DE2048127A1

DE2048127A1 - Zementzusatz

Info

Publication number: DE2048127A1
Application number: DE19702048127
Authority: DE
Inventors: Tsutomu Azumi Tsukuru Nishikubiki Nngata Mizunuma (Japan) P
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 1969-11-04
Filing date: 1970-09-30
Publication date: 1971-05-27
Also published as: FR2061199A5; US3663287A; GB1297048A; CH565119A5

Description

19453

Denki Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha, Tokyo/Japan

Die Erfindung bezieht sich auf einen Zementzusatz und insbesondere auf einen Zementsusatz für Mörtel.

Der erfindungsgemäße Zementzusatz besteht im wesentlichen aus einem Zementexpandiermittel, das sich aus einem hauptsächlich aus Kalziumsulfoaluminat bestehenden Mineral zusammensetzt, und enthält geeignete Mengen eines organischen Bindemittels, eines Schäummittels, eines Dispergiermittels und gegebenenfalls eines Abbindebeschleunigers; er besitzt auf Grund der synergistischen Wirkungen dieser Mittel alle Eigenschaften, die für Mörtel erforderlich sind.

Venn ein Mörtel aur Befestigung von Ankerbolzen für Brücken und dergl. oder zum Bau eines Sockels für eine Maschine hergestel3.t wird, dann ist es erwünscht, die Ve rarbe.it barkeit, die Frühfestigkeit und die Bindescherfestigkeit zu verbessern, ohne daß ein Ausbluten oder ein Setzen auftritt. Bisher wurden Eisenpulver enthaltende Mörtel verwendet, um. diesen Problemen beizukommen. Mit diesem Material wurden die Setzprobleme gegenüber gewöhnlichem Zement ötark verbessert, jedoch besitzt dieses Material eine niedrige

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Bindescherfestigkeit. Außerdem haben sich die Eigenschaften des Mörtels niemals richtig entwickelt.

Durch die vorliegende Erfindung wurden nun diese Schwierigkeiten behoben. Die Hauptkomponente des erfindungsgemäßen Zementzusätzes ist Kalziumsulfoaluminat, welches bei Hydratation Ettringit (3OaO.Al₂O,.3CaSO^.32H₂O) bildet und sich dabei expandiert. Im allgemeinen besitzt Zement den Nachteil, daß er beim Härten und Trocknen nach der Hydratation schrumpft, Kalziuiasulf oaluminat beseitigt diese Schwierigkeit in wirksamer Weise, und infolgedessen ist Kalziumsulfoaluminat die Grundkomponente für den erfindungsgemäßen Zementzusatz. Es ™ verhindert das Ausbluten und Setzen und außerdem eine Rißbildung auf Grund der Schrumpfung beim Trocknen.

Der Ausdruck "Kalziumsulfoaluminat-Expandiermittel" wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf ein Kalziumsulfoaluminat, das bei der Hydratation Ettringit bildet, der einen hohen Sulfatgehalt aufweist.

Erfindungsgemäß wurde festgestellt, daß, wenn die richtigen Mengen eines organischen Bindemittels, eines Schäummittels, eines Dispergiermittels und gegebenenfalls eines Abbindebeschleunigers dem Kalziumsulfoaluminat-Ebcpandiermittel zufe gesetzt werden, das resultierende Gemisch sich besonders als Zementzusatz für Mörtel eignet. In der Folge werden Erläuterungen über die obigen vier Zusätze, die im erfindungsgemäßen Zementzusatz enthalten sind, gegeben.

Als organische Bindemittel sollen beispielsweise Polyvinylalkohol, MethylZellulose, GMO, Gelantine und Stärke erwähnt werden, welche sich im Zement mit Wasser verbinden und die Viskosität des Zementbreies selbst erhöhen, wodurch das jteie Wasser im Brei erhöht und damit das Ausbluten verhindert werden kann. Um jedoch das Ausbluten nur durch den

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_ 3 —

Zusatz eines Bindemittels vollständig zu verhindern, ist eine große Menge organisches Bindemittel nötig, weshalb die Festigkeit nach dem Aushärten des Breies verringert ist.

