DE69205968T2

DE69205968T2 - Verfahren zur verminderung des abblatterns von beton verursacht durch frost und tauen.

Info

Publication number: DE69205968T2
Application number: DE69205968T
Authority: DE
Inventors: Rejean Beaudoin; Chantal Berthelot; Bernard Malric
Original assignee: Domtar Inc
Current assignee: Domtar Inc
Priority date: 1991-02-14
Filing date: 1992-02-06
Publication date: 1996-04-25
Anticipated expiration: 2012-02-07
Also published as: EP0571456A1; NO932895L; NO932895D0; NO301025B1; FI933591A0; HU9302342D0; AU1237092A; CA2104026C; AU656172B2; US5314755A; ES2079854T3; HUT66991A; ATE130025T1; SK87393A3; CZ165193A3; FI104165B; BG98035A; WO1992014796A1; FI104165B1; FI933591L

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verringerung der Abschalung infolge von Frieren und Auftauen von Beton, insbesondere wenn ein Enteisungsmittel wie Natriumchlorid zugegeben wird, um die Oberfläche des Betons aufzutauen.
Die US-A-5071579 beschreibt die Verwendung von Natriumfluorophosphat, das auch als "Natriummonofluorophosphat" benannt ist und "MFP" abgekürzt wird, um die Korrosion von Stahlbeton zu verhindern, der Bewehrungsstahl enthält, wenn ein solcher Beton einer korrosiven Umgebung ausgesetzt ist, zum Beispiel Chloridionen.
Wie in diesem Patent beschrieben, führt das Auftreten von galvanischen Korrosionszellen an dem Bewehrungsstahl zur Korrosion des Stahls, wobei expansive Kräfte hervorgerufen werden, die den Beton zerstören.
Beton wird zum Bau von Gebäuden und zur Herstellung von Gegenständen, einschließlich Gehwegplatten, Betonfertigteilen, Bordsteinen, Rinnsteinen, Rohren und anderen gegossenen Artikeln verwendet.
Ein besonderes Problem bei Beton besteht darin, daß er sich verschlechtert, wenn er wiederholten Zyklen von Einfrieren und Auftauen ausgesetzt ist.
Die schlechte Frost-/Taubeständigkeit von Beton liegt vermutlich daran, daß er Drücken ausgesetzt ist, die durch Feuchtigkeitsbewegung durch Poren erfolgt, die der Betonstruktur innewohnen. Die Migration des Wassers in den Frost-/Tauzyklen resultiert zu einem Druckaufbau innerhalb der Betonstruktur, und der Druck wird durch Bildung von Rissen oder Brüchen im Beton abgebaut, was schließlich zur Zerstörung des Betons führt.
Die Zerstörung des Betons infolge von Frost-/Tauzyklen hat keinen Bezug zur Zerstörung infolge von Korrosion der Bewehrungsstahlverstärkung in Beton und tritt sowohl bei verstärktem als auch bei nichtverstärktem Beton auf.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die Abschalung (Abblättern, Verkrusten) bei Beton infolge von Frieren und Auftauen zu verringern.
Nach einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren bereitgestellt zur Verringerung der Abschalung auf einer Betonoberfläche infolge von Frieren und Auftauen, das umfaßt: in Kontakt bringen einer Oberfläche eines nichtverstärkten Betons mit einem System, das wenigstens Natriumfluorophosphat enthält und Ermöglichung des Eindringens von Natriumfluorophosphat in die Betonoberfläche in einem Oberflächenbereich des Betons, um in dem Oberflächenbereich eine Menge an Natriumfluorophosphat bereitzustellen, die wirksam ist, die Abschalung an der Oberfläche zu verringern, die infolge von Frieren und Auftauen auftritt.
