DE2756798A1

DE2756798A1 - Verfahren zur herstellung eines zementmoertels sowie seine verwendung zur herstellung eines leichtgewichtige zuschlagstoffe enthaltenden betons

Info

Publication number: DE2756798A1
Application number: DE19772756798
Authority: DE
Inventors: Leif Berntsson; Soeren Carlsson; Bengt Hedberg; Olof Dipl Ing Magnusson
Original assignee: Bofors AB
Current assignee: Saab Bofors AB
Priority date: 1976-12-23
Filing date: 1977-12-20
Publication date: 1978-07-06
Also published as: SE418736B; SE7614518L; JPS6119581B2; BR7708562A; JPS5384025A; US4157998A; GB1593436A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Zementmörtels mit einer Dichte von 1200 bis 2000 kg/m^, der in frischem Zustand eine gute Stabilität aufweist. Erfindungsgemäß kann diese gute Stabilität des Mörtels durch eine außerordentlich feinporige Struktur erreicht werden, die durch ein feinteiliges Material mit bestimmten festgelegten Eigenschaften, das dem frischen Mörtel zugesetzt wird, verursacht wird. Die Erfindung umfaßt weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines leichtgewichtige Zuschlagstoffe enthaltenden Betons unter Verwendung des Mörtels als Bindemittel, wobei der Beton einen Zuschlagsgehalt von 45 bis 80 Vol.-% und eine Dichte unterhalb von 1400 kg/nr aufweist, das Zuschlagsmaterial eine

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Teilchendichte von weniger als 1200 kg/m⁵ hat und der Mörtel die Räume zwischen den Zuschlagsteilchen vollständig ausfüllt.

In der vorliegenden Beschreibung ist der Begriff "Zement" in seinem weitesten Sinne zu verstehen und schließt somit außer Portlandzement auch hydraulische Bindemittel wie Aluminatzement, Schlackenzement u. dgl. ein.

Gemäß dem Informationsblatt B8:1973> veröffentlicht von der "Byggforskningen" ("Baukonstruktionsforschung") unter der Bezeichnung "Betongtillsatsmedel" ("Betonzuschläge") können bisher bekannte Betonzuschläge in eine Vielzahl von unterschied lichen Gruppen unterteilt werden, von denen die ersten zwei "Luftporbildande tillsatsmedel" ("lufteinschließende Additive«) und "Vattenreducerande (plasticerande) tillsatsmedel¹¹ ("wasserreduzierende (plastizidierende) Zusätze") sind.

Die vorliegende Erfindung betrifft diese beiden Gruppen,

obwohl sie sich nicht vollständig auf die eine oder die andere oder auf beide Gruppen bezieht.

Ein frisches Bindemittelgemisch auf der Basis von Zement (Zementmörtel oder Betonmasse) besteht aus feinen Teilchen, Wasser und Luft. Der zementgebundene Beton, der unter dem Gesichtspunkt des Volumens den größten Anteil in der Bauindustrie hat, besteht im wesentlichen aus etwa 100 1 Zement,

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200 1 Wasser, 650 1 Steinmaterial, von dem alles mit einem Durchmesser von weniger als 4 mm gewöhnlich als Sand bezeichnet wird, und dem Rest in Form von Steinen sowie 50 1 Luft, berechnet auf 1000 1 frischer Betonmasse. Von den 200 1 Wasser, die erforderlich sind, damit das Gemisch verarbeitet werden kann, sind etwa 60 1 chemisch in der gehärteten Zementpaste gebunden, wogegen die Restmenge physikalisch als Gel und als Kapillarwasser gebunden ist.

Die in dem Zementmörtel oder dem Beton enthaltenen festen Teilchen bestehen aus Zuschlägen, d.h. Steinen und Sand von verschiedenen Fraktionen, den eigentlichen Zementkörnern sowie in dem Wasser ausgefallene Hydratationsprodukte. Die Zementkörner reagieren mit Teilen des Wassergemischs unter Bildung eines Hydratationsproduktes, das aus einem kolloidalen Leim, dem Zementgel, besteht. Das restliche Wasser und die Luft sind in der Grundmasse, die von dem Zementgel und den Zuschlagstoffen gebildet ist, verteilt. In dem frischen Mörtel findet sich das Wasser in der Form von Menisken in den Hohlräumen zwischen festem Zement und Zuschlagsteilchen in ihrer Nähe, wogegen die Luft ihrerseits Poren zwischen diesen Teilchen und den Wassermenisken bildet. Die Teilchengröße der vorgenannten ausgefallenen Hydratationsprodukte liegt innerhalb des Ängström-Bereichs, wogegen die mittlere Korngröße der Zementkörner etwa 5 pn beträgt. Der Sand und anderes Zuschlagsmaterial kann schließlich eine Teilchengröße von etwa 0,1 mm bis zu einem oder mehreren

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Zentimetern aufweisen. Wenn keine besonderen Maßnahmen getroffen werden, weist ein frischer Zementmörtel einen Luftgehalt zwischen 1,5 und 3,5 Vol.-% auf. In der mit gehärtetem Zement gebundenen Masse sind sowohl mit Luft als auch mit Wasser gefüllte Poren vorhanden. Zusätzlich zu diesen Poren, deren Größe in einer gut gepackten zementgebundenen Masse zwischen 10 und 1 mm liegt, bilden sich auch sogenannte Kapillarporen aus, die eine Porengröße von 10 bis 10 mm aufweisen, und in dem aus gehärtetem Zement gebildeten Gel sogenannte Gelporen mit einer Porengröße von etwa 10 mm.

Die Größe und Menge der Gelporen kann nur in geringem Ausmaß über den Wassergehalt der ursprunglichen Mischung beeinflußt werden. Andererseits werden die Kapillarporen durch das Wasser/Zement-Verhältnis bestimmt. In der Literatur ist eine Vielzahl von Wegen zur Vergrößerung des Luftporengehalts in dem frischen Zement oder der Betonmasse beschrieben.

In der Baukonstruktionsforschung-Broschüre ist angegeben, daß lufteinschließende bzw. porenbildende Mittel den Anteil an Gesamtluft in dem frischen Zement bzw. der Betonmischung vergrößern und auch in Richtung auf eine gleichförmigere Verteilung der Luftporen in der Grundmasse wirken, wobei man gleichzeitig in gewissem Ausmaß einen Anstieg des Gehaltes an kleinen Luftblasen, d.h. Blasen mit einem Durchmesser zwischen 0,05 und 0,5 mm, erhält. Solange diese fein verteilten Luft-

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blasen bestehen, ergibt dies für die frische Masse eine verbesserte Stabilität, die auch zu einer geringeren Wasserabscheidung beiträgt. Wenn in erster Linie erwünscht ist, die Stabilität der frischen Masse ohne die Erfüllung anderer Anforderungen als ein bestimmter Luftgehalt gemäß allgemein bekannten Methoden zu verbessern, reicht es aus, für einen Luftgehalt von 3,0 bis 4,0 % zu dosieren. Eine größer werdende Zumischung von Luft weist auch einen bestimmten verbessernden Effekt bezüglich des Fließens der frischen Masse auf, da die Luftporen zu einer geringeren Reibung zwischen den festen Teilchen in der Masse führen, so daß man mit dieser leichter arbeiten kann. Hohe Gehalte von festen feinen Materialien mit einem großen Luftgehalt sollen jedoch einen zähen, klebrigen Beton ergeben. Da die Konsistenz eines Zements oder einer Betonmasse in der Regel als Basis verwendet wird, kann der Wassergehalt der Mischung gewöhnlich durch Zumischung eines lufteinschließenden Mittels gesenkt werden. Entsprechend einer Daumenregel aus der Literatur sollte es möglich sein, den Wassergehalt in frischem Zementmörtel bei unveränderter Konsistenz um die Hälfte der Zunahme des durch die Zugabe eines lufteinschließenden Mittels erreichten Anstiegs des Luftgehaltes zu verringern. Zusammen mit der oben genannten verringerten Wasserseparierung führt eine Zunahme der Menge an feinen Luftporen in der Grundmasse auch dazu, daß große Zuschlagsteilchen nicht so leicht aus dem frischen Gemisch abgeschieden werden. Die hierdurch erreichten Konsistenzänderungen sind jedoch ver-

