NL7904551A - Hulpstof ter verkrijging van een snellere binding en/of verharding van een hydraulisch cement. - Google Patents

Description

-----j i-,

Akzo S.7. f Arnhem - 1 -

Hulpstof ter verkrijging van een snellere binding en/of verharding van een hydraulisch cement

De uitvinding heeft betrekking op een hulpstof voor een hydraulisch cement, in het bijzonder Portland cement, waarin één of meer zouten 5 van één of meer alkali- en/of aardalkalimetalen zijn opgenomen als bindings- en/of verhardingsversneller, alsmede op betonmortel waarin een dergelijke hulpstof is opgenomen.

Hulpstoffen van bovengenoemd type zijn reeds lang bekend. In het bijzonder kan daarbij gewezen worden op de wijd verbreide toepassing van 10 calciumchloride, dat mits in de juiste hoeveelheden toegepast de bin ding en/of verharding van een hydraulisch cement in sterke mate versnelt.

Als bezwaar tegen het gebruik van calciumchloride, dat doorgaans aan het aanmaakwater wordt toegevoegd in een hoeveelheid die 1 tot 2 ge-15 wichtsprocent van het droge cementgewicht uitmaakt, kan worden aangevoerd dat overschrijding van de voorgeschreven hoeveelheid in ernstige 'mate afbreuk kan doen aan de kwaliteit van het gerede beton. Dit geldt in het bijzonder wanneer het beton in contact kan komen met een metaal zoals in gewapend en voorgespannen beton. Het gevaar van corrosie is 2Q dan zeer groot, in het bijzonder wanneer het beton van mindere kwaliteit is. Dit heeft er reeds toe geleid dat de toepassing van calciumchloride in betonmortel voor bouwconstructies in een groot aantal landen is verboden.

In deze landen is men genoodzaakt een ander, veelal duurder en minder 25 effectief type versneller toe te passen of het beton te verwarmen.

Laatstgenoemde maatregel is echter buitengewoon kostbaar. In dit verband kan nog gewezen worden op het Franse octrooischrift 1 466 311, waaruit de toepassing van calciumformiaat in combinatie met een corro-sie-inhibitor zoals benzoëzuur, of een zout van een alkali- of aardal-3Q kalimetaal bekend is.

Door de uitvinding wordt thans voorzien in een hulpstof ter verkrijging van een snellere binding en/of verharding van een hydraulisch cement met een effectiviteit van dezelfde orde van grootte als calciumchloride doch zonder de corrosie bevorderende eigenschappen.

35 De uitvinding bestaat hieruit, dat bij een hulpstof van het in de aanhef 7 9 0 4 5 5 1_ I--- - 2 - % " genoemde bekende type het zout een rhodanide is in combinatie met een synergistische hoeveelheid van een silicasol.

De voorkeur gaat uit naar de rhodaniden van natrium en/of calcium.

De verhouding tussen het rhodanidezout enerzijds en het silicasol ander-5 zijds zal steeds aan een bepaalde voorwaarde moeten voldoen, wil er sprake zijn van een synergistisch mengsel.

Daartoe wordt door de uitvinding voorzien in een hulpstof waarbij de gewichtsverhouding tussen de hoeveelheid rhodanidezout, berekend als NaCNS, en de hoeveelheid silicasol, berekend als SiO^, gelegen is tussen 10 1 : 2 en 5 : 1.

De beste resultaten worden in het algemeen verkregen wanneer de gewichtsverhouding tussen de hoeveelheid rhodanidezout, berekend als NaCNS, en de hoeveelheid silicasol, berekend als SiO^, gelegen is tussen 4 : 1 en 1 : 1 en bij voorkeur tussen 3,5:1 en 1,5:1.

15 De optimale condities kunnen verder nog afhankelijk worden gesteld van het type cement en de specificatie van het silicasol. Het zal de vakmari evenwel niet moeilijk vallen om voor een gegeven systeem de optimale gewichtsverhouding tussen het rhodanidezout en het silicasol en de daarvan te doseren hoeveelheid vast te stellen.

20 Laatstgenoemde hoeveelheid wordt in het algemeen zodanig gekozen dat de som van de hoeveelheid rhodanidezout, berekend als NaCNS, en de hoeveelheid silicasol, berekend als SiC^, tot 4,0 gewichtsprocent van het droge cementgewicht bedraagt. Toepassing van grotere hoeveelheden brengt in het algemeen geen verdere verbetering met zich mee en leidt 25 slechts tot kostprijsverhoging.

Zowel het rhodanide als het silicasol worden bij voorkeur in de vorm van een waterige oplossing aan het aanmaakwater toegevoegd of in een later stadium tijdens het mengen. Dosering kan zowel afzonderlijk als in de vorm van een mengsel plaatsvinden. Bij de bereiding van het mengsel 30 gaat men ter vermijding van gelering bij voorkeur als volgt te werk.

