DE2519660A1 - Luft mitreissende mittel - Google Patents

Description

Albright & Wilson Limited,

Oldbury _t Warley, Worcestershire (Großbritannien)

Luft mitreißende Mittel

Die Erfindung betrifft ein Luft mitreißendes Mittel für Baumaterialien auf Zementbasis.

Es ist übliche Praxis, Gemischen auf Zementbasis, wie z.B. Beton und Mörtel, Luft mitreißende Mittel zuzusetzen, um mikroskopische Luftbläschen in das Gemisch hineinzubringen. Dies verleiht dem Beton oder Mörtel bestimmte Vorteile. Zunächst plastifziert es das Gemisch, macht es leichter bearbeitbar, und in dieser Hinsicht wirkt das Luft mitreißende Mittel als Ersatz, zumindest teilweise, für Kalk. Zum anderen erhöhen die eingebrachten Blasen, wenn der Beton oder Mörtel härtet, dessen Elastizität, Beständigkeit gegenüber Salzlösungen und vor allem gegenüber Frostschäden.

Die meisten der bislang zur Verwendung als Luft mitreißende Mittel vorgeschlagenen Materialien litten an dem schwerwiegenden Nachteil, daß, wenn sie nicht unter optimalen Bedingungen eingesetzt wurden, wenn z.B. die Mischzeit übermäßig bemessen wurde, ein großes Risiko bestand, zuviel Luft mit einzubringen und so das Produkt zu schwächen. In der Praxis ist es extrem schwierig, sicherzustellen, daß solche Abweichungen von optimalen Mischbedingungen nicht auftreten. Bestimmte

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Materialien auf Naturharzbasis sind bekannt, die ein rasches Mitreißen von Luft während der anfänglichen Mischperiode verursachen, bis die mitgerissene Luftmenge eine Grenze erreicht, die von der Menge des vorhandenen, Luft mitreißenden Mittels bestimmt wird, und danach ist die Geschwindigkeit weiterer Lufteinschlüsse sehr gering. Folglich vermindern diese Materialien auf Harzbasis stark die Gefahr des Übermischens und sind zudem weniger empfindlich gegenüber Überdosierung.

Es wurde nun gefunden, daß eine bestimmte Gruppe synthetischer Stoffe nahezu gleiche Mischeigenschaften, bezogen auf das bislang benutzte Material auf Naturharzbasis, zeigt. Sie sind in ausreichendem Umfang vergleichbar, um sie als Ersatz für das letztere annehmbar zu machen.

Gegenstand der Erfindung ist ein Luft mitreißendes Mittel für Baumaterialien auf Zementbasis, welches sich dadurch auszeichnet, daß es ein wasserlösliches Sulfosuccinamatsalz ist oder enthält.

Das Sulfosuccinamat hat die Formel RNHCOCH(SOJ$CH₂C00M oder RNHCOCH₂CH(SO^m;COOM, worin R bevorzugt eine gesättigte oder ungesättigte Kohlenwasserstoffgruppe mit wenigstens 4, bevorzugt 8 bis 22, z.B. 12 bis 18 oder 10 bis 14 Kohlenstoffatomen, insbesondere 12 Kohlenstoffatomen oder eine Alkylalkoxy-, Alkylpolyalkoxy-, Älkenylalkoxy- oder Alkenylpolyalkoxy-Gruppe, worin der Alkyl- oder Alkenyl-Rest wenigstens 4, z.B. 8 bis 22, bevorzugt 10 bis 14 Kohlenstoffatome hat, die Alkoxygruppe bevorzugt die Äthylenoxy-Gruppe und die Gruppe bevorzugt einen Durchschnitt von 1 bis 20

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Alkylenoxy-Einheiten, z.B. 3 bis 7, insbesondere bevorzugt 3 bis 6 enthält, und M bevorzugt jeweils Alkalimetall, die Ammoniumgruppe oder eine organische Base ist. M kann gleich oder verschieden sein.

