AT392778B - Trockenmoertelgemisch - Google Patents

Description

AT 392 778 B

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Trockenmörtelgemisch zum Überzug von vertikalen, horizontalen oder geneigten Flächen von Stahlbetonbauten, bestehend aus mindestens einem anorganischen, hydraulischen oder nichthydraulischen Bindemittel, sowie gegebenenfalls aus mindestens einem Zuschlagstoff, aus einem pulverförmigen, in Flüssigkeit dispergiertem oder in flüssiger Form vorliegendem Kunststoff, einem die Frost- und Frosttausalzbeständigkeit erhöhenden Zusatz, einem färbenden Zusatz, Fasern, einem körnigen, die Alkalität erhöhenden Zusatzstoff, insbesondere Portlandzementklinker, und/oder weiteren üblichen Zusatzstoffen, wie z, B. natürlichen oder künstlichen Betonzusatzmitteln. Das erfindungsgemäße Gemisch soll insbesondere eine Korrosion der Stahlbewehrung in Stahlbetonbauten hintanhalten. Nach herrschender Lehre tritt Korrosion einer Stahlbewehrung in Stahlbetonbauten dann ein, wenn folgende drei Voraussetzungen gleichzeitig erfüllt sind: 1) Vorhandensein von Wasser an da-Bewehrung; 2) Aufheben der passivierenden Wirkung der die Bewehrung umgebenden Mörtelschicht; 3) Vorhandensein von Sauerstoff an der Bewehrung.

Ist eine dieser Voraussetzungen nicht erfüllt, so kann keine Korrosion eintreten bzw. muß eine bereits im Gange befindliche Korrosion zum Stillstand kommen.

Bei der Sanierung von korrodiertem Stahlbeton bemüht man sich daher, eine der oben angeführten Voraussetzungen aufzuheben. Beispielsweise werden häufig Imprägnierungen, Anstriche oder Beschichtungen empfohlen, welche den Zutritt von Wasser zu dem Beton und damit zur Bewehrung verhindern sollen. Abgesehen davon, daß in diesem Fall das gesamte Bauwerk lückenlos überzogen werden muß, was häufig nicht möglich ist und abgesehen davon, daß eine solche Überzugshaut sehr empfindlich gegen Verletzungen ist, entstehen mit einem solchen wasserdichten Überzug Schwierigkeiten in zweifacher Hinsicht. Einerseits bewirkt die zunehmende Austrocknung des Betons eine wesentlich größere Diffusionsmöglichkeit für die Luftkohlensäure und damit eine wesentlich raschere Karbonatisierung des Betons und anderseits muß der Überzug zwar wasserdicht sein, er muß aber eine hohe Durchlässigkeit für den aus dem Beton herausdiffundierenden Wasserdampf auf weisen. Wird diese Forderung nicht ausreichend erfüllt, so muß es zum Ablösen des Anstrichs bzw. der Beschichtung vom Untergrund kommen. Die auf diese zu geringe Wasserdampfdurchlässigkeit zurückzuführenden Schäden sind sehr zahlreich und werden in der Literatur oft und ausführlich beschrieben.

Was die zweite Voraussetzung für das Auftreten von Korrosion betrifft, nämlich das Aufheben der passivierenden Wirkung der die Bewehrung umgebenden Mörtelschicht, kann dies erfolgen einerseits durch die Reaktion des bei der Zementerhärtung freiwerdenden Kalziumhydroxids mit der in den Beton eindringenden Luftkohlensäure und des damit verbundenen Abfalls des pH-Wertes und anderseits durch Eindringen von Chlorid, z. B. aus Tausalzen, zur Bewehrung.