Das Verfahren kann eine Stufe der Trocknung des Betons einschließen, um die Kapazität des Betons zur Aufnahme von Natriumfluorophosphat vor dem In-Kontakt-bringen der Betonoberfläche mit Natriumfluorophosphat zu erhöhen. In einer bevorzugten Form kann die Erfindung ein Verfahren bereitstellen zur Verringerung der Abschalung auf einer Betonoberfläche infolge von Frieren und Auftauen, die umfaßt: Trocknung einer Oberfläche eines Betons zur Erhöhung der Kapazität des Betons zur Aufnahme von Natriumfluorophosphat, In-Kontakt-bringen der Oberfläche des Betons mit einem System, das aus einer Losung des Natriumfluorophosphates gelöst in einem wäßrigen Medium besteht, und Schaffen der Möglichkeit, daß Natriumfluorophosphat in einem Oberflächenbereich des Betons in die Betonoberfläche eindringt, um in dem Oberflächenbereich eine Menge an Natriumfluorophosphat vorzusehen, die wirksam ist, die Abschalung an der Oberfläche infolge von Frieren und Auftauen zu verringern.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist bei nichtverstärktem Beton und bei verstärktem Beton anwendbar, zum Beispiel bei Beton, der mit Bewehrungsstahl verstärkt ist.
Das System besteht vorzugsweise aus einer Lösung von Natriumfluorophosphat, gelöst in einem wäßrigen Medium. Das System kann zusätzlich ein Enteisungsmittel enthalten wie Natriumchlorid. Vorzugsweise ist das Fluorophosphat Natriummonofluorophosphat.
Vorzugsweise wird die Kontaktstufe unmittelbar im Anschluß an das Abbinden des Betons durchgeführt. Die Erfindung erstreckt sich auch auf unverstärkten Beton, der eine Betonoberfläche hat mit wenigstens einer Restmenge an Natriumfluorophosphat und auf die Verwendung von Natriummonofluorophosphat zur Verringerung der Abschalung eines Betons, wenn der Beton Gegenstand von Frieren und Auftauen ist.
Vorzugsweise befindet sich das Monofluorophosphat in wäßriger Lösung. Die Erfindung erstreckt sich auch auf die Verwendung eines Systems, das Natriummonofluorophosphat und ein Enteisungsmittel zur Verringerung der Abschalung eines Betons enthält, wenn der Beton Gegenstand von Frieren und Auftauen ist.
Der Beton kann mit dem System auf verschiedene Weise in Kontakt gebracht werden, einschließlich ohne Einschränkung darauf: Auflegen, Sprühen, Bürsten, Walzen, Streichen, Einweichen, Tauchen oder Pudern; oder durch Aufwerfen eines Walles oder eines Dammes um den Beton herum, um eine Betonplatte mit einer Lösung von MFP zu behandeln; oder durch irgend eine andere Maßnahme des Kontaktierens einer Betonoberfläche mit Natriumfluorophosphat.
Die Erfindung ist vorzugsweise auf ein Verfahren zum Besprühen von Beton mit einer wäßrigen Lösung von Natriumfluorophosphat gerichtet.
Das Wort "System" wie es hier verwendet wird, erfaßt die Einbeziehung von Lösungsmitteln, Enteisungsmitteln und Trägern, die mit Natriumfluorophosphat bei der Behandlung des Betons verwendet werden können.
Die Erfindung findet Anwendung bei der Behandlung von Beton einschließlich einer Betonoberfläche.
Der Beton kann ein nichtverstärkter Beton oder ein verstärkter Beton sein, zum Beispiel Beton verstärkt mit Bewehrungen, insbesondere mit Stahlbewehrungen. Zweckmäßig wird Natriummonofluorophosphat in einer wäßrigen Lösung angewandt, die bis zu 35 Gewichts-% des Natriumfluorophosphats enthält, spezieller 0,5 bis 20 Gewichts-%.
Die Erfindung kann auf verschiedene Weise in die Praxis überführt werden, und einige besonders bevorzugte Ansführungsformen werden nun in folgenden Beispielen unter Bezugnahme auf die dazagehörigen Zeichnungen beschrieben. Darin ist
Fig. 1 ein Diagramm des Gewichtsverlustes infolge Abschalung in einem Beton, aufgetragen gegen die Anzahl der Frost-/Tauzyklen für unbehandelten Beton und Beton bei erfindgsgemäßer Behandlung.

