DE60021115T2

DE60021115T2 - Gelöste entschäumer für zementzusamensetzungen

Info

Publication number: DE60021115T2
Application number: DE60021115T
Authority: DE
Inventors: M. Samy SHENDY; R. Jeffrey BURY; John Luciano; M. Thomas VICKERS
Original assignee: Construction Research and Technology GmbH
Current assignee: Construction Research and Technology GmbH
Priority date: 1999-12-10
Filing date: 2000-12-06
Publication date: 2006-05-11
Anticipated expiration: 2020-12-07
Also published as: ATE298733T1; US6569924B2; EP1242330B1; EP1242330A1; MX238784B; MXPA02005724A; JP2003516301A; CA2393625C; WO2001042162A1; CA2393625A1; DE60021115D1; AU2005801A; US20020107310A1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist auf eine Kombination von Lösungsvermittlern und Entschäumern gerichtet, die in Verbindung mit einem Dispergiermittel für zementartige Zusammensetzungen verwendet werden, um Luftgehalte in zementartigen Zusammensetzungen zu kontrollieren. Insbesondere ist die vorliegende Erfindung gerichtet auf eine Kombination von Lösungsvermittlern mit wasserunlöslichen Entschäumern, die verwendet werden in Verbindung mit einem Dispergiermittel für zementartige Zusammensetzungen, um Luftgehalte in zementartigen Zusammensetzungen zu steuern oder zu kontrollieren.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Hydraulische Zemente, wie Portland-Zement, werden verwendet, um bauliche oder strukturelle Gebilde oder Formationen zu bilden. Hydraulische Zemente können mit Zuschlagsstoff gemischt werden, um Mörtel zu bilden, oder mit grobem Zuschlagsstoff, um Betone zu bilden.
Beim Arbeiten mit hydraulischen Zementen ist es erwünscht, die Ausbreitmaßeigenschaften der anfänglich gebildeten hydraulischen Zementzusammensetzung zu erhöhen, um beim Einbringen oder der Platzierung der Zusammensetzung zu helfen und um den Zeitraum der Fließbarkeit zu vergrößern, um eine Verarbeitungszeit bereitzustellen, um die Aufstellung oder Platzierung der Struktur fertig zu stellen. Zusätze können dem hydraulischen Zement zugesetzt werden, die das Ausbreitmaß (Slump) erhöhen. Zusätzlich können Zusätze zugesetzt werden, die auch die Menge von Wasser reduzieren, das benötigt wird, um fließfähige zementartige Zusammensetzungen herzustellen. Der verringerte oder reduzierte Wassergehalt erhöht die Festigkeit der erhaltenen hydraulischen Zementformation.
Ein Typ von Zusatz zur Erhöhung der Fließfähigkeit und zur Reduzierung des Wassergehalts ist ein Polycarboxylatdispergiermittel. Polycarboxylatdispergiermittel sind Polymere mit einem Kohlenstoffrückgrat oder Kohlenstoffgerüst mit anhängenden Seitenketten, wobei mindestens ein Teil der Seitenketten an das Rückgrat gebunden ist durch eine Carboxylgruppe oder eine Ethergruppe. Polycarboxylatdispergiermittel sind sehr wirksam beim Dispergieren und Verringern des Wassergehalts in hydraulischen Zementen.
Ein Nachteil von Polycarboxylatdispergiermitteln ist, dass sie dazu neigen, Luft in die zementartige Zusammensetzung während eines Mischens einzuschleppen oder Luftporen zu bilden. Während etwas eingeschleppte Luft gewünscht sein kann für besondere Anwendungen, wie zur Bereitstellung einer Frost-Tau-Beständigkeit für den Zement, ist ein Überschuss an eingeschleppter Luft schädlich für die Druckfestigkeit der sich ergebenden hydraulischen Formation.
In der Regel werden in der Bauindustrie zementartige Zusammensetzungen, in die keine Luft eingeschleppt ist oder in denen keine Luftporen gebildet sind, die einen Luftgehalt von weniger als 3% aufweisen, erwünscht, wobei ein Luftgehalt von weniger als 2% bevorzugt ist. Luftporenbildende Zusätze werden manchmal verwendet, um Luftgehalte von 5 bis 8% bereitzustellen, die die Frost-Tau-Beständigkeit der zementartigen Mischung verbessern. Wenn dies der Fall ist, ist es wünschenswert, in der Lage zu sein, den Luftgehalt einzustellen durch Veränderung der Dosierung des Luftporenbildners und die sich ergebende Luft stabil im Zeitablauf beizubehalten.
Um die überschüssige Luftporenbildung in zementartigen Zusammensetzungen zu überwinden, wurden Entschäumer zu der zementartigen Mischung gegeben, um den Luftgehalt auf einen gewünschten Wert zu reduzieren. Entschäumer waren typischerweise eingeschlossen in dem Polycarboxylatzu satz. Die im Stand der Technik verwendeten Entschäumer waren jedoch nicht wasserlösliche Zusammensetzungen, die alleine verwendet wurden. Das Problem bei nicht wasserlöslichen Entschäumern ist, dass sie dem Zusatz eine unzureichende Langzeitlagerstabilität verleihen, was zur Phasentrennung führt. Das Polycarboxylatdispergiermittel ist in der Regel ein wasserlösliches Dispergiermittel. Wenn ein nicht wasserlöslicher oder wasserunlöslicher Entschäumer in Verbindung mit einem wasserlöslichen Dispergiermittel verwendet wird, trennt sich das Gemisch im Zeitablauf. Dies macht es notwendig, dass das Gemisch vor der Verwendung gemischt wird. Außerdem können unlösliche Entschäumer unvorhersehbare Luftgehalte im Zeitablauf verursachen.
Kommerzielle Entschäumer enthalten typischerweise ein Gemisch von Materialien. Der Hauptteil ist ein Öl oder eine organische Flüssigkeit (bis zu 95 Gewichtsteile), kleine Feststoffe oder Partikeln (bis zu 15 Gewichtsteile) und ein Tensid (bis zu 5 Gewichtsteile).
Eine weitere Technik, die im Stand der Technik verwendet wird, war das Aufpfropfen des Entschäumers auf das Dispergiermolekül.
Der Stand der Technik zeigte jedoch nicht die Kombination von einem Entschäumer, der nicht chemisch kombiniert ist mit dem Polycarboxylatdispergiermittel, das verwendet wird in Verbindung mit einem Lösungsvermittler.
Was in der Industrie benötigt wird, ist eine Kombination von einem wasserunlöslichen Entschäumer, einem Dispergiermittel für zementartige Zusammensetzungen und ein Lösungsvermittler, der den wasserunlöslichen Entschäumer solubilisiert, der steuerbare Luftgehalte erzeugt in zementartigen Zusammensetzungen, die keine Luftporen bilden und die Luftporen bilden.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Kombination von einem wasserunlöslichen Entschäumer, einem Dispergiermittel für zementartige Zusammensetzungen und einen Lösungsvermittler bereitzustellen, der den wasserunlöslichen Entschäumer solubilisiert, der kontrollierbare oder steuerbare Luftgehalte in zementartigen Zusammensetzungen erzeugt, die keine Luftporen bilden und die Luftporen bilden.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, einen Zusatz bereitzustellen, der ein Dispergiermittel für zementartige Zusammensetzungen, einen Lösungsvermittler und einen wasserunlöslichen Entschäumer enthält, der über den Zeitablauf stabil ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Lösungsvermittler können gemischt werden mit wasserunlöslichen Entschäumern und einem Dispergiermittel für zementartige Zusammensetzungen, um einen Zusatz für zementartige Zusammensetzungen bereitzustellen, der stabil ist im Zeitablauf. Der erhaltene Zusatz weist eine langfristige Lagerstabilität auf, sodass der Zusatz nicht vor der Verwendung an der Arbeitsstelle gemischt werden braucht.