Erfindungsgeinäß könne die Funktion des Bindemittels verbessert werden, indem 0,1 bis 2,0 Gew.-%, bezogen auf das Kalziumsulfoaluminat-Expandiermittel, von dem organischen Bindemittel zu den anderen Zusätzen zugegeben wurden. Wenn die Menge weniger als 0,1 Gew.-% beträgt, dann tritt der Effekt nicht auf, während mehr als 2 Gew.-% die Festigkeit des Mörtels verringern.

Als Schäummittel können beispielsweise Metallpulver, wie z.B. Al oder Zn, oder OaSi, AlN und dergl. verwendet werden, welche ■% eine sehr hohe Schaumstabilität ergeben. Diese Mittel bilden unabhängige Poren im Zementbrei und verbessern dadurch die Fließfähigkeit und die Fülleigenschaften des Breies auf Grund des Trageeffekts der Poren, und außerdem verhindern sie ein Setzen der Oberfläche von Zementbrei, Mörtel und Beton. In Mörtel und Beton verhindert das Schäummittel wegen der Porenbildung das Setzen von Aggregaten, das Ausbluten und das Setzen der Oberfläche. Wenn jedoch das Schäummittel im Zementbrei alleine verwendet wird, dann ist die Viskosität des Zementbreies selbst unzureichend, weshalb die erzeugten Poren leicht aufschwimmen und durch das Aufschwimmen Wege für das Wasser im Brei gebildet werden. Dies macht es unmöglich, λ ein vollständiges Ausbluten zu verhindern. Außerdem tritt das Setzen der Oberfläche im gegossenen Beton stärker auf als üblich, weil Poren verschwinden. Dieser Schwierigkeit wurde dadurch bei gekommen, daß das Schäummittel zusammen mit anderen Zusätzen verwendet wird. Die eingemischte Menge des Schäummittels beträgt 0,005 bis 0,5 Gew,-%, bezogen auf das Kalsiumsulfoaluminat-.Expandiermittel. Wenn die Menge weniger als 0,005 Gew*-% betragt, ist es unmöglich, einen zufriedenstellenden Effekt zu erzielen, während, wenn die Menge mehr als 0,5 Gew.~% beträgt, die Festigkeit des Mörtels abnimmt. Wenn das oben erwähnte Schäummittel und das organische

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Bindemittel dem Kalziumsulfoaluminat im oben erwähnten Mischungsverhältnis zugesetzt werden,dann kann ein wesentlich besserer Effekt erreicht werden als bei den üblichen Mörtelmaterialien; beispielsweise ist die Bindescherfestigkeit um ungefähr das 6-fache verbessert. Demgfeinäß kann das Kalziumsulfoaluminat-Expsjidieriiittel gemeinsam mit dem Schäummittel und dem organischen Bindemittel verwendet werden. Jedoch ist bei dieser Zusammensetzung die Anfangsdruckfestigkeit nichb sehr stark verbessert, weshalb ein solcher Zementsusatz für Mörtel nicht ganz zufriedenstellend ist.

Erfindungsgemäß wurde weiterhin ein idealer Zement ztisat ζ für Mörtel gefunden, der auch eine verbesserte Anfangsfestigkeit aufweist, da er zusätzlich ein Dispergiermittel und einen Abbindebeschleuniger neben den oben erwähnten beiden Zusätzen enthält-