Een waterige oplossing van silicasol wordt onder roeren toegevoegd aan een oplossing van het rhodanide zodat een oplossing ontstaat met een droge stof gehalte van circa 20 gew.%. Daarbij wordt gebruik gemaakt van een verdikkingsmiddel zoals bijvoorbeeld natriumalginaat in een 35 hoeveelheid van circa 0,3 gew.% berekend op het vaste stof gehalte.

7904551 ) r —— —— — j !: * - 3 -

De silicasolen die in het kader van de uitvinding kunnen worden gebruikt zijn in de handel verkrijgbaar. Het zijn in het algemeen waterige colloï-dale oplossingen met een gering percentage aan alkali. Zij bevatten meestal tot 50, en bij voorkeur 30 tot 40 gewichtsprocent Si02· Dergelijke 5 silicasolen bezitten in het algemeen een specifiek oppervlak bepaald volgens de BET-methode tussen 60 en 600, en bij voorkeur tussen 100 en 250 m2/g.

De in Het kader van de uitvinding te gebruiken silicasolen kunnen in het algemeen worden verkregen volgens een of meer der in de Amerikaanse 10 octrooischriften 2 457 971, 2 574 902, 2 650 200, 2 668 149 en 3 650 977 j beschreven werkwijzen.

In het algemeen zal de hoeveelheid toegevoegd SiC>2 niet meer bedragen dan 0,5 gew.% van het droge cementgewicht, terwijl de voorkeur uitgaat naar een gewichtspercentage tussen 0,25 en 0,35.

15 Daarbij zal in het algemeen een rhodanidehoeveelheid, berekend als

NaCNS, van 0,8 tot 1,2 gewichtsprocent van het droge cementgewicht mee overeenkomen.

In het kader van de uitvinding kunnen naast de rhodanidezouten en silicasolen desgewenst nog andere al dan niet de binding en/of verharding van 20 cement bevorderende bestanddelen worden opgenomen. In dit kader wordt in het bijzonder gedacht aan plastificeermiddelen en/of luchtbelvormers. Toepassing van een hulpstof zoals deze hierboven is beschreven kan in een groot aantal gevallen in uiteenlopende sectoren tot grote besparingen aanleiding geven. Zo zal bij gematigde temperatuur veel sneller ontkist 25 kunnen worden, hetgeen kan leiden tot een optimaler gebruik van vormen, mallen e.d. Bij lagere temperatuur zal nog binding plaatsvinden, zodat ook in de bouw bij veel lagere temperaturen kan worden gewerkt.

De uitvinding zal nu worden toegelicht aan de hand van de volgende voorbeelden. Het spreekt vanzelf dat dit uitvoeringsvoorbeelden zijn waartoe · 30 de uitvinding niet is beperkt.

Voorbeeld I

De bindingssnelheid van een cement met de te onderzoeken hulpstof werd » vergeleken met die van eenzelfde cement waaraan geen dan wel een bekende hulpstof was toegevoegd. Daarbij werd gebruik gemaakt van het verschil > .

j 4 5 5 <-1 - 4 — ». ** - ί •A, in vrijkomende hydratatiewarmte, die uitgezet als functie tegen de tijd een beeld geeft van het verschil in bindingssnelheid van de te onder- -? zoeken monsters. Bij de uitvoering van de proeven werd gebruik gemaakt van een speciaal voor dit doel geconstrueerde microcalorimeter. Hierin 5 bevonden zich twee meetkamers. In iedere kamer werd steeds 5 g cement gebracht. De meetkamers bevonden zich gedurende de gehele testperiode in een waterbak, die öp een constante temperatuur van 25°C werd gehouden, dan wel in een geconditioneerde ruimte van 6°C.

In beide meetkamers bevonden zich een paar thermistors, die in de vorm 10 van de brug van Wheatstone met elkaar waren verbonden. Nadat de meetkamers met de cementmonsters in de waterbak waren gebracht, duurde het • ongeveer een uur voordat het systeem zich thermisch in evenwicht bevond en het signaal van de Wheatstone-brug op nul kon worden gezet. Hierna werd het aanmaakwater (2,5 g per 5 g cement) en eventueel hulpstof toe-15 gevoegd per injectiespuit. De proeven werden uitgevoerd met 0,3, 0,5 en 0,7 gew.% silicasol (berekend als SiC^) en 0,8, 1,0 en 1,2 gew.%

NacNS berekend op het droge cementgewicht.

Het gebruikte cement was volgens de Duitse industrienorm (DIN) 1164 een portlandcement 45F overeenkomend met Portlandcement C. Het silica- 2 2Q sol had een specifiek oppervlak van 150 m /g (bepaald volgens de BET-methode). De resultaten zijn weergegeven in bijgaande grafieken (Figuren 1 t/m 11). Duidelijk blijkt hieruit dat de combinatie van 1,0 gew.% NaCNS en 0,3 gew.% silicasol de voorkeur verdient. Weliswaar geeft de combinatie van 1,0 gew.% NacNS en 0,5 gew.% silicasol een hoger 25 maximum te zien, doch het gunstig effect van de snellere hydratatie neemt sneller af dan in het geval de hulpstof slechts 0,3 gew.% silicasol bevat.

