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WO2010006987A1 - Silikatische baustoffmischung - Google Patents

Silikatische baustoffmischung Download PDF

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Publication number
WO2010006987A1
WO2010006987A1 PCT/EP2009/058755 EP2009058755W WO2010006987A1 WO 2010006987 A1 WO2010006987 A1 WO 2010006987A1 EP 2009058755 W EP2009058755 W EP 2009058755W WO 2010006987 A1 WO2010006987 A1 WO 2010006987A1
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WO
WIPO (PCT)
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building material
material mixture
mixture according
water glass
acid
Prior art date
Application number
PCT/EP2009/058755
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English (en)
French (fr)
Inventor
Hossein Maleki
Original Assignee
Hossein Maleki
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=41212807&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=WO2010006987(A1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Hossein Maleki filed Critical Hossein Maleki
Publication of WO2010006987A1 publication Critical patent/WO2010006987A1/de

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    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
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    • C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/24—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing alkyl, ammonium or metal silicates; containing silica sols
    • C04B28/26—Silicates of the alkali metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete

Definitions

  • the present invention relates to a silicate building material mixture.
  • the present invention relates to a building material mixture that can be used as a water-resistant and chemical-resistant replacement for conventional cement and epoxy resins.
  • cement is a hydraulic binder for substances such as mortar and concrete. After mixing with water, cement cures automatically to a building material as a result of a chemical reaction with the water and remains solid and stable even after hardening.
  • the requirements for a building material are also growing.
  • the building material is also inert to a variety of chemical substances, i. is not attacked or decomposed by various chemicals that may be exposed to a building material, and thus the structure is maintained even after exposure to chemically aggressive substances.
  • the mortars produced with the above-mentioned mixtures have the disadvantage that they often require a long curing time until they have reached their final strength, thereby easily cracking in the surface of the mortar sets and they also not against increased water pressures stable or even impermeable to water.
  • the present invention relates to a building material mixture comprising at least one water glass powder, at least one water glass hardener and at least one latently hydraulic or pozzolanic binder, or Contains alumina cement and further has a content of a complexing agent for calcium ions.
  • ions can be complexed which adversely affect the reaction to harden the waterglass powder.
  • An example of this is calcium ions, which react extremely rapidly with waterglass in a competing reaction to the desired curing reaction.
  • curing can be better controlled because interfering ions, even if present in a previously unknown amount, are trapped by the complexing agent.
  • a Baustof ⁇ mischung is provided, the 4 to 25 wt .-% of at least one water glass powder, 0.2 to 10 wt .-% of at least one Wasserglashärters, 10 to 70 wt .-% of at least one latent hydraulic or pozzolanic Binder, and 0.05 to 0.8 wt .-% of a complexing agent.
  • the term% by weight always refers herein, unless otherwise stated, to the total weight of the building material mixture in the dry state, i. before adding a mixing liquid. The percentages by weight of all components of a building material mixture add up to 100% by weight.
  • the water glass powder used in the present invention may be water-soluble alkali silicates. These are glassy, non-crystalline compounds with the composition M 2 O • n SiO 2 with n between 1 and 4.
  • n denotes the modulus of the water glass powder, ie the molar ratio of the silicon dioxide SiO 2 to the alkali oxide of the water glass powder.
  • M is an alkali metal, preferably lithium (Li), sodium (Na) or potassium (K), ie lithium water glass, sodium water glass or potassium water glass.
  • potassium water glass powder is preferred here, with potassium water glass powder being most preferred.
  • water glass magnesium MgO ⁇ n SiO 2
  • mixtures of any kind of different water glasses may also be used, for example lithium water glass with sodium and / or potassium water glass, or also magnesium water glass with sodium and / or potassium water glass, the bulk (more than 50% or more than 80% of the water glass content) always potassium and / or sodium water glass.
  • the modulus of the water glass powder is in a range of 1.5 to 4, preferably in the range of 1.5 to 3.5, more preferably in the range of 1.7 to 2.5.