Im allgemeinen bestehen feine Pulver, wie ■ z.Bi^si&eia&h-t,-aus feinen Teilchen, die als primäre Teilchen bezeicSiiiet werden. Durch "Van der Walls'sehe Kräfte flocken diese Teilchen zusammen, wobei sekundäre Teilchen (Agglomerate) mit vielen Zwischenräumen gebildet werden und eine große Anzahl primärer Teilchen miteinander in Berührung steht. Wenn solche sekundären Teilchen, die groß erscheinen, in Wasser dispergiert werden und die Dispersion stehen gelassen wird, dann sinken diese Teilchen augenblicklich zu Boden, weshalb eine gute Suspension nicht erhalten werden kann, auch wenn man heftig rührt. Wenn ein solches Zementagglomerat mit einem Dispergiermittel, -wie z.B. Natrium- oder Kaliumligninsulfonat und dergl., versetzt wird, dann dringt das Dispergiermittel zwischen die primären Teilchen ein und wird auf den Oberflächen der primären Teilchen absorbiert, wodurch die Oberfläche eines jeden Teilchens durch die negative Ladung des Dispergiermittels negativ aufgeladen wird und eine Abstoßung zwischen dm Oberflächen entsteht. Hierdurch werden die sekundären Teilchen wieder injrimäre Teilchen aufgeteilt,

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wobei eine elektrische Doppelschicht entsteht und eine Ausfällung kaum auftritt. Hierdurch wird eine verbesserte Suspension erhalten« Infolgedessen wird die Verarbeitbarkeit (Fließfähigkeit) des Breies, des Mörtels, des Betons oder dergl. verbessert.Die zu verwendende Menge Wasser ist geringer, weshalb die Festigkeit beträchtlich vergrößert ist. Die eingemischte Menge des Dispergiermittels beträgt 1,0 bis 6,0 Gew.-%, bezogen auf das Kalziumsulfoaluminat-Ebcpandiermittel. Wenn die Menge kleiner als 1,0 Gew.~% ist, dann ist der Dispergiereffekt nicht ausreichend, während, wenn die Menge 6,0 Gew.-% übersteigt, die Anfangsfestigkeit abnimmt.

Es wurde gefunden, daß beim Arbeiten während einer kalten Jahreszeit oder, wenn ein rasches Arbeiten erforderlich und eine frühe Festigkeit nötig ist, organische und anorganische Halogenide als Abbindebeschleuniger verwendet werden können. Hierdurch wird das Verhalten des Mörtelmaterials vollständig entwickelt, ohne daß die Funktionen der einzelnen Zusätze beeinträchtigt werden. Die eingemischte Menge des Abbindebeschleunigers beträgt 0,5 bis 10,0 Gew.-%_% bezogen auf das Kalziumsulfoaluminat-Expandiermittel. Wenn das Verhältnis nicht in diesem Bereich liegt, dann wird die Frühfestigkeit nicht vollständig entwickelt. Als Abbindebeschleuniger können beispielsweise ZnCl₂, AlOl,, OaOl₂, MgOl₂, FeCl₂, FeCl^, MOl^, CoCl^, MgBr₂, ZnJ₂, OaJg,'OHOX₅₁ CCl^ und % dergl. verwendet werden.

Der erfindungsgemäße Zementzusatz für Mörtel besteht also aus 0,1 bis 2,0 Gew.-% organischem Bindemittel, 0,005 bis 0,5 Gew.-% Schäummittel und 1,0 bis 6,0 Gew.-% Dispergiermittel und im übrigen aus Kalziumsulfoaluminat und enthält gegebenenfalls 0,5 bis 10,0 Gew.-% Abbindebeschleuniger, wobei jeder Prozentsatz auf die Menge dee Kalziumsulfoaluminat-Ebcpandiermittels bezogen ist. Wenn ein solcher Zusatz mit

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Zement im. Mischungsverhältnis von 5 "bis 15 Gev.-% Zusafcs auf 95 bis 85 lew.-% Zement gemischt wird, dann kann ein Mörtel erhaltei werden, der im wesentlichen alle Eigenschaften eine.s gutea Mörtels aufweist. Bei weniger als 5 Gew.-% kann ein zufri2de isteilender Effekt nicht erhalten werden* Wenn mehr als 15 xew,-% verwendet werden, dann nimmt die Festigkeit des Möetels ab.