Die vorliegende Erfindung stellt einen Zusatz für zementartige Zusammensetzungen bereit, der einen wasserunlöslichen Entschäumer, ein Dispergiermittel für zementartige Zusammensetzungen und einen Lösungsvermittler, der den wasserunlöslichen Entschäumer solubilisiert, umfasst, nach Anspruch 1, vorzugsweise nach den Ansprüchen 2 bis 4.
Die vorliegende Erfindung stellt auch eine zementartige Zusammensetzung bereit, die Zement, Wasser, einen wasserunlöslichen Entschäumer, ein Dispergiermittel für zementartige Zusammensetzungen und einen Lösungsvermittler, der den wasserunlöslichen Entschäumer solubilisiert, umfasst gemäß Anspruch 5.
Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Verfahren bereit zur Herstellung einer zementartigen Zusammensetzung, das umfasst ein Mischen von Zement, Wasser, einem wasserunlöslichen Entschäumer, einem Dispergiermittel für zementartige Zusammensetzungen und einem Lösungsvermittler, der den wasserunlöslichen Entschäumer solubilisiert, gemäß Anspruch 6.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG IN EINZELHEITEN
Der Begriff „Lösungsvermittler" bezieht sich auf ein Material, das unlösliches Material solubilisieren kann. Solubilisierung ist definiert als ein Verfahren des in Lösung Bringens von Substanzen, die ansonsten unlöslich sind in einem gegebenen Medium. Solubilisierung schließt die vorhergehende Gegenwart oder das vorhergehende Vorliegen von einer kolloidalen (organisierten) Lösung ein, deren Teilchen das ansonsten unlösliche Material aufnehmen und einverleiben in sich selbst oder auf sich selbst (M.E.L. McBain und E. Hutchinson, Solubilization and Related Phenomena, Academic Press, New York (1955)). In der Regel ist ein Lösungsvermittler ein solubilisierendes Tensid.
Der Begriff „Dispergiermittel für zementartige Zusammensetzungen", wie er in dieser Beschreibung verwendet wird, schließt Polycarboxylatdispergiermittel ein.
Der Begriff „Polycarboxylatdispergiermittel" bezieht sich innerhalb dieser Beschreibung auf Polymere mit einem Kohlenstoffrückgrat oder Kohlenstoffgrundgerüst mit anhängenden Seitenketten, wobei mindestens ein Teil der Seitenketten befestigt ist an dem Rückgrat durch eine Carboxylgruppe oder eine Ethergruppe. Der Begriff Dispergiermittel bedeutet auch, dass solche Chemikalien eingeschlossen sind, die als Weichmacher, wasserverringernde Mittel, Verflüssiger, Mittel gegen Flockulation oder Flockenbildung oder Superverflüssiger (Superplasticizer) für zementartige Zusammensetzungen wirken.
Viele verschiedene Polycarboxylatdispergiermittel sind in der Praxis dieser Erfindung nützlich. Beispiele von geeigneten Dispergiermitteln können gefunden werden in den US-Patenten US 5 158 996 A , US 5 494 516 A , US 5 612 396 A , US 5 162 402 A , US 5 660 626 A , US 6 063 184 A , US 5 688 195 A und US 5 798 425 A und in der europäischen Patentanmeldung EP 0 753 488 A .
Ein bevorzugtes Beispiel eines Polycarboxylatdispergiermittels ist ein Polymer, das Einheiten umfasst, die abgeleitet sind aus mindestens einem substituierten Carbonsäuremonomer oder substituierten ethylenisch ungesättigten Monomer, und gegebenenfalls mindestens eines von einem ungesättigten Kohlenwasserstoff, einem N-Polyoxyalkylenmaleimid und einem Kondensationsprodukt von einem unsubstituierten Carbonsäuremonomer und einem Alkoxypolyoxyalkylenprimäramin-substituierten Carbonsäuremonomer einschließt. Das Polycarboxylatdispergiermittel hat vorzugsweise die unten gezeigte allgemeine Struktur

wobei gilt:
D = eine Komponente, die ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus der Struktur d1, der Struktur d2 und Gemischen davon;
X = H, CH₃, C₂-C₆-Alkyl, Phenyl, substituiertes Phenyl, wie p-Methylphenyl, sulfoniertes Phenyl;
Y = H, -COOM;
R = H, CH₃;
Z = H, -SO₃M, -PO₃M, -COOM, -OR₃, -COOR₃, -CH₂OR₃, -CONHR₃, -CONHC(CH₃)₂CH₂SO₃M, -COO(CHR₄)_nOH, wobei n = 2 bis 6;
R₁, R₂, R₃, R₅ stehen jeweils unabhängig für ein -(CH₂CHRO)_mR₄ Zufalls- oder Randomcopolymer von Oxyethyleneinheiten und Oxypropyleneinheiten, wobei m = 10 bis 500 gilt, und worin die Menge an Oxyethylen in dem Zufallscopolymer von 60% bis 100% beträgt, und die Menge von Oxpropylen in dem Zufalls- oder Randomcopolymer von 0% bis 40% beträgt;
R₄ = H, Methyl, C₂-C₆-Alkyl, C₆-C₁₀-Aryl;
M = H, Alkalimetall, Erdalkalimetall, Ammoniak, Amin, substituiertes Amin, wie Triethanolamin, Methyl, C₂-C₆-Alkyl;
a = 0 bis 0,8, vorzugsweise 0 bis 0,6 und ganz besonders bevorzugt 0 bis 0,5;
b = 0,2 bis 1,0, vorzugsweise 0,3 bis 1,0 und ganz besonders bevorzugt 0,4 bis 1,0;
c = 0 bis 0,5, vorzugsweise 0 bis 0,3 und ganz besonders bevorzugt 0 bis 0,1;
d = 0 bis 0,5, vorzugsweise 0 bis 0,3 und ganz besonders bevorzugt 0 bis 0,1; und worin a, b, c und d für den Molenbruch stehen von jeder Einheit, und die Summe von a, b, c und d für 1,0 steht.
Stellvertretende Monomere für die "a"-Komponente schließen, ohne darauf beschränkt zu sein, Styrol, Ethylen, Propylen oder sulfoniertes Styrol ein. Stellvertretende Monomere für die "b"-Komponente schließen, ohne darauf beschränkt zu sein, Acrylsäure, Methacrylsäure, Alkylester von Acrylsäure, Alkylester von Methacrylsäure, Alkoxypolyoxyalkylenester von Acrylsäure, Aryloxypolyoxyalkylenester von Acrylsäure, Alkoxypolyoxyalkylenester von Methacrylsäure, Aryloxypolyoxyalkylenester von Methacrylsäure, Maleinsäure, Maleinsäureanhydrid, Vinylsulfonsäure, Methoxypolyoxyalkylenvinylether, Methoxypolyoxyalkylenallylether, Alkoxypolyoxyalkylenvinylether, Aryloxypolyoxyalkylenvinylether, Alkoxypolyoxyalkylenallylether oder Aryloxypolyoxyalkylenallylether ein.