  • the waterglass powder is in the building material mixture, independently of the other components, preferably in a range of 4 to 25 wt .-%, more preferably in a range of 5 to 20 wt .-%, and most preferably in a range of 7.5 to 18 % By weight used. Further preferred ranges for the amount of water glass powder are at least 10% by weight, more preferably in the range of 10 to 20% by weight, more preferably 12 to 20% by weight, and most preferably 15 to 18% by weight.
  • the building material mixture is a purely silicate building material mixture with respect to the hardening material, ie that it contains no cement or substantially no cement in addition to the water glass powder.
  • the cement content of the building material mixture is less than 1 wt .-%, more preferably less than 0.5 wt .-% or in the range of 0.1 to 0.5 wt .-%, even more preferably less than 0.1 wt %, and most preferably, the building material mixture is substantially free of cement.
  • a cement is to be understood as meaning a siliceous calcium which forms a calcium silicate hydrate phase (CSH phase) after being mixed with water and thus belongs to the group of hydraulic binders. In contrast, latent hydraulic binders do not fall under the concept of cement.
  • a mixture of building materials is understood to mean a mixture of different substances which can be mixed with a solvent.
  • the mixed with a solvent building material mixture is referred to in this application as a mortar, regardless of whether it is a building material mixture according to the invention or a building material mixture from the prior art.
  • the cured product of the mortar is referred to as a building material.
  • the water glass hardener is used in an amount of from 0.2 to 10% by weight, more preferably in an amount of from 2 to 10% by weight, still more preferably in an amount of from 4 to 10% by weight, and most preferably in in an amount of 4.5 to 10 wt .-% added.
  • the rate of curing of the mortar can be controlled in a targeted manner. Since the mortar on the basis of the present building material mixture essentially hardens by the additions of Wasserglashmaschineters and is not disturbed by unwanted side reactions due to the presence of complexing agent, the amount of
  • Wasserglashmaschineter on the given conditions such as temperature or humidity
  • Disturbing side reactions can occur, for example, due to the presence of cement, which can also have a disturbing effect as the remainder.
  • a mortar can be provided which cures at temperatures just above the freezing point, such as temperatures in the range of 0 to 10 0 C, for example, within a day.
  • a silicic acid eg H 2 SiO 3
  • the acidic water glass hardeners such as phosphoric acid or aluminum oxide, which condenses with additional silica to form a silicate lattice.
  • Water itself does not participate in the curing reaction. It is used only as a solvent or Aufschlämmraittel. Therefore, the present mixture can be used even at elevated temperatures, as more water evaporates from the mixed building material mixture, since the curing is not dependent on water. In some cases, it can even be considered an advantage if the water vaporizes faster, as this faster water resistance, sealing and curing can be achieved.
  • the water glass hardener is an organic acid such as glycolic acid, ascorbic acid, tartaric acid, succinic acid and / or citric acid.
  • organic acid such as glycolic acid, ascorbic acid, tartaric acid, succinic acid and / or citric acid.
  • inorganic compounds in particular inorganic acids, may also be used, preferably silica, boric acid, magnesium silicofluoride, sodium trichloroacetate, a phosphate or polyphosphate salt, such as an aluminum phosphate or polyphosphate, zinc hexafluorosilicate, magnesium hexafluorosilicate and / or sodium hexafluorosilicate.
  • mixtures of different water glass hardeners are possible.
  • Particularly preferred is a mixture of an aluminum phosphate in an amount of 2-10 wt .-%, preferably 2-6 wt .-%, and ascorbic acid.
  • the building material mixture contains as a hardener 0.2 to 2 wt .-% glycolic acid and / or 0.2 to 2 wt .-% ascorbic acid and / or 0.2 to 2 wt .-% sodium trichloroacetate and / or 2 to 10 wt .-% of a phosphate, preferably 2 to 8 wt .-% aluminum phosphates or aluminum polyphosphates.
  • the curing rate can be adjusted by the acid content and the strength of the acid. Strong acids can accelerate the curing and weak acids lead to a longer curing time.
