JP5460700B2 - スラグサンドを含有する混合物、特に建築材料混合物 - Google Patents

Description

本発明は、バインダーとして、スラグサンド及び亜鉛塩を含有する混合物、有利には建築材料混合物、特に有利には建築材料バインダー系に関し、その際亜鉛塩は、それらの構造中で０〜８個の炭素原子を有する。さらに、本発明は、本発明による混合物を含有する目地モルタル又は被覆、及び変色の抑制のためのスラグサンドを基礎とする建築材料混合物における亜鉛塩の使用に関する。

水性アルカリ媒体中で硬化する、酸化アルミニウムと共に二酸化ケイ素を基礎とする反応性の水不溶性酸化物を基礎とする無機のバインダー系は、一般に公知である。かかるバインダー系は、ジオポリマーも挙げられ、ＥＰ ０ ０２６ ６８７、ＥＰ ０ １５３ ０９７ Ｂ１及びＷＯ ８２／００８１６に記載されている。

反応性酸化混合物として、この場合メタカオリン、スラグ、フライアッシュ、活性白土又はそれらの混合物を使用することができる。バインダーの活性化のためのアルカリ媒体は、通常、アルカリ金属カーボネート、アルカリ金属フルオリド、及び特にアルカリ金属ヒドロキシド並びに／又は可溶性ガラスの水溶液からなる。硬化されたバインダーは、この場合高い機械的及び化学的安定性を有する。セメントと比較して、これは費用がかからず、安定しており、かつ有利なＣＯ₂放出バランスを有する。

スラグサンドは、高炉過程からの反応性スラグを示す。アルカリ金属ヒドロキシド及び／又は水ガラスの水溶液と共に反応性の固体構成成分の主成分としてスラグサンドを基礎とするバインダー系は、土木建築において、充填剤（相応する粒度を有するケイ砂）と添加剤との混合によって、モルタル又はコンクリートとして使用することができる。例えば、ここで、完成した建築部材、被覆及び目地モルタルにおける使用が挙げられる。

かかるバインダー系及びモルタルは、ＤＥ ３ １３３ ５０３、ＥＰ １ ２３６ ７０２、ＥＰ １ ０８１ １１４、ＪＰ ２ ３０２ ３４６、ＪＰ ４ ０１２ ０４３及びＪＰ １１ ０７９ ８２２において記載されている。

ＥＰ １ ２３６ ７０２ Ａ１は、調整剤として潜在的水硬性バインダー、水ガラス及び金属塩を基礎とする耐薬品性のモルタルの製造のための建築材料混合物を含有する水ガラスを記載している。潜在的水硬性成分として、この場合、スラグサンドも使用されうる。金属塩として、アルカリ金属塩が挙げられ、かつ使用される。

ＥＰ ０ ４５７ ５１６ Ａ１において、アルカリ金属シリケート、例えばマイクロシリカからなる耐火性、耐水性、耐酸性のバインダーが記載されている。これらの系において、硬化促進剤として、種々の金属酸化物、酸化亜鉛も使用される。

ＣＨ ６２９ ２４６ Ａ５は、金属箔を鉱物繊維板に付着するための方法が記載されており、その際水ガラス、粘土鉱物物質、及び特にアルカリ土類金属又は亜鉛の酸化物からなる接着剤が使用される。

ＵＳ ６ ５３７ ３６６ Ｂ１において、コンクリートの着色のための組成物が記載されており、少なくとも１つのステアリン酸の誘導体、ポリマー及び顔料を含有する。ステアリン酸誘導体として、ステアリン酸亜鉛も挙げられる。前記ステアリン酸誘導体は、セメント結合コンクリートの表面上の風解の抑制のための防水剤として使用される。前記文献は、スラグサンド含有バインダー系における変色の抑制のための薬剤としての亜鉛含有化合物の効果についてふれていない。

