CH650486A5 - Verfahren zur ausbluehverhinderung bei zementerzeugnissen. - Google Patents
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Description
Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Ausblühverhinderung bei Zementerzeugnissen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Zementerzeugnisse mit einer wässrigen Phosphatlösung besprüht werden.
Die Zementerzeugnisse können dabei neben dem eigentlichen Bindemittel Zement, Füllstoffe auf anorganischer oder organischer Basis enthalten, die den Zweck haben, dem Erzeugnis besondere Festigkeitseigenschaften zu verleihen wie z.B. Schotterkörnung, Asbestfasern, Kunststoffasern usw. Die Wirkung der genannten Phosphatlösungen bezüglich der Verhinderung von Ausblühungen besteht in der Bildung unlöslicher Phosphate in den Kapillarporen des Zementkörpers, die eine chemisch wirksame Sperrschicht gegenüber dem Transport löslicher Ionen bilden, die zu den bekannten Ausblühungen führen. Besonders gute Ergebnisse wurden mit solchen Metallsalzlösungen erhalten, die neben dem primären Metallphosphat noch eine gewisse Menge freier Phosphorsäure enthalten. Ein besonderes Wirksamkeitsdepot beim Aufbringen von wässrigen Lösungen primärer Metallphosphate kann dadurch erzeugt werden, dass die erfin-dungsgemässen primären wässrigen Phosphatlösungen der
II- und III-wertigen Phosphatsalze in den Kapillarporen in die entsprechenden sekundären und tertiären Phosphate unter Freisetzung der äquivalenten Mengen Phosphorsäure umgelagert werden, die wiederum weiterreagieren kann.
Vom Standpunkt der Phosphatchemie aus betrachtet, ist es deshalb von Bedeutung, dass die wässrigen Phosphatlösungen eine Absättigung von 0,2 zu 1,0 bis 1,5 zu 1,0 insbesondere von 0,5 zu 1,0 bis 1,0 zu 1,0 bezogen auf die erste
Dissoziationsstufe der Phosphorsäure haben. Die durchgeführten Versuche und Langzeitüberprüfungen haben erbracht, dass mit besonderem Vorteil und ausgezeichneten Ergebnissen eine wässrige primäre Zinkphosphatlösung geeignet ist. Auch der Einsatz von primären Phosphatlösungen wie beispielsweise Ammoniumphosphaten bzw. Aluminiumphosphaten allein oder in Verbindung mit Zinkphosphaten bringt Verbesserungen gegenüber dem Stand der Technik hervor.
Die Arbeitsweise und Wirksamkeit der beanspruchten Hilfsmittel soll durch die folgenden Beispiele im Detail erhärtet werden:
Beispiel 1
Aus handelsüblichem Portlandzement PZ 45 und Kies (1 : 4) wurde mit Wasser (Zement : Wasser = 1 : 0,665)
eine Betonmischung hergestellt und diese Mischung nach einer Mischzeit von 5 min in Formen eingefüllt (Schichtdicke 6-7 cm). Danach wurden diese Platten mit einer eingefärbten Zementmischung, bestehend aus 60% Portlandzement PZ 45 und 40% Mangandioxid bepudert. Die Auftragsmenge an Zement/Pigmentmischung betrug 1.500 g/m2. Nach dem Bepudern wurden die Formen gestapelt und 15 h lang bei 60°C ausgehärtet.
Nach dem Aushärten wurden die Platten ausgeformt und die gefärbte Oberfläche mit einer 10%igen Lösung von prim. Zirkorthophosphat und Phosphorsäure besprüht. Die Lösung enthielt 3 % ZnO und 7 % P205 und die Auftragsmenge lag bei 15 g Wirkstoff/m2. Nach dem Antrocknen erfolgte eine 28tägige Lagerung bei Raumtemperatur.
Die Platten wurden danach auf einem Bewitterungs-stand mit einer Neigung von 30° gegen Norden ausgelegt und 23 Wochen lang der Witterung ausgesetzt. Nach dieser Zeit erfolgte die Beurteilung im Vergleich zu solchen Platten, die auf die gleiche Weite hergestellt, aber nicht mit Metallphosphaten behandelt wurden.
