CH345581A - Verfahren zur Verbesserung der Güteeigenschaften von Mörtel oder Beton - Google Patents

Description

  Verfahren zur Verbesserung der Güteeigenschaften von Mörtel oder Beton    Als Zusatzmittel für Mörtel oder Beton haben  sich unter zahlreich in Vorschlag gebrachten Stoffen  nur verhältnismässig wenige praktisch bewährt, bei  denen es sich eigenartigerweise überwiegend um Na  turstoffe oder sich davon ableitende Produkte handelt,  wie z. B.     Ligninderivate,    Harzsäuren,     Huminsäuren,     Fettsäuren oder     Fettsäureabkömmlinge.     



  In der älteren Literatur wird gelegentlich     Tannin     (Gerbsäure) als     abbindeverzögerndes    oder die Früh  festigkeit von Mörtel oder Beton steigerndes Zusatz  mittel erwähnt.     Tannin    ist zwar als Gerbstoff all  gemein bekannt, für verschiedenste Zwecke insbe  sondere auf pharmazeutischem Gebiet in Benutzung,       aber.als        Gerbmittel    für Leder viel zu kostspielig und  auch sonst weniger geeignet, und daher ungebräuch  lich. Auch für Mörtel oder Beton hat     Tannin    keine  praktische Bedeutung erlangen können.  



  Als     Gerbmittel    für die Lederherstellung dienen  vornehmlich die durch     wässrige        Auslaugung    gerb  stoffreicher Pflanzenteile erhältlichen sogenannten       vegetabilen        Gerbextrakte,    aus deren Vielzahl als wich  tigste     Mimosa-,        Quebracho-,    Kastanien-,     Valonea-,          Knoppern-,        Gambir-,        Catechu-,        Sumach-,        Tizera-,          Maletto-,    Mangrove-,     Dividivi-,

      Fichten- und Tannen  extrakt zu nennen sind. Derartige Extrakte enthalten  als Auszüge der Rinde     und/oder    des Holzes gerb  stoffreicher Gewächse noch     erhebliche    Anteile von  Nichtgerbstoffen, deren Vorhandensein für die Leder  gerbung ebenfalls von Bedeutung ist. Es besteht so  mit ein wesentlicher Unterschied zwischen Gerb  stoff und     Gerbextrakt.    Die chemische Natur der in  den     Gerbextrakten    enthaltenen Gerbstoffe ist von Fall  zu Fall verschieden und im wesentlichen noch unauf  geklärt; die     gerbtechnische    Verwendbarkeit ist ent  sprechend unterschiedlich.  



  Nicht mit den     vegetabilen        Gerbextrakten    zu ver  wechseln sind die auf der Grundlage von Ligninsulfo-    säure aufgebauten, keine     vegetabilen    Gerbstoffe ent  haltenden und unter Bezeichnungen wie      Cellu-          loseextrakt ,         Sulfitcelluloseextrakt ,         Fichtenholz-          extrakt ,         Ligninextrakt     oder sonstigen Phantasie  namen laufenden Produkte von ganz anderer chemi  scher Natur, deren Verwendbarkeit als     Plastifizie-          rungsmittel    für Mörtel oder Beton altbekannt ist.  



  Über die Verwendung von     vegetabilen        Gerb-          extrakten    als Zusatzmittel für Mörtel oder Beton ist  bisher nichts Näheres bekanntgeworden, zumal durch  Veröffentlichung wissenschaftlicher Versuchsergeb  nisse (siehe     Kleinlogel:     Einflüsse auf Beton ) nach  gewiesen wurde, dass ein geringer Gehalt von     Gerb-          extrakt,    sei es im     Anmachwasser,    sei es in mit dem  fertigen Beton in Berührung kommender Flüssigkeit,  sehr schädlich und zerstörend auf Beton wirke.  



  Demgegenüber haben eingehende Untersuchungen  des Erfinders ergeben, dass     Gerbextrakte    verschieden  ster     Art    in einer Menge von<B>0,05%</B> (Trockensubstanz  auf Zement berechnet) dem     Anmachwasser    beigefügt,  in der Regel keine Festigkeitsminderungen ver  ursachen, sofern dabei die     Acidität    der von Natur  sauer reagierenden Extrakte durch sehr geringe Al  kalizusätze beseitigt wird. Gleicherweise wirken auch  Zusatzmengen von 0,1     %    noch nicht schädlich. Erst  bei Zusatzmengen von<B>0,15%</B>     Gerbextrakt    zeigten  sich grössere Festigkeitsverluste, die darüber hinaus  sprunghaft ansteigen.  