Verder blijkt duidelijk uit de figuren 1, 2 en 3 dat de combinatie NaCNS en silicasol in de aangegeven verhouding en toegepaste hoeveelheid een 30 synergistisch effect vertoont.

De invloed van de verschillende verhoudingen tussen NacNS en silicasol zijn weergegeven in de figuren 12 en 13 in de vorm van een matrix.

Voorbeeld II

Een aantal mortelspecies werden gemaakt met Portlandcement C, waarin 35 respectievelijk geen, 1,5 gew.% CaCl_, 1,5 gew.% NaCNS of 1,0 gew.% 2

NaCNS en 0,5 gew.% silicasol specifiek oppervlak 150 m /g waren opgenomen 79 0 4 5 5 1-——^ I '* I -5 - (berekend op het droge cementgewicht). De bindingstemperatuur bedroeg 6°C. De watercementfactor was 0,5.

2 Van iedere mortelspecie werden een aantal teststaven vervaardigd, die na 24 uur werden ontkist. Onmiddellijk hierna werd de druksterkte gemeten volgens de Duitse industrienorm DIN 1164 en vervolgens na 16,24 en 72 uur.

De resultaten zijn weergegeven in onderstaande tabel.

Tabel I

10 druksterkte . _ ^"\Pa x 10° blanco 1,5% CaCl0 1,5% NaCNS ' & - .

2 + 0,5% Sili- «sol (uren) 16 h 1,2 3,5 1,7 2,8 15 · 24 h 3,0 8,0 4,5 7,0 72 h. 24 : 32 30 28_‘

In samenhang met de voorgaande voorbeelden blijkt hieruit duidelijk dat de voordelen van de onderhavige uitvinding_in het bijzonder tot uiting komen gedurende de eerste 24 uur van het bindingsproces.

20 Voorbeeld III

Er werden een aantal mortelprisma1s bereid met Portlandcement C, waarin geen, 1,5 gew.% CaCl2 of 1,0 gew,% NaCNS en 0,5 gew. silicasol (type A, B of C) waren opgenomen (berekend op het droge cementgewicht). De bindingstemperatuur bedroeg 6°C. De watercementfactor was 0,5. Silicasol 25 type A was een 40%-ige met ammonium gestabiliseerde silicasol met een 2 specifiek oppervlak van 150 m /g. Silicasol type B was een silicasol 2 gestabiliseerd met aluminium en een specifiek oppervlak van 300 m /g.

Silicasol type C was een silicasol gestabiliseerd met ammonium en een 2 specifiek oppervlak van 400 m /g. De resultaten zijn weergegeven in 30 onderstaande tabel.

79 Q 4 5 5 t_I

- 6 - 4 w

Tabel II

druk stekt e 1,0 gew.% NaCNS + 0,5 gew.% x 106 blanco 1,5 gew.% silicasol . . CaC12

13 type A type B type G

5 uren h_ __ 16 1,7 4,6 3,4 3,6 4 24 3,9 9 .8,7 9 9,5 72 20 30 29 35 32

Uit bovenstaande tabel blijkt duidelijk dat de bindingsversnelling bij 10 toepassing van 1,0 gew.% NaCNS en 0,5 gew.% silicasol van dezelfde orde van· grootte is als bij toepassing van eenzelfde gewichtshoeveelheid CaC^. Verder blijkt dat het type silicasol geen dan wel een nauwelijks merkbare invloed heeft op de bindingsversnelling.

7904551 >

Claims (7)

1. Hulpstof voor een hydraulisch cement, in het bijzonder Portland- cement, waarin één of meer zouten van één of meer alkali- en/of i aardalkalimetalen zijn opgenomen als bindings- en/of verhardings-5 versneller, met het kenmerk dat het zout een rhodanide is in combinatie met een synergistische hoeveelheid van een silicasol.

2. Hulpstof volgens conclusie 1, met het kenmerk dat gebruik wordt gemaakt van het rhodanide van natrium en/of calcium.

3. Hulpstof volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk dat de gewichts- 10 verhouding tussen de hoeveelheid rhodanidezout, berekend als NaCNS, en de hoeveelheid silicasol, berekend als Si02, gelegen is tussen 1 : 2 en 5 : 1.

4. Hulpstof volgens conclusie 3, met het kenmerk dat de gewichts- verhouding tussen de hoeveelheid rhodanidezout, berekend als NaCNS, 15 en de hoeveelheid silicasol, berekend .als SiC^, gelegen is tussen 4 : 1 en 1 : 1 en bij voorkeur tussen 3,5 : 1 en 1,5 : 1.

5. Betonmortel waarin een hulpstof volgens een of meer der voorgaande conclusies is opgenomen.

6. Betonmortel volgens conclusie 5, met het kenmerk dat de som van de 20 hoeveelheid rhodanide zout, berekend als NaCNS, en de hoeveelheid silicasol, berekend als SiC^, 0,3 tot 4,0 gewichtsprocent van het droge cementgewicht bedraagt.

7. Betonnen constructies vervaardigd met een betonmortel volgens conclusie 5 of 6. 7904551 J