnell zu verschließen.
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Damit insbesondere dann, wenn hohe Schütthöhen benötigt werden, der
Beton oder Mörtel trotz seiner verhältnis mäßig großen Viskosität in seinem unteren
Bereich nicht durch den Druck infolge der großen Schütthöhe in unerwunschter Weise
zu fließen beginnt, ist gemäB einer Ausführungsform vorgesehen, daß das Zusatzmittel
noch ein Mittel zur Beschleunigung des Beginns der chemischen Erstarrung enthält.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält das Zusatzmittel Soda
und Pottasches Vorzugsweise ist dabei die Soda in einer erheblich geringeren Menge
vorhanden als die Pottasche. Offenbar steigert die in geringer Menge vorhandene
Soda die Beschleunigungs wirkung der Pottasche auf den Erhärtungsvorgang ganz wesentlich.
Für die Verwendung von Soda zusammen mit Pottasche wird ein selbständiger Schutz
beansprucht.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung enthält das Zusatzmittel gewichtsmäßig
etwa gleich viel Bentonits Soda und Anhydur SA, erheblich weniger Polyäthylenoxid
und ein Vielfaches, im Ausführungsbeispiel etwa das Vierfache, der Gesamtmenge der
soeben genannten Stoffe an Pottasche.
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Die Anteile der einzelnen Stoffe können jedoch von den genannten Werten
abweichen, insbesondere wird ein Schwankungsspielraum als zulässig angesehen, der
für die einzelnen Stoffe zwischen der Hälfte und dem Doppelten der oben angegebenen
Menge liegt. Das Zusatzmittel wird in einer Menge, die vorzugsweise bei etwa 2%,
bezogen auf das Gewicht der Trockensubstanz des Mörtels oder Betons liegt, dem Mörtel
bzw. Beton zugegeben.
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Das Zusatzmittel kann für die verschiedensten Anwendungsfälle verwendet
werden. Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird das Zusatzmittel in der Weise
verwendet, daß es einer Trockenmischung für Mörtel oder Beton beigegeben wird, die
pneumatisch zu einer Mischdüse gefördert wird und daß dort die Mörtelmischung samt
dem Zusatzmittel mit Wasser vermischt wird und vorzugsweise durch Druckluft der
endgültigen Verwendungsstelle zugeführt wird. Wenn die Trockenmörtelmischung völlig
trocken rist, können ihr bereits alle Bestandteile des Zusatzmittels beigegeben
werden, z.B. schon im Herstellerwerk. Wenn jedoch die Möglichkeit besteht, daß z.B.
infolge einer längeren Lagerungsdauer, wenn die Trockenmörtelmischung nicht feuchtigkeitsdicht
verpackt ist, in diese Mischung Feuchtigkeit gelangt und dadurch Bestandteile des
Zusatzmittels und der Trockenmörtelmischung untereinander reagieren können, kann
es vorteilhaft sein, mindestens einen Bestandteil des Zusatzmittels erst zu einem
späteren Zeitpunkt zuzufügen, und dies kann in der Weise geschehen, daß diese Komponente
des Zusatzmittels in Trockenform beispielsweise kurz vor der Mischdüse oder auch
noch in der Mischdüse der übrigen Trockenmörtelmischung beigegeben wird, oder daß
diese Komponente vorzugsweise in Form einer wässrigen Lösung der Mischdüse zugeführt
wird; im letztgenannten Fall kann diese Komponente dem Wasser beigegeben sein, das
zur Herstellung der gebrauchsfertigen Mörtelmischung verwendet wird0
Wenn
mehrere Komponenten des Zusatzmittels in gelöster Form zugeführt werden, ist darauf
zu achten, daß diese Komponenten nicht in unerwünschter Weise vorzeitig miteinander
reagieren, oder es sind getrennte Lösungen verschiedener Komponenten vorzusehen
und bis kurz vor der Verwendung voneinander getrennt zu halten. Dies gilt auch für
die im folgenden beschriebene Verwendungsform0 Gemäß dieser Ausführungsform der
Erfindung wird eine mit Wasser angemachte Mörtelmischung oder Betonmischung, der
das Polyäthylenoxid, die Soda und der Bentonit bereits zugesetzt ist, einer Zumischstelle
zugeführt, wo die Pottasche zugemischt wird. Die Pottasche wird dabei vorzugsweise
in Form einer wässrigen Lösung zugegeben.