Beispiele

Die folgenden Beispiele dienen der Erläuterung der Erfindung

Beispiele 1 bis 6

Betonwürfel oder -blöcke wurden durch Vermischen von 1 Teil Portlandzement (Typ 10 oder ASTM-Typ 1, ein allgemein verwendeter Zement), 0,52 Teilen Wasser, 2,25 Teilen Sand und 2,75 Teilen Aggregaten mit einer Teilchengrisße von 4 und 20 Mesh (4,76 und 0,84 mm), wobei diese Teile Gewichtsteile sind.
Die Teilchengrößenverteilung der Aggregate war wie in Tabelle 1 aufgeführt. Tabelle 1 Größenverteilung der Aggregate Anteil %
Der Beton wurde zu Würfeln gegossen und mit einer Plastikfolie für drei Tage abgedeckt, anschließend für 28 Tage in destilliertem Wasser gehärtet.
Die Betonwürfel ließ man für einen Zeitraum von 24 Stunden trocknen: bei Raumtemperatur für die Beispiele 1 bis 4, Tabelle 2; für die Beispiele 5 und 6, Tabelle 3, wobei die Würfel bei erhöhter Temperatur getrocknet wurden, indem sie in einen Ofen bei 50ºC gebracht wurden.
Die Würfel wurden anschließend wie folgt behandelt:

Behandlung mit einem Abschalungsinnibitor

Die Betonwürfel wurden in eine wäßrige Natriummonofluorophosphatlösung für einen Zeitraum von vier Stunden getaucht, damit die Lösung in die Betonwürfel eindringen konnte. Diese Behandlung wird in der Beschreibung und in den Patentansprüchen als "MFP-Behandlungszyklus" bezeichnet. Die Würfel wurden vor und nach der Behandlung gewogen. Vor einem anderen Zyklus ließ man die Würfel bei Raumtemperatur für 24 Stunden stehen.

Frost-/Tau-Bestimmung

Um die Frost-/Taumerkmale eines jeden Würfels zu bestimmen, wurde nach folgendem Verfahren für Betonwürfel gearbeitet, die dem MFP-Behandlungszyklus ausgesetzt waren, und solchen Würfeln, die nicht behandelt worden waren (zu Vergleichszwecken):
Die Würfel, sowohl die mit Natriummonofluorophosphat behandelten als auch die nichtbehandelten wurden mit Wasser gewaschen, anschließend ließ man sie auf einem Regal für drei Tage oder bis zur Gewichtskonstanz trocknen. Die Würfel wurden anschließend in einen Rezipient eingebracht, der einen Celluloseschwamm enthielt. Eine 4 %ige wäßrige Natriumchloridlösung wurde bis zur Hälfte der Höhe des Schwammes zugegeben. Der Rezipient wurde anschließend dicht verschlossen und in ein Gefriergerät während 16 bis 18 Stunden bei -10ºC eingebracht.
Der Rezipient wurde anschließend bei Raumtemperatur während 6 bis 8 Stunden gehalten, so daß ein "Frost-/Tauzyklus" einen Tag betrug. Es wurden Tests mit 5 bis 7 Frost-/Tauzyklen durchgeführt: Die Anzahl der Zyklen wurde nach visueller Einschätzung der Würfel bestimmt, d.h. bis eine bestimmte Menge verschwunden war. Die Würfel wurden anschließend mit destilliertem Wasser gewaschen und für 24 Stunden getrocknet, um den Gewichtsverlust und den Durchschnitt des Würfelgewichtsverlustes zu messen.
Der Rezipient wurde während der Frost-/Tauzyklen dicht verschlossen gehalten.
Tabelle 2 erläutert die Wirkung der Natriummonofluorophosphatbehandlung bei Betonblöcken nach der Behandlung und der Trocknung bei Raumtemperatur (R.T.) während eines Tages. Tabelle 2 Abschalung von Betonproben getrocknet bei R.T. und anschließend mit MFP behandelt Beispiel Nr.: Probe A MFP-Bebandlung (Zyklen x Konzentration) % zurückgehaltenes MFP, bestimmt durch Gewichtszunahme Frost-/Tau-Test in 4 % NaCl-Lösung Gewichtsverlust (%) ohne
Wie leicht aus Tabelle 2 entnommen werden kann, zeigten die unbehandelten Würfel (Probe A) einen Gewichtsverlust von 32 Gewichts-% wahrend einer etwa einwochigen Behandlung, während im Beispiel 1, das einmal behandelt wurde, ein 12 %iger Verlust auftrat.
Im Beispiel 2, wo die Würfel in einem Zyklus mit 20 % MFP behandelt worden waren, trat im Durchschnitt nur ein 10 %iger Gewichtsverlust auf.
Im Beispiel 3, wo die Würfel mit drei Zyklen von 20 % MFP pro jeweiligem Zyklus behandelt worden waren, trat im Durchschnitt ein 7 %iger Gewichtsverlust bei den Würfeln auf.
Im Beispiel 4, wo die Würfel mit fünf Zyklen von jeweils 20 % MFP pro Zyklus behandelt worden waren, zeigten die Betonwurfel keinen Gewichtsverlust.