  Die     abbindeverzögernden    Wirkungen von     vegeta-          bilen        Gerbextrakten    sind bei<B>0,05%</B> Zusatzmenge  noch bescheiden, bewirken aber bei 0;1 % Zusatz be  reits nahezu eine Verdoppelung der     Abbindezeit,    die  mit 0,15% Zusatz bereits bis auf den dreifachen Be  trag ansteigen kann, wobei allerdings je nach Art  des     Gerbextraktes    graduelle Unterschiede bestehen.  



  Fast alle     vegetabilen        Gerbextrakte    besitzen in ver  dünnter saurer und     alkalischer    Lösung ein auffallen-      des     Schaumvermögen,    jedoch wirken in der Regel  nur die sauren Lösungen merklich     luftporenbildend,     womit die festigkeitsmindernden Wirkungen beim  Fehlen von Alkali zusammenhängen. Insgesamt sinkt  diese     luftporenbildende    Tendenz merkwürdigerweise  mit steigenden Zusatzmengen.  



  Nach den vorliegenden Feststellungen können       vegetabile        Gerbextrakte    in sehr geringen Zusatz  mengen als Verzögerungsmittel benutzt werden.  Irgendwelche Verbesserung der Güteeigenschaften von  Mörtel oder Beton lässt sich auf diesem Wege jedoch  nicht erzielen.  



  Wie nun gefunden wurde, werden die Güteeigen  schaften von Mörtel oder Beton auffallend verbes  sert, wenn dem Mörtel oder Beton, oder deren Be  standteilen, vor oder während der Verarbeitung     vege-          tabile        Gerbextrakte    zugeführt werden, welche     Gerb-          extrakte        vorgängig    der Beimischung einer auflösend,  molekülverkleinernd und sulfonierend wirkenden Be  handlung mittels löslicher     Sulfite        und/oder        Bisulfite     unterworfen worden sind.  



  Eine derartige     Vorbehandlung    von zu     Gerb-          zwecken    dienendem Extrakt ist als      Sulfitierung     an  sich bekannt, dient dort aber nur ganz vereinzelt  als  schwache     Sulfitierung     zu dem Zwecke, die  schlechte Löslichkeit einiger weniger     Extraktarten,     insbesondere diejenige von     Quebrachoextrakt,    zu ver  bessern. Weil die gerbende Wirkung hierbei leicht     ver-          lorengehen    kann, muss sehr schonend gearbeitet wer  den.

   Bei derartiger  schwacher     Sulfitierung     wird  daher höchstens<B>3-5%</B>     Sulfit        und/oder        Bisulfit,    auf       Extrakt-Trockensubstanz    berechnet, angewandt, wo  durch Molekülverkleinerung und     Sulfonierungswir-          kungen    auf ein geringes Mass beschränkt bleiben.  



  Wie festgestellt wurde, besitzen derartige schwach       vegetabile        Gerbextrakte    als Zusatzmittel für Mörtel  oder Beton nur schwach gesteigerte Wirkungen. über  raschenderweise steigt die betonvergütende Wirksam  keit der     vegetabilen        Gerbextrakte    etwa proportional  mit dem     Sulfitierungsgrade    und entsprechendem Mole  külabbau wie auch steigender     Sulfonierung    an, und  sie erreicht bei den stärkst behandelten Produkten ihr  Optimum.

   Bevorzugte Anwendung gemäss der Erfin  dung besitzen daher die Produkte, welche unter Auf  wand von 10-60%     Sulfit        undloder        Bisulfit    bei wei  testmöglicher Molekülzerkleinerung und     Sulfonierung          sulfitiert    worden sind.  



  Selbstverständlich ist     zur    Erzielung der gewünsch  ten Produkte auch die Einhaltung geeigneter Reak  tionsbedingungen erforderlich. Man kann beispiels  weise in geeigneten offenen Behältern mit     Rührvor-          richtung    die zweckmässig stärker konzentrierten Reak  tionsgemische bei Siedetemperatur unter ständiger  Wasserverdampfung so umsetzen, dass Reaktionstem  peraturen bis zu 110  erreicht werden können. Hier  bei wird die, bei 80  vergleichsweise 20-30 Stunden  benötigende, Umsetzungsdauer bereits wesentlich ver  kürzt. Viel rascher führt eine, dem     Sulfitzellstoff-Ge-          winnungsverfahren    etwa analoge, Umsetzung im ge  schlossenen Druckkessel zum Ziel.

   Jedoch müssen die    auf zeitlich kürzerem Wege gewonnenen Produkte  durchaus nicht die besseren Eigenschaften aufweisen.  