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Bei diesen beiden Aus führungs formen wird somit vermieden, daß durch
zu frühzeitige Zugabe der Pottasche die Aushärtung des Betons oder des Mörtels zu
früh einsetzt.
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Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verwendung, die zusammen
mit der soeben beschriebenen Ausführungsform verwirklicht sein kann, wird das Formaldehyd-Eondensationsprodukt
erst an der Zumischstelle kurz vor dem endgültigen Verwendungsort des Mörtels oder
Betons zu diesem zugegeben und hierdurch verhindert, daß der Mörtel bzwO Beton bereits
in Teilen der Förderleitung hochviskos wird, wo dies unerwünscht ist.
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weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung von zwei Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Zeichnung9
die erfindungswesentliche binzelheiten zeigt, und aus den Ansprüchen.
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Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren
in beliebiger Kombination bei einer Ausführungsform der Erfindung verwirklicht sein0
Es zeigen Fig. 1 stark vereinfacht eine Spritzdüse, der eine Trockenmörtel-Mischung,
Wasser und Preßluft zugeführt wird, und Fig. 2 ebenfalls schematisch eine Spritzdüse,
der flüssigerMörtel, gelöste Komponenten des Zusatzmittels und Preßluft zugeführt
werden.
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Die der Mischdüse oder Spritzdüse 1 in Fig. 1 zugeführte Trockenmörtel-Mischung
enthält einen Trockenstoff aus 30 bis 40% Portlandzement und 70 bis 60% eines Gemisches
aus Flugasche und Feinzuschlägen bis 1 mm Korngröße.
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Bezogen auf die Menge dieses Trockenstoffes enthält die Trockenmörtel-Mischung
weiterhin 1,6% des Zusatzmittels.
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Dieses Zusatzmittel enthält die folgenden Komponenten: Aktiv-Bentonit
B 1 A der Firma Erbslöh: 6,3%a Soda 5,1% Polyäthylenoxid 1,25% Anhydur SA 5,7% Pottasche
81,65%.
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Bei dem Polyäthylenoxid handelt es sich um das unter dem Namen UCR
von der Firma Chemotechnik Gesellschaft für Baustoffchemie, 7101 Abstatt, vertriebene
wasserlösliche lineare Polyäthylenoxid.
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Bei der oben angegebenen Pottasche handelt es sich nicht um chemisch
reines Material, sondern die Pottasche enthält noch Beimengungen, und zwar ergaben
sich bei einer Analyse einer 53 bis 54 prozentigen Pottaschelauge (also 53 bis 54%
Pottasche und 47 bis 46% Wasser) folgende Beimengungen: Na2CO, 2 bis 4% Chloride
0,1 bis 0,25% Eisenionen 0,001 bis 0,005% S04-Ionen 0,1 bis 0,25%.
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Ein störender Einfluß dieser Beimengungen konnte nicht beobachtet
werden; es wird nicht ausgeschlossen, daß einzelne dieser Beimengungen einen günstigen
Einfluß ausüben.
