DE19846414B4

DE19846414B4 - Phosphatzementbindemittel, Verfahren zu seiner Herstellung und seine Verwendung, insbesondere als Reparaturmörtel

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Publication number: DE19846414B4
Application number: DE19846414A
Authority: DE
Inventors: Stephen A. Chardon Farrington
Original assignee: Construction Research and Technology GmbH
Current assignee: Construction Research and Technology GmbH
Priority date: 1997-10-09
Filing date: 1998-10-08
Publication date: 2007-07-12
Anticipated expiration: 2018-10-09
Also published as: FR2769619B1; FR2769619A1; DE19846414A1; JPH11199282A; JP4037543B2; CH693231A5; ITRM980634A1; CA2249743C; GB9820167D0; GB2330137B; CA2249743A1; US6136088A; IT1302363B1; GB2330137A; JP2007326775A

Abstract

Phosphatzementbindemittel, enthaltend:
(i) eine Verbindung mit der Fähigkeit zur Bereitstellung von Magnesiumionen in wässriger Lösung und
(ii) eine Kaliumphosphatverbindung,
wobei das Verhältnis der Verbindung mit der Fähigkeit zur Bereitstellung von Magnesiumionen ausgedrückt als Gewicht MgO zu der Kaliumphosphatverbindung ausgedrückt als Gewicht Phosphorpentoxid höchstens 0,82 beträgt und das Phosphatzementbindemittel keine Ammoniak oder Ammoniumionen enthaltende Verbindung enthält.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft zementartige bzw. zementhaltige Bindemittel (im folgenden Zementbindemittel genannt). Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine hohe Frühfestigkeit aufweisende Bindemittel zur Verwendung als Zementreparaturmaterialien, die Phosphatzemente enthalten.

Eine hohe Frühfestigkeit aufweisende Zementbindemittel wurden in der Vergangenheit zur Reparatur von Zementstrukturen oder als Komponenten von Zementzusammensetzungen zur Herstellung von Strukturen verwendet. In einer Klasse dieser Materialien werden Ammoniumphosphate zur Herstellung von Bindemittelmaterialien bei der Umsetzung mit Magnesiumionen lifernden Materialien, wie MgO, verwendet. In der internationalen Patentveröffentlichung WO 96/35647 A1 ist ein Mechanismus beschrieben, nach dem aus einem Ammoniumphosphatausgangsmaterial Kaliumstruvit hergestellt wurde. Von einigen wurde die Verwendung anderer Metallphosphate in Verbindung mit oder als Ersatz für Ammoniumphosphat, beispielsweise die Verwendung von Al-, Ca-, Mg- oder Na-Phosphorsäuresalzen, vorgeschlagen.

Aus der US-A-2 522 548 ist die Herstellung von feuerfesten Gussformen für das Gießen von Metall, die mit aus einem Metalloxid oder -hydroxid (Ca, Mg oder Zn), einem primären Metallphosphat (Mg, Ca, Zn, Mn, Al oder Fe) und einem primären Alkalimetallphosphat (Na oder K) hergestellten Phosphatbindemitteln hergestellt wurden, beschrieben. Das Bindemittel kann mit Füllstoffen und Verzögerern kombiniert werden.

In der US-A-4 444 594 sind durch Säure gehärtete anorganische Zusammensetzungen mit Eignung für ein Bindemittelmaterial, das mit Mineralwolle verträglich ist, zur Verwendung bei Dachziegeln beschrieben. Das Bindemittel wird durch Umsetzen von MgO, eines sauren Phosphat-, Chlorid- oder Sulfatsalzes, eines Aminoalkohols und von Wasser hergestellt. Füllstoffe können dem Bindemittel zugesetzt werden. Das saure Phosphat kann Ammoniumphosphat (bevorzugt), Natriumphosphat oder Kaliumphosphat sein.

