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DE19860327C2 - Verfahren zur Verbesserung des Oberflächenerscheinungsbildes von Formkörpern aus einem gehärteten Zementmaterial und gemäß diesem Verfahren erhaltene Formteile - Google Patents

Verfahren zur Verbesserung des Oberflächenerscheinungsbildes von Formkörpern aus einem gehärteten Zementmaterial und gemäß diesem Verfahren erhaltene Formteile

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DE19860327C2
DE19860327C2 DE19860327A DE19860327A DE19860327C2 DE 19860327 C2 DE19860327 C2 DE 19860327C2 DE 19860327 A DE19860327 A DE 19860327A DE 19860327 A DE19860327 A DE 19860327A DE 19860327 C2 DE19860327 C2 DE 19860327C2
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concrete
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Yasumasa Udagawa
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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbes­ serung des Oberflächenerscheinungsbildes von Formkörpern aus einem gehärteten Zementmaterial und gemäß diesem Verfahren erhaltene Formteile.
"Formteile" umfassen in diesem Fall Beton, der an Ort und Stelle gegossen worden ist, und Zementzusammensetzungen, die in eine Schalung oder Form gebracht worden sind. Derar­ tige Zusammensetzungen umfassen Zementbrei, Mörtel, Zement­ milch und Beton.
Für alle derartigen Formteile ist ein gutes Oberflächen­ erscheinungsbild erforderlich. Dies ist besonders wichtig für Beton, der an Ort und Stelle gegossen wird und der freilie­ gend ohne weitere Oberflächenbehandlung bleiben soll. Beim Gießen wird der Beton im allgemeinen mit Hilfe eines Vibra­ tors verfestigt. Das Ergebnis dieser Verfestigung sind oft­ mals Spuren auf der Oberfläche.
Es sind Versuche unternommen worden, dieses Problem mit Hilfe von Zusätzen, z. B. schaumhemmenden Mitteln auf Sili­ con- oder Fettsäureesterbasis oder Polyethylenoxid-Addukten von Polypropylenglykol, zu lösen. Diese Materialien verrin­ gern zwar die Anzahl der Verfestigungsspuren, sie führen je­ doch oftmals zum Auftreten einer geringeren Anzahl an größe­ ren Spuren. Außerdem können sie winzige Schaumspuren nicht völlig beseitigen, die zwar nicht das Erscheinungsbild beein­ trächtigen, die jedoch einen Einfluß auf die Gefrier-Tau-Be­ ständigkeit haben und damit einen schädlichen Einfluß auf die Dauerhaftigkeit des Betons ausüben.
Die DE 27 51 764 C2 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer hydraulischen Zementmischung, wobei in die Mischung ein synthetisches Tensid eingebracht wird, bei dem es sich um ein nichtionisches Blockcopolymer eines Alkylendiamins und eines oder mehrerer Alkylenoxide, ein nichtionisches acetylenisches Glycol oder ein Reaktionsprodukt desselben mit Alkylenoxid, einen nichtionischen Polyethylenglycol­ ester, einen nichtionischen Polyoxyethylenether von Oleylal­ kohol, einen anionischen Phosphatester eines ethoxylierten Alkylphenols, ein nichtionisches Blockcopolymer hergestellt durch Zugabe von Ethylenoxid und anschließende Zugabe von Propylenoxid zu Ethylenglycol oder ein nichtionisches Block­ copolymer hergestellt durch Zugabe von Propylenoxid und an­ schließende Zugabe von Ethylenoxid zu Propylenglycol, ausge­ nommen solcher Blockcopolymere des letzteren Typs, in denen der Polyoxypropylenanteil ein Molekulargewicht von 870 bis 2320 aufweist und der Polyoxyethylengehalt zwischen 30 und 90% liegt, handelt.
Die EP 0 572 857 B1 beschreibt ein Öl- und Gasbohrlochzemen­ tierungszusammensetzung, die Zement, Styrol/Butadien-Latex, ein als Stabilatoradditiv dienendes nichtionisches oberflä­ chenaktives Alkylphenolethoxylat, ein als Stabilisatoraddi­ tiv dienendes nichtionisches oberflächenaktives tetrafunkti­ onelles Ethylenoxid/Propylenoxid-Ethylendiamin-Blockcopoly­ mer und Wasser enthält.