R kann z.B. eine Cocoyl-, Lauryl-, Stearyl-, Oleyl- oder Octyl-Gruppe oder eine Dodecyltriäthylenoxy-Gruppe oder Myristylpolyäthylenoxy-Gruppe sein. M kann z.B. Lithium, Natrium, Kalium, Ammonium oder eine Mono-, Di-, Tri-.oder Quaternär-Alkylammoniumgruppe sein, z.B. R₁NH₃, R₁R₂NH₂, R₁R₂R₃NH, R₁R₂R₃R₄N, worin R₁, R₂, R₃, Rr jede Kombination von C₁- bis Cg- Alkylgruppen sein können, wie z.B. eine Tetrajnethylammonium-, Diäthylammonium-, Triäthylammonium-, Monomethylammonium-, Dimethyl-dipropylammonium- oder Tributylammonium-Gruppen, oder ein Alkylamin oder Alkanolamin oder ein Derivat.

Typische Beispiele geeigneter Salze umfassen Diammoniumcocoylsulfosuccinamat, Dinatrium-stearylsulfosuccinamat und Kalium-äthanolamin-oleylsulfosuccinamat.

Ein Problem, auf dar⁵ man stößt, wenn man Sulfosuccinamate wie vorstehend einsatz", ist die verhältnismäßig geringe Löslichkeit bestimmter Sulfosuccinaraate in Wasser und die unerwünscht geringe Stabilität der Lösungen, die zuweilen dazu führt, daß sich der Feststoff aus der Lösung in kaltem Wetter abscheidet.

Es wurde nun gefunden, daß Sulfosuccinamate und bestimmte andere oberflächenaktive Mittel miteinander kompatibel sind und Gemische liefern, die verhältnismäßig stabile wässrige Lösungen bilden, die bei Zusatz zu Zement Eigenschaften haben, welche mit denen der Sulfosuccinamate alleine vergleichbar sind.

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Daher ermöglicht die Erfindung gemäß einer weiteren Ausführungsform ein Luft mitreißendes Mittel, das 5 bis 40 Gewichtsprozent aines Sulfosuccinamats, 5 bis 40 Gewichtsprozent eines Sulfosuccinats und als Rest ein Alkylbenzolsulfonat enthält.

Das Sulfosuccinamat kann jedes der zuvor beschriebenen und mit gleicher Bevorzugung sein.

Das Sulfosuccinat kann jedes wasserlösliche Salz eines Alkylsulfosuccinat-Anions mit der Formel

SO₃ (C₂H₃) (C0₂)₂ R

sein, worin R die gleiche Bedeutung wie zuvor hat. . Bevorzugt hat η einen Durchschnittswert von 1 bis 7, insbesondere bevorzugt 3 bis 7, z.B. 3 bis 6. Das Kation kann jedes der zuvor zu dem Symbol M definierten Kationen sein. Üblicherweise ist es bequem und angebracht, ein Sulfosuccinat einzusetzen, das das gleiche Kation und bevorzugt die gleiche Alkylgruppe wie das Sulfosuccinamat hat.

Sulfosuccinate und Sulfosuccinamte zur Verwendung gemäß einer der Ausführungsformen der Erfindung werden im allgemeinen unter den im Handel erhältlichen Gemischen von Alkyl-, Alkyl.Alkoxy- oder Alkyl-Polyalkoxy-Salzen

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ausgewählt. In den'meisten bevorzugten Materialien enthalten die Alkylgruppen wenigstens 20 Gewichtsprozent Alkylgruppen mit 14 oder mehr Kohlenstoffatomen. Geeignete gemischte Alkohole, die die Alkylgruppen liefern, sind Gemische mit wenigstens jeweils 20 Gewichtsprozent Alkoholen mit 12 bis 14 Kohlenstoffatomen. Solche Gemische sind im Handel unter den eingetragenen Warenzeichen Alfol 1012, Alfol 1214 und Alfol 1412 (Conoco),

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Ethyl CO 1214 (Ethyl Corporation;, Dobanol 23 und Dobanol 25 (Shell) und Laurex IiC (Harehon Division of Albright & V/ilson) erhältlich. Von höheren Alkoholen abgeleitete Geraische, wie z.B. Gemische von überwiegend C^g/C^g- Alkoholen können auch eingesetzt werden. So kann sich die Alkylgruppe von einem weiten Bereich von Alkohol-Vorläufern ableiten und z.B. 20 bis 90, 20 bis 80, 20 bis 70, 30 bis 90, 30 bis 80, 30 bis 70, 40 bis 90, 40 bis 80 oder 40 bis 70 Gewichtsprozent irgendeines der linearen oder geradkettigen aliphatischen Alkohole mit 10 bis 20 Kohlenstoffatomen ableiten.