Ein bei der Verwendung herkömmlicher Reparaturbindemittel oder Mörtel auftretendes Problem besteht darin, dass sie üblicherweise Ammoniumphosphathydrat als Komponente zur Umsetzung mit einem Erdalkalioxid oder -hydroxid, wie MgO oder MgOH, in Wasser zur Bildung von Struvit enthalten. Die Umsetzung des Ammoniumphosphatsalzes mit dem Erdalkalimetall führt zum Entweichen von Ammoniak in Gasform, wodurch es zu einem Aufschäumen und der Erzeugung eines unangenehmen Geruchs in der Umgebung kommt. Die Verwendung derartiger Bindemittel oder Zemente in Innenräumen ist somit stark eingeschränkt.

Ein weiteres Problem bei herkömmlichen Materialien besteht darin, dass die Umsetzung des Erdalkalimetallions mit dem Ammoniumphosphatsalz so schnell abläuft, dass das Bindemittel sich nahezu augenblicklich verfestigt. Dies schränkt die Möglichkeiten ein, die der Arbeiter besitzt, um das Produkt am gewünschten Ort "fertigzustellen". Festigungs- bzw. Abbindungsverzögerer sind folglich erforderlich, um das Verarbeiten des Gemisches zur wirksamen Bearbeitung der reparaturbedürftigen Struktur zu gewährleisten.

Die DE 25 51 140 A1 beschreibt eine Zementmischung auf Basis von Magnesiumoxid und einer mit diesem reagierenden Ammoniumphosphatkomponente. Die EP 0 691 314 A1 offenbart Phosphomagnesiumzemente, die Polysaccharide oder pflanzliche Proteine umfassen, wobei das Verhältnis eines Bestandteils auf der Basis von Magnesium ausgedrückt in Gewicht MgO, bezogen auf das eines Bestandteils auf der Basis von Phosphor ausgedrückt in Gewicht P₂O₅ zwischen 1 und 3 liegt. Der bevorzugte Bestandteil auf der Basis von Phosphor ist dabei Ammoniumdihydrogenphosphat.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, ein eine hohe Frühfestigkeit aufweisendes Bindemittel auf der Basis von Phosphatzement bereitzustellen, das das Entweichen von gasförmigem Ammoniak bei seiner Herstellung vermeidet, und das eine Verfestigungszeit besitzt, die durch eine verlängerte Abbindezeit der Verarbeitbarkeit des Bindemittels und Fertigstellvorgängen förderlich ist.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Zementbindemittels mit Eignung in einem eine hohe Festigkeit aufweisenden Mörtel, das sich auch als Reparaturmaterial für Zementstrukturen verwenden läßt. Das Bindungssystem basiert auf der Bildung von Kaliumstruvit durch Umsetzen einer Magnesiumquelle mit Kaliumphosphat und Wasser. Trotz eines noch schnellen Abbindens ist die Verfestigungszeit dieses Bindemittels langsamer als die Verfestigungszeit von Struvit. In dieses Material enthaltenden Mörteln sind inerte Füllstoffe enthalten. Die Rezeptur kann auch Verzögerer enthalten, um die Verarbeitbarkeitszeit vor Abbinden bzw. Verfestigen zu verlängern.

Ein merklicher Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der Elimination der herkömmlicherweise verwendeten, Ammoniak oder Ammoniumionen enthaltenden Materialien, die in der Industrie für rasch abbindende Mörtel auf der Basis von Struvit verwendet werden. Die Vermeidung der Ammoniakentwicklung bei der Verwendung der Mörtel vergrößert deren Einsetzbarkeit stark.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Zementmaterials durch Herstellen eines Gemisches aus Wasser und aktiven Bestandteilen, die Wesentlichen aus i) einer Verbindung mit der Fähigkeit zur Bereitstellung von Magnesiumionen in wässriger Lösung, ii) einer Kaliumphosphatverbindung und iii) gegebenenfalls einer weiteren Phosphatquelle bestehen, wobei das Gemisch in Abwesenheit einer Ammoniak oder Ammoniumionen enthaltenden Verbindung hergestellt wird. In einer Ausführungsform ist die Verbindung mit der Fähigkeit zur Bereitstellung von Magnesiumionen MgO und die Kaliumphosphatverbindung KH₂PO₄.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist des Weiteren die Verwendung des Mörtels zur Reparatur eines Risses in einer Zementstruktur durch Applizieren eines Zementbindemittels auf den Riss, wobei das Zement indemittel durch Herstellen eines Gemisches aus Wasser und aktiven Bestandteilen, die im Wesentlichen aus i) einer Verbindung mit der Fähigkeit zur Bereitstellung von Magnesiumionen in wässriger Lösung, ii) einer Kaliumphosphatverbindung und iii) gegebenenfalls einer weiteren Phosphatquelle bestehen, wobei das Gemisch in Abwesenheit einer Ammoniak oder Ammoniumionen enthaltenden Verbindung hergestellt wurde.