アルカリ活性スラグサンドを基礎とする公知の建築材料混合物の場合に、前記系の硬化の場合に変色することが不利である。特に大気の酸素の侵入が妨げられる範囲で、増大させた暗い変色が見られる。前記変色は、−２の酸化状態での硫黄含有化合物によって生じると推測される。バインダー系で製造されたモルタル及びコンクリートは、従って、均一な色の外観を示さない。特に、目に見える被覆及び目地モルタルにおけるかかるバインダー系の使用の場合に、変色は認容できない結果を導きうる。

課題は、従って、混合物、有利には建築材料混合物、特に建築材料混合物のためのスラグサンドを基礎とし、適用及び硬化後に変色を示さない建築材料混合物の製造を可能にするアルカリ活性バインダーを供給することであった。

前記課題は、スラグサンドが、有利には潜在的水硬性バインダーを含有する混合物、有利には建築材料混合物として、０〜８個の炭素原子を有する少なくとも１つの亜鉛塩を含有することによって解決できる。特に有利には、その構造中に炭素原子を有さない亜鉛塩である。有利には、水性アルカリ媒体に可溶性の少なくとも１つの有機又は無機亜鉛塩、特に有利には無機亜鉛塩を含有する。

本発明による混合物は、以下で建築材料混合物又はバインダー系としても挙げられ、費用のかからない変色のないモルタル及びコンクリート、特に土木建築のための目地モルタル及び被覆が実現されうる利点を提供する。

バインダーとして、スラグサンドの他に、本発明による混合物中にさらに公知のバインダーが使用されうる。例えばカオリン、メタカオリン、スラグ、フライアッシュ、マイクロシリカ、活性白土、二酸化ケイ素、火山土、ポラゾン、ケイソウ土、ダイアトマイト、ゲーズ、酸化アルミニウム及び／又は混合させたアルミニウム／二酸化ケイ素が挙げられる。前記物質は、上位概念の潜在的水硬性バインダー及びポゾランのもとで公知でもある。メタカオリンが好ましい。有利にはフライアッシュ及び／又はマイクロシリカが好ましい。この場合、１つ以上のスラグサンドを有する公知のバインダーが使用されうる。

スラグサンドは、粒状の高炉スラグである。微粉砕された粒状のスラグサンドは、スラグサンド粉とも言われる。かかる生成物は、バインダーとして当業者に一般に公知である。スラグサンド粉は、その起源及び処理の形に応じて、粉砕粉末度及び粒度分布で変わり、その際粉砕粉末度は、スラグサンド粉の反応性に影響を与える。粉砕粉末度のための粒度として、ブレーン値を考慮する。前記スラグサンド、例えばスラグサンド粉は、一般に、アルカリ活性化によって硬化させた建築材料混合物のために公知の方法で使用される。２０００ｃｍ²／ｇより大きい、特に有利には３０００ｃｍ²／ｇより大きいブレーン値を有するスラグサンドが好ましい。特に、２０００〜１００００ｃｍ²／ｇ、特に有利には３０００〜５０００ｃｍ²／ｇのブレーン値を有するスラグサンドが挙げられる。

有利には、本発明によってＣａＯ ３０〜４５質量％、ＳｉＯ₂ ３０〜４５質量％、Ａｌ₂Ｏ₃ ５〜１５質量％、及びＭｇＯ ４〜１７質量％のスラグサンドが好ましい。

特に有利な一実施態様において、スラグサンドは、混合物中の得られたバインダーの総質量に対して、１０〜９５質量％、有利には２０〜６０質量％の量で使用されうる。有利には、スラグサンドに加えて、メタカオリン、特に有利にはフライアッシュ及び／又はマイクロシリカが使用されうる。有利にはセメントが、他の結合剤として、混合物中で使用されうる。混合物の総質量に対して、２０〜７０質量％、特に有利には３０〜６０質量％のセメントの質量分が好ましい。強アルカリセメントは、建築材料混合物の硬化のための活性成分としても作用する。