  Die Art des anzuwendenden     Sulfitierungsmittels     richtet sich nach der Art des zu behandelnden     Gerb-          extraktes,    beispielsweise nach seinem Säuregrad. Zu  hohe     Acidität    bewirkt bei Behandlung mit reinem       Bisulfit    im offenen Reaktionsgefäss das Entweichen  von schwefliger Säure, welches durch Verwendung  oder     Mitverwendung    von     Sulfit    vermieden werden  kann. In vielen Fällen ist     Bisulfit    das wirksamere Mit  tel, in manchen Fällen aber auch     Sulfit,    in andern  Fällen sind     Sulfit-Bisulfit-Gemische    am geeignetsten.

    Man kann auch stufenweise das eine und das andere  Mittel zuführen oder von dem einen auf das andere  Mittel übergehen, beispielsweise bei stark saurem       Gerbextrakt    mit     Sulfit    beginnen und allmählich auf       Bisulfit    übergehen. Eine solche mit     Bisulfit    endende  Behandlung führt in vielen Fällen zu besonders wirk  samen Produkten.

   Eine Steigerung des     Sulfitierungs-          grades    und der Wirksamkeit resultiert mitunter  auch durch eine Anfangs- oder Zwischenbehandlung  mit     Ätzalkalien    oder     Alkalicarbonaten.    Auch die Art  der an     Sulfit    oder     Bisulfit    gebundenen Metalle, wie  Natrium, Kalium oder Erdalkali, ist nicht ohne Ein  fluss auf das Ergebnis, woraus auf eine katalytische       Beeinflussbarkeit    des Reaktionsmechanismus geschlos  sen werden kann.

   Die spezifische Natur jedes ein  zelnen     Gerbstoffextraktes    erfordert die Auswahl der  jeweils bestgeeigneten Behandlungsmethode zur Er  zielung wirksamster     Sulfitierung    auf wirtschaftlichstem  Wege.  



  Die nachfolgende Tabelle veranschaulicht die Wir  kungen, welche     sulfitierte        vegetabile        Gerbextrakte    in  Gegenüberstellung mit den gleichen unbehandelten  Extrakten auf Beton ausüben.  



  Die drei benutzten verschiedenen     Gerbextrakte     waren wie folgt     sulfitiert    worden     (Sulfitierungszusatz     auf     Gerbextrakt-Trockensubstanz    berechnet):  
EMI0002.0077     
  
    <I>Kastanienextrakt</I> <SEP> durch <SEP> 15stündige <SEP> Behandlung
<tb>  <I>mässig <SEP> stark <SEP> sulf <SEP> itiert</I> <SEP> mit <SEP> 18 <SEP> % <SEP> des <SEP> Gemisches <SEP> Na-Bi  sulfitlNa-Sulfit <SEP> 2: <SEP> 1 <SEP> bei <SEP> 102 .
<tb>  <I>Ouebrachoextrakt</I> <SEP> durch <SEP> 28stündige <SEP> Behandlung
<tb>  <I>mittelstark <SEP> sulf <SEP> itiert</I> <SEP> mit <SEP> 25 <SEP> % <SEP> des <SEP> Gemisches <SEP> Na-Bi  sulfitJNa-Sulfit <SEP> 4:

   <SEP> 1 <SEP> bei <SEP> 100".
<tb>  <I>Minzosaextrakt</I> <SEP> durch <SEP> 35stündige <SEP> Behandlung
<tb>  <I>stark <SEP> sul <SEP> f <SEP> itiert</I> <SEP> mit <SEP> 40% <SEP> des <SEP> Gemisches <SEP> Na-Bi  sulfit/Na-Sulfit <SEP> 5: <SEP> 1 <SEP> bei <SEP> 102 .       Von diesen     vegetabilen        Gerbextrakt-Trockenpro-          dukten    wurden 10%ige Lösungen unter Zusatz von  jeweils<B>0,5%</B>     Natriumhydroxyd    hergestellt, und ausser  dem entsprechende Lösungen der unbehandelten  Gerbstoffe zubereitet.  



  Das für diese Vergleichsversuche benutzte Beton  gemisch enthielt 300     kg/m3        Portlandzement    225 und  Zuschläge des     Sieblinienbereiches        D-E.    Dem An  machwasser wurden jeweils genau die Mengen der       Extraktlösungen,    welche 0,05 und 0,1 %     Gerbextrakt-          Trockenprodukt,    auf Zement berechnet, entsprachen,      zugegeben. Bei allen Versuchen wurde auf die gleiche  Steife des Betons hingearbeitet (siehe z. B. Alfred  Hummel  Das Beton-ABC , 3. Auflage, Seiten    63-64, Verlag     Chem.    Labor f. Tonindustrie, Berlin  1939; Georg Rotfuchs  Betonfibel , Bauverlag Wies  baden 1957, Seite 47).