In einer Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Zementbindemittel in einem Gemisch hergestellt, um einen Mörtel zuzubereiten, wobei das Herstellen des Gemisches das Zusetzen eines im Wesentlichen inerten Füllstoffs umfasst.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner die Verwendung des Phosphatzementbindemittels zur Reparatur eines Risses in einer Zementstruktur durch Applizieren eines Mörtels auf den Riss, wobei der Mörtel durch Herstellen eines Gemisches aus einem inerten Füllstoff, Wasser und aktiven Bestandteilen, die im Wesentlichen aus i) einer Verbindung mit der Fähigkeit zur Bereitstellung von Magnesiumionen in wässriger Lösung, ii) einer Kaliumphosphatverbindung und iii) gegebenenfalls einer weiteren Phosphatquelle bestehen, wobei das Herstellen des Gemisches in Abwesenheit einer Ammoniak oder Ammoniumionen enthaltenden Verbindung erfolgt, hergestellt wurde.

Die vorliegende Erfindung liefert ein Verfahren und Bindemittelrezepturen zur Herstellung hochfester Zementzusammensetzungen mit der Eignung für Betone, Bodenbeläge, Einpressmörtel und Reparatur- oder Flickmaterialien für Zementstrukturen und dgl. Das Verfahren und die Zusammensetzungen gemäß der vorliegenden Erfindung eignen sich in Baumaterialien, die mit Wasser nahe der Stelle, an der sie gegossen oder angeordnet werden sollen, vermischt werden.

Es ist wünschenswert, dass die erfindungsgemäßen Materialien in Innenräumen verwendbar sind, wodurch die möglichen Komponenten der zur Herstellung der Materialien verwendeten Rezeptur eingeschränkt sind. Beispielsweise entweicht aus den als Reparaturmaterialien verwendeten, Ammoniumionen enthaltenden Rezepturen des Standes der Technik während der durch Wasser initiierten Reaktion gasförmiger Ammoniak, so dass diese Rezepturen im Allgemeinen nicht in Innenräumen verwendet werden können.

Die vorliegende Erfindung eliminiert die Entstehung von gasförmigem Ammoniak durch Bereitstellen einer Rezeptur und eines Verfahrens, die die Bildung eines hochfesten Zementbindemittels in Abwesenheit einer Ammoniak oder Ammoniumionen enthaltenden Verbindung gewährleisten.

Das erfindungsgemäße Bindungssystem basiert auf der Bildung von Kaliumstruvit (MgKPO₄·6H₂O) durch Umsetzen einer Magnesiumquelle mit einer Kaliumphosphatverbindung, wie KH₂PO₄ und Wasser. Das Verfahren umfasst das Herstellen eines Gemisches aus Wasser und aktiven Bestandteilen, die im Wesentlichen aus i) einer Verbindung mit der Fähigkeit zur Bereitstellung von Magnesiumionen in wässriger Lösung und ii) einer Kaliumphosphatverbindung bestehen, wobei das Gemisch in Abwesenheit einer Ammoniak oder Ammoniumionen enthaltenden Verbindung hergestellt wird. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Verbindung mit der Fähigkeit zur Bereitstellung von Magnesiumionen MgO und die Kaliumphosphatverbindung KH₂PO₄.