Für Formteile, die in einer Fabrik gegossen werden, ist es möglich, einen sehr fließfähigen Beton zu verwenden.
Schaumspuren treten jedoch in einem derartigen Beton relativ leicht auf, und ihre Entfernung erfordert Mehrarbeit.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, ein Verfahren zur Verbesserung des Oberflächenerscheinungsbildes von Formkör­ pern aus einem gehärteten Zementmaterial anzugeben.
Es wurde nun festgestellt, dass diese Probleme weitgehend und manchmal vollständig durch die Verwendung eines speziellen Zusatzes beseitigt werden können. Die Erfindung stellt daher ein Verfahren zur Verbesserung des Oberflächenerschei­ nungsbildes eines Formteils aus einem gehärteten Zementmate­ rial durch Behandlung des Zementmaterials vor der Härtung mit einem Zusatz bereit, der eine Polyalkylenoxidverbindung um­ faßt, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus
  • a) einem Polypropylenoxid-Addukt eines Polyethylengly­ kols; und
  • b) einem Polypropylenoxid-Addukt eines Ethylendiamin- Polyethylenoxid-Addukts
besteht, wobei es sich bei der Verbindung um ein Poly­ ethylenglykol oder ein Ethylendiamin-Polyethylenoxid-Addukt mit Polypropylenoxidketten, die mit den endständigen Gruppen verknüpft sind, handelt.
Mit "Behandeln" ist das Mischen des Zusatzes mit dem Ze­ mentmaterial in einer Mischstufe oder das Aufbringen auf die Oberfläche einer bereits geformten, jedoch noch nicht gehär­ teten Zementzusammensetzung gemeint. Das Mischen ist bevor­ zugt.
Es ist möglich und zulässig, beide Arten von Polyalky­ lenoxidverbindungen in einem Zementmaterial zu verwenden. Es ist auch möglich, mehr als jeweils eine Art zu verwenden.
Die vorstehend genannten Polyalkylenoxidverbindungen sind Polyethylenglykol- oder Polyethylenglykol-Ethylendiamin- Addukte, wobei an alle endständigen Gruppen Ketten aus Propy­ lenoxideinheiten gepfropft sind. Die Polyalkylenoxidverbin­ dungen des Typs (a) weisen also zwei Polypropylenoxidketten pro Molekül auf, und die des Typs (b) weisen vier pro Molekül auf. Diese Polyalkylenoxidverbindungen weisen ein Gewichts­ mittel des Molekulargewichts von 2000 bis 10 000 und vorzugs­ weise von 2500 bis 7500 bei Messung durch Gelpermeationschro­ matographie mit Natriumpolystyrolsulfonat als Standard auf.
Es ist bevorzugt, daß 3 bis 50 Mol Ethylenoxid pro Mol Polyalkylenoxidverbindung vorliegen und daß das Gewichtsver­ hältnis von Ethylenoxid zu Propylenoxid 5 : 95 bis 40 : 60 be­ trägt. Das Verhältnis kann abhängig von der gewünschten Lös­ lichkeit in Wasser und der Menge an eingeschlossener Luft für eine gegebene Zementzusammensetzung gewählt werden.
Wenn die Polyalkylenoxidverbindung mit der Zementzusam­ mensetzung gemischt wird, dann sollte sie in einer Menge von 0,001 bis 5 Gew.-% auf Zementbasis (Feststoffe) vorliegen. Vorzugsweise liegt sie in einer Menge von 0,01 bis 0,5 Gew.-% vor.
Zu dem Zusatz können auch Wasserreduktionsmittel, z. B. Lignosulfonsäuresalze, Hydroxycarbonsäuresalze, Polyalkyl­ sulfonsäuresalze, Polycarbonsäuresalze, Kondensatsalze aus Naphthalinsulfonsäure und Formalin, Kondensatsalze aus Mela­ minsulfonsäure und Formalin, Aminosulfonsäuresalze und Poly­ saccharidderivate, gegeben werden.