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gleichsweise begrenzt, da sie direkt von der Menge der stabilen Luft abhängen, die auf diese Welse In die Masse eingezogen werden kann. Der vielleicht häufigste Grund für die Zugabe von lufteinschließenden Mitteln ist Jedoch darin zu sehen, daß es erwünscht ist, daß die gehärtete Masse widerstandsfähiger gegenüber Frost wird, da die durch die Zugabe von lufteinschließenden Mitteln erhaltenen Hohlräume als Expansionskammern für anderes, in dem Porensystem vorhandenes Wasser zur Verfügung stehen, wenn das Wasser sein Volumen im Zusammenhang mit dem Einfrieren vergrößert. Es wird hierdurch verhindert, daß die Porenwände brechen, wenn die Umgebungstemperatur unter den Gefrierpunkt sinkt. Ein Luftporenvolumen von etwa 5 Vol.-% soll eine maximale Widerstandsfähigkeit gegenüber Frost ergeben, und dies kann vergleichsweise leicht erreicht werden. Solange die Festigkeit irgendeines Zuschlagsmaterials größer als diejenige der steif gewordenen Zementpaste ist, bestimmt diese Festigkeit die Festigkeit der Masse. Die Eigenschaften der gehärteten Masse hängen in einem sehr großen Ausmaß von dem Gehalt an Wasser und Luft des ursprünglichen Gemisches ab.

Eine Vielzahl von unterschiedlichen Materialien sind als lufteinschließende Mittel verwendet worden, z.B. verseifte Harze, Alkylarylsulfonate, Calciumligninsulfonate und Hydroxyäthylcellulose, und zwar in Kombination mit Tensiden. Unter dem Gesichtspunkt der Funktion beruht die Wirkung dieser Additive auf der Tatsache, daß mit Hilfe der in ihnen einge-

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schlossenen schaumbildenden Mittel ein mehr oder weniger stabiler Schaum aufgebaut wird, mit dessen Hilfe zunehmende Mengen an Luft in den frischen Zement bzw. Beton eingezogen werden können. Die hierbei hervorgerufenen Luftporen weisen im wesentlichen eine Größe von 0,1 bis 1 mm auf. Diese Additive ermöglichen die Herstellung von Zementmörtel und Beton mit einer verringerten Dichte. Schaumblasen mit dieser Größe weisen jedoch eine schlechte Festigkeit auf, und das so aufgebaute Porensystem kann daher kollabieren, bevor das Zementbindemittel Zeit zum Härten gefunden hat. Dies gilt insbesondere dann, wenn große Luftmengen eingeführt werden sollen. Die im wesentlichen hydrophile Natur der Zusätze kann auch In Richtung auf eine vergrößerte Vasserabsorption in der gehärteten Masse wirken. Durch die Zugabe lediglich von Tensiden (entweder anionenaktive oder nicht-ionenaktive) ist es innerhalb bestimmter Grenzen auch möglich, sowohl die Konsistenz als auch die Menge der in einer frischen Zementzusammensetzung enthaltenen Luft zu ändern. Unabhängig von dem zu verwendenden Tensidtyp hat sich dieses Verfahren als sehr sensitiv in bezug auf die zugesetzte Tensidmenge erwiesen, die höchstens ein Tausendstel oder wenige Tausendstel der gesamten Mischung betragen soll. Die in diesem Zusammenhang verwendeten Tenside sind außerordentlich wirksam und können rasch eine große Menge an Luftblasen ergeben. Die Stabilität derselben schwankt Jedoch erheblich. Als eine Regel erniedrigen anionenaktive Ten side die Oberflächenspannung drastisch, wenn sie in kleinen

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Mengen zugegeben werden. Die nicht-ionenaktiven Tenside dagegen weisen einen etwas geringeren Effekt bei ein und derselben Konzentration auf. Mit diesen zwei Typen von Tensiden und insbesondere bei einer Uberdosierung derselben werden die von Anbeginn gebildeten Luftblasen jedoch rasch miteinander vereint, d.h. sie schließen sich unter der Ausbildung größerer Einheiten zusammen. Besonders bei den anionenaktiven Tensiden kann diese Rekombination in einem solchen Ausmaß stattfinden, daß die Luft dem System entweicht und ein Zusammenbruch auftritt, d.h. das frische Gemisch schrumpft. Bestimmte nicht-ionenaktive Tenside zeigen eine erheblich bessere Stabilität und somit eine größere Toleranz gegenüber einer überdosierung, es ist jedoch deutlich erkennbar, daß die Rekombination beispielsweise bei intensiverem Rühren größer wird. Es ist dabei auch nicht möglich, durch Einstellung solcher Parameter wie Auswahl des Rührertyps, zugesetzte Tensidmenge und Rührerintensität die Menge der eingemischten Luft oder die Größe der Luftporen, welche zwischen 0,1 und mehreren mm schwanken kann, zu kontrollieren.

Wenn Additive der oben genannten Art eingesetzt werden, kann die Absicht sein, Luft einzumischen, es kann aber auch erwünscht sein, daß nicht mehr Luft in ein Betongemisch eingemischt wird. Durch die Auswahl des Tensidtyps und der zugesetzten Menge kann man beide Effekte erreichen. In der schwedischen Auslegeschrift 333 113 ist beschrieben, wie durch die Zugabe von verschiedenen Tensiden sowie einer Styrol-Acrylat-

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Dispersion die Bearbeitbarkeit und Fließfähigkeit eines Betongemisches vergrößert wird. Da diese Zugabe eine erhebliche Reduktion des Wasser/Zement-Verhältnisses des frischen Gemisches gestattet, kann das gehärtete Betongemisch eine kompaktere Struktur und in der Folge eine vergrößerte Festigkeit ergeben. Es wird gesagt, daß die fragliche Dispersion, unabhängig von einem hohen Gehalt an Tensiden, überhaupt keine schaumbildende Eigenschaft aufweist. Es wird insbesondere auch darauf hingewiesen, daß sie nicht zu der Bildung von Luftporen Anlaß gibt. Die Menge der zugesetzten Tenside und die Menge des in dem Polymeren enthaltenen Acrylnitrils macht jedoch den gehärteten Beton in hohem Ausmaß hydrophil.

In den Schweizer Patenten 493 438 und 515 862 sind Zusatzmittel für Zement und Beton beschrieben, die aus Polymeren oder natürlichen, wasserhaltigen Latexdispersionen bestehen, zu denen zusätzlich zu Polymerkomponenten und Emulgatoren auch ein Antischaummittel zugesetzt worden ist.

Weiterhin ist in der US-PS 3 819 391 ein lufteinschließendes Zementadditiv beschrieben worden, das aus einem frei fließenden flockigen Festprodukt mit einem Gehalt von 12,5 bis 37,5 Gew.-% einer bituminösen Substanz und als Rest 87,5 bis 62,5 Gew.-% einer oberflächenaktiven Substanz enthält. In diesem Additiv besteht somit der Hauptanteil aus der oberflächenaktiven Substanz.

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Die schwedische Patentanmeldung 7600161-9 betrifft die Weiterentwicklung des Additivs gemäß dem obigen US-Patent, und zwar in Form eines pulverförmigen Produktes, das in Wasser löslich ist und zu 40 bis 60 Gew.-% aus der oben genannten bituminösen Substanz und einer oberflächenaktiven Substanz aufge baut ist, wogegen die verbleibenden 60 bis 40 Gew.-96 aus Polyäthylenoxid-Harzen, Ligninsulfonaten und Diatomeenerde besteht. Als oberflächenaktives Mittel wird gesagt, daß man sowohl anionische/kationische und nicht-ionische Mittel verwenden kann, daß jedoch ein Gemisch bevorzugt ist. Es wird ausgeführt, daß das bituminöse Material Asphalt, Kohlenteer oder Derivate derselben sein kann. Damit es in diesem Zusammenhang verwendet werden kann, ist es Jedoch erforderlich, daß die fragliche Substanz bei Raumtemperatur eine Flüssigkeit ist. Weiterhin wird ausgeführt, daß zusätzlich zu seiner lufteinschließenden Wirkung das Additiv auch einen die Bindung verzögernden Effekt auf den Zement haben soll.

In der schwedischen Patentanmeldung 74.03454-7 wird auch gezeigt, wie mit Hilfe von kolloidaler Kieselsäure bzw.