  • the building material mixture according to the invention comprises at least one latently hydraulic or pozzolanic binder, or aluminate cement.
  • latent hydraulic as well as pozzolanic binders as well as aluminate cement and mixtures thereof.
  • the hydraulic and / or pozzolanic binders are preferably added in total in a range of 10 to 70% by weight, more preferably in a range of 20 to 50% by weight.
  • the latent hydraulic or pozzolanic binder is preferably selected from the group consisting of granulated blastfurnace, fly ash, trass flour, clay, oil shale, microsilica and kaolin. It is possible that only one of the hydraulic binder is present, or a mixture of several latent hydraulic binder, which in sum give the above-specified quantitative ranges, optionally together with one or more pozzolanic binders.
  • a latent hydraulic binder is understood in this context to mean a binder which does not cure solely by the addition of water as make-up liquid, but other substances for starting the curing, such as CO 2 from the air or a hardening agent present in the mixture, for example alkaline Additives such as KOH or NaOH needed.
  • the latent hydraulic binder is a cementless binder, ie cement is not considered a latent hydraulic binder.
  • Pozzolanic binders also bind in the presence of water. Often there is no clear separation between latent hydraulic and pozzolanic binders. In the present invention, a strict distinction is not necessary since both substances can be used alternatively or together. Therefore, substances such as fly ash, trass flour or microsilica, also referred to as silicate dust, as well as other substances, may also be considered as pozzolanic binders. As a pozzolanic binder, pozzolanic fly ash is preferably used.
  • microsilica is preferably used in an amount of 1 to 30% by weight of the building material mixture, i.
  • at least one further latently hydraulic or pozzolanic binder is preferably used in the building material mixture.
  • Slag sand is particularly preferably used in the present building material mixture as a binder. More preferably, a mixture of granulated blastfurnace and pozzolanic fly ash is used with a proportion of 20 to 70 wt .-% of the total mixture. However, it can also be used Aluminatzement.
  • aluminate cement is understood to mean a high-alumina cement which is usually obtained from the constituents lime and bauxite.
  • the aluminate cement is particularly preferably added in an amount of 3 to 10 wt .-%. It is believed that the aluminate cement with the silicate binder forms an aluminosilicate hydrate (AHS). By the use of aluminate cement, a good water resistance, especially at an early stage, can be achieved.
  • AHS aluminosilicate hydrate
  • An essential component of the building material mixture of the present invention is a complexing agent.
  • Complexing agents are substances which, together with metal ions, in particular with polyvalent metal ions, form a metal complex and thus complex the metal ions. Therefore, complexing agents are also referred to as complexing agents.
  • Particularly preferred complexing agents are chelating agents, since these usually form more stable complexes.
  • present calcium ions can be complexed by complexing agent, and thus be removed from the equilibrium.
  • complexing agent which are in particular capable of complexing calcium ions, can be used.
  • complexing agents include ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), hexametaphosphonate, oxalate, citrate, an iminodisuccinate salt, and zeolites. It is also possible, however, others
  • the complexing agent is usually below 1% by weight, preferably in an amount of from 0.05 to 0.8% by weight, more preferably in an amount of from 0.1 to 0.7% by weight, and most preferably in one Amount of 0.4 to 0.6 wt .-% before. Contents of more than 1 wt .-% may optionally be applicable if particularly high calcium ion content in the application of the building material mixture must be expected, for example when using very hard water.
  • the adverse effect of calcium ions in the building material mixture can be prevented.
  • a complexing agent to the building material mixture of the present invention, the adverse effect of calcium ions in the building material mixture, as they can occur for example by contamination by cement (eg by contaminated mixing containers on the site) can be prevented.
  • the use of phosphates as Wasserglashmaschineter previously often led to blooming and thus not homogeneous products.
  • the building material mixtures of the invention can be in a wide Temperature range and lead to highly chemical-resistant products, which are also water-impermeable even for pressurized water up to 5 bar.