Im ersten Falle hat man vorgeschlagen, das im Trockenmörtelgemisch vorliegende "Alkalidepot" zu vergrößern und damit die in den Mörtel eindringende Luftkohlensäure abzufangen und so die Diffusion abzubremsen. Im Falle, daß Chlorid zur Bewehrung vordringt, gibt es heute noch keine generelle Lösung. Man versucht entweder den Mörteil besonders dicht zu machen, ohne die Chloriddiffusion jedoch vollständig unterbinden zu können, oder man überzieht das gesamte Bauwerk mit einem chloridundurchlässigen Überzug, mit all den oben geschilderten Problemen der durch die Austrocknung verursachten höheren Karbonatisierungsgeschwindigkeit, der zumindest gehemmten Wasserdampfdurchlässigkeit usw.

Bezüglich der dritten Voraussetzung, d. h. dem Zutritt von Sauerstoff zur Bewehrung, sind bis jetzt keine Maßnahmen bekannt geworden, welche eine Reduktion oder Verhinderung dieses Sauerstoffzutrittes zum Ziel haben.

Die vorliegende Erfindung hat sich nun zur Aufgabe gestellt, eine Korrosion von Stahlbewehrungen in Stahlbetonbauten durch Unterbindung von Sauerstoffzutritt zur Bewehrung zu verhindern. Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ein Trockenmörtelgemisch der eingangs genannten Gattung vor, das sich dadurch auszeichnet, daß es zusätzlich zum anorganischen Bindemittel mindestens einen Zusatzstoff - in weiterer Folge als reduzierender Stoff bezeichnet - enthält, der befähigt ist, mit Sauerstoff zu reagieren und dadurch die Diffusion des Sauerstoffs im erhärteten Trockenmörtelgemisch verhindert bzw. verlangsamt. Im Gegensatz zu Inhibitoren, die zu einer Ausbildung einer dichten und undurchlässigen Oxidschutzschicht auf Stahl führen, wie z. B. Calciumnitrit, wird erfindungsgemäß eine Sauerstoffdiffusion durch den erhärteten Zementstein zur Betonbewehrung verhindert und dadurch das Auftreten von Korrosion an der Stahlbewehrung unterbunden.

Als reduzierenden Stoff enthält das erfindungsgemäße Trockenmörtelgemisch zweckmäßig ein Metall, vorzugsweise in einer Masse von 0,1 bis 20 %, insbesondere von 0,5 bis 10 % und besonders bevorzugt von 1 bis 5 %.

Als reduzierender Stoff kann auch ein Metalloxid oder Metallhydroxid niedriger Oxidationsstufe vorliegen, vorzugsweise FeO und MnO bzw. Fe(OH)2 und Mn(OH)2. In diesem Sinn sind auch reduzierend gebrannte

Schlacken, wie Hochofenschlacken, geeignet

Auch Salze niedriger Oxidationsstufe können als reduzierender Stoff geeignet sein, insbesondere Kalziumsalze.

Als reduzierender Stoff kommen auch organische Verbindungen in Betracht, wie substituierte Phenole, Hydrochinone, Brenzcatechine und aromatische Amine sowie deren Komplexe mit Metallen, Ascorbin-, Milch-, Citronen- und Weinsäure und deren Salze, organische Sulfide, Polysulfide, Phosphite und andere Antioxidantien.

Es können auch Gemische verschiedener reduzierender Stoffe enthalten sein. -2-

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Bei der Reaktion des reduzierenden Stoffes mit Sauerstoff kann auch eine Volumenvergiößerung eintreten und die bei der Reaktion entstehenden Produkte können dadurch zu einer Verminderung des Kapillarporenraumes im erhärteten Trockenmörtelgemisch führen.

Der reduzierende Stoff liegt vorzugsweise in einer Korngröße unter 2 mm, vorzugsweise unter 0,25 mm, 5 insbesondere unter 0,05 mm, und in homogener Verteilung vor.