Siliciumdioxid oberflächenaktive Substanzen und amphiphile

Substanzen oder Kohlenwasserstoffen die Konsistenz, Bearbeitbarkeit und gleichförmige Verteilung des Feinanteils des Zementes verändert werden kann. Aus einer Tabelle auf Seite 6 ist die große Bedeutung des Wasser/Zement-Verhältnisses er sichtlich. Wenn mit Hilfe eines Additivs mehr Luft in den Ze-

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ment eingeführt wird, kann der Wassergehalt gleichzeitig verringert werden. Der Hauptgrund für die in der Anmeldung beschriebene Festigkeitszunahme muß vermutlich in dem verringerten Wassergehalt gesehen werden. Es kann jedoch ein zusätzlicher Effekt dem Siliciumdioxid, das in Verbindung mit der Zementhärtung chemisch aktiv ist, zugemessen werden.

Wie sich aus der obigen Übersicht bezüglich mindestens einiger der bisher beschriebenen Betonzusätze ergibt, sind Versuche zur Beeinflussung der Struktur einer frischen Zementzusammensetzung durch verschiedene Additive, die primär einen wenn auch begrenzten Effekt bezüglich des Lufteinsaugens aufweisen, grundsätzlich bekannt. Die Tatsache, daß mindestens einige dieser lufteinschließenden Mittel auch die Neigung zeigen, den Gehalt an feinen Luftporen in der Mischung zu ver- größern, ist ebenfalls bekannt. Im allgemeinen ergeben jedoch diese vorbekannten Typen von lufteinschließenden Mitteln auch große Mengen an vergleichsweise großen Poren, d.h. Poren mit einer Größe von 0,1 bis 1,0 mm und mehr.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herbeiführung einer außerordentlich feinen und gleichförmig pori gen Struktur in frischem Zementmörtel. Diese besondere Porenstruktur wird durch ein feinteiliges Material mit einer bestimmten Teilchengröße und Form und mit bestimmten definierten Oberflächeneigenschaften erreicht, das dem frischen Mörtel zu-

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gesetzt wird. Diese spezifischen Eigenschaften verleihen dem Material eine bemerkenswerte Fähigkeit zum Aufnehmen von Luft zusammen mit der Fähigkeit zum Festhalten der eingezogenen Luft in Form von außerordentlich feinen und stabilen Blasen, die während der Bearbeitung des Mörtels in diesem verteilt werden, ohne daß sie sich dabei untereinander rekombinieren. Auf diese Weise wird ein außerordentlich feinporiger Mörtel erhalten. Die für das teilchenförmige Material typischen Eigenschaften sind: die Tatsache, daß die einzelnen Teilchen hydrophile und hydrophobe Eigenschaften aufweisen, die auf der jeweiligen Teilchenoberfläche konzentriert sind und die in gewisser Weise zueinander ins Gleichgewicht gesetzt sind. Diese Kombination von einander entgegengesetzten Eigenschaften ermöglicht es für die in Rede stehenden Teilchen, große Wassermenisken zu kleinen aufzuteilen.

Es kann keine andere Erklärung gefunden werden, warum ein gehärteter Zementmörtel, hergestellt gemäß der Erfindung, eine Porenstruktur zeigen kann, in der der größere Anteil sämtlicher Poren innerhalb der Größenordnung von 5 - 30 um liegt. Andererseits sind große Poren, erhalten durch große Wassermenisken, sehr häufig. Die Porenstruktur des gehärteten Zements wurde in einem Abtastmikroskop untersucht. In dem frischen Zement ist dies schwieriger, wenn jedoch vor der Härtung kein Kollaps des Porensystems auftritt, entsprechen die Poren des frischen Mörtels denen des gehärteten, jedoch mit dem Unterschied, daß Tei-

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le der Poren in dem frischen Mörtel mit Wasser gefüllt sind.

Das Verfahren gemäß der Erfindung gestattet somit die Herstellung eines frischen Zementmörtels, der unabhängig von einem extremen Luftgehalt von bis zu AO Vol.-% nichtsdestoweniger eine sehr gute Stabilität aufweist. Diese gute Stabilität ermöglicht, erheblich größere Mengen an Zuschlägen mit anderen Dichten dem Mörtel zuzumischen, als dies bisher in der Praxis möglich war. In einem Mörtel mit einer weniger guten Stabilität hätte der leichtgewichtige Zuschlag Zeit zum Aufschwimmen und der relativ schwere Zuschlag würde vor der Härtung des Mörtels auf den Boden sinken.

Die Erklärung der guten Stabilität des Mörtels gemäß der Erfindung ist die, daß die Oberflächenspannungskräfte, die verhindern, daß die Luftporen in dem frischen Mörtel unter dem Umgebungsdruck kollabieren, bei kleinen Poren oder Wassermenisken erheblich größer als die entsprechenden Bedingungen für die größeren sind.

Ein anderer Effekt, der mit einem derartigen feinporigen Mörtel wie demder Erfindung erreicht werden kann, ist darin begründet, daß die Bearbeitbarkeit des Mörtels verbessert wird. Dies ist durch den Umstand erklärbar, daß die kleinen Luftporen, sobald die Adhäsionskräfte überwunden sind, die Verschiebung der festen Teilchen gegeneinander erleichtern. Als

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eine Folge hieraus weist der Mörtel erheblich verbesserte Gußeigenschaften auf. Wie zuvor angegeben, sind die gemäß der Erfindung erzeugten feinen Luftporen außerordentlich gut bei atmosphärischem Druck in dem Mörtel verankert, wenn jedoch der Umgebungsdruck auf ein solches Ausmaß gesteigert wird, daß die auf die Poren wirkenden Oberflächenspannungskräfte Ubertroffen werden, kollabiert die Gesamtstruktur augenblicklich, wenn die feinen Poren nach Überwindung der Adhäsionskräfte die festen Teilchen so leicht gegeneinander bewegbar machen, daß dies praktisch als ein reiner Schwimmsandeffekt betrachtet werden kann. Wenn dann die Struktur zusammenbricht und die Luft das System verläßt, erhält man einen vollständigeren Teilchenkontakt zwischen den Zementkörnern, gegebenenfalls den Zuschlägen und dem teilchenförmigen Material. Die feinen sphärischen Teilchen werden dann insbesondere die Bewegungen der außerordentlich uneben geformten Zementkörner gegeneinander erleichtern. Infolge dieses Effektes ist erfindungsgemäß hergestellter Zementmörtel außerordentlich gut geeignet für die Extrusion unter hohem Druck durch eine Düse zur Bildung von Produkten mit einer außerordentlich hohen Festigkeit und Dichte.

In einem besonders frischen Zementmörtel, hergestellt gemäß der Erfindung, bricht die Struktur bei einer Druckzunahme entsprechend 4 Atmosphären Überdruck zusammen.

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Allgemein werden in diesem Zusammenhang die Luftporen und die Fähigkeit zum Einsaugen von Luft genannt. Der Grund hierfür ist darin zu sehen, daß die umgebende Atmosphäre in praktisch sämtlichen Fällen aus Luft besteht. Wenn aus irgendeinem Grunde diese aus einem anderen Gas besteht, wird eine entsprechende Porenformation erhalten. Da das teilchenförmige Material, das erfindungsgemäß dem Mörtel zugesetzt wird, hauptsächlich als Kern für die feinen Poren zu dienen scheint, wird es als wahrscheinlich angesehen, daß die Porenstruktur mit einem in situ erzeugten Gas praktisch die gleiche ist, d.h. in Form einer Aufteilung des Gases in sehr feine Gasbläschen.