    
EMI0003.0002     
  
    <I>Vergleichende <SEP> Betonversuche <SEP> mit <SEP> Zusätzen <SEP> von <SEP> unbehandelten <SEP> und <SEP> verschieden <SEP> stark <SEP> sulfitierten</I>
<tb>  <I>vegetabilen <SEP> Gerbextrakten</I>
<tb>  Zusatzmenge <SEP> Wasser- <SEP> Abbinde- <SEP> Zusätzl. <SEP> 28-Tage  Zusatzart <SEP> % <SEP> einsparg. <SEP> Zt-Verläng. <SEP> Luftporen- <SEP> Druckfestigk.
<tb>  Trockensubst. <SEP> % <SEP> Std./Min. <SEP> Vol.

   <SEP> % <SEP> kg/cm'
<tb>  ohne <SEP> (0-Versuch) <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 296
<tb>  <I>Kastanienextrakt</I>
<tb>  <I>unbehandelt</I> <SEP> 0,05 <SEP> 1,9 <SEP> 2125 <SEP> 0,9 <SEP> 304
<tb>  0,10 <SEP> 2,1 <SEP> 5145 <SEP> 0,7 <SEP> 296
<tb>  <I>mässig <SEP> stark <SEP> sulfitiert</I> <SEP> 0,05 <SEP> <I>2,3</I> <SEP> 2110 <SEP> 0,7 <SEP> 330
<tb>  0,10 <SEP> 3,1 <SEP> 5125 <SEP> 0,8 <SEP> 336
<tb>  <I>Quebrachoextrakt</I>
<tb>  <I>unbehandelt</I> <SEP> 0,05 <SEP> 2,0 <SEP> 2110 <SEP> 1,2 <SEP> 306
<tb>  0,10 <SEP> 2,1 <SEP> 610 <SEP> 1,2 <SEP> 298
<tb>  <I>mittelstark <SEP> sulfitiert</I> <SEP> 0,05 <SEP> 2,6 <SEP> 1145 <SEP> 2,4 <SEP> 328
<tb>  0,10 <SEP> 3,9 <SEP> <B><I>5115</I></B> <SEP> 1,9 <SEP> 340
<tb>  <I>Mimosaextrakt</I>
<tb>  <I>unbehandelt</I> <SEP> 0,05 <SEP> 1,6 <SEP> 1135 <SEP> 1,4 <SEP> 298
<tb>  0,10 <SEP> 1,6 <SEP> 5<B><I>1</I></B>10 <SEP> 1,

  3 <SEP> 296
<tb>  <I>stark <SEP> sulfitiert</I> <SEP> 0,05 <SEP> 3,2 <SEP> 110 <SEP> 1,6 <SEP> 336
<tb>  0,10 <SEP> 5,1 <SEP> 4/15 <SEP> 1,4 <SEP> 344       Die vorstehenden Versuchsergebnisse kennzeich  nen die folgenden überlegenen Eigenschaften der     sul-          fitierten        Gerbextrakte:    die     sulfitierten    Produkte be  wirken eine mit dem     Sulfitierungsgrad    ansteigende  nicht unerhebliche Wassereinsparung; ebenfalls be  wirken sie Festigkeitssteigerungen von erheblichem  Ausmass, welche mit steigender Anwendungsmenge  sogar noch zunehmen;

   die     Luftporen-Wirkung    der       sulfitierten        Gerbextrakte    zeigt je nach ihrer Art alle  Abstufungen; Produkte wie     sulfitierter        Quebracho-          extrakt    eignen sich zu     engbegrenzter        Luftporen-Bil-          dung;    die Verzögerungswirkungen der     sulfitierten     Produkte sind merklich abgeschwächt.  



  Wie weiter gefunden wurde, eignen sich die     sul-          fitierten        Gerbextrakte    in ganz besonderem Mass dazu,  die Wirksamkeit anderer     plastifizierender    und     luft-          porenbildender    Zusatzmittel in Richtung einer Ver  vollkommnung der häufig nicht vollbefriedigenden  Druck- und insbesondere     Biegezugfestigkeitssteigerun-          gen    und auch hinsichtlich der Wassereinsparung, zu  beeinflussen.