Zemente, die α it lern erfindungsgemäßen Zementztißata gemischt werden können, si id z.B. üblicher Ibrtland-Zemeiit» frühhochfester Zement, mäSig erhitzter Zement, Hochofenschlacke—Portlandzement, Flagaschezeinent, Kieselsäuresement und dergleichen. Der erfindungsgemäße Zementzusatz eignet sich besonders zum Füllen, wie z«B. für Ifeschinensockel·, Eisenbahnkörper, untere Teile von Brückenträgern, Verbindurigsstrukburen, Gründungen für StaSiltirme von Hochspannungsleitungen uiad dergleichen.

Die folgenden Seispiele erläutern die Erfindung, sie sind nicht in einscaräokendem Sinne aufzufassen. Me Prossenfcangaben sind in GrewLcht ausgepjrückt«

Beispiel 1

11% einer Kiscaun?, die aus 96,1 Teilen Ealai-uuisulfoaluminat-Expandiermitte L (Aiarenaeichen: GSA, hergestellt vo:.i Denki Kagaku K.K.), 3,9 Teilen Polyvinylalkohol, 0..0C9 Tsilen pulverförmigeii Aliminium und 3 Teilen KalziunlJgninsulfonat Bestand, wurde tniu 89 Teilen normalem Portland-Zement ge» miecht. Mt den rasultierenden Gemisch wurden physikalische Versuche durch$ef ihrt, derei?. Hesultave in der folgenden Tabelle 2 angegeoen sind. Zum Vergleich sind die Resultate eines Gemische mii üblichem Eisenpul^erzusatii ebenfalls in der Tabelle 2 mgsgebeti. Dae hier verwo»de;;e Keliiiumsulfoaluminat-Expa uiinrmit'üel besitzt die la dei· folgenden Vnbelle 1 angeg ibeue Zuriammensetzung.

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BAD ORIGINAL

... η _ Tabelle

Glüh verlust	Unlös liches	r	12,	3	Fe	2°3	CaO	MgO	TiO₂	SO,	2
0,5	2,5			0	,7	48,7	0,4	0,5

Zusatz

erfindungsgemäß

üblicher Zu-

Tabelle

"FIi-iß- Ausblutungswer ^:'j verhältnis

m/m %

Druckfestigkeit nach dem
1.Tag k/^

Setz- Bindesche» vcrhältHfestigkeit nis % inacli 7 Tagen kg/cm²

28,5

Meßverfahren
1. Fließwert: J 2<. Ausblutnngsν

3. Druckf e s tigle

4. S et zverhältn Der Mörtel w gestellten Z; einer Höhe v lung wurde iv des Mörtels
Setacn der H Mörtels vjurd- und der Durc' Bindescherfe Der Mörtel v;

•IS. R~5201

J3?h.^:i]tnis: JIS. A-1123

5.Lt: ffIS.H-52Ci

,s:

ird<; in einen aus einem rostfreien Stahl her-

KLijider rait einem Durchmesser von 5 cm und

m iO cm eingefüllt. Eine Oberflächenbehand-

uaj.-;telbar darauf durchgeführt. Das obere Ende

.ra liehälter wurde mit null bezeichnet, und das

i:?t<!.!oberfläche 24 st nach der Einfüllung des

i durch einen Mikrometer an 5 Punkten gemessen,

uaclinitt wurde errechnet.

ri; j.{;keit:

: in einen Stahlring (Innendurchmesser

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BAD

15,6 cm, Außendurchmesser 16,5 cm, Hohe 4 cm) eingefüllt, und nach einem gegebenen Alter wurde der Randteil des Mörtels mit Hilfe einer Stahlscheibe (Durchmesser 15 cm, Höhe 4,5 cm) nach unten gepreßt und der Mörtel wurde aus dem Stahlring ausgedrückt. Aus der erforderlichen Belastung

2 P kg und der inneren Oberfläche des Rings A cm wurde die Bindescherfestigkeit S gemäß der folgenden Formel errechnet

S - P/A.