Die Hydroxycarbonsäuresalze, die vorstehend genannt wur­ den, umfassen Glucoronsäure-, Citronensäure- und Glucarsäure­ salze. Die Polycarbonsäuresalze umfassen z. B. ein Copolymer aus Arylether und Maleinsäurehalbester sowie Salze davon, ein Copolymer aus Styrol und Maleinsäurehalbester sowie Salze da­ von und ein Copolymer aus (Meth)acrylsäuresalz und (Meth)­ acrylat sowie Salze davon. Die Polysaccharidderivate umfassen z. B. Saccharidalkohol, sulfatiertes Polysaccharid und dergl.
Die verwendete Menge an Wasserreduktionsmittel beträgt vorzugsweise 0,01 bis 5 Gew.-% auf Zementbasis (Feststoffe).
Der Zusatz für die Verwendung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann weitere auf diesem Gebiet bekannte Materialien in bekannten Mengen enthalten, so daß diese ihre normale Funktion erfüllen. Derartige Materialien umfassen, ohne Be­ schränkung hierauf, Mittel zur Einstellung des Luftgehalts, Schrumpfverringerungsmittel, Beschleuniger, Verzögerer, Schäumungsmittel, schaumhemmende Mittel und Verdickungsmit­ tel.
Die Erfindung wird weiter unter Bezugnahme auf die fol­ genden nicht-beschränkenden Beispiele beschrieben.
1. Materialien
Wasser
Zement: normaler Portland-Zement (relative Dichte: 3,16), hergestellt von Chichibuonoda Co., Ltd.
Feines Aggregat: Oi River-Grubensand (relative Dichte: 2,59, FM = 2,74; FM = Feinheitsmodul)
Grobes Aggregat: Oume-Schotter (relative Dichte: 2,65, MS = 20 mm; MS = maximale Aggregatgröße)
Arten von Polyalkylenderivaten (erfindungsgemäße Bei­ spiele)
P-1: Das mittlere Molekulargewicht beträgt 2750. Polyal­ kylenglykolderivat, bei dem Propylenoxid in einem Verhältnis von 10/90 (Gew.-%) zwischen Ethylenoxid und Propylenoxid an beide Enden von Polyethylenglykol aus 6 Mol Ethylengruppen addiert ist (Handelsbezeichnung "Adeka" 25R-1, hergestellt von Asahi Denka Kogyo Co., Ltd.).
P-2: Das mittlere Molekulargewicht beträgt 3000. Polyal­ kylenglykolderivat, bei dem Propylenoxid in einem Verhältnis von 20/80 (Gew.-%) zwischen Ethylenoxid und Propylenoxid an beide Enden von Polyethylenglykol aus 13 Mol Ethylenoxid­ gruppen addiert ist (Handelsbezeichnung "Adeka" 25R-2, herge­ stellt von Asahi Denka Kogyo Co., Ltd.).
P-3: Das mittlere Molekulargewicht beträgt 6000. Polyal­ kylenglykolderivat, bei dem Propylenoxid in einem Verhältnis von 30/70 (Gew.-%) zwischen Ethylenoxid und Propylenoxid an beide Enden eines Polyethylenoxid-Addukts aus Ethylendiamin und 5 Mol Ethylenoxidgruppen addiert ist (Handelsbezeichnung "Adeka" 25TR-913R, hergestellt von Asahi Denka Kogyo Co., Ltd.).
Arten von schaumhemmenden Mitteln
DEF-1: Schaumhemmendes Mittel vom Polyalkylenglykol-Typ, bei dem Propylenoxid an beide Enden von Polyethylenglykol ad­ diert ist; "Pluronic" L-61 (Handelsbezeichnung), hergestellt von BASF Co., Ltd.
DEF-2: Schaumhemmendes Mittel vom Silicontyp, "Antifoam"-80 (Handelsbezeichnung), hergestellt von Dow Cor­ ning, Ltd.
DEF-3: Schaumhemmendes Mittel vom Fettsäureestertyp, "Trimin" DF#2J (Handelsbezeichnung), hergestellt von Miyoshi Yushi Co., Ltd.