  • water glass powder In addition to the four compulsory ingredients water glass powder, water glass hardener, latent hydraulic binder and complexing agent may optionally contain other substances. Such materials include fillers and additives.
  • the filler used is preferably inorganic fillers.
  • quartz sand including quartz, mica, kaolin, Al 2 O 3 , Al (OH) 3 , compounds of Ca-Mg-Al and / or Ca-Mg-Si, barite and fluorspar, and mixtures thereof. Preference is given to using Al (OH) 3 .
  • the quartz sand preferably has a fineness of 100 to 1000 microns, the quartz powder a fineness of 2 to 200 microns. Mixtures of fillers are referred to in the context of this invention as a filler. According to a preferred embodiment of the present invention 35 to 65 wt .-%, more preferably 40 to 60 wt .-% of the inorganic filler are present in the building material mixture.
  • At least one additive is present, selected from the group consisting of water repellents, flow agents, defoamers, curing accelerators, hardening retardants, water retention agents and thixotropic agents.
  • the additive is at least one alkali or alkaline earth metal salt.
  • Alkali or alkaline earth metal salt selected from the group consisting of lithium hydroxide, lithium carbonate, lithium sulfate, sodium hydroxide, sodium carbonate, sodium sulfate, potassium hydroxide, potassium carbonate, potassium sulfate, lithium silicate and magnesium silicate.
  • the abovementioned alkali metal or alkaline earth metal salts are preferably present in each case in a proportion of from 0.1 to 2% by weight.
  • lithium carbonate and / or sodium sulfate, in particular in each case in an amount of 0.1 to 1.5 wt .-%, preferably 0.1 to 1 wt .-%.
  • lithium carbonate can act as a retarder of the curing reaction.
  • An optional water retention agent may preferably be selected from the group consisting of methylcellulose, hydroxyethylcellulose and higher alcohols, especially neopentyl glycol.
  • thixotropic agents fumed silica and / or bentonites may be mentioned.
  • Hydrophobing agents can be taken, for example, from the group consisting of silicone powder, stearin powder, stearate and oleate.
  • At least one color pigment is added to the building material mixture.
  • the building material blending can be imparted coloring properties that can pass these on the final products, such as mortar.
  • inorganic color pigments are used, in particular based on iron oxide and / or titanium dioxide.
  • Such color pigments are preferably used in an amount of up to 10% by weight, e.g. 0.3 to 5 wt .-%, more preferably in an amount of 0.3 to 4 wt .-% added.
  • a building material can be provided which is acid and alkali stable in wide pH ranges.
  • the building material is stable and impermeable to water even under elevated pressure and does not tend to crack.
  • the structure of the building materials of the present invention is due to the formation of more SiCV bonds and a SiO 2 lattice in the form of a densest packing significantly denser than previous CSH phases of cement.
  • the building material mixture is provided as a dry mixture.
  • This dry mixture can then be mixed with a mixing liquid, preferably with water.
  • a mortar is obtained, which can be used as tile adhesive, grout, joint filler, spatula product, floor coating, preferably industrial floor coating, self-leveling compound, leveling compound, one-component silicate plaster, one-component silicate paint or coating agent.
  • the term "mortar” therefore also encompasses these terms and materials
  • the processing of the mortar may be carried out in a conventional manner, for example by brushing, slurrying, trowelling, coating and the like.
  • Dispersions based on pure acrylate, styrene acrylate, vinyl acetate ethylene, styrene butadiene and combinations thereof can also be added to the building material mixture. Dispersions based on styrene acrylate or styrene butadiene are preferably used.
  • a second aspect of the present invention relates to the use of
  • Building material mixture for producing a mortar for lining pipes or for producing full pipes, or for producing a one-component silicate coating agent is provided.
  • the building materials of the present invention are extremely dense and resistant, especially to acids. But even salts can not attack the cured Baustof ⁇ rnischung.
  • the building materials can therefore also be used as corrosion protection.
  • the epoxy resins previously used as cement substitutes usually can not have such a resistance.