Die Komponenten „c" und „d" können gebildet werden aus einer nachfolgenden Reaktion oder Postreaktion aus dem Aufpfropfen der Seitenketten auf das Polymerrückgrat, wie ein Polyacrylat-Maleinsäureanhydrid-Copolymer. Die Reaktion, um die Komponente „c" und/oder „d" zu bilden, ist bezogen auf die Temperatur der Pfropfreaktion. Wenn die Temperatur hoch genug ist, werden die Imidkomponenten „c" und „d" gebildet. Die Komponente „c" wird gebildet aus einem einzelnen Monomer, das ein Bestandteil „b" ist mit Y wie COOH und Z wie CONHR₃. Eine Kondensationsreaktion findet statt, wobei Wasser kondensiert, und sich der Ring schließt, um die Komponente „c" zu bilden.
Die Komponente „d" wird gebildet durch eine Kondensation von zwei Monomeren, wie Acrylsäure (Komponente „b" mit COOH als Y und H als Z) und einer Acrylsäure, die derivatisiert ist mit einem Alkoxypolyoxyalkylen primären Amin, das heißt einer Komponente „b" mit H als Y und CONHR₃ als Z. Eine Kondensationsreaktion findet statt, wobei Wasser kondensiert, und sich der Ring schließt, um die Komponente „d1" oder „d2" zu bilden. Die Komponente „d2" wird gebildet durch eine Kopf/Kopf-Umsetzung oder -Reaktion der zwei Monomere. Die Komponente „d1" wird gebildet durch eine Kopf/Schwanz-Reaktion oder -Umsetzung der zwei Monomere.
Die Komponente „b" kann auch Maleinsäureanhydrid sein, wenn Y und Z so ausgewählt sind, dass sie -COOH in der Anhydridform sind.
Eine weitere Klasse von Polycarboxylatpolymeren, die als Polymerdispergiermittel funktionieren, umfasst ein funktionalisiertes Polyimid- oder Polyamidhauptkettenpolymer, an das zumindest zu einem gewissen Anteil oligomere oder polymere hydrophile Seitenketten aufgepfropft sind. Die aufgepfropften Seitenketten können verbindende (linking) Amide, Ester und Thioester einschließen. Dieses Polymerdispergiermittel, das ein durch eine hydrophile Seitenkette substituiertes Rückgrat aufweist, besitzt die allgemeine Formel:
wobei X mindestens eines ist von Wasserstoff, einem Erdalkalimetallion, einem Erdalkalimetallion, Ammoniumion und Amin; R steht für mindestens eines von einem C₁-C₆-Alkyl(en)ether und Gemischen davon und C₁-C₆-Alkyl(en)imin und Gemischen davon; Q steht für mindestens eines von Sauerstoff, Stickstoff und Schwefel; p für eine Zahl von 1 bis 300 steht, was zumindest zu einer linearen Seitenkette und verzweigten Seitenkette führt; R₁ steht für mindestens eines von Wasserstoff, C₁-C₂₀-Kohlenwasserstoffen und funktionalisierten Kohlenwasserstoffen, die mindestens eines enthalten von -OH, -COOH, einem Derivat von -COOH, Sulfonsäure, einem Derivat der Sulfonsäure, Amin und Epoxy; Y steht für einen hydrophoben Kohlenwasserstoff oder Polyalkylenoxidrest; m, m', m'', n, n' und n'' unabhängig stehen für 0 oder eine ganze Zahl zwischen 1 und 20; Z steht für eine Gruppe, die mindestens eines enthält von i) mindestens ein Amin und eine Säuregruppe, ii) zwei funktionalisierte Gruppen, die im Stande sind, in das Rückgrat einverleibt zu werden, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Dianhydriden, Dialdehyden und Disäurechloriden und iii) einem Succinimidrest, und wobei a, b, c und d den Molenbruch angeben von jeder Einheit, wobei die Summe von a, b, c und d 1 ist, wobei a, b, c und d jeweils größer sind oder gleich 0 sind und kleiner als 1 sind und mindestens zwei der a, b, c und d größer als 0 sind.
Ganz insbesondere steht Y für mindestens eines von einem hydrophoben Polyalkylenglykolblockpolymer und einem hydrophoben Polyalkylenglykolzufalls- oder -randampolymer; und Z steht für mindestens eines von einer Imidgruppe, einem Succinimidrest, dem Rest einer natürlichen Aminosäure, einer abgeleiteten Aminosäure, H₂N(CH₂)_kCOOH oder einem Derivat davon, dem Rest von Aminobenzoesäure oder einem Derivat davon, dem Rest von H₂N(CH₂)_kSO₃H oder einem Derivat davon und dem Rest von Sulfanilsäure oder einem Derivat davon, wobei k für eine ganze Zahl zwischen 1 und 20 steht. Ganz besonders bevorzugt steht R₁ für ein C₁-C₄-Alkyl; und m, m', m'', n, n' und n'' stehen jeweils unabhängig für eine ganze Zahl zwischen 0 und 2.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist das Pfropfpolymer Dispergiermittel die folgende allgemeine Formel auf:
wobei a, b, c, d und g den Molenbruch angeben von jeder Einheit, wobei die Summe von a, b, c, d und g gleich eins ist, wobei a, b, c, d und g jeweils größer oder gleich 0 sind und kleiner als 1, und mindestens zwei der a, b, c und d größer sind als 0; X₃ steht für mindestens eines von i) einer Gruppe, die die negative Ladung an dem Carboxyl(COO^–)ion neutralisiert und ii) einem hydrophoben Kohlenwasserstoff oder Polyalkylenoxidrest, der, wenn er vorliegt, nicht mehr als 20 Mol% von X₃ ersetzt. Im Wege eines Beispiels ohne Beschränkung kann die neutralisierende Gruppe ein Ammoniumion, Ionen von Natrium, Kalium, Lithium, Calcium und dergleichen sein. X₂ ist eine hydrophile Seitenkette, die die folgende Struktur aufweist:
worin R₂ steht für H, eine lineare oder verzweigte C₁-C₄-Alkylgruppe, wie Methyl, Ethyl, Propyl oder Butyl, oder Phenyl; R₅ für ein lineares oder verzweigtes C₁-C₄-Alkyl steht, wie Methylen, ein Alkylen oder Phenylen; R₃ für einen Rest steht, der abgeleitet ist aus Ethylenoxid, und R₃ zufällig oder in Blockform vorliegt; e steht für 1 bis 300, vorzugsweise für 11 bis 300, R₄ steht für einen Rest, der abgeleitet ist aus Propylenoxid, und R₄ zufällig oder in Blockform vorliegt; f für 0 bis 180 steht, vorzugsweise mit einem Molverhältnis von R₃:R₄ von 100:0 bis 40:60. Z steht für eine Imidgruppe, wie eine Succinimidgruppe, ist aber nicht darauf beschränkt. Es ist zu beachten, dass je höher der Anteil von Propylenoxid ist, der in der Seitenkette vorliegt, um so weniger hydrophil die Seitenkette sein wird.
Die Einheiten a und c des bevorzugten gepfropften Polymerdispergiermittels stehen jeweils für eine α-Verbindung, und die Einheiten b und d stehen jeweils für eine β-Verknüpfung der umgesetzten Einheit des umgesetzten N-Succhinimidpolymers. Während es möglich ist, dass 100% a oder β vorliegen, beträgt der Anteil von α- zu β-Verknüpfung 1:100 bis 100:1.
Das Pfropfpolymerdispergiermittel kann ein Imid enthalten, das an dem Punkt der Befestigung der Seitenkette mit dem Polymer angeordnet ist oder in dem Rückgrat des Polymers angeordnet ist. Das Pfropfpolymerdispergiermittel weist ein Molekulargewichtsmittel von 1.000 bis 1.000.000 auf. Besonders bevorzugt weist das Pfropfpolymerdispergiermittel ein Molekulargewichtsmittel von 2.000 bis 100.000 auf. Ganz besonders bevorzugt weist das Pfropfpolymerdispergiermittel ein Molekulargewichtsmittel von 3.000 bis 50.000 auf. Die Einheiten, die das Polymer umfassen, können zufällig oder als Randomform oder in Blockform vorliegen. Das Polymerrückgrat ist im Wesentlichen linear, kann aber leichte Verzweigungen aufweisen, wie bei jedem 10. Rest.
Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „Zement" auf einen hydraulischen Zement. Hydraulische Zemente sind Materialien, die abbinden, wenn sie mit Wasser gemischt werden. Geeignete Beispiele von hydraulischen Zementen schließen, ohne darauf beschränkt zu sein, Portland-Zement, Mauerwerk- oder Mauerhandwerkzement, Aluminiumoxidzement, Feuerfest- oder Tonerdeschmelzzement, Magnesiumoxidzement, Calciumsulfoaluminatzement und Gemische davon ein.
„Pasten" sind definiert als Gemische, die zusammengesetzt sind aus einem hydraulischen Zementbinder, entweder allein oder in Kombination mit Puzzolanen, wie Flugasche, pyrogene Kieselsäure oder Hochofenschlacke und Wasser. Mörtel sind definiert als Pasten, die zusätzlich feinen Zuschlagsstoff einschließen. Betone schließen zusätzlich groben Zuschlagsstoff ein.
Ein Lösungsvermittler kann kombiniert werden mit einem wasserunlöslichen Entschäumer und einem Dispergiermittel für zementartige Zusammensetzungen, um einen Zusatz für zementartige Zusammensetzungen zu bilden. Die Kombination von einem Lösungsvermittler mit einem wasserunlöslichen Entschäumer und einem Dispergiermittel für zementartige Zusammensetzungen stellt einen Zusatz bereit, der stabil ist über den Zeitablauf, dadurch, dass es wenig oder keine Phasentrennung gibt zwischen dem Dispergiermittel und Entschäumern.
Ohne auf die Theorie beschränkt sein zu wollen, wird die Theorie aufgestellt, dass einige Kombinationen von einem Lösungsvermittler mit einem wasserunlöslichen Entschäumer eine Mikroemulsion bilden. Eine Mikroemulsion ist eine einzelne, thermodynamisch stabile Gleichgewichtsphase; im Vergleich zu einer Makroemulsion, die eine Dispersion ist von Tröpfchen, die zwei oder mehr Phasen enthalten, die Flüssigkeiten sind oder Flüssigkristalle. (D. Smith, „Microemulsions", Kirk Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, 4. Ausgabe, 1999.) Emulsionen sind typischerweise opak, instabil und makrodisperse Systeme mit 0,5 bis 10 um Tröpfchengröße. Mikroemulsionen sind typischerweise transparent, Öl-in-Wasser-Systeme, die stabilisiert sind durch eine Grenzflächenschicht von Tensiden und weisen eine Teilchengröße von 0,01 bis 0,05 um auf. Die kleinere Teilchengröße sorgt für die optische Transparenz. Ferner kann eine Definition von Mikroemulsionen gefunden werden in Microemulsions: Theory and Practice von L.M. Prince, Academic Press, New York (1977).
Lösungsvermittler können die gesamte wässrige Solubilisierung von Öl in einer wässrigen Phase erhöhen. Wenn eine ausreichende Menge von Solubilisator oder Lösungsvermittler vorliegt in einer Lösung (welche die kritische Mizellenkonzentration erreicht), aggregieren die Lösungsvermittlermoleküle zusammen zu Mizellen. Der Mizellen-Wasser-Verteilungskoeffizient und das molare Solubilisierungsver hältnis kann den Grad der Löslichkeitssteigerung, die durch einen Lösungsvermittler erreicht wird, kennzeichnen. Die Solubilisierung des Entschäumers erhöht sich nachdem der Lösungsvermittler die kritische Mizellenkonzentration erreicht. Der Entschäumer diffundiert oder breitet sich aus durch die wässrige Phase zu den Mizellen und löst sich im Kern der Mizelle. Wenn mehr Vermittler zugegeben wird, verändert sich die Form der Mizellen zu einer Zylinderform. Wenn noch mehr Vermittler zugegeben wird, verändert sich die Form schließlich zu einer lamellaren Form. Die Anzahl der Mizellen bleibt jedoch in etwa bestehen durch all diese Veränderungen.
Solubilisiert bezieht sich auf die Aggregation oder Selbstordnung der Mizellenbildung. Löslich bezieht sich auf die Wechselwirkung von einem einzelnen Molekül mit Wasser.
Lösungsvermittler gemäß der vorliegenden Erfindung sind zumindest teilweise selbst wirksam als Entschäumer für zementartige Zusammensetzungen.
Die Menge des Dispergiermittels für zementartige Zusammensetzungen, die vorliegt in einem zementartigen Gemisch liegt im Bereich von 0,01 Gew.-% bis 2,0 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht von Zement. Vorzugsweise liegt die Menge an Dispergiermittel für zementartige Zusammensetzungen, die vorliegt in einem zementartigen Gemisch im Bereich von 0,05 Gew.-% bis 0,5 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht von Zement.
Die Menge von Lösungsvermittler, die vorliegt in dem Zusatz beträgt mindestens die Menge, die ausreichend ist, um eine stabile Mikroemulsion zu bilden. Vorzugsweise beträgt die Menge von Lösungsvermittler, die in dem Zusatz vorliegt, von 0,25 Gew.-% bis 40 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Polycarboxylatdispergiermittels.
Die Menge von wasserunlöslichem Entschäumer, die vorliegt in dem Gemisch, liegt im Bereich von 0,01 % bis 25%, bezogen auf das Gewicht des Dispergiermittels für zementartige Zusammensetzungen. Vorzugsweise liegt die Menge an wasserunlöslichem Entschäumer, die in dem Zusatz vorliegt, im Bereich von 0,25% bis 10%, bezogen auf das Gewicht des Dispergiermittels für zementartige Zusammensetzungen.
Das Verhältnis von unlöslichem Entschäumer zu Lösungsvermittler liegt im Bereich einer Menge, die wirksam ist, um den unlöslichen Entschäumer zu solubilisieren, bis zu 100, vorzugsweise bis zu 0,27.
Beispiele von wasserunlöslichen Entschäumern, die brauchbar sind, um den Luftgehalt in zementartigen Zusammensetzungen zu steuern oder zu kontrollieren, schließen, ohne darauf beschränkt zu sein, Chemikalien ein, die basieren auf Mineral- oder Pflanzenölen, Fetten und Ölen, Fettsäuren, Fettsäureestern, beliebigen Chemikalien mit -OH-(Hydroxyl-)Funktionalität (wie Alkohole, insbesondere Fettalkohole), Amide, Phosphorester, Metallseifen, Silicone, Oxyalkylene, Polymere, die Propylenoxidgruppen enthalten, flüssige Kohlenwasserstoffe und acetylenische Diolderivate.
Geeignete Beispiele von diesen wasserunlöslichen Entschäumern, die brauchbar sind, um den Luftgehalt in zementartigen Zusammensetzungen zu steuern oder zu kontrollieren, schließen DYNOL^TM 604, SURFYNOL^® 440, Nonylphenol, Ricinusöl und Polypropylenoxid ein.