Während die unbehandelten Platten mit einem unregelmässigen, grauweissen Belag überzogen waren, konnten an den mit übersaurem Zinkphosphat behandelten Platten keinerlei Ausblühungen festgestellt werden.
Beispiel 2
Auf die gleiche Weise wie unter Beispiel 1 beschrieben, wurden Betonplatten gegossen und mit einer eingefärbten Zementschicht überzogen: Unmittelbar nach dem Bepudern der frischen Betonoberfläche mit der pigmentierten Zementmischung wurden die Platten mit einer übersauren 8%igen Zinkphosphatlösung mit 5,6% P205 und 2,4% ZnO in der Lösung besprüht. Die aufgepuderte pigmentierte Zementschicht wurde dabei völlig von der Lösung durchnässt. Es wurden dabei 12 g Wirkstoff/m2 Plattenoberfläche benötigt.
Die Platten wurden danach wie beschrieben ausgehärtet, ausgeformt und 28 Tage gelagert ehe sie der Bewitterung ausgesetzt wurden.
Nach 23wöchiger Bewitterung zeigten die Platten keinerlei erkennbare Ausblühungen.
Beispiel 3
Die Schalung für eine Sichtbetonfläche wurde mit einer über den Fertigbetonhandel bezogenen Fertigbetonmischung BN 150 in der Konsistenz K 3 gefüllt und durch Vibration verdichtet. Nach 2 Tagen wurde die Sichtbetonfläche ausgeschalt, und danach wurde die Fläche mit einer 20% igen phosphorsauren Ammoniumphosphatlösung, die 14% P205 und 3% NH3 in der Lösung enthielt, behandelt. Insgesamt wurden je m2 Sichtbetonfläche etwa 30 g Wirkstoff in Form obengenannter Lösung aufgetragen.
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Nach 6 Monaten, vom Zeitpunkt des Ausschalens an gerechnet, war die Sichtbetonfläche ohne erkennbare Ausblühungen, während unbehandelte Betonflächen an dem gleichen Bauwerk deutliche Ausblühungen zeigten.
Beispiel 4
Es wurde eine trockene Betonmischung hergestellt aus 18% Portlandzement PZ 45 F, 72% Sand und 10% Eisenoxidrot. Nach Zugabe von Wasser (Wasserzementwert 0,50) und homogenem Vermischen wurden aus der Mischung Betondachsteine gepresst und wie üblich abbinden lassen. Unmittelbar nach dem Ausformen wurden die Dachsteine in eine 5% ige Lösung von übersaurem Monoaluminiumphos-phat, mit einem Gehalt von 4% P205 und 0,9% AI203 in der Lösung, getaucht. Die Wirkstoffaufnahme betrug etwa 20 g/m2 Oberfläche. Die Dachsteine wurden danach wie üblich 28 Tage bis zur völligen Erhärtung gelagert und dann der Bewitterung ausgesetzt. Nach 6 Monaten waren die Dachsteine völlig ohne Ausblühungen.
Beispiel 5
Eine wässrige Suspension von Portlandzement PZ 35 und Asbestfasern wurde kontinuierlich über ein sogenanntes Siebband nach Art der Papier- bzw. Pappenherstellung entwässert, wobei ein zusammenhängendes Asbestzementvlies erhalten wurde. Hinter der Saugzone wurde dieses Vlies kontinuierlich mit einer pulverförmigen Mischung aus 80% Portlandzement, 10% Asbestmehl und 10% Mangandioxid beschichtet und sofort nach der Beschichtung mit einer 8%igen Lösung von übersaurem Zinkphosphat besprüht. Die Menge an Beschichtungsmasse betrug 1.200 g/m2 und die Wirkstoffmenge an Zinkphosphat lag bei 15 g/m2, wobei die Lösung 5,6% P205 und 2,4% ZnO enthielt.
Nach der Behandlung wurde das Vlies in gleichmässigen Abständen abgeschnitten und die einzelnen Abschnitte wurden zwischen Metallblechen stapelweise zusammengepresst. Nach der Erhärtung wurden die Asbestzementplatten entstapelt und bis zur endgültigen Aushärtung wie üblich gelagert.