  • the building material is UV-resistant, in contrast to epoxy resins, which are also often harmful to health.
  • the building material mixture Compared with conventional cement, the building material mixture has the advantage that it is not subject to labeling and no or very little CO 2 is produced for the production.
  • the latent hydraulic or pozzolanic binders used are often industrial waste.
  • the building materials mixture is also environmentally friendly in this regard, since it can contribute to the recycling of waste products.
  • a mortar of the building material mixture according to the invention also has a very good adhesion, especially on smooth or glazed substrates.
  • it is also suitable for coating metals or other surfaces, for example to protect them against acid attacks and to serve as corrosion protection.
  • the building materials are also suitable for applications in the drinking water sector, for example, pipes can be lined with them, as can pipelines in installations, e.g. the chemical industry, where high chemical resistance is beneficial.
  • any pipes can be lined with the mortar, such as steel pipes, cement pipes or plastic pipes. By lining the pipes they are resistant to chemicals and pressure.
  • tubes completely from the material according to the invention i. Full pipes from the hardened mortar.
  • Corresponding tubes are also the subject of the present invention.
  • the pipes are suitable for water, especially drinking water, at different temperatures and pressures.
  • the pipes can also be used for wastewaters, such as customary household wastewaters, industrial wastewater, manure, etc.
  • wastewaters such as customary household wastewaters, industrial wastewater, manure, etc.
  • the pipes are not attacked by aggressive wastewater with chemicals such as acids or alkalis.
  • the building material is also suitable for use as an industrial floor and for protecting mineral surfaces from chemicals. In addition, a high abrasion resistance is achieved. Therefore, the building material is particularly suitable for floor coverings in industrial plants, garages, car parks, etc. Also as corrosion protection, the building material can be used.
  • the building material mixture can be easily used without adaptation in warmer areas.
  • the building material mixture can be adjusted by adjusting the hardener for colder areas, where usually the curing takes a longer period of time.
  • the mixtures prepared according to the above proportions are mixed with water and can be easily processed into a mortar.
  • Pipe liners made therefrom with a wall thickness of 0.5-1.5 cm or 5-15 mm show, according to DIN-EN 18195, a tightness against water pressure of 5 bar, whereas conventional sealing slurries only show a tightness of usually up to 2 bar.
  • Even against negative pressure, ie against pressure of water, for example, from the ground, the mortar thus prepared are up to -5 bar dense, whereas conventional materials are already at - 0.3 bar negative pressure leaking.
  • the temperature resistance of the components produced from the abovementioned building material mixtures is in each case about 700.degree.
  • a mixture made of 1 mortar has at 2O 0 C, a processing time of 20 minutes, whereas a mortar made of mixture 2 will remain about 3 hours to process.
  • the mortar of mixture 1 is particularly suitable for processing at low temperatures.
  • the mortar from mixture 1 still has only a processing time of less than 5 minutes and is thus difficult to process at these temperatures.
  • a mortar of mixture 2 at 40 0 C has a processing time of 80 minutes and thus can be easily processed even at these elevated temperatures.
  • the different processing time at different temperatures depends on the choice of hardener.
  • the hardener used is preferably an acid.
  • a mortar with a stronger acid as a hardener can be processed even at lower temperatures within a reasonable time, ie it hardens in a reasonable time. Prolonged curing time or processability at higher temperatures may therefore result in the use of weaker acids be achieved. Curing can be accelerated with a stronger acid and delayed with a weaker acid.
  • the curing can be delayed by other additives.
  • lithium carbonate acts as a retarder, since initially lithium water glass is formed.
  • the cured mortars of blends 1 and 2 can be exposed to different chemicals to check the resistance of finished products to chemicals.