Beispiele 5 und 6

Es wurde gefunden, daß das MFP einen größeren synergistischen Effekt bei Beton hatte, wenn der Beton getrocknet war, wie dies aus Tabelle 3 hervorgeht, wobei die Trocknung bei 50 ºC durchgeführt wurde und alle anderen Bedingungen die gleichen wie in den Beispielen 2 und 4 waren, mit Ausnahme dessen, daß für die Frost-/Tau-Bestimmung eine Gruppe der Würfel in Wasser und eine andere Gruppe in 4 %iger Natriumchloridlösung behandelt wurde.
Tabelle 3 erläutert, daß der Frost-/Tau-Test absolut keine Verschlechterung im Wasser zeigte, was demonstriert, daß MFP keine negative Wirkung auf die Beständigkeit von Beton gegenüber Frost-/Tau-Abschalung hat.
Weiterhin zeigten sogar Betonwürfel, die mit nur einem Zyklus MFP bei einer Konzentration von 20 % behandelt worden waren, keinen Gewichtsverlust. Ebenso war die MFP-Konzentration, die im Beton zurückblieb wurde, gemäß Gewichtszunnahme höher. Es ist aus Tabelle 3 ersichtlich, daß getrockneter Beton eine größere Menge der MFP-Lösung absorbiert. Der Beton, der bei dieser höheren Temperatur getrocknet worden war, absorbiert etwa 30 % mehr MFP, wie in Tabelle 3 aufgeführt. Tabelle 3 Abschalung von Beton, getrocknet bei 50 ºC und behandelt mit MFP Beispiel Nr.: MFP-Behandlung (Zyklus x Konzentration) % zurückgehaltenes MFP, wie durch Gewichtszunahme bestimmt Frost-/Tau-Test in Wasser (Gewichtsverlust %) Frost-/Tau-Test in 4 % NaCl-Lösung (Gewichtsverlust in %)
Die Tabellen 2 und 3 zeigen, daß höhere MFP-Konzentrationen im Beton zu einer größeren Beständigkeit gegenüber Frost-/Tau-Abschalung führt, wenn man die Gewichtszunahme als Anzeichen für das zurückgehaltene MFP in % mit dem Gewichtsverlust vergleicht.
Ebenso ist, wenn man die Tabelle 2 mit der Tabelle 3 vergleicht, die Gewichtszunahme, die das zurückgehaltene MFP darstellt, für eine gegebenen Konzentration und einen Zyklus höher, wenn der Beton bei höherer Temperatur getrocknet wurde, was zeigt, daß Beton als Schwamm wirkt, und eine größere Menge an MFP-Lösung aufnimmt, wenn er trocken ist.
Dies zeigt auch, daß der Kontakt des Natriumfluorophosphats vorzugsweise unmittelbar nach dem Abbinden des Betons folgen sollte, um irgendwelche Abschalungen zu vermeiden.