Weitere Magnesiumionenquellen, die im erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden können, umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, Magnesiumhydroxid, Magnesiumphosphathydrat, Magnesiumacetat, Magnesiumsulfat, Magnesiumthiosulfat, Magnesiumnitrit, Magnesiumthiocyanat, Magnesiumphosphat (einbasig), Magnesiumbromid, Magnesiumcitrat, Magnesiumnitrat und verträgliche Gemische hiervon.

Bezogen auf die aktiven Bestandteile (d.h. Magnesiumquelle, Kaliumphosphatverbindung, Verzögerer, weitere Phosphatquelle und Wasser), enthält die Rezeptur zweckmäßigerweise etwa 10 bis etwa 35 Gew.-% einer oder mehrerer eine Magnesiumquelle darstellender Verbindungen, vorzugsweise etwa 13 bis etwa 30 Gew.-%, und zweckmäßigerweise etwa 30 bis etwa 60 Gew.-% der Kaliumphosphatverbindung, vorzugsweise etwa 30 bis etwa 56 Gew.-%. Wasser wird im allgemeinen in einer Menge von etwa 15 bis etwa 40 Gew.-%, vorzugsweise von etwa 16 bis etwa 39 Gew.-%, zugesetzt, um die Reaktion zwischen den anderen Komponenten der Rezeptur zu initiieren.

Das so hergestellte Zementbindemittel kann als Einpressmörtel oder als Flick- oder Reparaturmaterial durch Applizieren des Bindemittels vor Abbinden auf die Zieloberfläche verwendet werden.

Obwohl noch ein rasches Abbinden erfolgt, ist die Verfestigungszeit dieses Bindemittels länger als die Verfestigungszeit von Struvit. Dies ermöglicht ein Verarbeiten des Bindemittels zu einer Guss-, Press-, Flick- oder anderen Struktur, während es sich noch in einem plastischen Zustand befindet.

Gewünschtenfalls kann die Verfestigungszeit durch die optionale Zugabe eines Verzögerers zu dem Gemisch, im Allgemeinen in einer Menge von bis zu 3 Gew.-%, weiter verlangsamt werden. Beispiele für geeignete Verzögerer sind, ohne darauf begrenzt zu sein, Oxyborverbindungen, Polyphosphonsäure, Salze von Polyphosphonsäure, Carbonsäuren, Carbonsäuresalze, Polycarbonsäuren, Polycarbonsäuresalze, Hydroxycarbonsäuren, Hydroxycarbonsäuresalze, Alkalimetallsalze von Halogeniden, Nitraten, Nitriten oder Sulfaten, Alkalimetallhydroxide, Alkalimetallcarbonate und Gemische hiervon.

Weitere Beispiele für geeignete Verzögerer für die erfindungsgemäßen Zementbindemittel umfassen, ohne darauf begrenzt zu sein, Borsäure, Alkalimetallborate, wie Natriumborat, Natriumtetraboratdecahydrat, Trialkoxyborate, wie Trimethylborat, Triarylborate, Nitrilotris(methylen)tris(phosphon)säure und das Pentanatriumsalz hiervon, Citronensäure, Natriumcitrat (einbasig oder zweibasig), Trimellitsäure (wasserhaltig), Nitrilotriessigsäuretrinatriumsalz (Monohydrat), Natriumchlorid, Kaliumchlorid, Natriumsilicofluorid, Natriumnitrat, Kaliumnitrat, Natriumnitrit, Kaliumnitrit, Natriumsulfat, Kaliumsulfat, Natriumchlorid, Kaliumchlorid, Natriumcarbonat, Kaliumcarbonat und dgl.

Weitere Phosphatquellen für das Bindemittel können optional neben oder als Ersatz eines Teils des Kaliumphosphats verwendet werden. Die weiteren Phosphatquellen können darüber hinaus als Dispergiermittel für das Bindemittel und/oder als Beschleuniger für die Reaktion wirken und zur Festigkeitsentwicklung des Materials beitragen. Beispiele für derartige Phosphatquellen umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, Natriumtripolyphosphat, Kaliumtripolyphosphat und Natriumkaliumtripolyphosphat.