Die Erfindung betrifft somit ein Verfahren zur Herstellung eines außerordentlich feinporigen Zementmörtels durch Einleitung von vergleichsweise großen Mengen fein verteilter Luft in den Mörtel. Mit Hilfe dieser fein verteilten Luft werden große Ansammlungen von Wasser in dem Mörtel in kleinere geteilt. Das Verfahren der Erfindung führt zu Poren in dem steif gewordenen Mörtel in der Größenordnung von 5 - 30 um. Dies wird durch die Zugabe von 0,2 bis 5,0 Gew.-%,berechnet auf das Zementgewicht, eines im wesentlichen sphärischen, feinteiligen Materials, das in bezug auf die anderen Komponenten in dem Zement chemisch inert und eine Teilchengröße von 0,1 bis 1,0 pm, insbesondere 0,2 bis 0,8 um aufweist, erreicht, wobei die Oberflächeneigenschaften des Materials ein angepaßtes Gleichgewicht zwischen hydrophilen und hydrophoben Eigenschaften aufweisen. Dieser

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Typ von teilchenförmigem Material hat ergeben, daß sehr feine Luftporen erzeugt werden können, wenn die Komponenten in dem Mörtel miteinander vermischt werden. Der gemischte hydrophile und hydrophobe Charakter des teilchenförmigen Materials verleiht den Teilchen einmalige Eigenschaften, die es diesen ermöglichen, als Kerne für die Aufteilung von großen Wassermenisken zu kleinen zu wirken. Es ist selbstverständlich, daß das teilchenförmige Material die Adhäsion innerhalb der Luftporen beeinflußt, da gezeigt werden konnte, daß diese eine erheblich bessere Stabilität aufweisen, als erwartet werden konnte.Dies ergibt sich insbesondere aus der geringen ausgeprägten Tendenz der Poren zur Rekombination. Dies ist vermutlich durch die Anhäufung von teilchenförmigem Material an den Grenzflächen der Poren bedingt, die in einem Abtastmikroskop sichtbar gemacht werden konnten. Diese Teilchenanhäufung an den Phasengrenzflächen bedingt, daß die inneren Wände der Poren nach der Härtung des Zements teilweise aus diesem Material bestehen, und zwar entweder in Form von Teilchen oder, wenn der Charakter der Teilchen so ausgeprägt ist, daß eine Filmbildung stattfinden kann, aus einem mehr oder weniger zusammenhängenden Film. Die Anhäufung an den Porenwandungen sollte auch in ge wissem Ausmaß auf die Kapillarporen anwendbar sein. Vornehmlich in dem Fall von geformten Produkten konnte gezeigt werden, daß eine Anhäufung der teilchenförmigen Materialien in Richtung auf die Außenseite des Produktes stattfindet. Diese Merkmale ergeben zusammen ein dichtes Produkt, das sehr geringe Waaserabsorption zeigt.

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Wie vorstehend ausgeführt, schließt das Verfahren der Erfindung ein, daß ziemlich große Luftmengen in den Mörtel eingezogen werden. Das Verfahren der Erfindung ist daher zunächst geeignet für die Herstellung von Zementmörtel mit einer Dichte von 1200 bis 2000 kg/m³, die für Mörtel mit einer ihm eigenen Dichte von 2300 kg/nr (ohne irgendwelche Lufteinschlüsse) einem Luftgehalt von etwa 13 bis 14 Vol.-% bis zu 40 Vol.-% entsprechen würde.

Die gemäß der Erfindung hervorgerufene Porenbildung darf nicht durch gleichzeitige oder vorherige Zugabe eines Schaummittels, z.B. freier Tenside, gestört werden, da in einem derartigen Fall eine unkontrollierte Schaumbildung eingeleitet würde, die einen störenden Effekt auf die gewünschte Struktur entfalten würde, selbst wenn die dann in den Zement eingesogenen Luftporen durch den Einfluß des teilchenförmigen Zements zu kleineren Poren zusammenbrechen.

Das teilchenförmige Material kann mit dem Zement in Form eines trockenen Pulvers vor der Zugabe von Wasser vermischt oder in dem einzumischenden Wasser dispergiert werden. Es ist jedoch erforderlich, daß gewährleistet ist, daß das teilchenförmige Material im wesentlichen in Form von getrennten Teilchen zur Verfügung steht und daß diese nicht zusammenkleben und große Aggregate bilden. Infolge ihrer Größe, entsprechend 1/50-1/5 der Zementteilchen, finden die sphärischen Teilchen ihren Platz in den Leerräumen in der Teilchenverteilungskurve,

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die sich in einem Üblichen Zementmörtel zwischen den zuvor genannten Hydratationsprodukten, freigesetzt in dem Wasser, und den tatsächlichen Zementteilchen ausbildet. Dies könnte eine Erklärung sein, warum das teilchenförmige Material nicht die Zementstruktur stört, sondern vielmehr zu ihrer Verbesserung beiträgt.

Bei der Einmischung in den Zementmörtel neigen die Teilchen primär dazu, von den nächstliegenden größeren Teilchen angezogen zu werden, d.h. den Zementteilchen, und dort die zuvor genannten Kerne zur Aufteilung der Wassermenisken zwischen diesen Zementkörnern selbst und zwischen den Zementkörnern und den Zuschlagteilchen zu bilden.

Ein Verfahren zur Herstellung von polymeren sphärischen, vergleichsweise gleichförmigen Teilchen besteht in der Emulsionspolymerisation, bei der die Teilchen auf der Basis von Acrylaten, Styrol, Copolymeren von Styrol-Acrylat, Vinylacetat, Copolymeren von Vinylacetat-Acrylat, Copolymeren von Styrolbutadien, Vinylidenchlorid od. dgl. hergestellt sein können.

Um Teilchen innerhalb des für den Erfindungsgegenstand gewünschten Größenbereichs zu erhalten, d.h. 0,1 bis 1,0 um, werden oberflächenaktive Mittel verwendet, deren hydrophiler Teil anionenaktiv, nicht-ionenaktiv, kationenaktiv oder amphoter sein kann.

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Im Handel erhältliche Dispersionen, die primär für Farben, Klebstoffe oder andere Produkte bestimmt sind, haben bei der Prüfung als Zementadditive gezeigt, daß sie eine augenblickliche Änderung der Konsistenz des frischen Zementmörtels bedingen, hervorgerufen durch eine merklich gesteigerte Zumischung von Luft. Der Effekt schwankt Jedoch sehr stark von Fall zu Fall, und zugleich weisen die eingemischten Luftblasen sehr unterschiedliche Größen (zwischen 0,1 und mehreren mm) auf. Die Tendenz zur Rekombinierung der hierdurch erzeugten Blasen erwies sich zudem als sehr groß; zur gleichen Zeit war die Reproduzierbarkeit von verschiedenen Versuchen mit dem gleichen Produkt schlecht.

Dies kann durch die vergleichsweise hohe Konzentration von oberflächenaktiven Substanzen, die üblicherweise in Polymerdispersionen vorhanden sind, erklärt werden, die zudem fast immer mit vorhandenen polymerisierbaren polaren Substanzen und/oder Schutzkolloiden kombiniert sind. In einer derartigen Dispersion gibt es somit ausreichend hohe Konzentrationen an oberflächenaktiven Substanzen, die nicht ausreichend stark auf den Polymeroberflächen adsorbiert sind. Der Teil dieser oberflächenaktiven Substanzen, der nicht an der polymeren Oberfläche selbst adsorbiert ist, verursacht Luftblasen mit instabilen Eigenschaften, die sich sehr rasch rekombinieren oder kollabieren.

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Erfindungsgemäß zeigt somit das sphärische teilchenförmige Material eine hydrophile/hydrophobe Abstimmung, wobei das Teilchen selbst den hydrophoben Teil und die Menge des nichtionischen Tenside, das in stabiler Weise auf der Oberfläche der Teilchen adsorbiert werden kann, den hydrophilen Teil bildet.

Erfindungsgemäß können die Teilchen aus einem Homopolymer oder Copolymer bestehen, die aus Styrol und/oder einer Vielzahl von Estern der Acryl- oder Methacrylsäure mit der allgemeinen Formel

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CH₂ = C-COOR₂

in der R₁ = H oder CH, und R₂ = ein Alkoholrest mit 1-8 Kohlenstoffatomen, z.B. Methylacrylat, Ethylacrylat, Propylacrylat, Butylacrylat, Hexylacrylat oder 2-Ethylacrylat, Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat, Butylmethacrylat, Hexylmethacrylat oder 2-Ethyl-hexylmethacrylat. Mit einer zunehmenden Länge der Kette in dem Alkoholrest nimmt die hydrophobe Eigenschaft zu; dies muß berücksichtigt werden, wenn man die Art und Menge der hydrophilen Komponente auswählt.

Gemäß anderen Varianten der Erfindung können die genannten Teilchen aus einem Styrol-Butadien-Copolymer, einem Acrylat-Vinylidenchlorid-Copolymer, reinem Vinylidenchlorid oder reinem Polyäthylen bestehen.