  • the cylinder samples of the hardened mortar (25x25x25 mm analogous to DIN EN 12808 Part 1) can be exposed after seven days of curing of a hydrochloric acid with different concentrations of 5 wt .-% to concentrated hydrochloric acid. Both after four and after 13 days of storage in the hydrochloric acid, no change can be detected on the cylinder samples. Both optically and mechanically, checked by
  • the chemical resistance tests can be repeated both with sulfuric acid in the concentration range from 5% by weight to concentrated sulfuric acid, and with sodium hydroxide solution in the concentration range from 2% by weight to 50% by weight. Again, there is no visual or mechanical significant change in the samples.
  • the mortars of the present invention are therefore excellent for
  • Another advantage of the mortars of the present invention is the high hardness of the cured materials. In particular, at elevated temperatures, an improved hardness can be determined.
  • prisms of 4x4x16 cm according to EN 196-1 can be produced. These can be stored for seven days at 500 0 C.
  • a reference sample may be stored at 25 ° C for the same period. After seven days, the reference sample shows a measured according to DIN EN 12808-3 compressive strength of 22.5 N / mm 2, wherein said stored at 500 0 C sample has a compressive strength of 31 8 N / mm 2.
  • the mortar of the present invention can be advantageously used for the lining of chimneys and exhaust pipes, since they can be used immediately after the lining, and thereby even the strength of the lining is increased.
  • a heat stress-free time is required so that the cement mortar can cure without cracking.
  • the building materials of the present invention can more easily form an advantageous silicate lattice with Si-O-Si bonds at elevated temperatures. As a result, the load capacity of the cured mortar is further increased.
  • the building material blends of the present invention have significant advantages over the prior art, such as adaptable processing time depending on the environment and high pressure or chemical resistance.

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Abstract

Baustoffmischung enthaltend mindestens ein Wasserglaspulver, mindestens einen Wasserglashärter, mindestens ein latent hydraulisches und/oder puzzolanisches Bindemittel, gekennzeichne durch einen Gehalt eines Komplexierungsmittels.

Description

Silikatische Baustoffinischung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine silikatische Baustoffinischung. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Baustoffmischung, die als wasserfester und chemikalienbeständiger Ersatz für herkömmlichen Zement und Epoxidharze verwendet werden kann.
Herkömmliche Zemente, wie beispielsweise Portlandzement, werden weit verbreitet in der Bauindustrie verwendet. Dabei stellt Zement ein hydraulisches Bindemittel für Stoffe wie Mörtel und Beton dar. Nach Anrühren mit Wasser härtet Zement infolge einer chemischen Reaktion mit dem Wasser selbständig zu einem Baustoff aus und bleibt auch nach dem Erhärten fest und raumbeständig.
Mit immer anspruchsvolleren Bauvorhaben wachsen auch die Anforderungen an einen Baustoff. Es ist jedoch zunehmend wünschenswert, dass der Baustoff auch gegenüber einer Vielzahl von chemischen Substanzen inert ist, d.h. von diversen Chemikalien, denen ein Baustoff ausgesetzt sein kann, nicht angegriffen oder zersetzt wird, und somit die Struktur auch nach Aussetzen gegenüber chemisch aggressiven Substanzen beibehalten wird.
Aus den Schriften EP 1 081 114 Al und EP 1 236 702 Al sind Baustoffmischungen für chemikalienbeständige Mörtel bekannt. Gemäß beiden Schriften wird dort neben einem herkömmlichen Zement zusätzlich Wasserglaspulver zugesetzt, um eine höhere Chemikalienbeständigkeit zu erreichen. Diese Mischungen besitzen jedoch den Nachteil, dass sie, wie herkömmlicher Zement, lediglich in einem engen Temperaturbereich von etwa 10 bis 3O0C verarbeitet werden können. Die Verarbeitung bei niedrigeren Temperaturen, beispielsweise Temperaturen knapp oberhalb des Gefrierpunktes, oder bei erhöhten Temperaturen, beispielsweise oberhalb von 300C, ist mit derartigen Mischungen sehr erschwert oder teilweise unmöglich. Die Beständigkeit der ausgehärteten Materialien ist ebenfalls beschränkt. Darüber hinaus sind die in den oben genannten Schriften offenbarten Baustoffmischungen oft empfindlich gegenüber zusätzlichem Eintrag von herkömm- lichem Zement, wie er beispielsweise in den Anmachgefäßen als verbleibender Rest vorkommen kann. Schließlich besitzen die mit den oben genannten Mischungen hergestellten Mörtel den Nachteil, dass diese häufig eine lange Aushärtezeit benötigen, bis sie ihre endgültige Belastbarkeit erreicht haben, dabei leicht eine Rissbildung in der Oberfläche der Mörtel einsetzt und sie zudem nicht gegenüber erhöhten Wasserdrücken stabil bzw. sogar wasserundurchlässig sind.