Die weitere Phosphatquelle kann den anderen aktiven Bestandteilen im Gemisch in einer Menge von bis zu etwa 20 Gew.-%, vorzugsweise von bis zu etwa 15 Gew.-%, zugesetzt werden.

Beispiele für erfindungsgemäße Zementbindemittel und das erfindungsgemäße Verfahren wurden im Vergleich mit ammoniumionenhaltigen Rezepturen des Standes der Technik durchgeführt.

Eine Magnesiumquelle, eine Phosphatquelle, Wasser und gegebenenfalls ein Verzögerer wurden vermischt, in eine Form eingebracht und verfestigen gelassen. Spezielle Bindemittelgemischkomponenten und ihre Mengen sind in der folgenden Tabelle 1 angegeben. Tabelle 1

Beispiel	Bindemittelgemischrezeptur
V 1.	MgO (38%), NH₄H₂PO4 (43%), H₂O (19%)
V 2.	MgO (28%), KH₂PO₄ (55%), H₂O (17%) (MgO:P₂O₅ = 0,98)
V 3.	MgO (33%), NH₄H₂PO₄ (32%), K₂CO₃ (18%), H₂O (17%)
V 4.	MgO (39%), NH₄H₂PO₄ (44%), H₂O (17%)
V 5.	MgO (28%), KH₂PO₄ (55%), H₂O (17%) (MgO:P₂O₅ = 0,98)
V 6.	MgO (33%), NH₄H₂PO₄ (32%), K₂CO₃ (18%), H₂O (17%)
V 7.	MgO (39%), NH₄H₂PO₄ (44%), H₂O (17%)
V 8.	MgO (28%), KH₂PO₄ (55%), H₂O (17%) (MgO:P₂O₅ = 0,98)
V 9.	MgO (33%), NH₄H₂PO₄ (32%), K₂CO₃ (18%), H₂O (17%)

Die Gemische 4-6 enthielten 0,2 Gew.-% Borsäure.
Die Gemische 7-9 enthielten 0,5 Gew.-% Borsäure.
Die Fließfähigkeiten der anfänglichen Gemische wurden bestimmt, die Abbindungszeiten unter Verwendung der in ASTM C-191 beschriebenen Vicat-Vorrichtungen gemessen und die Druckfestigkeiten der Formkörper nach 24 h gemäß Beschreibung in ASTM C-109 untersucht. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 2 angegeben.
Tabelle 2
Bei den Vergleichsbeispielen 1, 4 und 7 entwickelten sich beim Abbinden große Mengen an gasförmigem Ammoniak, so dass sich die Prüflinge für die Druckfestigkeitsmessung aus ihren Formen ausdehnten. Bei den Vergleichsbeispielen 3, 6 und 9 entwich während des Vermischens und während mehrerer min nach Gießen der Prüflinge für die Druckfestigkeitsmessung gasförmiger Ammoniak. Dies führte zu einem Herausfließen des Materials aus den Formen und zu einem anschließenden Zurückschrumpfen, wodurch sich halb ausgeformte Kuben hoher Porosität bildeten. Der Großteil der Vergleichsproben wurde durch die Gasentwicklung während ihres raschen Abbindens beschädigt, so dass der Druckfestigkeitstest nach 24 h mit diesen Proben nicht durchgeführt werden konnte.
Diese Probleme traten bei den Bindemitteln der Vergleichsbeispiele 2, 5 und 8 nicht auf.
Diese verfestigten sich langsamer als die Vergleichsmateralien, obwohl sie sich noch ziemlich rasch in weniger als etwa einer 3/4 h verfestigten. Die Druckfestigkeiten nach 24 h der Prüflinge der Vergleichsbeispiele 2, 5, 8 entsprachen den besten Werten der Vergleichsproben 1, 3, 4, 6, 7 und 9, die den Test überlebten, oder waren besser als diese.