Beispiel 2

Der Zementzusatz von Beispiel 1 wurde in einem geschlossenen Behälter eine längere Zeit gelagert, und die Veränderungen der Eigenschaften wurden in Zeitabständen von einem Monat bestimmt. Wie aus Tabelle 3 ersichtlich ist, wurde eine Änderung auch nach 6 Monaten noch nicht beobachtet.

Tabelle 3

Alter Monate	Ausblutungs- verhältnis %	Druck festig keit nach dem 1. Tag kg/cm*	Setzver hältnis %	Bindescherfestig keit nach 7 Tagen p kg/cm
O	O	251	+0,23	28,5
1	O	267	+0,26	29,0
2	0	265	+0,24	28,7
4	O	270	+0,27	28,1
6	0	258	+0,25	29,1

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Beispiel 3

eines Gemische, das aus 95,1 Teilen Kalziumsulfoaluminat Expandiermittel, 0,4 Teilen Methylzellulose, 0,007 Teilen Kalzium-Silicium-Pulver, 3,5 Teilen Natriumligninsulfonat und 1,0 Teil Magnesiumchlorid bestand, wurde mit 89 % normalem Portland-Zement gemischt. Mit dem erhaltenen Gemisch wurden Versuche zur Ermittlung der physikalischen Eigenschaften durchgeführt, und außerdem wurde ein Vergleichsversuch mit üblichem Eisenpulver vorgenommen. Die Testresultate sind in der folgenden Tabelle 4 angegeben.

Tabelle 4

Zusatz	Fließ- wert m/m	Ausblu tungsver hältnis %	Druck festig keit n. einenuTag kg/cmr	Setzver hältnis %	Bindescher festigkeit n. 7 Tagen p kg/cm
erfindungs gemäß herkömmli cher Zusatz	200 200	0 0	333 309	+0,32 -0,47	31,5 4,6

Wenn ein frühe Festigkeit erzeugender Zementzusatz gemäß der Erfindung verwendet wird, dann ergeben sich folgende Vorteile: (1) es tritt kein Ausbluten auf, (2) es tritt kein Setzen auf, (3) die Bindescherfestigkeit ist merklich erhöht, (4) die Frühfestigkeit ist verbessert und (5) die Verarbeitbarkeit ist günstiger, wenn man einen Vergleich mit herkömmlichen Zusätzen zieht.

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Claims

- ίο - Patentansprüche

1. Zementzusatz, bestehend aus 100 Gewichtsteilen eines sich hauptsächlich aus Kai "iumsuli'oaluminat zusammensetzenden Minerals, welches bei Hydratation Ettringit mit einem hohen Sulfatgehalt bildet, und aus 0,1 bis 2,0 Gewichtsteilen eines anorganischen Bindemittels, aus 0,005 bis 0,5 Gewichtsteilen eines Schäummittels und aus 1,0 bis 6,0 Gewichtsteilen eines Dispergiermittels.

2. Zementzusatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er noch zusätzlich 0,5 bis 10 Gewichtsteile Abbindebeschleuniger enthält.

3· Zementzusatz nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das organische Bindemittel aus Polyvinylalkohol, Methylzellulose, CMO, Gelantine oder Stärke besteht.

M-* Zementzusatz nach einem der Ansprüche 1 bis 3? dadurch gekennzeichnet, daß das Schäummittel aus Al, Zn, CaSj. oder AlN besteht.

5· Zementzusatz nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Dispergiermittel aus Natriumligninsulfonat oder Kaliumligninsulfonat besteht.

6> Zementzusatz nach einem der Ansprüche 2 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Abbindebeschleuniger aus ZnCl₂, AlCl₅, CaCl₂, MgCi₂, .FeCl₅, FeCl₂, NiCl₄, CoCl₄, MgBr₂, ZnJ₂", CaJ₂, CHCl₅ oder CCl₄ besteht.

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