Zweckmäßig erfolgt die Reaktion des reduzierenden Stoffes mit dem Sauerstoff in alkalischem Milieu (pH > 10) so langsam, daß in einem Monat weniger als die Hälfte des reduzierenden Stoffes umgesetzt ist.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform erfolgt die Reaktion des reduzierenden Stoffes mit dem Sauerstoff nur bei pH-Werten unter 12, insbesondere unter 11, und besonders bevorzugt unter 9. 10 Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, daß der reduzierende Stoff mit einer Schicht überzogen ist und diese Schicht eine so geringe Durchlässigkeit aufweist, daß die Reaktion mit dem Sauerstoff verzögert erfolgt, wodurch in einem Monat weniger als die Hälfte des reduzierenden Stoffes umgesetzt ist. Bei einer speziellen Ausführungsform erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Schicht um den reduzierenden Stoff durch das im erhärteten Trockenmörtelgemisch vorhandene Porenwasser angegriffen oder umgewandelt und damit 15 aufgelöst oder durchlässig gemacht wird.

Neben dem reduzierenden Stoff kann mindestens ein körniger, die Alkalität erhöhender Zusatzstoff mit einer wesentlich geringeren Reaktionsgeschwindigkeit als das im Trockenmörtelgemisch vorliegende anorganische Bindemittel vorhanden sein. Zusätzlich kann das Trockenmörtelgemisch noch Substanzen mit hoher innerer 9 9 spezifischer Oberfläche aufweisen, vorzugsweise mit mehr als 2 m/g, insbesondere mehr als 10 m/g, und 20 besonders bevorzugt mehr als 50 m^/g nach BET, die befähigt ist, Chloride bzw. Chloridionen adsorptiv zu binden.

Als anorganisches Bindemittel liegt im erfindungsgemäßen Trockenmörtelgemisch bevorzugt ein Zement mit besonders hohem Einbindevermögen für Chlorid vor, vorzugsweise ein Zement mit hohem Gehalt an Kalziumaluminatverbindungen, insbesondere Trikalziumaluminat, Monokalziumaluminat und/oder stabilisiertem 25 C22A7 (12 CaO.7 A^Og), besonders bevorzugt C^Ay.CaF^ (11 CaO.7 A^Og.Cal^).

Als üblicher Zuschlagstoff kann in dem erfindungsgemäßen Gemisch zweckmäßig ein Sandgemisch enthalten sein, mit einem auf die spätere Anwendungsdicke abgestimmten Größtkom zwischen 1 und 8 mm, wobei die Kömungsverteilung des Sandes so gewählt ist, daß sie für das Größtkom 4 mm und 8 mm in den brauchbaren oder besonders bevorzugt in den günstigen Bereich gemäß ÖN B 3304, für ein anderes Größtkom in einen 30 sinngemäßen Bereich fällt.

Zusätzlich kann das Trockenmörtelgemisch einen pulverförmigen, in Flüssigkeit dispergierten und/oder in gelöster Form vorliegenden Kunststoff enthalten. Der Anteil an Kunststoff kann dabei in weiten Grenzen schwanken, je nach dem gewünschten E-Modul. Beispielsweise kann, sofern eine sehr hohe Brachdehnung notwendig erscheint, der Kunststoffanteil bis 60 % Masse bzw. sogar noch etwas höher betragen, so daß in diesen 35 Gemischen das anorganische Bindemittel sogar zumindest teilweise als Füller wirkt. In der Regel wird allerdings, schon aus Kostengründen, ein Kunststoffgehalt von 1 bis 10 % Masse bzw. von 2 bis 4 % Masse ausreichend sein, weswegen diese Bereiche besonders bevorzugt erscheinen. Vorteilhaft wird in allen Fällen ein pulverförmiger, in Flüssigkeit dispergierter und/oder in gelöster Form vorliegender Kunststoff mit einem TmaY-Wert, ermittelt nach DIN 53 445, von weniger als -5 °C, vorzugsweise weniger als -8 °C, insbesondere weniger 40 als -12 °C, eingesetzt

Als die Frost- und Frosttausalzbeständigkeit erhöhende Zusatzstoffe können in dem Trockenmörtelgemisch Festkörper enthalten sein, die entweder bereits Poren enthalten und/oder in denen während des Erhärtungsvorganges Poren entstehen, wobei das Porenvolumen 0,3 bis 6 %, vorzugsweise 0,5 bis 4 %, insbesondere 0,5 bis 2 %, bezogen auf das Volumen des Trockenmörtelgemisches, beträgt. Die in dem 45 zugesetzten Festkörper enthaltenen und/oder entstehenden Poren weisen hiebei zweckmäßig überwiegend Durchmesser von 20 bis 200 pm, vorzugsweise von 25 bis 100 pm, insbesondere von 30 bis 70 pm auf.