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Die hydrophoben Teilcheneigenschaften gemäß der Erfindung können auch ein nicht-synthetisches Naturprodukt aufweisen, z.B. Asphaltteilchen mit einer Teilchengröße von 0,1 - 0,8 um.

Die Tensidmenge, die in stabiler Weise an den verschiedenen Teilchen adsorbiert werden kann, schwankt etwas mit den Teilchen, wobei die Größe und die Hydrophobizität der Teilchen und die Hydrophilizität des Tensids zu berücksichtigen sind.

Durch praktische Versuche kann somit gezeigt werden, daß eine oberflächenaktive Substanz eine um so stärkere Affinität bezüglich eines Polymers aufweist, je hydrophober sie ist. Dies bedingt, daß ein sehr hydrophobes Polymer eine größere Menge des Tensids adsorbieren kann als ein weniger hydrophobes Polymer. Dies muß im Zusammenhang mit dem Erfindungsgegenstand berücksichtigt werden, da eine mögliche Tensidmenge, die von dem teilchenförmigen Material freigegeben werden kann, einen negativen Effekt auf die Porenstruktur des Zementmörtels aufweist.

Allgemein gesagt schwankt somit die Tensidmenge zwischen 0,1 und 5,0 Gew.-%, berechnet auf die Gesamtmenge des teilchenförmigen Materials. Für die Polymeren auf Basis von Acrylsäureestern oder Methacrylsäure stern und die Polymeren auf der Basis von Acrylat-vinylidenchlorid bestehen Jedoch engere Grenzen, nämlich 0,1 bis 3,0 Gew.-#. Für die hydro-

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phoberen Materialien Asphalt, Polyäthylen und Styrol-Butadien sind die breiteren allgemeinen Bereiche von 0,1 bis 5,0 Gew.-% anwendbar. Weiterhin hängt die geeignete Tensidmenge innerhalb der oben genannten Grenzen von der Teilchengröße und Type des Tenside ab.

Beispiele fUr geeignete nicht-ionische Tenside sind oxyethyliertes Alkylphenol mit einer Anzahl der Ethylenoxid-Einheiten zwischen 6-40, Polyoxyethylen-sorbitan-monolaurat mit etwa 20 Ethylenoxid-Einheiten, Polyoxyethylen-sorbitanmonopalmitat oder Polyoxyethylen-sorbitan-mono-oleat.

Als Beispiele für die teilchenförmigen Materialien, die sich als sehr gut wirksam erwiesen haben, sind Produkte auf Acrylbasis mit einer Teilchengröße von 0,2 - 0,6 um und Asphaltteilchen mit einer Teilchengröße von 0,1 - 0,8 um zu nennen.

Zusätzlich zu den verschiedenen Methoden zur Herstellung eines feinporigen Zementmörtels in der oben genannten Weise betrifft die Erfindung auch die Verwendung des Zementmörtels in Verbindung mit der Herstellung eines Betons mit leichtgewichtigen Zusatzstoffen mit einer Dichte von weniger als

1400 kg/m^, in dem das Zuschlagmaterial und der adhäsive Zementmörtel eine deutlich unterschiedliche Dichte aufweisen und der Prozentsatz an Zuschlagstoff 45 bis 50 Vol.-# über-

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steigt. Unter leichtgewichtigen Zuschlägen ist in diesem Zusammenhang ein Zuschlagsmaterial mit einer mittleren Teilchendichte von weniger als 1200 kg/nr zu verstehen. In diesem Falle schließt die Bezeichnung Beton mit leichtgewichtigen Zuschlagen lediglich Produkte ein, in denen der Zementmörtel, abgesehen von seiner eigenen Porosität, den Raum zwischen den Aggregatteilchen vollständig ausfüllt.

Es hat sich bei auf dem Markt erhältlichen Zemehtadditiven als sehr schwer erwiesen, einen kohärenten und gießfähigen, mit leichtgewichtigen Zuschlägen versehenen Beton mit einem Zuschlagsgehalt von mehr als 45 bis 50 Vol.-% zu erhalten. Der Grund für diese Schwierigkeiten kann in erster Linie in den großen Dichteunterschieden zwischen dem Zementmörtel und dem leichtgewichtigen Zuschlag gesehen werden. Die Adhäsionskräfte des Mörtels sind zu schwach, um zu verhindern, daß sich die leichteren Zuschlagsteilchen abscheiden und in dem Mörtel aufschwimmen, wenn der frische Beton bearbeitet wird. Man erhält dann einen Beton mit Hohlräumen, wobei die Hohlräume zwischen den großen Zuschlagsteilchen nicht vollständig von dem Zement ausgefüllt sind. Es ist jedoch einfacherer, Beton mit Hohlräumen dieses Typs herzustellen, wenn bereits von Anfang an die Menge des zugesetzten Zements lediglich auf diejenige begrenzt wird, die für die Adhäsion zwischen den Aggregatteilchen erforderlich ist. Derartige Produkte, die hauptsächlich für Zementblöcke verwendet werden, werden heute von vielen Herstellern produziert.

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Wenn ein Zementblock dieser Art in Wasser eingetaucht wird, werden die Räume zwischen den großen Zuschlagsteilchen fast augenblicklich mit Wasser gefüllt. Produkte der Art von hohlen Zementblöcken gehören nicht zum Gegenstand der Erfindung. Sie können in leichter Weise mit herkömmlichem Zementmörtel hergestellt werden.

Gemäß einer nun besprochenen Variante der Erfindung ist die Herstellung eines Betons mit leichtgewichtigen Zuschlagstoffen mit einer Dichte von weniger als 1400 kg/m möglich, der vorzugsweise 80 bis 140 1 Zement/m^ Beton, 450 bis 800 1 leichtgewichtige Zusatzstoffe/m^ Beton, 0 bis 100 1 Sand/m⁵ Beton (der Sand kann durch andere Materialien ersetzt werden, die gegebenenfalls dem Bindemittelteil zugesetzt werden können), 100 bis 180 1 Wasser/m³ Beton und 0,2 bis 5,0 Gew.-%, berechnet auf das Zementgewicht, der im wesentlichen sphärischen Teilchen, die in bezug auf die anderen Komponenten im Mörtel chemisch inert sind, eine Teilchengröße von 0,1 bis 1,0 pm aufweisen und darüber hinaus aus einem hydrophoben Material, das in der Teilchenform mittels eines nicht-ionischen Tensids, welches auf der Oberfläche der Teilchen bis auf einen Gehalt von 0,1 bis 5,0 Gew.-%, berechnet auf die Menge des teilchenförmigen Materials, stabilisiert ist, enthält.

Diese vereinigten Komponenten ergeben eine Zusammensetzung, in der der adhäsive Zementmörtel durch die in das Gemisch ein-

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- 24 -

.30· ^⁷⁵⁶⁷⁹⁸

gesogene Luft eine Dichte von 1200 bis 2000 kg/m bei einer Porengröße von im wesentlichen 5 bis 30 um erhält. Als eine Regel erhält ein Zementmörtel mit einer Dichte von weniger als 1600 kg/cnr eine insgesamt zu geringe Festigkeit, es sei denn, die in dem Mörtel enthaltene Sandfraktion wird durch einige latente hydraulische Bindemittel ersetzt, z.B. durch Flugasche, fein gemahlene granulierte Hochofenschlacke, Puzzolane od. dgl. Vorzugsweise weist der leichtgewichtige Zuschlag eine Teilchengröße von weniger als 1200 kg/m^ auf und wird in einer Menge entsprechend 40 bis 80 Vol.-% eingesetzt. Eine so erhaltene Mischung kann in üblicher Weise gegossen werden, und zwar infolge der Stabilität der eingemischten Luft und auch der feinen Verteilung des überschüssigen Wassers in dem Mörtel. Die Stabilität des frischen Mörtels verhindert in wirksamer Weise, daß die Zuschlagteilchen in dem Mörtel vor dem Erstarren desselben aufschwimmen. Die Gründe hierfür sind der obigen Beschreibung zu entnehmen.

Die sphärischen, teilchenförmigen Materialien können aus den oben beschriebenen Typen bestehen.

Weitere Merkmale und bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und den folgenden Beispielen.