Arten von Wasserreduktionsmitteln
PCA: Luftporenbildner-Hochleistungswasserreduktions­ mittel vom Polycarbonsäuretyp, "Rheobuild" SP8N (Handelsbe­ zeichnung), hergestellt von NMB Co., Ltd.
NSF: Luftporenbildner-Hochleistungswasserreduktions­ mittel vom Naphthalintyp, "Rheobuild" SP9N (Handelsbezeich­ nung), hergestellt von NMB Co., Ltd.
MSF: Luftporenbildner-Hochleistungswasserreduktions­ mittel vom Melamintyp, "Rheobuild" NL4000 (Handelsbezeich­ nung), hergestellt von NMB Co., Ltd.
LSN: Luftporenbildner-Wasserreduktionsmittel vom Lignin­ typ, "Pozzolith" Nr. 70 (Handelsbezeichnung), hergestellt von NMB Co., Ltd.
2. Herstellung von Beton
Zwei Arten von Beton werden hergestellt. Einer ist ein Trockenmischbeton mit einem Setzmaß (Slump-Wert) von 8 ± 1 cm und einem Luftgehalt von 2 ± 0,5 Vol.-%, wie er in Tabelle 1 angegeben ist, und der andere ist ein Beton mit hohem Fließ­ vermögen mit einem Setzmaß (Slump-Wert) von 60 ± 5 cm und einem Luftgehalt von 2 ± 0,5 Vol.-%, wie er in Tabelle 2 angegeben ist.
Das gewünschte Setzmaß, das gewünschte Fließvermögen und der gewünschte Luftgehalt werden durch Zugabe von Wasserre­ duktionsmittel und Luftgehalt regulierendem Mittel erzielt, bis sie in die gewünschten Bereiche fallen.
Tabelle 1
Gemisch des Trockenmischbetons
Tabelle 2
Gemisch des stark fließfähigen Betons
3. Messung von Eigenschaften
Die Mengen der Materialien werden eingestellt, so daß eine Gemischmenge von 80 l erzielt wird, und Beton wird dann hergestellt, indem alle Materialien in einen 100 l-Trog­ mischer gegeben und anschließend für 120 Sekunden gemischt werden.
Das Setmaß (der Slump-Wert) oder das Fließvermögen, der Luftgehalt und das Oberflächenerscheinungsbild der Betonform­ teile werden nach folgenden Verfahren bewertet.
  • a) Rutschung und Fließvermögen: JIS A1101
  • b) Luftgehalt: JIS A1128
  • c) Oberflächenerscheinungsbild des Betonformteils:
    Der Beton wird senkrecht in eine Stahlblechform von 15 × 445 × 53 cm3 gegeben, und nach dem Härten wird der Flächenanteil mit unerwünschten Spuren berech­ net, indem die gesamte Zahl von Schaumspuren und der Anteil der Fläche der Oberfläche des Betonformteils, den sie bedecken, gemessen werden.
A (gut): Der Zustand, bei dem es keine Schaumspur mit einem Durchmesser von mehr als 3 mm pro 20 × 20 cm2 gibt und der Flächenanteil der Schaumspuren nicht mehr als 0,5% be­ trägt.
B (mittelmäßig): Der Zustand, bei dem es Schaumspuren, die einen Durchmesser von 3 mm pro 20 × 20 cm2 übersteigen, gibt, der Flächenanteil der Schaumspuren jedoch nur 0,5 bis 2,0% beträgt.
C (schlecht): Der Zustand, bei dem es nicht weniger als 5 Schaumspuren mit einem Durchmesser von mehr als 3 mm pro 20 × 20 cm2 gibt und der Flächenanteil der Schaumspuren 2,0% übersteigt.
4. Testergebnisse
Tabelle 3 gibt die Testergebnisse im Fall von Formteilen aus Trockenmischbeton an, und Tabelle gibt die Testergebnisse im Fall von Formteilen aus stark fließfähigem Beton an.