Das Alkylbenzolsulfonat zur Verwendung gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung kann jedes v/asserlösliche Salz einer Alkylbenzolsulfonsäure sein, worin die Alkylgruppen 8 bis 22 Kohlenstoffatome hat. Die bevorzugten Alkylbenzolsulfonate haben 10 bis 14, z.B. 12 aliphatische Kohlenstoffatome. Das Salz ist bevorzugt ein Natriumsalz, kann aber z.B. auch ein Kalium-, Lithium- oder Ammoniumsalz oder ein Amin- oder ein Alkanolaminsalz sein.

Das Gemisch enthält bevorzugt 10 bis 35 Gewichtsprozent Sulfosuccinat und 10 bis 35 Gewichtsprozent Sulfosuccinamat.

Erfindungsgemäß werden auch wässrige Lösungen der Gemische bereitgestellt, z.B. in Konzentrationen von 0,01 % bis zur Sättigung, bevorzugt von 0,1 bis 10 %, z.B. 1 bis 7 %.

Eine typische Dosierung verwendet gemäß einer Ausführungsform der Erfindung 0,0001 % bis 10 % des Sulfosuccinamats, bezogen auf das Gewicht des Zements,

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bevorzugt 0,01 bis 1,0 % z.B. 0,012 %. Die Sulfosuccinamate werden bevorzugt vor dem Mischen in dem zur Bildung der Mischung verwendeten Wasser gelöst.

Die die Luft mitreißenden Mittel gemäß den Ausführungsformen der Erfindung werden bevorzugt in im wesentlichen der gleichen Weise wie die Luft mitreißenden Mittel des Standes der Technik zur Herstellung von Zement, Beton oder Mörtel nach den üblichen Techniken eingesetzt. Üblicherweise enthält das Gemisch Zement, Sand und die wässrige Lösung des die Luft mitreißenden Mittels. Das Gemisch enthält üblicherweise ein grobes Aggregat und kann gegebenenfalls Kalk enthalten. Die Anteile variieren entsprechend der Art des gewünschten Produkts. Geeignete Anteile bzw. Verhältnisse sind auf dem Fachgebiet wohlbekannt. Zum Beispiel kann das Verhältnis von Zement zu Sand zwischen 1:2 und 1:15, bezogen auf das Gewicht, liegen, üblicherweise verwendete Gemische haben ein Verhältnis von 1:3, 1 : 6 und 1 : 8. Einige Mörtel haben Verhältnisse von Zement zu Sand von 1 : 9 oder 1 : 12, bezogen auf das Gewicht. Die vorstehenden Verhältnisse sind jedoch nicht einschränkend, und es kann sein, daß aus bestimmten Gründen Verhältnisse außerhalb der vorgenannten Bereiche bevorzugt werden.

Zusätzlich zu Zement und Sand enthalten die meisten Betongemische grobe Aggregate, wie z.B. Kies (gravel). In jedem der oben genannten Gemische kann wenigstens ein Teil des Sands durch Kies oder andere inerte Füllstoffe ersetzt werden, um die Eigenschaften des Betons zu variieren.

Die Erfindung ist auf alle Zemente anwendbar, wie sie in der Bauindustrie eingesetzt werden, die belüftet werden können, einschließlich Portland- und hydraulische Zemente, insb. Mauerzement.

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Der Zement und Sand zusammen mit ICies oder Kalk werden zuerst intensiv trocken gemischt, und dann wird das Wasser, welches das die Luft mitreißende Kittel enthält, zugesetzt. Typischerweise wird wenigstens ausreichend Wasser zugegeben, um den Zement su hydratisieren. Bislang war es notwendig, einen beträchtlichen Überschuß an Wasser zuzugeben, um eine verarbeitbare Mischung zu erzielen, was jedoch nachteilige Polgen für die Eigenschaften des Betons hat. Die Verwendung von Luft mitreißenden Mitteln ermöglicht es, ein verarbeitbares Gemisch mit verhältnismäßig kleinem Überschuß an Wasser zu erzielen. Der Anteil kann innerhalb weiter Grenzen variiert werden, bevorzugt v/ird aber die minimale Menge eingesetzt, die ein ausreichend bearbeitbares Gemisch für die Erfordernisse der Verbraucher liefert. In einen typischen Beispiel kann die Menge des Wassers etwa 2/3 des Zementgewichts ausmachen. Die normalen Mischzeiten liegen zwischen 5 und 10 Minuten, aber es ist ein Merkmal der Erfindung, daß ein Abweichen von den normalen Mischzeiten unkritisch ist.