Weitere Beispiele von wasserunlöslichen Entschäumern schließen die folgenden ein: Kerosin, flüssiges Paraffin, Tieröl, Pflanzenöl, Sesamöl, Ricinusöl, Alkylenoxidaddukte davon; Ölsäure, Stearinsäure und Alkylenoxidaddukte davon; Diethylenglykollaurat, Glycerinmonorecinolat, Alkenylsuccinsäurederivate, Sorbitmonolaurat, Sorbittrioleat, Polyoxyethylenmonolaurat, Polyoxyethylensorbitmonolaurat, natürliches Wachs; lineare oder verzweigte Fettalkohole und alkoxylierte Derivate davon, Acetylenalkohole, Glykole, Polyoxyalkylenglykole, Polyoxyalkylenamid, Acrylatpolyamin, Tributylphosphat, Natriumoctylphosphat; Aluminiumstearat, Calciumoleat; Siliconöl, Siliconpaste, Siliconemulsion, organisch-modifiziertes Polysiloxan, Fluorsiliconöl; und polyoxyethylen-Polyoxypropylen-Addukte. In dem Umfang, dass die Entschäumer in der vorstehenden Liste Alkylenoxide enthalten, wird Bezug genommen auf solche, die wasserunlöslich sind.
Beispiele des Lösungsvermittlers schließen, ohne darauf beschränkt zu sein, Verbindungen ein von alkoxyliertem R, carboxyliertem alkoxylierten R, sulfatiertem alkoxylierten R, sulfoniertem alkoxyliertem R, einem Styrol-Maleinsäure-Copolymer und Styrol-Maleinsäure-Copolymer, das derivatisiert ist, wobei R sein könnte: ein Kohlenwasserstoff, Sorbitan, Polypropylenoxid, eine Fettsäure, ein Fettalkohol, Isononanol, C₈-C₂₂-Alkylamin, Styrol-Maleinsäure-Copolymer oder Styrol-Maleinsäure-Copolymer, das derivatisiert ist. Der Kohlenwasserstoff enthält vorzugsweise von 1 bis 22 Kohlenstoffe, und die Fettsäure und der Fettalkohol enthalten vorzugsweise von 8 bis 22 Kohlenstoffe. Bevorzugte alkoxylierte Verbindungen sind Moleküle, die Ethylenoxid enthalten und/oder Propylenoxid. Am meisten bevorzugte Alkoxylate sind Moleküle, die Ethylenoxid enthalten. Die Lösungsvermittler können verwendet werden in Kombination mit anderen Lösungsvermittlern. Bevorzugte derivatisierte Gruppen für die Styrol-Malein-Copolymere, die derivatisiert sind, schließen, ohne darauf beschränkt zu sein, Sulfonat, Hydroxyalkylester und Dimethylaminopropyl ein. Ein bevorzugtes Styrol-Maleinsäure-Copolymer, das derivatisiert ist, ist ein alkoxyliertes Styrol-Maleinsäure-Copolymer.
Bevorzugte Alkylethersulfonate sind angegeben durch die folgende Formel: R₁-(OCH₂CH₂)_n-SO₃M, wobei R₁ für ein Alkyl steht mit 6 bis 18 Kohlenstoffatomen, und n für eine ganze Zahl steht von 1 bis 15. Bevorzugte Alkylethersulfonate sind AVANEL-Produkte von BASF. AVANEL S-74 weist R₁ auf als C₈-Alkyl und n = 3 in der obigen Formel. AVANEL S-70 weist R₁ als C₁₂-Alkyl auf und n = 7. AVANEL S-150CG weist R₁ als C₁₅-Alkyl auf und n = 15. AVANEL S-74 ist am meisten bevorzugt.
Bevorzugte Alkylethercarboxylate sind R₁O(CHR₂CH₂O)_nCH₂CH₂COOM, wobei R₁ für einen C₄-C₁₈-Kohlenwasserstoff steht, R₂=H oder CH₃, n = 1 bis 30, m = H, Na, K, Li, Ca, Mg, Amin oder Ammoniak gilt. Bevorzugte Alkylethercarboxylate sind erhältlich von Hickson DanChem unter dem Handelsnamen NEODOX.
Bevorzugte Styrol-Maleinsäure-Copolymere werden angegeben durch die folgende Formel:
wobei M unabhängig steht für mindestens eines von H, Na, K, Ca, Mg, Alkyl, substituiertem Alkyl, Aryl, substituiertem Aryl oder einer Oxyalkylengruppe (R₂O)_n-R₃, wobei R₂ für eine C₂-C₄-Alkylengruppe steht, wie Ethylen, Propylen oder Butylen, und R₃ steht für H oder eine C₁-C₂₂-Alkylgruppe, Alkyl-Arylgruppe oder Arylgruppe, und n = 1 bis 500 gilt. X kann -O- oder -NHR₄ sein. Wenn X für -O- steht, kann ein Anhydrid gebildet werden, und wenn X für -NHR₄ steht, ein Imidring. R₄ steht für H, Alkyl, substituiertes Alkyl, Aryl, substituiertes Aryl oder eine Oxyalkylengruppe (R₂O)_n-R₃. Ein bevorzugtes substituiertes Alkyl ist Hydroxyethyl und Dimethylaminopropyl. Ein bevorzugtes substituiertes Aryl ist ein Rest, der abgeleitet ist aus Nonylphenol. Vorzugsweise beträgt das molare Verhältnis von Styrol (a) zu Maleinsäure (b) von mehr als 1:1. Besonders bevorzugt beträgt das Styrol:Maleinsäureverhältnis ≥ 2:1. Vorzugsweise sind a und b Zahlen, sodass das Copolymer ein zahlenmittleres Molekulargewicht (number average molecular weight) von 1.000 bis 20.000 aufweist.
Spezielle Beispiele von diesen Typen von Lösungsvermittlern, die im Stande sind, den Luftgehalt in zementartigen Zusammensetzungen zu steuern oder zu kontrollieren, sind unten angegeben. Beachte, dass die Menge an Ethylenoxid ausgewählt sein sollte, sodass die Produkte, auf die unten Bezug genommen wird, wasserlöslich sind.
PLURONIC^®-Produkte (von BASF) sind Blockcopolymere von Ethylenoxid (EO) und Propylenoxid (PO).
TERGITON^® NP von Union Carbide Company ist ein Polymer von Ethylenoxid und Nonylphenol (ethoxyliertes Nonylphenol).
JEFFOX^®-Produkte von Huntsman Chemical Company sind Monoalkylpolyoxyalkylene. Bevorzugt ist ein 50/50 Ethylenoxid/Propoylenoxid Zufalls- oder Randompolymer mit einer monobutylterminalen Gruppe [Bu-O-(PO)_x(EO)_x-H].
Eine Maßnahme oder ein Maß einer Charakterisierung einer Emulgierung von einem Produkt ist der HLB-Wert (hydrophile lipophile balance (HLB)). Wenn der HLB-Wert zunimmt, gibt es mehr hydrophile Gruppen in dem Tensid oder oberflächenaktiven Stoff, und umso mehr ist das Tensid oder der oberflächenaktive Stoff wasserlöslich. Im Allgemeinen gibt ein HLB-Wert von 3 bis 6 einen Wasser-in-Öl-Emulgator an, ein HLB-Wert von 7 bis 9 gibt ein Netzmittel oder Benetzungsmittel an, ein HLB-Wert von 8 bis 18 gibt einen Öl-in-Wasser-Emulgator an, ein HLB-Wert von 13 bis 15 gibt ein Detergens an und ein HLB-Wert von 15 bis 22 gibt einen Lösungsvermittler oder Solubilisator an. Die folgenden Dokumente stellen mehr Information bereit über den HLB-Wert: The Atlas HLB System, 4. Druck, Wilmington, Delaware, Atlas Chemical Industries, 1963; "Emulsions", Ullmans'Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5. Ausgabe, 1987; C. Fox, "Rationale for the Selection of Emulsifying Agents", Cosmetics & Toiletries 101.11 (1986), 25 bis 44; A. Graciaa, J. Lachaise, und G. Marion, "A Study of the Required Hydrophile-Lipophile Balance for Emulsification", Langmuir 5 (1989): 1215 bis 1318; und W.C. Griffin, "Emulsions", Kirk Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, 3. Ausgabe, 1979.