特に、従って、バインダーとして：
５〜９０質量％、有利には１０〜５０質量％、特に有利には１０〜４０質量％のスラグサンド、
１〜７０質量％、有利には５〜６５、特に有利には１０〜５０質量％のフライアッシュ及び／又はマイクロシリカ
を含有する混合物が好ましい。さらに、前記混合物は、１０〜９０質量％、有利には１０〜７０質量％、特に有利には１５〜５０質量％の、有利には活性水溶液又は特に有利には粉末状の活性剤を含有しうる。その質量データは、それぞれ混合物の総質量に基づく。

特に、従って、バインダーとして：
５〜９０質量％、有利には５〜５０質量％、特に有利には５〜４０質量％のスラグサンド、
５〜９０質量％、有利には１０〜６０質量％、特に有利には１５〜５０質量％のメタカオリン
を含有する混合物が好ましい。さらに、前記混合物は、１０〜９０質量％、有利には１０〜７０質量％、特に有利には１５〜６５質量％の、有利には活性水溶液又は特に有利には粉末状の活性剤を含有しうる。その質量データは、それぞれ混合物の総質量に基づく。

本発明による亜鉛塩として、構造中に０〜８個の炭素原子の亜鉛塩を有するという条件のもとで、混合物中で一般に公知の化合物、例えば有利にはＺｎ²⁺を基礎とする有機亜鉛塩（例えば亜鉛塩有機カルボン酸）又は無機亜鉛塩、特に有利には無機亜鉛塩、殊に水性アルカリ媒体中で可溶性である無機亜鉛塩が使用されうる。有利には、亜鉛塩、酸化亜鉛、フッ化亜鉛及び／又は硫酸亜鉛が使用される。塩化亜鉛も使用することができるが、より多い量の塩素含有率は、望ましくない。特に有利にはアルカリ水溶液によく溶ける酸化亜鉛が使用される。有利には、前記混合物中で、０．００１〜１０質量％、特に有利には０．１〜７質量％及び殊に有利には０．５〜５質量％の亜鉛塩を含有する。構成単位毎に８個より多い炭素原子を有する亜鉛塩、例えばステアリン酸亜鉛は、不利であり、おそらく疎水性構造に基づいて、建築材料混合物の強度は負の影響がある。硬化された建築材料は、多孔性であり、かつ従って耐久性がない。基本的に、前記亜鉛塩を単独又は種々の亜鉛塩の混合物で使用することができる。

本発明による亜鉛塩は、有利には、粉末状で、スラグサンド粉を含有する混合物中に混合されうる。有利には、亜鉛塩は、粉末状のスラグサンドを含有するバインダー混合物中に混合される。亜鉛塩を、溶液として、次に記載されている活性剤中で使用することもできる。バインダーと水性活性剤溶液との混合前に、この場合、有利には亜鉛塩を、水性活性剤溶液中に溶解させることができる。