Eine zweite Testreihe wurde wie oben beschrieben durchgeführt, um die Zementbindemittel des Standes der Technik zu veranschaulichen. Bei diesen Tests wurde die Verzögerermenge variiert, um den Abgleich der Abbindungszeiten der unterschiedlichen Rezepturen zu versuchen. Die Bindemittelrezepturen sind in der folgenden Tabelle 3 angegeben. Tabelle 3

Beispiel	Bindemittelgemischrezeptur
V 10.	MgO (38%), NH₄H₂PO₄ (43%), H₂O (15%) + Borsäure (4%)
V 11.	MgO (29%), KH₂PO₄ (55%), H₂O (16%) (MgO:P₂O₅ = 1,01)
V 12.	MgO (33%), NH₄H₂PO₄ (31%), K₂CO₃ (18%), H₂O (15%) + Borsäure (2,5%)
V 13	MgO (28%), KH₂PO₄ (55%), H₂O (16%) + Borsäure (0,3%) (MgO:P₂O₅ = 0,98)
V 14.	MgO (28%), KH₂PO₄ (55%), H₂O (16%) + Borsäure (0,5%) (MgO:P₂O₅ = 0,98)
V 15.	MgO (37%), NH₄H₂PO₄ (41%), H₂O (14%) + Borsäure (8%)
V 16.	MgO (35%), NH₄H₂PO₄ (39%), H₂O (14%) + Borsäure (1 2,5%)

V 17.	MgO (34%), NH₄H₂PO₄ (32%), K₂CO₃ (18%),H₂O (15%) + Borsäure (0,5%)
V 18.	MgO (34%), NH₄H₂PO₄ (32%), K₂CO₃ (18%), H₂O (15%) + Borsäure (1%)

Abermals wurden die Fließfähigkeiten der anfänglichen Gemische bestimmt, die Abbindungszeiten gemessen und die Druckfestigkeiten der Formkörper nach 24 h untersucht. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 4 angegeben. Tabelle 4
Bei den Vergleichsbeispielen 10, 15 und 16 entwickelten sich so große Mengen an gasförmigem Ammoniak beim Abbinden, dass sich die Festigkeitsprüflinge aus ihren Formen heraus ausdehnten.
Im Vergleichsbeispiel 12 ließ man das NH₄H₂PO₄, Wasser und K₂CO₃ mehr als 30 min wechselwirken, so dass das Entweichen des Gases vor Zugabe von MgO und Borsäure erfolgen konnte. Gas entwich jedoch dennoch während des Abbindevorgangs, wodurch die Herstellung der Prüflinge für eine Festigkeitsmessung schwierig war.
In Vergleichsbeispiel 17 wurde das K₂CO₃ auf eine Größe von weniger als 500 μm vermahlen, worauf man das NH₄H₂PO₄, Wasser und K₂CO₃ etwa 30 min wechselwirken ließ, so dass die Gasentwicklung vor Zugabe von MgO und Borsäure erfolgen konnte.
In Vergleichsbeispiel 18 wurde das K₂CO₃ im Gemischwasser gelöst, worauf man das NH₄H₂PO₄, Wasser und K₂CO₃ mehr als 30 min wechselwirken ließ, so dass das Entweichen des Gases vor Zugabe von MgO und Borsäure erfolgen konnte. Gas entwich jedoch noch während des Abbindungsprozesses, wodurch die Herstellung von Prüflingen zur Bestimmung der Festigkeit schwierig war.
Die mit dem Entweichen von gasförmigem Ammoniak verbundenen Probleme wurden bei den Vergleichsbeispielen 11, 13 und 14 vermieden, wobei akzeptable Abbindungszeiten und Druckfestigkeiten erreicht wurden.
Das erfindungsgemäße Zementbindemittel eignet sich in Mörtelrezepturen, die im Wesentlichen inerte Füllstoffe, einschließlich – ohne darauf begrenzt zu sein – Quarzsand, Flugasche der Klasse F, Talkum, Sand auf Tonbasis, Quarzstaub und Gemische hiervon enthalten.
Der inerte Füllstoff kann dem Zementbindemittel in einer Menge von etwa 60 bis etwa 85, vorzugsweise etwa 70 bis etwa 80%, bezogen auf das Gesamtgewicht des erhaltenen Mörtels, zugesetzt werden, um die erfindungsgemäße Mörtelzusammensetzung herzustellen.