Beispiele 7 bis 14

Es wurden Betonplatten gemäß dem Standard ASTM C-672 hergestellt. Die Gehwegplatten waren so ausgelegt, daß sie eine geringe Beständigkeit gegenüber Frieren und Auftauen hatten und einer Imprägnierung mit MFP in wäßriger Lösung unterworfen wurden. Die Platten wurden bei 50 ºC für 24 Stunden vor der ersten Inprägnierung gehalten und bei 23 ºC und 50 % relativer Luftfeuchtigkeit für 48 Stunden zwischen den folgenden Imprägnierungen.
Ein erster Ansatz A der Platten wurde zwei Imprägnierungen von jeweils 5 Minuten Dauer unterworfen, und ein zweiter Ansatz B der Würfel wurde 5 Imprägnierungen jeweils über 30 Minuten unterworfen.
Die wäßrige MFP-Lösung hatte eine Konzentration von 20 Gewichts-% MFP. Die Platten wurden bei 23 ºC und 50 % relativer Luftfeuchtigkeit gelagert.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 aufgeführt. Tabelle 4 Imprägnierniveau von MFP als Funktion der Anzahl der Imprägnierungen Imprägniermenge von MFP in g MFP-Lösng/m² Beton Imprägnierzyklen Ansatz
Die imprägnierten Platten der Ansätze A und B sowie die ähnlichen Platten, die nicht behandelt worden waren, wurden Zugfestigkeits- und Spannungsversuchen unterworfen, 9 Tage und 3 Monate nach Imprägnierung der Ansätze A und B nach Lagerung bei 23 ºC und 50 % relativer Luftfeuchtigkeit.
Die Druckfestigkeitsergebnisse nach 9 Tagen sind in Tabelle 5 aufgeführt. Tabelle 5 Beispiel Nr. Vergleich mit Imprägnierung keine Imprägnierung (MPa) Imprägnierungen (MPa)
Die Zugfestigkeitsergebnisse nach drei Monaten sind in Tabelle 6 aufgeführt. Tabelle 6 Beispiel Nr. Vergleich mit Imprägnierung keine Imprägnierung (MPa) Imprägnierungen (MPa)
Die Spannungsergebnisse nach 9 Tagen sind in Tabelle 7 aufgeführt. Tabelle 7 Beispiel Nr. Vergleich mit Imprägnierung (MPa)
Die Spannungsergebnisse nach 3 Monaten sind in Tabelle 8 aufgeführt. Tabelle 8 Beispiel Nr. Vergleich mit Imprägnierung (MPa)
Fig. 3 zeigt grafisch den Gewichtsverlust der Betonplatten durch Abschalung mit der Anzahl der Frost-/Tauzyklen für Betonplatten der Ansätze A und B, und in ähnlicher Weise für Platten des Ansatzes C, der keiner Imprägnierung mit MFP unterzogen wurde. Diese Tests wurden nach 3 Monaten Lagerung bei 23 ºC und 50 % relativer Luftfeuchtigkeit durchgeführt.
Der niedrigste Gewichtsverlust ergab sich für den Ansatz B, der 5 Imprägnierungen unterworfen wurde und der höchste Gewichtsverlust liegt beim Ansatz C, der keiner Imprägnierung mit MFP unterworfen wurde.

Beispiel 15

Es wurden Betonplatten hergestellt, wie in den Beispielen 7 bis 14 beschrieben. Ein Ansatz D der Platten wurde in einer MFP-Lösung eingeweicht, und ein Ansatz E wurde in Wasser eingeweicht. In jedem Falle wurden die Platten 5 Einweichzyklen unterworfen, jeweils für 10 Tage bei 40 ºC, wobei die Platten in einem Trockenofen bei 40 ºC zwischen jeder Einweichung getrocknet wurden.
Die erhaltenen Ansätze wurden Frost-/Tauzyklen unterworfen, und der Gewichtsverlust, der aus dem Einweichen herrührte, wurde festgestellt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 9 aufgeführt. Tabelle 9 Anzahl der Frost-/Tauzyklen Gewichtsverlust (kg/cm²) Ansatz
Obgleich die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen beschrieben wurde, ist auszuführen, daß irgendwelche Modifikationen dieser bevorzugten Ausführungsformen innerhalb des Schutzumfanges der dazugehörigen Patentansprüche nicht die Art und den Umfang der Erfindung verändern.