Weitere Vorteile, Merkmale und Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Beispiele.

Beispiel 1

600 g Portland-Zementpulver und 1.650 g Sand wurden gründlich gemischt, und eine Lösung von 1/2 g Ammoniumcocoyl-sulfosuccinamat in 400. g Wasser wurde zugesetzt.

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Der Gehalt an mitgerissener Luft stieg rasch auf 17 °/o nach 10 Minuten Mischzeit an, dann langsamer auf 24 fo nach weiteren 10 Minuten. Danach blieb die Menge an mitgerissener Luft im wesentlichen konstant. Nach einer Gesamtzeit von 60 Minuten war der Luftgehalt 26 %. Alle Prozentangaben bezüglich der Luft verstehen sich auf Volumenbasis, gemessen nach der in British Standard BS 4887, 1973, beschriebenen Methode.

Beispiel 2

Nach der in British Standard 4551 (4.2) definierten Methode wurde ein Mörtel unter Verwendung von 2.800 g Sand mit der Güteklasse A (2,36 - 1,18 mm) (700 TIe.); Klasse B (1,18 mm - 600/cm) (700 Tie.); Klasse C (600 - 300yum) (700 Tie.); Klasse D (300 - 150 ac m) (420 TIe.) und Klasse E (150 - 90 /^m) (280 Tie.), gewöhnlichem Portland-Zement (O.P.C.) (800 g) und Wasser (416 g) mit einem Gehalt von 0,24 g (40 $ aktive Substanz) Natriumoleylsulfosuccinamat, entsprechend der empfohlenen Dosierung von 0,03 Gew.-% des Zements, hergestellt, um dem Mörtel eine Konsistenz von 10,3 mm (B.S. 4551; 5.2) zu verleihen. Nach 2 1/2 Minuten Mischen wurde der Luftgehalt nach der Dichtemethode (B.S. 4551; 7.2) zu 15,6 $> bestimmt. Eine zweite Bestimmung nach weiteren 4 Minuten gab einen Anstieg auf nur 18,4>o. Diese Leistung fällt sehr gut in den durch B.S. 4887 definierten Bereich, wonach die zweite Bestimmung nicht über eine erste Bestimmung von zwischen 15 und 22 $> um mehr als eine Zahl von 7 hinausgehen soll.

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Von einer ähnlichen Mörtelmischung wurden Standardwürfel von etwa 7 cm (2,75 Zoll) Kantenlänge nach der in BS 4551 (10.1) empfohlenen Weise hergestellt, und nach dem Aushärten unter Wasser bei 20 - o,5 ° C für 7 und 28 Tage wurde die Druckfestigkeit bestimmt.

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Die Durchschnittswerte mehrer' Festigkeitsbestimmungen lagen bei 97,5 Kilo-Newtons (kN, 7 Tage) und 123 kw (28 Tage).

Zum Vergleich wurde ein Mörtel ähnlich dem Beispiel 1 hergestellt, in welchem das Sulfosuccinamat als Luft mitreißendes Mittel durch einen im Handel erhältlichen Zusatz auf Naturharzbasis ersetzt wurde, wie er viele Jahre oft untersucht und verwendet wurde. Ein Mörtel wurde aus den gleichen Mengen Sand und Zement wie in Beispiel 1 hergestellt, wobei die empfohlene Menge der Luft mitreißenden Mittel auf Harzbasis in 435 ml Wasser zugesetzt wurde, um eine Konsistenz von 10,2 mm zu ergeben. Die Luftgehalte waren 20,1 ( 2 1/2 Minuten) und 29,4 % (6 1/2 Minuten), während die Druckfestigkeitswerte der wie oben hergestellten Probewürfel 80 kN (7 Tage) und 86 kN (28 Tage) waren.

Beispiel 3

Ein Mörtel wurde wie in Beispiel 1 beschrieben hergestellt, worin das die Luft mitreißende Mittel Natrium-Talk-sulfosuccinamat (sodium tallow sulfosuccinamate) war. Eine Menge von 0,03 Gewichtsprozent, bezogen auf Zement, wurde eingesetzt, was 426 ml Wasser erforderte,um dem Mörtel eine Konsistenz von 10,3 mm zu verleihen. Der

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Luftgehalt war 15,9 1° (erste Bestimmung) und 18,3 i° (zweite Bestimmung). Die an 7 cm (2,75 Zoll)-WürfeIn "bestimmten Druckfestigkeitswerte waren 90 kN (7 Tage) und 119 kil (28 Tage).