亜鉛塩は、有利には、有利には９０μｍより小さいｄ₉₀値を有する粒度を有する粉砕された塩である。亜鉛塩の溶液の比率は、高くなる粉砕粉末度で増加する。

有利な一実施態様において、本発明による混合物は、スラグサンド及び、スラグサンドに加えて本発明による亜鉛塩を含有する。

さらに有利な一実施態様において、本発明による混合物は、場合によりさらにバインダーの他に、さらに活性剤を含有する。活性剤は粉末状が好ましい。この場合、それは一液系といわれ、水の添加によって硬化させることができる。前記活性剤は、バインダーの硬化プロセスの促進に役立つ。活性剤として、一般に、その目的のために、特にスラグサンドの活性化のために、公知の化合物が使用される。通常、活性剤は、粉末状のアルカリ化合物であり、又はアルカリ溶液である。前記活性剤は、溶液の形で使用されうる。この場合、通常、活性剤溶液を、スラグサンド粉の混合物と、場合によりさらにバインダーと混合し、そして硬化する。有利には、混合物は、活性剤として少なくとも１つのアルカリ金属化合物、例えばアルカリ金属シリケート、アルカリ（土類）金属カーボネート、例えば炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸リチウム、セメント、アルカリ金属塩の有機酸及び無機酸を含み、特に有利には水酸化ナトリウム、水酸化カリウム及び水酸化リチウム、並びに／又は水酸化カルシウム、水酸化マグネシウムである。続いて、水ガラス、有利には可溶性ガラス、特にアルカリ性カリウム水ガラス又はナトリウム水ガラスの使用が好ましい。この場合は、Ｎａ−、Ｋ−又はリチウム水ガラスであってよい。水ガラスの係数（ＳｉＯ₂とアルカリ金属酸化物とのＭｏｌ比）は、有利には４より小さく、有利には２より小さい。水ガラス粉末の場合、前記比は、５より小さく、有利には１〜４であり、特に有利には１〜３である。さらに有利な一実施態様において、混合物は、活性剤として少なくとも１つのアルカリ（土類）金属ヒドロキシド、アルカリ（土類）金属シリケート、アルカリ（土類）金属アルミネート、アルカリ（土類）金属カーボネート及び／又はアルカリ（土類）金属スルフェート、並びに／又は無機酸又は有機酸のアルカリ（土類）金属塩、特に水溶性の又は水に溶解するケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、ケイ酸リチウム及び／又は水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウムを含有する。すでに記載したように、活性剤は、有利には水溶液中で使用されうる。活性剤の溶液中での濃度は、一般に通常の方法で確かめられる。アルカリ活性剤溶液は、有利には、１〜７０質量％（固体）、有利には３０〜５０質量％（固体）の濃度を有する水酸化ナトリウム溶液、水酸化カリウム溶液、水酸化リチウム溶液、及び又は、ケイ酸ナトリウム溶液、ケイ酸カリウム溶液、ケイ酸リチウム溶液である。バインダー系におけるその使用量は、この場合、有利に５〜８０質量％、特に有利には２０〜６０質量％、殊に有利には３０〜５０質量％である。次の成分：
０．００１〜１０質量％、特に有利には０．１〜３質量％の本発明による亜鉛塩、
５〜５０質量％、特に有利には１０〜４０質量％のスラグサンド、
５〜５０質量％、特に有利には５〜４０質量％、殊に有利には１０〜３０質量％の活性剤、有利にはアルカリ活性剤溶液
を含有する混合物が特に有利である。その質量データは、それぞれ混合物の総質量に基づく。

場合により、０〜８０質量％、特に有利には３０〜７０質量％の充填剤、及び場合により０〜１５質量％の活性剤、有利には前記の構成成分と異なる活性剤が、混合物中に含まれうる。その質量データは、それぞれ混合物の総質量に基づく。

本発明によるバインダー系は、有利には、モルタル及びコンクリートの製造のために使用される。かかるモルタル及びコンクリートの製造のために、上記のバインダー系を、通常、他の構成成分、例えば充填剤、潜在的水硬性バインダー及び他の添加剤と混合する。粉末状の活性剤の添加を、この場合、有利には、前記構成成分を水と混合する前に実施し、そしていわゆるプレミックスモルタル（Ｗｅｒｋｔｒｏｃｋｅｎｍｏｅｒｔｅｌ）を製造する。従って、活性剤構成成分は、粉末状の形で、有利にはバインダー及び／又は砂を有する混合物として存在する。代わりに、水性、有利にはアルカリ活性剤溶液を、他の粉末状構成成分に添加する。この場合、二液系のバインダーといわれる。

充填剤として、一般に、例えば石英、石灰岩、重晶石又は粘土を基礎とする、公知の砂利、砂及び／又は粉が挙げられる。軽量充填剤、例えばパーライト、ケイソウ土（ダイアトマイト）、膨張雲母（バーミキュライト）及び発泡砂が使用されうる。モルタル又はコンクリート中の充填剤の割合は、この場合、通常、適用に応じて、モルタル又はコンクリートの総質量に対して、０〜８０質量％でありうる。