Die Platten wurden dann auf dem Bewitterungsstand ausgelegt und nach einer Zeitspanne von 12 Monaten beurteilt. Während unbehandelte Platten eine hellgraue, fleckige Oberfläche aufwiesen, waren die mit Zinkphosphat behandelten Platten gleichfarbig schwarz und frei von jeglichen Ausblühungen.
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Beispiel 6
Es wurden auf die gleiche Weise, wie unter Beispiel 5 beschrieben, Asbestzementplatten mit pigmentierter Oberfläche hergestellt, jedoch wurden die Platten nach dem Auf-lo tragen der Beschichtungsmasse nicht besprüht, sondern direkt zwischen Blechplatten zur Aushärtung gestapelt.
Nach der Erhärtung des Zements wurden die Asbestzementplatten entstapelt und dabei wurde die beschichtete Oberfläche mit der gleichen Menge und Konzentration an 15 übersaurer Zinkphosphatlösung besprüht, ehe die Platten zur endgültigen Erhärtung gelagert wurden.
Auch dann, wenn die Behandlung mit Zinkphosphatlösung erst nach der Erhärtung des Zements aufgebracht wurde, zeigten die der Witterung ausgesetzten Platten auch nach 20 12 Monaten keinerlei Ausblühungen.
Beispiel 7
Auf die gleiche Art und Weise wie bei Beispiel 5 beschrieben, wurden aus einer Suspension von Portlandze-25 ment und Polyesterfasern, faserverstärkte Platten hergestellt. Dabei wurde wie bei Beispiel 5 das feuchte mit der Beschichtungsmasse aus Zement, Pigment und Kunststoffasern üzerzogene Vlies vor dem Einstapeln zwischen die Bleche, mit einer 5% igen Lösung von übersaurem Aluminiumphos-30 phat mit 4% P2Oä und 0,9% A1203 in der Lösung, in einer Menge von 20 g Wirkstoff/m2 Oberfläche besprüht. Die Platten wurden danach gepresst und aushärten lassen. Nach der Erhärtung wurden die Platten entstapelt, d.h. zwischen den Blechen herausgenommen und nochmals mit der glei-35 chen Lösung in gleicher Menge besprüht, ehe sie zur endgültigen Aushärtung gelagert wurden.
Die Bewitterung der Platten wurde wie üblich vorgenommen und nach 12 Monaten wurde folgendes festgestellt:
Die behandelten Platten waren frei von jeglichen Aus-40 blühungen und zeigten eine gleichmässige mattschwarze Farbe.
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Claims (3)
1. Verfahren zur Ausblühverhinderung bei Zementerzeugnissen, dadurch gekennzeichnet, dass die Zementerzeugnisse mit einer wässrigen Phosphatlösung besprüht werden.
2. Verfahren zur Ausblühverhinderung bei Zementerzeugnissen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wässrige Phosphatlösung eine Absättigung von 0,2 zu 1,0 bis 1,5 zu 1,0, insbesondere von 0,5 zu 1,0 bis 1,0 zu 1,0 bezogen auf die erste Dissoziationsstufe der Phosphorsäure hat.
3. Verfahren zur Ausblühverhinderung bei Zementerzeugnissen nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gegenzeichnet, dass die Phosphatlösung aus einer wässrigen Lösung der Phosphatsalze von I- und/oder II- und/oder III-wertigen Metallen besteht.
4. Verfahren zur Ausblühverhinderung bei Zementerzeugnissen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man als wässrige Phosphatlösung eine Zinkphosphatlösung einsetzt.
5. Verfahren zur Ausblüh Verhinderung bei Zementer-zeugnissen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die wässrige Lösung einen Phosphatmaterialgehalt von 2 bis 25 Gew.-% vorzugsweise 5 bis 10 Gew.-% aufweist.
6. Verfahren zur Ausblühverhinderung bei Zementerzeugnissen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die wässrigen Phosphatlösungen andere, anorganische und/oder organische Hilfsstoffe wie Komplexbildner, Dispergiermittel, Farbgeber und oberflächenaktive Substanzen enthalten.
7. Verfahren zur Ausblühverhinderung bei Zementerzeugnissen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zementerzeugnisse je nach Bedarf Färb-, Füll- oder Gerüststoffe auf anorganischer und/oder organischer Basis enthalten und die Zementerzeugnisse auch mit einer, gegebenenfalls zementgebundenen, Farbschicht versehen sein können.