Das erfindungsgemäße Trockenmörtelgemisch kann in einfacher Weise mit Fasern bewehrt werden, beispielsweise mit Glasfasern, Kunststoffasern oder beschichteten bzw. nichtrostenden Stahlfasern, und kann mit Farbpigmenten gefüllt werden. Als färbende Zusätze eignen sich beispielsweise anorganische und/oder organische 50 Farbpigmente in einer Menge von 0,05 bis 2 %, vorzugsweise 0,1 bis 1,5 %, bezogen auf die Masse des Trockenmörtelgemisches.

Die vorgeschlagenen Maßnahmen zur Verhinderung des Sauerstoffzutritts zur Bewehrung sind nicht nur völlig neuartig, sondern weisen gegenüber den bisherigen Schutz- und Sanierungsmaßnahmen für Stahlbetonbauwerke wesentliche Vorteile auf. So behindern sie den Zutritt von Wasser zum Beton nicht, fördern damit auch nicht das 55 Eindringen der Luftkohlensäure, sondern begünstigen die weitere Hydratation und die vorteilhafte Wirkung von allfälligen alkaliabspaltenden Substanzen, die ebenfalls das Eindringen der Luftkohlensäure abbremsen. Selbst beim Eindringen von höheren Chloridmengen, z. B. aus Tausalzen oder Bränden in PVC-belasteten Räumen, kann es durch Fehlen von Sauerstoff bei der Bewehrung nicht zur Korrosion kommen. Besonders günstig wirkt sich eine Kombination von reduzierenden Stoffen mit alkaliabspaltenden Substanzen aus, da die Chloridkorrosion 60 in diesem Fall sowohl durch das Fehlen des Sauerstoffs als auch durch die Aufrechterhaltung des nicht -3-

AT 392 778 B karbonatisierten Zustandes vermieden wird (siehe dazu Jungwirth, Beyer, Grübl, "Dauerhafte Betonbauwerke", Beton-Verlag 1986, S. 165).

Die nachfolgenden Beispiele sollen die Erfindung näh» erläutern.

Beispiel 1: Mörtelprobekörper mit den Abmessungen 12 x 12 x 36 (cm) wurden mit einer mittig angeordneten Bewehrung so versehen, daß die Überdeckung jeweils 10 mm betrug. Der Mörtel selbst wurde mit PZ 275 (H) hergestellt Der Zementgehalt lag bei 290 kg/nr*, der w/z-Wert bei 0,70, Größtkom bei 3 mm. Die Platten wurden dann einer Wechsellagerung unterzogen (1 Tag 40 °C, 40 % rel. Luftfeuchte, 2 Tage 15 °C, Wasserlagerung). Dem Mörtel wurden verschiedene Zusätze zugegeben. Nach zweieinhalb Jahren wurden die Platten zerschlagen. Dabei zeigte sich folgendes Bild:

Zusatz bez. Zustand der Bewehrung auf Zementmasse ohne starker Rostbefall auf der gesamten Stahloberfläche, Querschnitt deutlich vermindert 4,5 % Mn(OH)2 Stahl blank, kein Rostbefall erkennbar 2,5 % Fe(OH)2 Rostflecken an 10 Stellen 6 % - " - Rostflecken an zwei Stellen 10 % -" - Stahl blank, kein Rostbefall erkennbar

Beispiel 2:

In wannenförmigen bewehrten Reprofilierungsplatten, wie sie zur Prüfung von Sanierungsmörteln bei der Materialprüfungsanstalt für das Bauwesen der Technischen Universität Braunschweig eingesetzt werden (siehe dazu Materialuntersuchungsprögramm dieser Anstalt v. 6.11.1985), wurde Reprofilierungsmörtel erprobt Bei Mörtel A wurde ein Zusatz von 5 % Aluminiumpulver verwendet, das in einer Korngröße von 3 bis 8 pm vorlag und mit einer Schicht von nicht alkalibeständigem Kunststoff überzogen war, so daß eine Reaktion des Aluminiumpulvers mit dem hydratisierenden Zement erst nach Auflösen des Überzugs und damit nach weitgehender Erhärtung des Zementes eintreten konnte. Mörtel B enthielt kein solches Aluminiumpulver, sonst war seine Zusammensetzung gleich. Der Zementgehalt des Mörtels lag bei 380 kg/nr*, der w/z-Wert bei 0,88. Es wurde PZ 275 (H) verwendet. Dann wurden die Platten Temperaturzyklen ausgesetzt (2 Tage 60 °C, 40 % rel. Luftfeuchte, 1 Tag 60 °C Wasserlagerung). Nach 18 Monaten ergab sich folgendes Resultat.

Bei Mörtel B wies der Stahl starken Rostbefall an der gesamten Oberfläche auf, der Querschnitt war deuüich, stellenweise bis zu 20 % vermindert. Bei Mörtel A war kein Rost zu erkennen.

Beispiel 3:

In gleichen Reprofilierungsplatten, wie in Beispiel 2 beschrieben, wurden zwei Sanierungsmörtel geprüft Als Zement wurde PZ 375 (H) verwendet, Zementgehalt 360 kg/nP, w/z-Wert war 0,55. Als Zuschlag wurde eingesetzt bei Mörtel A ein Gemisch aus 40 % Kalksteinsand 1/3 mm und 60 % Kalksteinsand 0,06 bis 1 mm. Bei Mörtel B wurde statt des Kalksteinsandes 0,06 bis 1 mm ein reduzierend gebrannter Portlandzementklinker der gleichen Komfraktion eingesetzt. Die übrige Zusammensetzung war gleich. Im reduzierend gebrannten Portlandzementklinker wurde 2 % FeO neben metallischem Eisen festgestellt. Die Seitenflächen und die Unterseite der Platten wurden mit Epoxiharz beschichtet, um den Angriff auf die Oberfläche zu beschränken.

Die Reprofilierungsplatten wurden einer Wechsellagerung unterzogen (2 Tage 50 °C, 50 % rel. Luftfeuchte, 2 Tage 20 °C in einer wäßrigen, 3 %igen NaCl-Lösung). Nach 9 Monaten wurde der Stahl in den Reprofilierungsplatten freigelegt. Dabei wurde festgestellt, daß bei Mörtel A an der gesamten Stahloberfläche starke Rostbildung aufgetreten war, bei Mörtel B war kein Rost zu erkennen.

Beispiel 4:

In gleichen Reprofilierungsplatten, wie in Beispiel 2 beschrieben, wurden 2 Sanierungsmörtel geprüft. Als

Zement wurde PZ 475 verwendet, Zementgehalt 420 kg/m^, w/z-Wert war 0,57, Größtkom 3 mm. Mörtel A enthielt keinen Zusatz, bei Mörtel B wurde ein Metallkomplex eines aromatischen Amins in einer Menge von -4-

Claims (11)