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Um aus dem oben beschriebenen Trockenstoff samt den in trockener Form
beigefügten Komponenten des Zusatzmittels einen Mörtel zu erzeugen, werden noch
20 bis 60pro Wasser, bezogen auf den Trockenmörtel, beigegeben0 Bei einer anderen
Ausführungsform wird der in Fig. 2 dargestellten Mischdüse oder Spritzdüse 2 ein
Mörtel zugeführt, der als Trockentsoff 30 bis 40% Portlandzement und 70 bis 609/o
Flugasche und Feinzuschläge aufweist, und dem 20 bis 60% Wasser, bezogen auf den
Trockenstoff, zugesetzt sind. Dieser flüssige Mörtel enthält noch in einer Menge
von 0,2% bezogen auf den Trockenstoff eine erste Komponentenmischung des Zusatzmittels,
die sich
in der folgenden Weise zusammensetzt: Aktiv-Bentonit B
1 A der Firma Erbslöh: 50% Soda 40% Polyäthylenoxid 1o.
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Der Mischdüse 2 wird über eine Dosierpumpe 3 aus einem Vorratsbehälter
4 eine wässrige Lösung zugeführt, die folgende zweite Komponentengruppe enthält:
Wässrige Pottasche-Lösung 53 bis 54%ig: 82% Anhydur SA der Firma Bayer 3% Zusätzliches
Wasser 15%.
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Von dieser zweiten Komponentengruppe wird durch die Dosiervorrichtung
je nach Strömungsgeschwindigkeit des Mörtels eine Menge von 3% bezogen auf den Trockenstoff
des Mörtels zugegeben.
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Bei beiden Ausführungsbeispielen sind als Zusatzmittel und für den
Trockenstoff die gleichen Stoffe verwendet, die weiter oben bereits näher beschrieben
worden sind.
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Der aus den Düsen 1 und 2 austretende Mörtel hat eine zähplastische
Konsistenz, so daß dieser Mörtel sich zu Wällen aufschütten läßt und in Schalungen
einfüllen läßt, deren Wände nicht dicht sind, sondern die aus einem Drahtmaschengitter
hergestellt sind. Die Aushärtung setzte beim Ausführungsbeispiel nach sieben Minuten
ein (Feststellung durch das Vicat-Gerät). Wenn mit dem Vicat-Gerät der Beginn
der
Aushärtung festgestellt wird, ist der Mörtel oder Beton bereits so fest, daß er
begangen werden kanne Dadurch, daß der Mörtel rasch auszuhärten beginnt, kann er
auch zu großen Höhen aufgeschüttet werden, ohne daß der Mörtel im unteren Bereich
einer derartigen aufge schütteten Masse infolge der Auflast wegzufließen beginnt.
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Es hat sich gezeigt, daß die beim zweiten Ausführungs beispiel im
flüssigen Mörtel, der der Düse 2 zugeführt wird, enthaltene Menge von Soda, obwohl
Soda an sich als Mittel zur Beschleunigung des Srstarrungsbeginns bekannt ist, keine
Aushärtung auch bei längerer Einwirkungsdauer bewirkt, dies liegt offenbar an der
sehr geringen Menge von Soda im flüssigen Mörtel0 Ein besonderer Vorteil der Erfindung
wird noch darin gesehen, daß es nicht erforderlich ist, Soda in stärkerer Konzentration
zu verwenden; eine Verwendung von größeren Mengen an Soda wäre zwar an sich geeignet,
die Schnellerhärtung ebenfalls zu bewirken, jedoch läßt sich die Menge an Soda,
die für die beschriebene Schnellerhärtung (Erhärtungsbeginn nach sieben Minuten)
benötigt würde, nicht im Mörtel oder in Wasser lösens weil hierfür das Lösungsmittel
eine relativ hohe Temperatur haben müsste, deren Aufrechterhaltung im Bergwerksbetrieb
nicht sicher gestellt werden kann. Dagegen gestattet es die Erfindung, beim beschriebenen
zweiten Ausführungsbeispiel diejenigen Komponenten des Zusatzmittels, die in nächster
Nähe der Verwendungsstelle zugegeben werden, in Form einer wässrigen Lösung anzuliefernO
Dies ist für den Arbeitsablauf im Bergwerk günstig.
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