Claims

1. Verfahren zur Verringerung der Abschalung auf einer Betonoberfläche infolge von Frieren und Auftauen, gekennzeichnet durch Kontaktieren einer Oberfläche eines nichtverstärkten Betons mit einem System, das wenigstens Natriumfluorophosphat enthält, und Ermöglichung des Eindringens des Natriumfluorophosphates in die Betonoberfläche in einen Oberflächenbereich des Betons, um in dem Oberflächenbereich eine Menge an Natriumfluorophosphat vorzusehen, um das Abschalen auf der Oberfläche infolge von Frieren und Auftauen zu verringern.

2. Verfahren nach Anspruch 1, worin das System eine Lösung von Natriumflurophosphat, gelöst in einem wäßrigen Medium umfaßt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, worin das System Natriumfluorophosphat und ein Enteisungsmittel umfaßt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, worin das System Natriumfluorophosphat und Natriumchlorid umfaßt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, worin das Fluorophosphat Natriummonofluorophosphat ist.

6. Verfahren nach Anspruch 2, das eine Stufe der Trocknung des Betons einschließt, um die Kapazität des Betons zur Aufnahme von Natriumfluorophosphat vor dem Kontaktieren der Betonoberfläche mit Natriumfluorophosphat zu erhöhen.

7. Verfahren zur Verringerung der Abschalung auf einer Betonoberfläche infolge von Frieren und Auftauen, gekennzeichnet durch Trocknen einer Oberfläche eines Betons zur Erhöhung der Kapazität des Betons zur Aufnahme von Natriumfluorophosphat, Kontaktieren der Oberfläche des Betons mit einem System, das eine Lösung von Natriumfluorophosphat gelöst in einem wäßrigen Medium umfaßt, und Gestattung des Eindringens von Natriumfluorophosphat in die Betonoberfläche in einen Oberflächenbereich des Betons, um in dem Oberflächenbereich eine Menge an Natriumfluorophosphat vorzusehen, die wirksam ist, die Abschalung infolge von Frieren und Auftauen der Betonoberfläche zu verringern.

8. Verfahren nach Anspruch 7, worin der Beton ein nichtverstärkter Beton ist.

9. Verfahren nach Anspruch 7, worin der Beton ein verstärkter Beton mit Bewehrungsstahl darin ist.

10. Verfahren nach Anspruch 7, 8 oder 9, worin das System Natriumfluorophosphat und ein Enteisungsmittel umfaßt.

11. Verfahren nach Anspruch 7, 8 oder 9, worin das Systsm Natriumfluorophosphat und Natriumchlorid umfaßt.

12. Verfahren nach Anspruch 7, 8 oder 9, worin das Fluorophosphat Natriummonofluorophosphat ist.

13. Verfahren nach Anspruch 1, worin das Kontaktieren unmittelbar im Anschluß an das Abbinden des Betons durchgeführt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 2 oder 7, worin die Lösung bis zu 35 Gewichts- % Natriummonofluorophosphat enthält.

15. Verfahren nach Anspruch 2 oder 7, worin die Lösung 0,5 bis 20 Gewichts-% Natriummonofluorophosphat enthält.

16. Nichtverstärkter Beton mit einer Betonoberfläche, die wenigstens eine Restmenge an Natriumfluorophosphat enthält.

17. Nichtverstärkter Beton, der eine Betonoberfläche mit wenigstens einer Restmenge an Natriumfluorophosphat enthält, wie nach dem Verfahren von Anspruch 1, 2, 3, 4, 6 oder 8 erhalten.

18. Verwendung von Natriummonofluorophosphat zur Verringerung der Abschalung eines Betons, wenn der Beton Gegenstand von Frieren und Auftauen ist.

19. Verfahren nach Anspruch 18, worin das Natriummonofluorophosphat in waßriger Lösung vorliegt.

20. Verwendung eines Systems, das Natriummonofluorophosphat und ein Enteisungsmittel enthält zur Verringerung der Abschalung eines Betons, wenn der Beton Gegenstand des Frierens und Auftauens ist.

21. Verwendung nach Anspruch 20, worin das Enteisungsmittel Natriumchlorid ist.