In den Beispielen 1 und 2 sowie 4 bis 7 wird die Herstellung von verschiedenen Sorten von teilchenförmigen Materialien, die die in den Ansprüchen angegebenen Bedingungen erfüllen, erläutert. Beispiel 3 beschreibt die Herstellung eines teilchenförmigen Materials, das infolge seines hohen Tensidgehaltes diese Bedingungen nicht erfüllt.

Die Beispiele 8 bis 14 betreffen einen Zementmörtel sowie einen Beton mit leichtgewichtigen Zuschlagstoffen, die entsprechend dem Verfahren der Erfindung hergestellt sind.

Beispiel 1

Ein 2 1-Dreihalskolben mit Rührer, Rückflußkühler, Thermometer und Einleitungsrohr für Stickstoff wird mit 600 g destilliertem Wasser, 4g oxyethyliertem Honylphenol mit 20 Ethylenoxid-Einheiten, 64 g Styrol, 16 g 2-Ethylhexylacrylat und 0,7 g Ammoniumpersulfat beschickt. Die Temperatur wird auf 83⁰C gesteigert, wobei man eine Polymerisierung erhält. Die Temperatur steigt auf 91⁰C Der Ansatz wird auf 85°C gekühlt und mit 1 g oxyethyliertem Monylphenol mit 20 Ethylenoxid-Einheiten, 64 g Styrol, 16 g 2-Ethylhexylacrylat und 0,2 g Ammoniumpersulfat versetzt. Man erhält eine Reaktion und die Temperatur steigt auf 92°C. Das Verfahren gemäß Stu-

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fe 2 wurde dreimal wiederholt. Nach der Reaktion gemäß Stufe 5 wurde die Temperatur 1 Stunde bei 80°C gehalten, worauf auf 25°C gekühlt wurde. Das in den Stufen (2-5) eingesetzte Wasser wurde zur Auflösung des Emulgators und des Initiators verwendet. Es folgt eine tabellarische Übersicht bezüglich der wie oben eingesetzten Mengen.

Tabelle 1 (Gewichte in g)

Stufe 1 Stufe 2 Stufe 3 Stufe 4 Stufe

Destilliertes Wasser 600
Oxyethyliertes Nonyl-

phenol 20E0	4	1	1	1	1
Styrol	64	64	64	64	64
2-Ethylhexylacrylat	16	16	16	16	16
Ammoniumpersulfat	0,7	0,2	0,2	0,2	0,2

Die Teilchengröße der Polymerteilchen, gebildet in der oben beschriebenen
Reaktion, wurde in einem Abtastmikroskop wie folgt bestimmt: 0,25 - 0,35 pm

Die Trockensubstanz der erhaltenen

Dispersion betrug 40 %

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Beispiel 2

Das Verfahren gemäß Beispiel 1 wurde wiederholt, jedoch mit dem Unterschied, der sich aus der folgenden Tabelle ergibt.

Tabelle 2 (Gewichte in g)

Stufe 1 Stufe 2 Stufe 3 Stufe 4 Stufe

Destilliertes Wasser 600 2 2 2 Polyoxyethylen-sorbitan-

monolaurat mit 20 £0	2	0,5	0,5	0,5	0,5
Methylmethacrylat	48	48	48	48	48
Butylacrylat	32	32	32	32	32
Ammoniumpersulfat	0,7	0,2	0,2	0,2	0,2
Teilchengröße, bestimmt	im
Abtastmikroskop		0,45 pm
Trockensubstanz		39,8 96

80982^/0751 - 28 -

Beispiel 3 3k

Das Verfahren gemäß Beispiel 1 wurde wiederholt, jedoch mit dem Unterschied, der sich aus der folgenden Tabelle ergibt. Die Reaktionstemperatur betrug 40 - 52°C.

Tabelle 3 (Gewichte in g)

Stufe 1 Stufe 2 Stufe 3 Stufe 4 Stufe 5

Destilliertes Wasser 528 18 18 18 18 Oxyethyliertes Nonyl-

phenol mit 10 EO	6	6	6	6	6
2-Ethylhexylacrylat	72	72	72	72	72
Methylmethacrylat	46	46	46	46	46
Acrylsäure	2	2	2	2	2
Ammoniumpersulfat	0,6	0,6	0,6	0,6	0,6
Natriumpyrosulfit	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4

Teilchengröße, bestimmt im

Abtastmikroskop 0,2 - 0,25 um

Trockensubstanz 50,5 %

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Beispiel 4 · 3S'

14Og Polyethylen-Granulat wird in einen Dreihalskolben mit Rückflußkühler, Rührer und Thermometer gegeben und auf 125°C erwärmt, wobei das Polyethylen schmilzt. 5,6 g oxyethyliertes Octylphenol mit 40 Einheiten Ethylenoxid wird zugesetzt; man rührt 5 Hinuten. Die oben beschriebene Schmelze wurde zu 828 g Wasser, das auf 95 - 10O⁰C erhitzt ist, unter heftigem Rühren gegeben. Man hält die Temperatur 0,5 Stunden auf 90⁰C und kühlt anschließend.

Teilchengröße, bestimmt im

Abtastmikroskop 0,2 - 0,7 um

Trockensubstanz 54,0 %

Beispiel 5

Man erhitzt 16O g Wasser, 180 g Asphalt mit einem Erweichungspunkt von 48 - 56⁰C (ASTM D-36) und 8,1 g Polyoxyethylensorbitan-monostearat mit 30 Einheiten Ethylenoxid unter Druck auf 125°C bei intensivem Rühren. Man erhält somit eine Asphaltemulsion, die auf Raumtemperatur abgekühlt wird.

Teilchengröße, bestimmt im
Abtastmikroskop 0,2 - 0,7 pm

Trockensubstanz 54,0 %

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Beispiel 6 . 36"

Eine nicht-carboxylierte Styrol-Butadien-Dispersion wird zur Entfernung des auf den Teilchen adsorbierten Tensids dlalysiert. Man bestimmt den Trockengehalt und setzt zu 100 g Polymersubstanz 3,5 g oxyethylierten Laurylalkohol mit 10 Ethylenoxid-Einheiten unter Rühren hinzu.

Teilchengröße, bestimmt im

Abtastmikroskop 0,28 - 0,37 pn

Beispiel 7

Eine Dispersion auf der Basis von Vinylidenchlorid und Butylacrylat wird zur Entfernung des auf den Teilchen adsorbierten Tensids dialysiert. Der Trockengehalt wird bestimmt. Man setzt 1 g oxyethylierten Cetylalkohol mit 20 Einheiten Ethylenoxid unter Rühren hinzu.

Teilchengröße, bestimmt im

Elektronenmikroskop 0,3 - 0,4 um

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31 -

Beispiel 8 * 37*

A) Standard-Portlandzement ohne Zuschlagstoffe wird in Wasser in einem Labormixer für ZementPrüfungen gerührt. Zum Erhalt einer kohärenten Zementpaste ist eine minimale Wassermenge erforderlich, die einem Wasser/Zement-Verhältnis von 0,23 entspricht.

B) Der Versuch gemäß A wird wiederholt, mit dem Unterschied, daß man 1,2 Gew.-%, berechnet als Trockenprodukt, der Teilchen, beschrieben in Beispiel 2, dem Wasser zusetzt und darin dispergiert. In diesem Falle ist ein Wasser/Zement-Verhältnis von etwa 0,18 erforderlich, um im wesentlichen die gleiche Konsistenz gemäß A zu erhalten.

C) Man stellt eine reine Zementpaste gemäß A her, jedoch mit dem Unterschied, daß das Wasser/Zement-Verhältnis 0,35 beträgt.

Beim Stehenlassen der Paste für einige Minuten scheidet sich auf der Oberfläche derselben Wasser ab, d.h. es tritt "Bluten" auf.

D) Man stellt eine Paste gemäß B her, jedoch mit einem Wasser/ Zement-Verhältnis von 0,35. Sie zeigte überhaupt keine Tendenz zum "Ausbluten" innerhalb der Zeit, in der der Zement härtet.

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Die Versuche zeigen, daß mit dem Verfahren der Erfindung die zur Erreichung der gleichen Konsistenz erforderliche Wassermenge verringert und die Tendenz zum "Ausbluten" in einer reinen Zementpaste verringert werden kann.