1. AT 392 778 B 6 %, bezogen auf Zementmasse, eingesetzt. Die Reprofilierungsplatten wurden dann einer Freilagerung unterzogen, wobei häufige Durchfeuchtung gegeben war. Nach 161/2 Monaten wurde der Stahl freigelegt Dabei wurde festgestellt, daß bei Mörtel A an der gesamten Stahloberfläche starke Rostbildung aufgetreten war, bei Mörtel B war kein Rost zu erkennen. 5 10 PATENTANSPRÜCHE 15 1. Trockenmörtelgemisch zum Überzug von vertikalen, horizontalen oder geneigten Flächen von Stahlbetonbauten, bestehend aus mindestens einem anorganischen, hydraulischen oder nichthydraulischen Bindemittel, sowie gegebenenfalls aus mindestens einem Zuschlagstoff, aus einem pulverförmigen, in Flüssigkeit dispergierten oder in flüssiger Form vorliegenden Kunststoff, einem die Frost- und 20 Frosttausalzbeständigkeit erhöhenden Zusatz, einem färbenden Zusatz, Fasem, einem körnigen, die Alkalität erhöhenden Zusatzstoff, insbesondere einem Portlandzementklinker, und/oder weiteren üblichen Zusatzstoffen, wie z. B. natürlichen oder künstlichen Puzzolanen, Hochofenschlacke und/oder üblichen Betonzusatzmitteln, dadurch gekennzeichnet, daß es zusätzlich zum anorganischen Bindemittel mindestens einen, zur Reaktion mit Sauerstoff befähigten und die Diffusion des Sauerstoffs im erhärteten Trockenmörtelgemisch verhindernden 25 bzw. verlangsamenden Zusatzstoff (nachfolgend als reduzierender Stoff bezeichnet), ausgewählt aus der Metalle, Metalloxide oder Metallhydroxide niedriger Oxidationsstufe, Salze niedriger Oxidationsstufe, organische Antioxidantien und deren Gemische umfassenden Gruppe, enthält.
2. 2. Trockenmörtelgemisch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als reduzierender Stoff ein Metall 30 in einer Masse von 0,1 bis 20 %, insbesondere von 0,5 bis 10 % und besonders bevorzugt von 1 bis 5 % enthalten ist
3. 3. Trockenmörtelgemisch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als reduzierender Stoff ein Metalloxid oder Metallhydroxid niedriger Oxidationsstufe in einer Masse von 0,1 bis 20 %, insbesondere von 0,5 35 bis 10 % und besonders bevorzugt von 1 bis 5 % enthalten ist.
4. 4. Trockenmörtelgemisch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als reduzierender Stoff ein Salz niedriger Oxidationsstufe in einer Masse von 0,1 bis 20 %, insbesondere von 0,5 bis 10 % und besonders bevorzugt von 1 bis 5 % enthalten ist. 40
5. 5. Trockenmörtelgemisch nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Salz ein Kalziumsalz ist.
6. 6. Trockenmörtelgemisch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als reduzierender Stoff mindestens ein organisches Antioxidans in einer Masse von 0,1 bis 20 %, insbesondere von 0,5 bis 10 % und besonders 45 bevorzugt von 1 bis 5 % enthalten ist.
7. 7. Trockenmörtelgemisch nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der reduzierende Stoff in einer Korngröße unter 2 mm, vorzugsweise unter 0,25 mm, insbesondere unter 0,05 mm, vorliegt und homogen verteilt ist. 50
8. 8. Trockenmörtelgemisch nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktion des reduzierenden Stoffes mit dem Sauerstoff nur bei pH-Werten unter 12, insbesondere unter 11 und besonders bevorzugt unter 9 erfolgt.
9. 9. Trockenmörtelgemisch nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Trockenmörtelgemisch zusätzlich Substanzen mit hoher innerer spezifischer Oberfläche enthält, vorzugsweise mit mehr als 2 m^/g nach BET, die befähigt sind, Chloride bzw. Chloridionen adsorptiv zu binden, wie Zeolith, Ettringit, Mikrosilika und/oder Kieselgur.
10. 10. Trockenmörtelgemisch nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß als anorganisches Bindemittel ein Zement mit besonders hohem Einbindevermögen für Chlorid vorhanden ist, vorzugsweise ein Zement mit hohem Gehalt an Kalziumaluminatverbindungen, insbesondere -5- AT 392 778 B Trikalziumaluminat, Monokalziumaluminat und/oder stabilisiertem (12 CaO.7 AI2O3), besonders bevorzugt C^Ay.CaF2
11. (11 CaO.7 A^Og.Calr^). -6-