Tabelle 3
Tabelle 4
Wie in den Tabellen 3 und 4 gezeigt ist, gab es keine Schaumspuren mit einem Durchmesser von mehr als 3 mm in den Beispielen 1 bis 9, bei denen die Mittel zur Verbesserung des Oberflächenerscheinungsbildes von Betonformteilen gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wurden, und ferner war der Flächenanteil der Schaumspuren kleiner als 1%, und das Ober­ flächenerscheinungsbild wurde mit "gut" bewertet.
Andererseits traten in den Vergleichsbeispielen 1 bis 4 und 9 bis 11, in denen schaumhemmende Mittel und Wasserreduk­ tionsmittel zugesetzt wurden, und in den Vergleichsbeispielen 5 bis 8, in denen Wasserreduktionsmittel zugesetzt wurden, Schaumspuren mit einem Durchmesser von mehr als 3 mm auf. Ferner betrug der Flächenanteil der Schaumspuren mehr als 0,5%, und das Oberflächenerscheinungsbild wurde als "mittelmäßig" oder "schlecht" bewertet.
Nach den vorstehenden Ergebnissen zeigen die Oberflächen von Formteilen aus Trockenmischbeton und stark fließfähigem Beton, bei denen die erfindungsgemäßen Mittel zur Verbesse­ rung des Oberflächenerscheinungsbildes verwendet werden, ein erheblich verbessertes Oberflächenerscheinungsbild.
Unter Verwendung der erfindungsgemäßen Mittel zur Ver­ besserung des Oberflächenerscheinungsbildes von Betonformkör­ pern wird das Auftreten von Schaumspuren auf der Betonober­ fläche verhindert, ohne daß die Dauerhaftigkeit des Betons beeinträchtigt wird.

Claims (8)

1. Verfahren zur Verbesserung des Oberflächenerschei­ nungsbildes eines Formkörpers aus einem gehärteten Zementma­ terial durch Behandlung des Zementmaterials vor dem Härten mit einem Zusatz, der eine Polyalkylenoxidverbindung umfaßt, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus
  • a) einem Polypropylenoxid-Addukt eines Polyethylengly­ kols; und
  • b) einem Polypropylenoxid-Addukt eines Ethylendiamin- Polyethylenoxid-Addukts
besteht, wobei es sich bei der Verbindung um ein Poly­ ethylenglykol oder ein Ethylendiamin-Polyethylenoxid-Addukt mit Polypropylenoxidketten, die mit den endständigen Gruppen verknüpft sind, handelt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Zusatz mit dem Zementmaterial in einer Mischstufe gemischt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Zusatz auf die Oberfläche einer bereits geformten, jedoch noch nicht gehär­ teten Zementzusammensetzung aufgebracht wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Polyalkylenoxidverbindung ein Gewichtsmittel des Moleku­ largewichts von 2000 bis 10 000 und vorzugsweise von 2500 bis 7500 bei Messung durch Gelpermeationschromatographie mit Na­ triumpolystyrolsulfonat als Standard aufweist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei 3 bis 50 Mol Ethylenoxid pro Mol Polyalkylenoxidverbindung vor­ liegen und das Gewichtsverhältnis von Ethylenoxid zu Propy­ lenoxid 5 : 95 bis 40 : 60 beträgt.
6. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Polyalkylen­ oxidverbindung in dem Gemisch in einer Menge von 0,001 bis 5 Gew.-% und vorzugsweise von 0,01 bis 0,5 Gew.-% auf Zement­ basis (Feststoffe) vorhanden ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Zusatz zusätzlich ein Wasserreduktionsmittel, das vor­ zugsweise aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Lignosulfon­ säuresalzen, Hydroxycarbonsäuresalzen, Polyalkylsulfonsäure­ salzen, Polycarbonsäuresalzen, Kondensatsalzen von Naphtha­ linsulfonsäure und Formalin, Kondensatsalzen von Melaminsul­ fonsäure und Formalin, Aminosulfonsäuresalzen und Polysaccha­ ridderivaten besteht, enthält.
8. Formteil aus einer Zementzusammensetzung mit einem verbesserten Erscheinungsbild als Ergebnis der Behandlung nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7.
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