   Hierbei genügen schon sehr geringe Bei  mengungen von     0,01-0,03%    der     sulfitierten        vege-          tabilen        Gerbextrakte    (Trockensubstanz auf Zement    berechnet), um überraschende Verbesserungen zu be  wirken. Derartig geringe Beimengungen wirken nicht  merklich verzögernd, anderseits kann man mit ent  sprechend grösser bemessenen Beimengungen auch  eine in bestimmtem Ausmass gewünschte Verzöge  rungswirkung erzielen. Selbstverständlich können zur  Regelung der     Abbindeverhältnisse    auch Beschleuni  gungsmittel wie z. B.     Calciumchlorid        mitverwendet     werden.  



  Je nach dem gewünschten     Luftporenbildungsver-          mögen    des mit     sulfitiertem        vegetabilem    Gerbstoff  extrakt zu kombinierenden     Plastifizierungsmittels    kann  man unter den verschiedenen Extrakten dasjenige Pro  dukt aussuchen, welches entweder das     Luftporen-          Volumen    nicht beeinflusst oder aber dieses verstärkt,  oder es überhaupt hervorruft, wobei die eindämmende  Wirkung von Alkalien und     Kalk    auf die Luftporen  bildung der     Gerbextrakte        mitberücksichtigt    werden  kann.

       Eine    solche Entlüftungswirkung kommt auch  manchen andern Stoffen, wie     Sulfosäuren    und     Oxy-          säuren,    zu. Die besonders wirkungsvolle Kombination  von     vegetabilem        Gerbextrakt    mit     Ligninsulfosäure     lässt sich hinsichtlich des     Luftporenvolumens    durch      geeignete Extrakte und gegebenenfalls weitere Zusätze  der angegebenen Art in jeder Richtung     variieren,    wo  bei die Konstanz des     Luftporen-Volumens    besonders       wertvoll    ist.  



  Schliesslich bietet auch die Verwendung der     sul-          fitierten        vegetabilen        Gerbextrakte    selbst als Verzöge  rungsmittel entsprechende Vorteile.     Ferner    können  die erfindungsgemäss verwendbaren Produkte auch in  Verbindung mit Dichtungsmitteln und/oder sonstigen  für die     Bewirkung        bestimmter    Eigenschaften von  Mörtel oder Beton zweckdienlichen Zusatzmitteln vor  teilhafte Anwendung finden.  



  Auf Grund der Feststellung, dass die     sulfitierten          vegetabilen        Gerbextrakte    durchweg betongünstig wir  ken, verfügt man über die für die     Durchführung    des  erfindungsgemässen     Verfahrens    benötigten Rohstoffe  in grossen Mengen und zahlreichen Variationen und  zu niedrigen Gestehungskosten.

   Auch die Produkte  eines bekannten Verfahrens, gemäss welchem     gerb-          stoffhaltige    Pflanzenteile mittels frischer     Sulfitablauge     extrahiert werden, können als Ausgangsmaterial die  nen.     Schliesslich    führt auch die direkte Behandlung  von     Gerbhölzern    oder     -rinden,    etwa auf dem Wege  des     Sulfitcellulose-Verfahrens,    zu den erfindungs  gemäss zu verwendenden Produkten.

   Mit der Verwen  dung     stärkstsulfitierter    (Aufwand bis zu 60%     Sulfitie-          rungszusatz)        Gerbextrakte,    auf welche wegen der  schwierigeren und noch nicht genügend wirtschaft  lichen     Herstellbarkeit    im vorliegenden Versuchsteil  nicht näher eingegangen worden ist, lassen sich noch  wesentlich weiterreichende Wirkungen erzielen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Verfahren zur Verbesserung der Güteeigenschaf ten von Mörtel oder Beton, dadurch gekennzeichnet, dass dem Mörtel oder Beton, oder deren Bestand teilen, vor oder bei der Verarbeitung vegetabile Gerbextrakte zugeführt werden, welche Gerbextrakte vorgängig der Beimischung einer auflösend, molekül verkleinernd und sulfonierend wirkenden Behand lung mittels löslicher Sulfite und/oder Bisulfite unter worfen worden sind. UNTERANSPRÜCHE 1.

   Verfahren nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass sulfitierte Gerbextrakte, die unter Aufwendung von 10-60% Sulfitierungsmittel stark bis stärkst sulfitiert worden sind, beigemischt werden. 2. Verfahren nach Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass die sulfitierten Gerbextrakte zusam men mit Zusatzmitteln beigemischt werden. 3. Verfahren nach Unteranspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, dass plastifizierend wirkende Zusatz mittel verwendet werden. 4. Verfahren nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass luftporenbildende Zusatzmittel verwendet werden. 5.

   Verfahren nach Unteranspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, dass dichtend wirkende Zusatzmittel verwendet werden.