Im Allgemeinen weisen Entschäumer mit einem HLB-Wert von bis zu 4 starke Entschäumungseigenschaften auf. Wenn der HLB-Wert zunimmt, nehmen die Entschäumungsfähigkeiten ab, und die Schäumungsfähigkeit nimmt zu. Bei der vorliegenden Erfindung weisen die Lösungsvermittler im Allgemeinen einen HLB-Wert auf, der im Bereich liegt von 5 bis 22.
Eine erhöhte Temperaturstabilität für eine beliebige Kombination von unlöslichem Entschäumer und Dispergiermittel für zementartige Zusammensetzungen kann erhalten werden durch Erhöhung des Werts des Lösungsvermittlers. Z.B. in Abhängigkeit von dem unlöslichen Entschäumerwert und der Wirksamkeit des Lösungsvermittlers kann ein Temperaturanstieg von 25°C auf 45°C eine 10 bis 20%ige Zu nahme in der Menge des Lösungsvermittlers benötigen, um eine klare, stabile Lösung aufrechtzuerhalten.
Der Zusatz der vorliegenden Erfindung kann verwendet werden in Kombination mit einem anderen Zusatz oder Additiv für Zement. Andere Zementzusätze und Additive schließen, ohne darauf beschränkt zu sein, Abbindungsverzögerer, Abbindungsbeschleuniger, Luftporenbildner oder Luftporenhemmungsbildner, Korrosionshemmer oder -inhibitoren, beliebige andere Dispergiermittel für Zement, Pigmente, Benetzungsmittel oder Netzmittel, wasserlösliche Polymere, die Festigkeit erhöhende Mittel, die Rheologie modifizierende Mittel, wasserabweisende Mittel und andere Zusätze oder Additive ein, welche die Eigenschaften des Zusatzes der vorliegenden Erfindung nicht nachteilig beeinflussen.
Eine zementartige Zusammensetzung, die kontrollierten oder gesteuerten Luftgehalt aufweist, kann gebildet werden, die Zement, Wasser, einen wasserunlöslichen Entschäumer, ein Dispergiermittel für zementartige Zusammensetzungen und einen Lösungsvermittler, der den wasserunlöslichen Entschäumer stabilisiert, umfasst. Die zementartige Zusammensetzung kann auch feine Zuschlagsstoffe, grobe Zuschlagsstoffe, Pozzulane, Luft (entweder eingeschleust oder absichtlich durch Porenbildner eingeschleppt), Ton und Pigmente einschließen.
Die feinen Zuschlagsstoffe sind Materialien, die durch ein Nr. 4 Sieb (ASTM C125 und ASTM C33) passen, wie natürlicher oder hergestellter Sand. Die groben Zuschlagsstoffe sind Materialien, die zurückgehalten werden auf einem Nr. 4 Sieb (ASTM C125 und ASTM C33), wie Siliciumoxid, Quarz, gemahlener runder Marmor, Glaskügelchen, Granit, Kalkstein, Calcit, Feldspat, angeschwemmte Sande oder beliebige andere dauerhafte oder langlebige Zuschlagsstoffe und Gemische davon.
Ein Verfahren zur Steuerung oder Kontrolle von Luft in einer zementartigen Zusammensetzung wird auch bereitgestellt gemäß der vorliegenden Erfindung, das umfasst ein Mischen von Zement, Wasser, einem wasserunlöslichen Entschäumer, einem Dispergiermittel, für zementartige Zusammensetzungen und einen Lösungsvermittler, der den wasserunlöslichen Entschäumer solubilisiert. Andere Zusätze und Additive werden zu dem Zementgemisch bei geeigneten Zeitpunkten vor und nach der Zugabe des erfindungsgemäßen Zusatzes zugegeben.
Die Menge von Wasser, die der zementartigen Zusammensetzung zugegeben wird, wird berechnet, basierend auf einem gewünschten Wasser-zu-Zement-(W/C-)Verhältnis. Das Wasser-zu-Zement-Verhältnis liegt typischerweise im Bereich von 0,2 bis 0,7, wobei das Wasser und der Zement nach Gewicht gemessen werden.
SPEZIELLE AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Proben von Mikroemulsionslösungen und zementartigen Zusammensetzungen wurden hergestellt unter Verwendung von verschiedenen unlöslichen Entschäumern, Lösungsvermittlern und einem Dispergiermittel für zementartige Zusammensetzungen. Die zementartigen Zusammensetzungen enthielten zusätzlich Zement und Zuschlagsstoff. Das Dispergiermittel für zementartige Zusammensetzungen, das in den folgenden Beispielen verwendet wurde, war ein Polycarboxylatdispergiermittel, das ein Polymer war mit polymerem Carboxylatrückgrat mit Polyetherseitenketten.
Die folgenden Tests wurden verwendet: Ausbreitmaß (slump) (ASTM C143) und Luftgehalt (ASTM C231). Die Zuschlagsstoffe erfüllten die Spezifizierungen nach ASTM C33. Der Begriff W/C be zieht sich auf das Wasser-zu-Zement-Verhältnis in einem zementartigen Gemisch. Der Begriff S/A bezieht sich auf das Sand-zu-Zuschlagsstoff-Verhältnis nach Volumen.
In den folgenden Beispielen ist der unlösliche Entschäumer A ein geschützter oder geheimer Entschäumer, basierend auf acetylenischem Glykol, verkauft als DYNOL^TM 604 von Air Products and Chemicals. Der unlösliche Entschäumer B ist ein 40% Ethylenoxidaddukt an 2,4,7,9-Tetramethyl-5-decin-4,7-diol, das verkauft wird als SURFYNOL^® 440 von Air Products and Chemicals. Der Lösungsvermittler C ist ein 85% Ethylenoxidaddukt an 2,4,7,9-Tetramehtyl-5-decin-4,7-diol, der verkauft wird als SURFYNOL^® 485 von Air Products and Chemicals. Der Lösungsvermittler D ist ein 65% Ethylenoxidaddukt an 2,4,7,9-Tetramethyl-5-decin-4,7-diol, der verkauft wird als SURFYNOL^® 465 von Air Products and Chemicals.
Lösungsbeispiele S-1 bis S-5
Die Zusammensetzungen, die Wasser, ein Polycarboxylatdispergiermittel, unlöslichen Entschäumer A und die Lösungsvermittler C und D umfassen, sind unten in der Tabelle 1 gezeigt. Die Mengen an Material sind als Gewichtsprozent der Lösung gezeigt. Die Lösungen wurden hergestellt anfänglich durch Kombinieren von Wasser, Dispergiermittel und unlöslichem Entschäumer und dann Rühren mit einem magnetischen Rühren in einem Glasbecher. Wegen der Hydrophobie des unlöslichen Entschäumers wurden die erhaltenen Lösungen trüb und opak. Die Lösungsvermittler wurden dann langsam zugegeben unter Rühren, bis die erhaltene Lösung klar war. Die Lösungen S-3 und S-5 zeigen eine Kombination von Lösungsvermittlern, die sich im Ethylenoxidgehalt unterscheiden.