添加剤として、一般に公知の流動化剤、消泡剤、保水剤、顔料、分散剤粉末、界面活性剤、遅延剤、促進剤、複合化剤、水性分散液及びレオロジー調整剤を考慮に入れる。

本発明は、さらに、変色の抑制のためのスラグサンドを基礎とする建築材料混合物中での亜鉛塩の使用に関する。有利には、この場合、その構造中で０〜８個の炭素原子を有する亜鉛塩が使用される。

さらに、本発明は、本発明による混合物を含有する目地モルタル又は被覆に関する。

実施例：
バインダーの製造：
まず、全ての粉末状の成分を混合し、そして水と、例えば液体の活性剤構成成分を有するＭ１、Ｍ２、Ｍ１ｖ、Ｍ２ｖとを、ＤＩＮ ＥＮ １９６に依存して冷却し、均一なバインダーを得る。

試験体の製造：
撹拌させたバインダーから、ＤＩＮ ＥＮ １９６に従って、４×４×１６ｃｍのサイズを有する角柱形の試験体を製造し、そしてその基準に従って貯蔵する。続いて、変色の目視試験を実施する。

実施例の配合を、次の表でまとめる。

本発明による混合物Ｍ１及びＭ２は二液系混合物であり、Ｍ３は、挙げられたような水と混合される一液系バインダーである。Ｖで示された建築材料混合物（Ｍ１ｖからＭ３ｖ）は、亜鉛塩を含有せず、かつ比較例とみなされる。

すでに２４時間後に、目視試験が、亜鉛塩を含有する試験体Ｍ１（セメントグレー）、Ｍ２（ベージュから砂色）及びＭ３（明るいグレー）が暗色の変色を示さないことが、明らかに認められる。建築材料の色は、均一に見える。混合物Ｍ１ｖ、Ｍ２ｖ及びＭ３ｖの亜鉛塩を含有しない試験体は、反対に、本質的に暗色から濃い緑色に変色する。この変色は、混合物の撹拌後に生じ、そして強まる。暗色の変色は、２８日間の標準の貯蔵後にも保たれたままである。たいてい、変色は不均一であり、視覚的印象を特に損なう。

Claims (10)

1. バインダーとしてスラグサンド、他のバインダーとしてマイクロシリカ及び／又はメタカオリン、並びに活性剤としてアルカリ金属化合物を含有する建築材料混合物であって、該建築材料混合物が亜鉛塩を含有し、該亜鉛塩が０〜８個の炭素原子を有することを特徴とする建築材料混合物。
2. 前記建築材料混合物が、他のバインダーとしてフライアッシュを含有することを特徴とする、請求項１に記載の建築材料混合物。
3. 前記スラグサンドが、２０００ｃｍ²／ｇより大きい比表面積（ブレーン値）を有することを特徴とする、請求項１又は２に記載の建築材料混合物。
4. 前記建築材料混合物が、粉末状の活性剤を含有することを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項に記載の建築材料混合物。
5. 前記建築材料混合物が、活性剤としてアルカリ性のカリウム水ガラスを含有することを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項に記載の建築材料混合物。
6. 前記建築材料混合物が、活性剤としてアルカリ金属ヒドロキシド、アルカリ金属シリケート、アルカリ金属アルミネート、アルカリ金属カーボネート及び／又はアルカリ金属スルフェートを含有することを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項に記載の建築材料混合物。
7. 次の構成成分：
   ０．００１〜１０質量％の亜鉛塩、
   ５〜５０質量％のスラグサンド、
   ５〜５０質量％の活性剤
   を混合物中に含み、その質量データは、それぞれ混合物の総質量に基づくことを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項に記載の建築材料混合物。
8. 前記建築材料混合物が、亜鉛塩として、酸化亜鉛、フッ化亜鉛及び／又は硫酸亜鉛を含有することを特徴とする、請求項１から７までのいずれか１項に記載の建築材料混合物。
9. 変色の抑制のための請求項１から８までのいずれか１項に記載の建築材料混合物における炭素原子０〜８個を有する亜鉛塩の使用。
10. 請求項１から８までのいずれか１項に記載の建築材料混合物を含有する目地モルタル又は被覆。