8. Mittel zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 in Form einer wässrigen Phosphatlösung.
Ausblühungen sind Ausscheidungen an der Oberfläche von Zementerzeugnissen, die dadurch entstehen, dass aus den Poren des Zementsteines Salzlösungen an die Oberfläche gelangen und nach Verdunsten des Wassers die Salze als Belag zurückbleiben.
Abgebundene Zementerzeugnisse enthalten zusammenhängende Kapillarporen, die sich mit Wasser füllen können, in denen die löslichen Stoffe des Zements gelöst werden. In- der Hauptsache handelt es sich bei diesem Porenwasser um gesättigte Lösungen von Calciumhydroxid mit Anteilen an gelöstem Gips und verschiedenen Alkalisalzen. Diese relativ konzentrierten Lösungen wandern in Richtung Zementoberfläche und hinterlassen nach dem Trocknen einen weissen Belag. Eine weitere Möglichkeit für das Entstehen von Ausblühungen auf Zementerzeugnissen ist die Reaktion von Calciumhydroxid mit der Kohlensäure der Luft zu un-lölichem Calciumkarbonat.
Während Ausblühungen an Betonflächen, wo keine oder nur geringe Anforderungen an das optische Aussehen gestellt werden, vernachlässigt werden können, stellen sie bei Sichtbetonflächen und insbesondere, wenn es sich um pigmentierte, das heisst eingefärbte Oberflächen handelt, ein besonderes und ungelöstes Problem dar, wenn es darum geht, die Wasserdampfdurchlässigkeit des Systems zu erhalten.
Es sind zwar kunstharzgebundene oder auch wasserglasgebundene Beschichtungen für Betonerzeugnisse bekannt, solche anstrichähnlichen Systeme verhindern die Ausblühungen aber dadurch, dass sie einen wasserdichten Überzug auf dem Zementerzeugnis ergeben und auf diese Weise den Zutritt von Feuchtigkeit zu den Poren verhindern. Es sind auch viele Versuche unternommen worden, die Ausblühungen an Zementerzeugnissen durch chemische Zusatzstoffe zum eigentlichen Zementgemisch oder durch chemische Behandlung der Oberfläche von Zementerzeugnissen zu verhindern, aber alle diese Vorschläge haben letzten Endes nicht zum gewünschten Erfolg geführt, weil sie nicht imstande sind ohne schwerwiegende Beeinflussung der chemischen und physikalischen Eigenschaften der Zementerzeugnisse bei Wahrung der Wasserdampfdurchlässigkeit des Systems und einfacher Handhabung in der industriellen Praxis Ausblühungen zu verhindern.
Die DE-PS 849 225 beschreibt beispielsweise die Herstellung eines Überzugs zur Verhinderung von Ausblühungen an Zementerzeugnissen der dadurch entstehe, dass auf die Oberfläche der Gegenstände ein Gas, insbesondere Sili-ciumtetrafluorid evtl. in Verbindung mit Fluorwasserstoff einwirkt. In der DE-PS1 008 640 wird ein Verfahren zur Verhinderung von Ausblühungen beschrieben, insbesondere zur Verhinderung von Sulfatausblühungen das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Baumaterial mit aktivem Aluminiumhydroxid oder Stoffen, die aktives Aluminiumhydroxid enthalten, behandelt wird. In der DE-PS 1 011 347 wird ein Verfahren zur Verhütung von Kalkausblühungen an der Oberfläche von Asbestzementplatten dadurch gekennzeichnet, dass dem Plattengrundstoff Kieselsäure in kolloidaler Form zugeführt wird oder die Oberfläche der frischen Rohplatten vor der Weiterverarbeitung mit Kieselsäure in kolloidaler Form behandelt wird. In der DE-PS 1 019 241 wird ein Verfahren zum Erzeugen einer farbbeständigen und ausblühfesten Engobe auf Asbestzementprodukten, insbesondere Asbestzementplatten dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Asbestzementproduktes mit einer Lösung von Chromsalzen und Salzen der Kieselfluorwasserstoffsäure behandelt wird wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass als saure Bestandteile Lösungen von Chromsesqui-chlorid und Calciumsilicofluorid verwendet werden. Die DE-AS 1 070 538 beschreibt ein Verfahren, wonach Betonerzeugnisse durch Zusatz von Alkalipolysiloxanpulvern wasserabweisend ausgerüstet werden. In die gleiche Richtung geht die DE-PS 2 029 446, in der ein Verfahren zum Imprägnieren von Mauerwerk, Beton und Putz mit Silanen beschrieben wird. In der DE-OS 2 108 856 wird ein Mittel zur Verhinderung von Bauschäden durch Sulfatausblühungen beschrieben, das dadurch gekennzeichnet ist, dass Bariumoxid zugesetzt wird. In der DE-OS 2 164 256 wird ein Verfahren zur Verhinderung von Ausblühungen auf Betondachziegeln beschrieben, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Oberflächen mit pigmentierten Kunststoffdispersionen auf Polyvinylacetat-Basis beschichtet werden. In der DE-OS 2 558 184 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem Betonoberflächen dadurch wasserabweisend gemacht werden, dass Organosiliciumverbindungen mit Hilfsstoffen aufgebracht werden.