Lösungsbeispiele S-6 bis S-9
Die Zusammensetzungen, die Wasser, ein Polycarboxylatdispergiermittel, unlöslichen Entschäumer B und die Lösungsvermittler C und D umfassen, sind unten in der Tabelle 1 gezeigt. Die Mengen an Material sind als Gewichtsprozent der Lösung gezeigt. Die Lösungen wurden hergestellt auf die gleiche Weise wie zuvor beschrieben.
Tabelle 1
Lösungsbeispiele S-10 bis S-19
Die Zusammensetzungen, die verschiedene Werte an unlöslichem Entschäumer A, Lösungsvermittler C und Polycarbaxylatdispergiermittel umfassen, wurden wie oben hergestellt. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 2 aufgeführt, und die Mengen des Materials sind als Gewichtsprozent der Lösung gezeigt. Die erhaltenen Lösungen wurden dann bei 43°C für ein Minimum von 5 Wochen gelagert, wobei sie als klare, stabile Lösungen verblieben.
Tabelle 2
Betonleistungsbeispiele
Die Lösungen S-1 bis S-9, S-14 und S-17 wurden hergestellt in ausreichender Menge, um ihre Leistung in Beton zu bewerten. Zusätzliche Proben der Lösungen S-15 und S-18, bezeichnet als S-15a und S-18a wurden hergestellt unter Verwendung einer 5,26% bzw. 11,11% Zunahme in dem Lösungsvermittler C. Die Mengen der Materialien, die in den Tabellen 3 bis 6 gezeigt sind, sind bezogen auf Gewichtsprozent an Zement.
Die Betonmischungsverhältnisse für die Beispiele, die in den Tabellen 3 und 4 gezeigt sind, wurden bezogen auf ein 356 kg/m³ (600 lb./yd³) Gemisch unter Verwendung von Portland-Zement vom Typ 1, einem Sand zu Zuschlagsstoff (S/A) Verhältnis von 0,44 bis 0,45 unter Verwendung von Kalkstein als grobem Zuschlagsstoff und Sand und ausreichender Menge an Wasser, um das gewünschte Ausbreitmaß von etwa 15,24 bis 20,32 cm (6 bis 8 Inch) zu erhalten.
Die Betongemischverhältnisse für die Beispiele, die in der Tabelle 5 gezeigt sind, wurden bezogen auf ein 356 kg/m³ (600 lb./yd³) Gemisch unter Verwendung von Portland-Zement vom Typ I, einem Sand zu Zuschlagsstoff (S/A) Verhältnis von 0,42 unter Verwendung von grobem Kalksteinzuschlagsstoff und Sand und ausreichend Wasser, um das gewünschte Ausbreitmaß von etwa 15,24 bis 20,32 cm (6 bis 8 Inch) zu erhalten.
Die Betonmischverhältnisse für die Beispiele, die in Tabelle 6 gezeigt sind, wurden bezogen auf ein 390,4 oder 306,7 kg/m³ (658 oder 517 lb./yd³) Gemisch unter Verwendung eines Portland-Zements vom Typ I, einem Sand zu Zuschlagsstoff (S/A) Verhältnis von 0,415 bis 0,42, unter Verwendung eines groben Kalksteinzuschlagsstoffs und Sand und einer ausreichenden Menge an Wasser, um das gewünschte Ausbreitmaß von etwa 15,24 bis 20,32 cm (6 bis 8 Inch) zu erhalten.
Die Tabelle 3 fasst die Leistungsdaten für verschiedene Polycarboxylatdispergiermittel und unlösliche Entschäumermikroemulsionszusammensetzungen in Beton mit nicht eingeschleppter Luft zusammen. Eine Referenzprobe mit dem Polycarboxylatzementdispergiermittel allein wurde hergestellt. Kontrollproben mit dem Polycarboxylatdispergiermittel mit unlöslichem Entschäumer ohne den Lösungsvermittler wurden hergestellt bei Konzentrationen, die solchen entsprechen, die enthalten waren in den Lösungsbeispielen. Die Lösungen wurden dosiert, um einen Wert oder eine Konzentration von Zementdispergiermittel bereitzustellen, die äquivalent war zu 0,14 bis 0,20% nach Zementgewicht. Die Zusätze der Beispiele 1, 2 und 3 wurden formuliert, um den Wert des Lösungsvermittlers C, der durch die Lösung S-1 bereitgestellt wird, einzuklammern. Die Zusätze der Beispiele 4, 5 und 6 wurden formuliert, um den Wert des Lösungsvermittlers D, der durch die Lösung S-2 bereitgestellt wird, einzuklammern. Alle gezeigten Werte werden ausgedrückt als Prozent des wirksamen Materials durch Zementgewicht in der Betonmischung. Ausbreitmaß und Luftgehaltsbestimmungen wurden nach 5 min des Mischens bestimmt.
Tabelle 3
Außer Lösung S-6, die eine geringe Menge (Gehalt) an unlöslichem Entschäumer B enthielt und eine große Menge (Gehalt) an Lösungsvermittler D, zeigten alle Lösungen und zusätzlichen Zusatzbeispiele Entschäumungseigenschaften. Es wurde gefunden, dass die Luftgehalte niedriger sind als bei dem Dispergiermittel allein als Referenz und ähnlich sind zu den Kontrollen von Dispergiermittel + Entschäumer. Bei den Lösungen S-1 und S-2, bei denen die Lösungsvermittlermenge eingeklammert war durch die Zusätze 1, 2, 3 bzw. 4, 5, 6, waren die Luftgehalte die gleichen. Dies zeigte an, dass das Entschäumungspotential in erster Linie durch den Wert des unlöslichen Entschäumers gesteuert wird und dass der Wert oder die Konzentration des Lösungsvermittlers die Antwort von (eingeschleppter) Luft nicht signifikant beeinflusste.
Die Tabellen 4, 5 und 6 fassen die Leistungsdaten zusammen für ein Polycarboxylatdispergiermittel, einen unlöslichen Entschäumer und Lösungsvermittlermikroemulsionszusammensetzungen in Beton mit Luftporen oder eingeschleppter Luft. Der Luftporenbildner (AEA), ein kommerziell erhältliches geschütztes Produkt, Handelsname MICRO-AIR^®, hergestellt von Master Builders Inc., wurde in Dosierungen verwendet, die in den Tabellen aufgeführt sind. Die Betonmischungsverhältnisse waren ähnlich zu solchen in den vorhergehenden Beispielen, wobei das Chargenvolumen zunimmt von der eingeschleppten Luft, eingestellt durch Entfernen von Sand und grobem Zuschlagsstoff und Beibehaltung des S/A-Verhältnisses.
Tabelle 4
In der Tabelle 4 waren alle Mischungsverhältnisse und Dosierungen fixiert, um die Antwort von Luft über den Zeitablauf der Lösungen S-1 und S-4 zu den Kontrollen zu vergleichen, die nur unlöslichen Entschäumer enthielten. Die Ergebnisse zeigen, dass das Muster der Antwort von Luft über den Zeitablauf ähnlich war für sowohl Mikroemulsionslösungen als auch ihre jeweiligen Kontrollen. Während der An fangsluftgehalt für die Lösung S-1 etwas hoch war, führte eine Erhöhung der Menge an unlöslichem Entschäumer, wie in S-4, zu weniger anfänglicher Luft.
Tabelle 5
Die Tabelle 5 verglich drei Gehalte des Entschäumers, jeweils mit drei Gehalten oder Konzentrationen von Lösungsvermittler C und einer festen Dosierung von Luftporenbildner. Diese Ergebnisse zeigen, dass bei einem ausreichenden Gehalt (Konzentration) an löslichem Entschäumer Luftgehalte kontrolliert oder gesteuert werden zu wünschenswerten Konzentrationen oder Werten und dass die Konzentration oder der Gehalt an Lösungsvermittler die Luftantwort nicht beträchtlich beeinflusst.