Zementmörtel wurden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt und auf die anfängliche Abbindungszeit sowie auf die Druckfestigkeit nach 24 h und 7 Tagen untersucht. Die Rezepturen und Testergebnisse sind in den folgenden Beispielen und Vergleichsbeispielen 19 bis 24 angegeben. Vergleichsbeispiel 19

Reaktives Pulver (29% MgO, 60% KH₂PO₄, 11% Natriumtripolyphosphat)	553 g
Flugasche	392 g
Quarzsand	2354 g
Wasser	345 ml
MgO:P₂O₅ = 0,93
Anfängliche Verfestigungszeit: 18 min
Druckfestigkeit nach 24 h: 28,0 MPa
Druckfestigkeit nach 7 Tagen: 29,8 MPa

Beispiel 20

Reaktives Pulver (21,8% MgO, 72% KH₂PO₄, 0,9% Borsäure, 5,3% Natriumtripolyphosphat)	553 g
Flugasche	392 g
Quarzsand	2354 g
Wasser	345 ml
MgO:P₂O₅ = 0,58
Anfängliche Verfestigungszeit: 38 min
Druckfestigkeit nach 24 h: 14,2 MPa
Druckfestigkeit nach 7 Tagen: 25,5 MPa

Vergleichsbeispiel 21

Reaktives Pulver (45% MgO, 55% KH₂PO₄)	553 g
Flugasche	392 g
Quarzsand	2354 g
Wasser	345 ml
MgO:P₂O₅ = 1,57
Anfängliche Verfestigungszeit: 24 min
Druckfestigkeit nach 24 h: 21,9 MPa
Druckfestigkeit nach 7 Tagen: 22,0 MPa

Vergleichsbeispiep 122

Reaktives Pulver (45% MgO, 50% KH₂PO₄, 5% Natriumtripolyphosphat)	553 g
Flugasche	392 g
Quarzsand	2354 g
Wasser	345 ml
MgO:P₂O₅ = 1,73
Anfängliche Verfestigungszeit: 14 min
Druckfestigkeit nach 24 h: 19,2 MPa
Druckfestigkeit nach 7 Tagen: 25,1 MPa

Vergleichsbeispiel 23

Reaktives Pulver (33,2% MgO, 50% KH₂PO₄, 3,5% Borsäure, 13,3% Natriumtripolyphosphat)	553 g

Flugasche	392 g
Quarzsand	2354 g
Wasser	345 ml
MgO:P₂O₅ = 1,27
Anfängliche Verfestigungszeit: 37 min
Druckfestigkeit nach 24 h: 24,7 MPa
Druckfestigkeit nach 7 Tagen: 35,1 MPa

Beispiel 24

Reaktives Pulver (21,5% MgO, 50% KH₂PO₄, 3,5% Borsäure, 25% Natriumtripolyphosphat)

553 g

Flugasche	392 g
Quarzsand	2354 g
Wasser	345 ml
MgO:P₂O₅ = 0,82
Anfängliche Verfestigungszeit: 89 min
Druckfestigkeit nach 24 h: 4,1 MPa
Druckfestigkeit nach 7 Tagen: 14,7 MPa