In der DE-PS 2 602 365 wird ein Verfahren zum Beschichten von vorgeformten Bauteilen mit glasurartigen Silikat- und/oder phosphathaltigen Überzügen beschrieben, wobei mit Pasten für die Beschichtung gearbeitet wird, die Alkalisilikate beispielsweise Natriumsilikate in wässriger Lösung (Wasserglas), Metalloxide wie z.B. ZnO, MgO, PbO, CaO, B203 einzeln oder in beliebiger Kombination enthalten kann und wobei der Gehalt an SiOj zwischen 42 und 63 Mol-% und für Na20 zwischen 11 und 27 Mol-% liegen kann und wobei auch oxidhaltige Verbindungen wie z.B.
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PATENTANSPRÜCHE
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Karbonate oder Phosphate für den notwendigen Metalloxidgehalt der Paste herangezogen werden können.
Ferner wird darauf hingewiesen, dass diese Paste Pigmente beispielsweise Titandioxid, Eisenoxide usw. enthalten kann. Bei diesen erwähnten Pasten handelt es sich immer um stark alkalische Einstellungen. Bei Anwesenheit von 2-oder 3-wertigen Metallionen liegen dabei zugesetzte Phosphate immer in Form unlöslicher tertiärer Phosphate vor, die keine Möglichkeit offenlassen, dass Phosphate in löslicher Form in die Kapillarporen der Zementmasse eindringen. Dies umso mehr, als die aufgebrachten Wasserglas-Pasten in Autoklaven bei so hohen Temperaturen behandelt werden, die eine absolute Blockierung der evtl. zugesetzten Phosphate durch Reaktion in der Paste zusätzlich fördern. Obwohl auf die Verhinderung von Ausblühungen in der erwähnten DE-PS 2 602 365 überhaupt nicht hingewiesen wird und dies auch nicht im Sinne dieser Patentschrift liegen kann, besteht auch von den technischen Voraussetzungen der Reaktionsbedingungen nicht die Möglichkeit, dass lösliche Phosphatsalze in die Kapillarporen der Zementteile eindringen können, um Ausblühungen zu verhindern.
Im Gegensatz dazu beschreibt das vorliegende Patent,
dass man Ausblühungen an Zementerzeugnissen vollständig und dauerhaft verhindern kann, ohne die Wasserdampfdurchlässigkeit des Systems zu verändern, wenn man die Oberflächen solcher Erzeugnisse entweder unmittelbar vor oder nach der Erstarrung des Zementkörpers mit Metallphosphatlösungen insbesondere mit Phosphatlösungen der
I-, II- und III-wertigen Metalle behandelt.
Überraschend und in keinster Weise vorhersehbar war dabei die Tatsache, dass bei der Verwendung der erfin-dungsgemässen Phosphatlösungen auch zinkhaltige Phosphatlösungen Ausblühungen verhindern und dabei keine Beeinflussung der Abbindeeigenschaften des Zements auftritt. Normalerweise wirken Zinksalze — auch Zinkphosphate — sehr stark abbindeverzögernd. Eine Beeinflussung der Abbindeeigenschaften des Zements würde aber eine beträchtliche Oberflächenempfindlichkeit während der Produktion hervorrufen.
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