Tabelle 6
Die Tabelle 6 fasst die Ergebnisse zusammen bei Beton mit eingeschleppter Luft oder mit Luftporenbildnern für die Lösung S-18a, die verwendet wird bei drei verschiedenen Gehalten oder Konzentrationen von Zementdispergiermittel in Betonmischungen, die verschiedene Zementgehalte aufweisen. Die Dosierung von dem Luftporenbildner wurde eingestellt für die verschiedenen Mengen an Lösungen, um einen Luftgehalt zwischen 5 bis 8% beizubehalten. Die Ergebnisse zeigen eine ähnliche Leistung für die verschiedenen Zementgehaltsgemische und dass die Luftgehalte kontrolliert wurden durch Erhöhung des Gehalts oder der Konzentration an Luftporenbildner, um einer Erhöhung des Lösungsgehalts zu entsprechen.
Daher stellt die vorliegende Erfindung einen Zusatz bereit, der einen wasserunlöslichen Entschäumer, ein Dispergiermittel für zementartige Zusammensetzungen und einen Lösungsvermittler umfasst gemäß Anspruch 1.
Die vorliegende Erfindung stellt auch eine zementartige Zusammensetzung bereit, die Zement, Wasser, einen wasserunlöslichen Entschäumer, ein Dispergiermittel für zementartige Zusammensetzungen und einen Lösungsvermittler umfasst, der im Stande ist den wasserunlöslichen Entschäumer zu solubilisieren, gemäß Anspruch 5.
Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Verfahren bereit zur Herstellung einer zementartigen Zusammensetzung, das umfasst ein Mischen von Zement, Wasser, einem wasserunlöslichen Entschäumer, einem Dispergiermittel für zementartige Zusammensetzungen und einen Lösungsvermittler, der im Stande ist den wasserunlöslichen Entschäumer zu solubilisieren, gemäß Anspruch 6.
Es sollte beachtet werden, dass die vorliegende Erfindung nicht beschränkt ist auf die speziellen Ausführungsformen, die oben beschrieben sind, sondern Variationen, Modifizierungen und äquivalente Ausführungsformen einschließt, die durch die folgenden Ansprüche definiert sind.

Claims

Zusatz für zementartige Zusammensetzungen, der einen wasserunlöslichen Entschäumer, ein Dispergiermittel für zementartige Zusammensetzungen und einen Lösungsvermittler, der im Stande ist, den wasserunlöslichen Entschäumer zu solubilisieren, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass (i) das Dispergiermittel für ein Polycarboxylatdispergiermittel steht; (ii) der Lösungsvermittler in einer Menge vorliegt von 0,25-Gew. % bis 40 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Polycarboxylatdispergiermittels, um eine stabile Mikroemulsion zu bilden, die eine Teilchengröße von 0,01 bis 0,05 um aufweist; und (iii) der Lösungsvermittler für mindestens eines von einem alkoxylierten R, carboxylierten alkoxylierten R, sulfatierten alkoxylierten R, sulfonierten alkoxylierten R, Styrol-Maleinsäure-Copolymer oder Styrol-Maleinsäure-Copolymer, das mit Alkoxy, Sulfonat, Hydroxyalkylester oder Dimethylaminopropyl derivatisiert ist, steht, wobei R für einen Kohlenwasserstoff, ein Sorbitan, Polypropylenoxid, eine Fettsäure, einen Fettalkohol, ein Isononanol, Styrol-Maleinsäure-Copolymer oder Styrol-Maleinsäure-Copolymer, das mit Alkoxy, Sulfonat, Hydroxyalkylester oder Dimethylaminopropyl derivatisiert ist, steht.
Zusatz nach Anspruch 1, wobei der Lösungsvermittler für mindestens eines von einem alkoxylierten R steht, wobei R für mindestens eines von einem Kohlenwasserstoff, Sorbitan, Polypropylenoxid, einer Fettsäure oder einem Fettalkohol steht.
Zusatz nach Anspruch 1, wobei der wasserunlösliche Entschäumer mindestens einer ist aus einem Mineralöl, Pflanzenöl, einer Fettsäure, einem Fettsäureester, einer hydroxylfunktionalen Chemikalie, einem Amid, einem Phosphorsäureester, einer Metallseife, einem Silicon, einem Polymer, das Propylenoxidreste enthält, einem Kohlenwasserstoff und einem acetylenischen Diol.
Zusatz nach Anspruch 1, der zusätzlich einen Luftporenbildner umfasst.
Zementartige Zusammensetzung, umfassend Zement, Wasser, einen wasserunlöslichen Entschäumer, ein Dispergiermittel für zementartige Zusammensetzungen und einen Lösungsvermittler, der im Stande ist, den wasserunlöslichen Entschäumer zu solubilisieren, dadurch gekennzeichnet, dass (i) das Dispergiermittel für ein Polycarboxylatdispergiermittel steht; (ii) der Lösungsvermittler in einer Menge vorliegt von 0,25 Gew.-% bis 40 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Polycarboxylatdispergiermittels, um eine stabile Mikroemulsion zu bilden, die eine Teilchengröße von 0,01 bis 0,05 um aufweist; und (iii) der Lösungsvermittler für mindestens eines von einem alkoxylierten R, carboxylierten alkoxylierten R, sulfatierten alkoxylierten R, sulfonierten alkoxylierten R, Styrol-Maleinsäure-Copolymer oder Styrol-Maleinsäure-Copolymer, das mit Alkoxy, Sulfonat, Hydroxyalkylester oder Dimethylaminopropyl derivatisiert ist, steht, wobei R für einen Kohlenwasserstoff, ein Sorbitan, Polypropylenoxid, eine Fettsäure, einen Fettalkohol, ein Isononanol, Styrol-Maleinsäure-Copolymer oder Styrol-Maleinsäure- Copolymer, das mit Alkoxy, Sulfonat, Hydroxyalkylester oder Dimethylaminopropyl derivatisiert ist, steht.
Verfahren zur Herstellung einer zementartigen Zusammensetzung, das umfasst ein Mischen von Zement, Wasser, einem wasserunlöslichen Entschäumer, einem Dispergiermittel für zementartige Zusammensetzungen und einen Lösungsvermittler, der im Stande ist, den wasserunlöslichen Entschäumer zu solubilisieren, dadurch gekennzeichnet, dass (i) das Dispergiermittel für ein Polycarboxylatdispergiermittel steht; (ii) der Lösungsvermittler in einer Menge vorliegt von 0,25 Gew.-% bis 40 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Polycarboxylatdispergiermittels, um eine stabile Mikroemulsion zu bilden, die eine Teilchengröße von 0,01 bis 0,05 um aufweist; und (iii) der Lösungsvermittler für mindestens eines von einem alkoxylierten R, carboxylierten alkoxylierten R, sulfatierten alkoxylierten R, sulfonierten alkoxylierten R, Styrol-Maleinsäure-Copolymer oder Styrol-Maleinsäure-Copolymer, das mit Alkoxy, Sulfonat, Hydroxyalkylester oder Dimethylaminopropyl derivatisiert ist, steht, wobei R für einen Kohlenwasserstoff, ein Sorbitan, Polypropylenoxid, eine Fettsäure, einen Fettalkohol, ein Isononanol, Styrol-Maleinsäure-Copolymer oder Styrol-Maleinsäure-Copolymer, das mit Alkoxy, Sulfonat, Hydroxyalkylester oder Dimethylaminopropyl derivatisiert ist, steht.