Beispiel 4

Ein Mörtel wurde nach der in Beispiel 1 beschriebenen Methode hergestellt, worin das die Luft mitreißende Mittel Uatriumcocoylsulfosuccinamat war. Die empfohlene Menge von 0,03 Gew.-?0, bezogen auf Zement, zusammen mit 426 ml Wasser wurde eingesetzt, um dem Mörtel eine Konsistenz von 10,1 mm zu geben. Der Luftgehalt war 18,1 (erste Bestimmung) und 25,0 (zweite Bestimmung) nach weiteren 4 Minuten Mischen. Druckfestigkeitsbestimmungen an 7 cm-Würfeln ergaben im Schnitt 71 kN (7 Tage) und 82 kU (28 Tage).

Beispiel 5

Gleiche Teile eines 30 fo aktiven, natriumneutralisierten Mischalkylbenzolsulfonats mit einem Durchschnitt von 12 aliphatischen Kohlenstoffatomen, Dinatrium-gemischt-Lauryl/Myristyl-äthoxylierten Sulfosuccinats mit einem Durchschnittsgehalt von 3 Mol Äthylenoxid pro Mol und Hatriumcocoylsulfosuccinamat wurden zu einem stabilen, wasserlöslichen Gemisch zusammengemischt. Eine wässrige Lösung von einem Teil des Gemischs zu 19 Teilen Wasser wurde hergestellt. Dieses Produkt wurde als Luft mitreißendes Mittel in einem Mörtel verwendet, der wie in Beispiel 1 beschrieben hergestellt wurde. Die empfoh-

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lene Menge von 0,015 Gew.-%, bezogen auf Zement, wurde in 413 ml Wasser zugesetzt, um dem Mörtel eine Konsistenz von 9,5 mm zu verleihen.

Der wie in Beispiel 1 beschrieben erhaltene Luftgehalt war 16,1 (erste Bestimmung) und 22,1 % (zweite Bestimmung), nach weiteren 4 Minuten Mischen. Die durchschnittlichen Druckfestigkeitswerte für Würfel von 7 cm Kantenlänge, gehärtet wie in Beispiel 1, waren 85 kN (7 Tage) und 103 kN (28 Tage).

In den vorstehenden Beispielen 1 bis 4 waren gewisse Begrenzungen enthalten aufgrund der verhältnismäßig geringen Löslichkeit der Sulfosuccinamate in Wasser. Diese Probleme wurden überwunden durch Verwendung der Mittel des Beispiels 5.

Zum Vergleich wurden Versuche unter Verwendung der folgenden Luft mitreißenden Mittel in einer Menge von 0,028 % durchgeführt.

A. Hatriumalkylbenzolsulfonate allein (im Durchschnitt CL/--Alkyl). Dies wirkte unbefriedigend mit Lufteinschlüssen in % nach 5 Minuten: 16,5, 10 Minuten: 19,0, 20 Minuten: 22,5, 60 Minuten: 31.

B. Ein Gemisch von Natriumjalkylbenzolsulfonat und Natriumcocoylsulfosuccinamat. Das Gemisch war nicht stabil und neigte zur Abscheidung, obgleich die Leistungsfähigkeit beim Lufteinschlußversuch befriedigend war.

C. Ein Gemisch von Natriumalkylbenzolsulfonat und Dinatriumlauryl/myristyl-3 Mol-äthoxyliertem Sulfo-

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succinat. Das Gemisch zeigte keine akzeptable Leistung.

- Patentansprüche -

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Claims (2)

Patentansprüche

1. Luft mitreißendes Mittel für Baumaterialien auf · Zemenfbasis, dadurch gekennzeichnet, daß es ein wasserlösliches Sulfosuccinamatsalz ist oder enthält.

2. Mittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es 5 bis 40, bevorzugt 10 bis 35 Gew.-yj wasserlösliches Sulfosuccinamatsalz, 5 bis 40, bevorzugt 10 bis 35 Gew.-^a eines wasserlöslichen SuIiO succinatsalzes und als Rest im wesentlichen ein wasserlösliches Alkylbenzolsulfonatsalz enthält.

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