Beispiel 9

Man stellt einen Zementmörtel mit der folgenden Zusammensetzung gemäß den schwedischen Bestimmungen für die Zementprüfung her:

500 g Standard-Portlandzement

500 g Standard-Sand 0-0,5 mm

500 g Standard-Sand 0,5-1 mm

500 g Standard-Sand 1-2 mm

250 g Wasser

Die Porenstruktur in diesem Standardmörtel wird in der im folgenden beschriebenen Weise modifiziert.

A) Durch die Zugabe der in Tabelle 4 angegebenen Mengen, berechnet als trockenes Polymer, an der Acryldispersion, beschrieben in Beispiel 2, werden die in der Tabelle angegebenen Dichteänderungen des Mörtels erhalten.

80 9 8 2>/ 07 5 1

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Tabelle 4 - 39 ·

Additiv in Prozent,

berechnet auf Zementgewicht	0	1	2	4
Dichte des frischen Mörtels kg/m³	2140	2000	1860	1650
Prozentualer Anstieg des Luftvolumens	0	6	13	22

Ein charakteristisches Merkmal der eingemischten Luft bestand in ihrer stabilen Bindung in der Struktur. Die gebildeten Luftporen wiesen einen Durchmesser auf, der im wesentlichen innerhalb des Bereichs von 5 - 30 um lag. Die Porenstruktür wurde in einem Abtastmikroskop untersucht. Die feste Bindung der Luftporen in dem Mörtel ergibt sich aus der Tatsache, daß sich der Luftgehalt nicht nennenswert änderte, wenn der Mörtel auf einem Vibrationstisch bis zu 10 Minuten geschüttelt wurde.

Beispiel 10

Das Verfahren gemäß Beispiel 9 wird wiederholt, und zwar mit Teilchen gemäß den Beispielen 1, 3, 4, 5, 6 und 7. Die Dichten sind in kg/m⁵ angegeben.

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Tabelle 5

• ko-

Additiv in Prozent,
berechnet auf Zementgewicht

Teilchen gemäß Beispiel	1	2000	1840	1630
Beispiel	3	1600	1550	1480
Beispiel	4	1950	1840	1650
Beispiel	5	1890	1800	1530
Beispiel	6	1900	1810	1620
Beispiel	7	1870	1780	1510

Ein charakteristisches Merkmal für den Mörtel, dem Teilchen gemäß den Beispielen 1, 4, 5, 6 und 7 zugesetzt wurden, bestand darin, daß die eingemischte Luft sehr stabil war. Der Luftgehalt wurde nicht geändert, wenn der Mörtel auf einem Vibrationstisch 10 Minuten lang geschüttelt wurde. Die Teilchen gemäß Beispiel 3 zeigten nach Zugabe der entsprechenden Menge einen guten Luftzumischungseffekt, der erhaltene Mörtel zeigte jedoch eine schlechte Kohäsion beim Schütteln sowie eine Tendenz zur Separierung. Weiterhin änderte sich der Luftgehalt. Es zeigte sich, daß der Mörtel mit einem Zusatz an Teilchen gemäß den Beispielen 1, 4, 5, 6 und 7 Luftporen im Bereich von 5 - 30 um aufwies, wogegen der Mörtel gemäß Beispiel 3 Luftporen im Bereich von 50 - 250 um enthielt.

8 0982*/0 75 1

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Beispiel 11 * HA'

In einem Betonmixer wird Beton mit leichtgewichtigen Zuschlägen der folgenden Zusammensetzung hergestellt.

Liter

Zement (Standard-Portland)	0-5 mm^x'	350	112
Leichtzuschlag		180	200
Leichtzuschlag	0-2 mm	240	400
Sand		265	100
Wasser	150	150

χ/
' LeichtZuschlag vom Typ kugelgesinterter Ton

Leichtzuschlag 5-12 mm, Leichtzuschlag 0-5 mm, Zement und Sand werden in der angegebenen Reihenfolge zugegeben, gefolgt von einminUtigem trockenem Mischen. Anschließend setzt man Wasser hinzu sowie die Teilchen, deren Menge und Sorte aus der folgenden Zusammenfassung ersichtlich sind; anschließend wird 3 Minuten gemischt. Der Beton wird in eine offene Form gegossen und geschüttelt.

Für die Gußversuche wurde die folgende Beurteilungsskala herangezogen.

809821/0751 - 36 -

Gußeigenschaften und Kohäsion

1 = überhaupt keine Kohäsion. Beim Schütteln segregiert die

Mischung, Leichtzuschlag tritt aus dem System aus.

2 = gewisse Kohäsion, jedoch Tendenz zur Separierung ist feststellbar.

3 = sehr gute Kohäsion, keine Tendenz zur Separierung.

Konsistenz

Für die Bestimmung der Konsistenz von Leichtzuschlag-Beton wird ein Verfahren vorgeschlagen, das in DIN 1048-1972 vorgeschrieben ist. Die Ausrüstung besteht aus einem Ausbreitungstisch 70 χ 70 cm. Der Tisch sollte ein Gewicht von 16 kg aufweisen; eine Kante sollte eine auf 4 cm begrenzte Hubhöhe aufweisen.

Auf dem Tisch wird ein abgestumpfter Betonkegel geformt, und zwar unter Verwendung einer Form mit einer Höhe von 20 cm und einem oberen und unteren Durchmesser von 13 und 20 cm. Die Form wird auf die Mitte des Tisches gesetzt und der Beton mit einem Stab komprimiert. Der Kegel wird in zwei Schichten von gleicher Höhe gefüllt und jede Schicht mit 10 Stoßen des Stabes verfestigt. Die Form wird von dem Kegel nach einer halben Minute entfernt. Danach läßt man mit Hilfe des Handgriffs den Tisch innerhalb des Arbeitsbereichs 15mal innerhalb von 15 Sekunden fallen. Anschließend wird die Ausbreitung in zwei Rich-

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tungen in rechten Winkeln bestimmt und in Zentimetern angegeben. Die Kohäsions- und Separierungsneigungen des Betons können auch visuell bestimmt werden.

80982^/0751 - 38 -

	*■kk-*	Konsistenz (Ausbreitung in cm)	2756798
Type des Additivs	Additiv (%), berechnet auf Zementgewicht (Festsubstanz)	X 31-33	Kohäsion, Gußeigen schaften
Teilchen gemäß Beispiel 1	0 1,2	33-35	1 3
η	1.5	35-37	3
η	3,5	29-31	3
Teilchen gemäß Beispiel 2	0,9	32-34	3
N	1,3	33-35	3
Teilchen gemäß Beispiel 3	1,0	28-30	1,5-2
Teilchen gemäß Beispiel 5	0,8	31-33	3
η	1,1	33-34	3
Teilchen gemäß Beispiel 4	1,6	35-36	3
Barra 55L	0,15	36-37	1
Barra 55L	0,6	33-34	1
UCR	0,03	36-38	1
Natriumlauryl- sulfat	0,4	34-37	1
Addukt Ethylen- oxid-Nonylphenol (20E0)	0,5	33-36	1
Addukt Ethylen- oxid-Lauryl- alkohol (10E0)	1,0	1

Barra 55L ist ein Handelsprodukt, das als Luftaufnahmemittel verkauft wird. Seine Funktion ist in erster Linie als die einte Tensidtyps zu,betrachten. Empfohlene zuzusetzende Mengen lie gen bei 50 cm-7100 kg Zement, d.h. etwa 0,5 %o.

UCR ist ein Handelsprodukt, das einen Mörtel mit einer verbes serten Kohäsion ergeben soll (Wassereindicker) und dadurch die Separierung zwischen Mörtel und Ballast verhindern soll. Die Hauptkomponente des UCR ist vermutlich Polyethylenoxid.

8 0 9 8 2>/ 0 7 5 1

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Die Konsistenz verändert sich augenblicklich bei der Verwendung von Barra 55L, den beschriebenen Tensiden und den Teilchen der Erfindung. Dies erscheint in Form einer größer werdenden Ausbreitung bei den Konsistenzversuchen. Bei der Verwendung von Barra, UCR oder Tensiden zeigte sich überhaupt kein kohäsiver Effekt. Teilchen gemäß Beispiel 3 mit dem höheren Tensidgehalt zeigen im Vergleich zu Teilchen gemäß der Erfindung bessere Eigenschaften, es zeigt sich jedoch, daß sie eine vergleichsweise große Luftporengröße ergeben. Die schlechte Kohäsion muß dem hohen Tensidgehalt und dem Carboxylgehalt der Teilchen zugeschrieben werden, die eine schlechtere Affinität des Tensids bezüglich des Teilchens ergibt.