Der erfindungsgemäße Mörtel liefert ähnliche Eigenschaften wie Mörtel, die durch Struvit abgebunden werden, nämlich ein rasches Abbinden, eine hohe Frühfestigkeit, eine hohe Volumenstabilität und eine ausgezeichnete Bindung an den meisten Substraten. Der erfindungsgemäße Kaliumstruvitmörtel eliminiert jedoch das Entweichen von gasförmigem Ammoniak als Reaktionsnebenprodukt, liefert ein Abbinden, das in wünschenswerter Weise langsamer, jedoch noch rasch genug abläuft, und führt zu einer geringeren Wärmeentwicklung beim Abbinden. Diese Vorteile erlauben die Verwendung des Mörtels in Innenräumen, Beschichtung mit einem Überzug und Vollenden an Ort und Stelle.
Die oben beschriebenen erfindungsgemäßen Zementzusammensetzungsgemische können in trockener Form formuliert und durch Zugabe von Wasser zum Gemisch aktiviert werden. Folglich umfasst eine derartige Zementzusammensetzungsrezeptur vorzugsweise wirksame Bestandteile, die im Wesentlichen aus i) einer Verbindung mit der Fähigkeit zur Bereitstellung von Magnesiumionen in wässriger Lösung, ii) einer Kaliumphosphatverbindung und iii) gegebenenfalls einer weiteren Phosphatquelle bestehen, wobei das Gemisch keine Ammoniak oder Ammoniumionen enthaltende Verbindung aufweist. Die aktiven Bestandteile sind vorzugsweise in Mengen von etwa 10 bis etwa 35 Teilen der Magnesiumionen liefernden Verbindung, etwa 30 bis etwa 60 Teilen der Kaliumphosphatverbindung und bis zu etwa 20 Teilen der weiteren Phosphatquelle vorhanden. Die Rezeptur kann des Weiteren einen im Wesentlichen inerten Füllstoff und gegebenenfalls einen Verzögerer umfassen.
Wie gezeigt wurde, wurde die Aufgabe der vorliegenden Erfindung gelöst. Selbstverständlich können andere aktive Bestandteile, Füllstoffe, Verzögerer, Dispergiermittel, Beschleuniger und andere Mischungsbestandteile und dgl. in den erfindungsgemäßen Zementmaterialien enthalten sein, ohne von der hier offenbarten und beschriebenen Lehre der vorliegenden Erfindung abzuweichen.

Claims

Phosphatzementbindemittel, enthaltend: (i) eine Verbindung mit der Fähigkeit zur Bereitstellung von Magnesiumionen in wässriger Lösung und (ii) eine Kaliumphosphatverbindung, wobei das Verhältnis der Verbindung mit der Fähigkeit zur Bereitstellung von Magnesiumionen ausgedrückt als Gewicht MgO zu der Kaliumphosphatverbindung ausgedrückt als Gewicht Phosphorpentoxid höchstens 0,82 beträgt und das Phosphatzementbindemittel keine Ammoniak oder Ammoniumionen enthaltende Verbindung enthält.
Phosphatzementbindemittel nach Anspruch 1, das als weiteren aktiven Bestandteil (iii) eine weitere Phosphatquelle enthält.
Phosphatzementbindemittel nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Verbindung mit der Fähigkeit zur Bereitstellung von Magnesiumionen MgO ist und die Kaliumphosphatverbindung KH₂PO₄ ist.
Phosphatzementbindemittel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, das zusätzlich inerten Füllstoff enthält.
Phosphatzementbindemittel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, das als weiteren aktiven Bestandteil (iv) einen Verzögerer enthält.
Verfahren zur Herstellung eines Phosphatzementbindemittel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, das ein Mischen der in den Ansprüchen 1 bis 5 genannten Inhaltsstoffe umfasst.
Verwendung eines Phosphatzementbindemittels nach einem der Ansprüche 4 oder 5 zusammen mit Wasser als Mörtel.
Verwendung nach Anspruch 7 als Einpressmörtel, Flick- oder Reparaturmörtel.
Verwendung nach Anspruch 8 zur Reparatur eines Risses in einer Zementstruktur.
Verwendung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei 15 bis 40 Gewichtsprozent Wasser bezogen auf die aktiven Bestandteile (i), (ii), (iii) und (iv) sowie Wasser zugesetzt werden.