Die Beispiele 12 bis 14 beschreiben verschiedene Leichtzuschlag-Zusammensetzungen mit einem konstanten Volumen des Leichtzuschlags (65 Vol.-%) und einer unterschiedlichen Zementmenge in dem Mörtel. Die in den jeweiligen Beispielen verwendeten und untersuchten Zusammensetzungen ergeben sich aus den folgenden Tabellen. Ohne gesonderte Additive wurde davon ausgegangen, daß sämtliche Mischungen schwierig zu gießen sind.

- 40 80982f/0751

	Iv	250	2756798
Beispiel 12		175
	195	Liter
Zement	85	80
Leichtzuschlag 0-3 mm	239	163
Leichtzuschlag 3-20 ram	180	325
Leichtzuschlag 10-20 mm		162
Sand 0-2 mm		90
Wasser	314	^180
Beispiel 13	175
	85	Liter
Zement Std.	186	100
Leichtzuschlag o-3 mm	«180	163
Leichtzuschlag 3-10 mm		162
Sand O-2 mm		70
Wasser	377	.180
Beispiel 14	175
	195	Liter
Zement Std.	80	120
Leichtzuschlag 0-3 mm	133	163
Leichtzuschlag 3-10 mm	^180	325
Leichtzuschlag 10-20 mm	162
Sand 0-2 mm	50
Wasser	- 180

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Die frischen Mischungen wurden anschließend gemäß dem Verfahren der Erfindung modifiziert, und zwar durch die Zugabe des in Beispiel 1 beschriebenen teilchenförmigen Materials. Es wurden verschiedene Mengen zwischen 0 und 2 % Additiv getestet. Bei zunehmendem Gehalt an Zement und Additiv wurden bessere Gußeigenschaften erhalten. Die Druckfestigkeit der Zusammensetzungen wurde nach 28 Tagen untersucht, gleichzeitig wurde die Schüttdichte bestimmt.

Die dann gemessenen Werte sind in den Diagrammen gemäß den Figuren 1 und 2 gezeigt. Sämtliche Werte beziehen sich auf wohlverdichtete Mischungen. Das Wasser/Zement-Verhältnis der verschiedenen Kompositionen ist in Fig. 3 gezeigt. In Fig. 1 sind die Bereiche I, II und III angegeben. Diese zeigen die angenäherten Grenzen für

Bereich I: Beton, der nicht gegossen werden kann, Bereich II: Beton, der gegossen werden kann, der jedoch

segregiert, d.h. eine Separation des Zuschlags kann stattfinden,

Bereich III: Beton, der ohne irgendwelche Segregationsneigungen gegossen werden kann.

Es ergibt sich aus den Fig. 1 und 2, daß bei kleinen Gehalten von Additiven innerhalb des Bereichs I, insbesondere mit geringen Zementmengen, eine bemerkenswert niedrige Schüttdichte erhalten wird. Dies erklärt sich durch die große innere Rei-

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bung dieser i-iischungen, die eine Komprimierung der gegossenen Masse verhindert. Die niedrige Dichte bezieht sich somit auf die vergleichsweise großen Kompressionsporen und nicht auf die fein verteilte eingemischte Luft.

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- 43 -

Claims

Patentansprüche

10

1J Verfahren zur Herstellung eines Zement, Sand und Wasser enthaltenden Zementmörtels durch Herbeiführung des Einschlusses von feinverteilter Luft in dem Mörtel in einer Menge, daß der Mörtel eine Dichte von 1200 - 2000 kg/m³ erhält, dadurch gekennzeichnet , daß man dem frischen Mörtel 0,2 - 5_f0 Gew.-%, berechnet auf die Zementmenge, eines teilchenförmigen, bezüglich des restes des Mörtels chemisch inerten und hydrophoben Produktes zusetzt, das aus sphärischen Teilchen in einer Größe von 0,1 - 1,0 um besteht und auf dessen Oberfläche ein nicht-ionisches Tensid in einer Menge von 0,1 - 5,0 Gew.-%, berechnet auf das Produkt, adsorbiert ist.

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ORIGINAL INSPECTED
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß man als teilchenförmiges, dem Zement zuzusetzendes Produkt ein Homopolymer oder ein Copolymer des Styrols und/oder eines Esters oder mehrerer der Acryl- oder Methacrylsäure gemäß der allgemeinen Formel

CH₀ = C - COOR₂

in der R₁ = H oder CH₅ und R₂ = ein Alkoholrest mit 1-8 Kohlenstoffatomen, z.B. Methylacrylat, Ethylacrylat, Propylacrylat, Butylacrylat, Hexylacrylat oder 2-Ethylhexylacrylat, Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat, Butylmethacrylat, Hexylmethacrylat oder 2-Ethyl-hexylmethacrylat, mit einer Teilchengröße von 0,2 - 0,6 pm, auf deren Oberfläche 0,1 - 3,0 Gew.-% eines nicht-ionischen Tensids adsorbiert sind, verwendet.
3· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet, daß man als teilchenförmiges, dem Mörtel zuzusetzendes Produkt ein Acrylat-Vinylidenchlorid-Copolymer oder reines Vinylidenchlorid verwendet, auf deren Oberfläche 0,1 - 3,0 Gew.-% nicht-ionische Tenside adsorbiert sind.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß man als teilchenförmiges, dem Mörtel zuzusetzendes Material ein Styrol-Butadien-Copolymer verwen-

2?/O7B1

-Zr.

det, auf dessen Oberfläche 0,1 - 5»0 Gew.-9o nicht-ionisches Tensid adsorbiert ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß man als teilchenförmiges, dem Mörtel zu- zusetzendes Material Polyethylen mit einer Teilchengröße von 0,2 - 0,6 um verwendet.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß man als teilchenförmiges Material für die Zugabe zu dem Mörtel ein hydrophobes nicht-synthetisches Naturprodukt, z.B. Asphalt, mit einer Teilchengröße von 0,1 0,8 pm verwendet.
7. Verfahren zur Herstellung eines Leichtaggregat-Betons aus einem Zementmörtel, der aus Zement, Sand, Wasser und Luft besteht, eine Dichte von 1200 - 2000 kg/m' aufweist, und ein Leichtzuschlagsmaterial mit einer Teiichendichte von weniger als 1200 kg/nr aufweist, einen Zuschlagprozentsatz von 45 80 Vol.-% und eine Gesamtdichte von weniger als 1400 kg/m^ aufweist, wobei der Zementmörtel den Raum zwischen den Zuschlagteilchen vollständig ausfüllt, dadurch g e k e η η zeichnet, daß gemäß dem Verfahren nach einem der An-Sprüche 1 bis 6 feinverteilte Luft in den Mörtel eingezogen wird, indem man vor der Zumischung des Leichtzuschlags 0,2 5,0 Gew.-96, berechnet auf der Zementmenge in dem Mörtel, eines

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_ 3 _

teilchenförmigen, in sich selbst hydrophoben Produktes, das
chemisch inert in bezug auf den Rest des Mörtels ist und aus sphärischen Teilchen in der Größenordnung von 0,1 - 1,0 um besteht und auf dessen Oberfläche ein nicht-ionisches Tensid in einer Menge von 0,1 - 5,0 Gew.-%, berechnet auf das Produkt,
adsorbiert ist, zusetzt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß man als teilchenförmiges hydrophobes
Produkt ein Homopolymer oder Copolymer des Styrole und/oder
eines Esters oder mehrerer der Acryl- oder Methacrylsäure mit der allgemeinen Formel

CH₂ = C - COOR₂

in der R₁ = H oder CH, und R₂ = ein Alkoholrest mit 1-8 Kohlenstoffatomen ist, verwendet.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß man als teilchenförmiges hydrophobes Produkt ein Copolymer des Styrol-Butadiens oder ein Copolymer des Acrylat-Vinylidenchlorids oder reines Vinylidenchlorid verwendet .

- 4 80982*70751

. S- 2755798
10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß man als teilchenförmiges hydrophobes Material Polyethylen verwendet.
11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß man als teilchenförmiges hydrophobes Material ein nicht-synthetisches natürliches Produkt, z.B. Asphalt, verwendet.