Alle oben genannten Baustoffmischungen reagieren hydraulisch, d.h., sie binden mit Wasser ab. Bei der Verarbeitung solcher Baustoffmischungen bei erhöhten Temperaturen verdampft das für die Verarbeitung und das Abbinden verwendete Wasser jedoch sehr leicht. Dadurch wird der aushärtenden Mischung das als Reaktionspartner essentielle Wasser entzogen, das somit der Reaktion nicht mehr in ausreichender Menge zur Verfügung steht. Die Folgen sind zum Beispiel Rissbildung, eine schlechte Kratzhärte und eine schlechte Haftung am Untergrund. Diese Nachteile können durch eine schnelle Verarbeitung oder einen erhöhten
Wassereintrag lediglich teilweise ausgeglichen werden. Oft werden dadurch jedoch andere Nachteile hervorgerufen.
Es besteht daher ein Bedarf an einem leicht zu verarbeitenden, in einem weiten Temperaturbereich einsatzfähigen, schnell härtenden, wasser- und chemikalienbeständigen Mörtel auf Grundlage einer Baustoffmischung, der bereits kurz nach seiner Verarbeitung voll belastbar ist.
Diese und weitere Aufgaben werden durch eine Baustoffmischung gemäß Anspruch 1 und die Verwendung der Baustoffmischung gemäß den Ansprüchen 17 und 18 gelöst.
In einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine Baustoffmischung, die mindestens ein Wasserglaspulver, mindestens einen Wasserglashärter und mindestens ein latent hydraulisches oder puzzolanisches Bindemittel, oder Aluminatzement enthält und ferner einen Gehalt eines Komplexierungsmittels für Calciumionen besitzt.
Durch die Zugabe eines Komplexierungsmittels zu der Wasserglasmischung können Ionen komplexiert werden, welche die Reaktion zum Aushärten des Wasserglaspulvers nachteilig beeinflussen. Ein Beispiel hierfür sind Calciumionen, die äußerst schnell mit Wasserglas in einer Konkurrenzreaktion zur gewünschten Aushärtereaktion reagieren. Durch die Zugabe eines Komplexierungsmittels lässt sich somit die Aushärtung besser kontrollieren, da störende Ionen, selbst wenn sie in zuvor unbekannter Menge vorliegen, durch das Komplexierungsmittel abgefangen werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Baustofϊmischung bereitgestellt, die 4 bis 25 Gew.-% mindestens eines Wasserglaspulvers, 0,2 bis 10 Gew.-% mindestens eines Wasserglashärters, 10 bis 70 Gew.-% mindestens eines latent hydraulischen oder puzzolanischen Bindemittels, sowie 0,05 bis 0,8 Gew.-% eines Komplexbildners enthält.
Die Angabe Gew.-% bezieht sich hierin stets, sofern nicht explizit anderes angegeben, auf das Gesamtgewicht der Baustoffmischung in trockenem Zustand, d.h. vor Zugabe einer Anmachflüssigkeit. Die Gew. -%- Angaben aller Komponenten einer Baustoffmischung addieren sich zu 100 Gew.-%.
Bei dem Wasserglaspulver, das in der vorliegenden Erfindung Verwendung findet, kann es sich um wasserlösliche Alkalisilikate handeln. Dies sind glasartige, nicht kristalline Verbindungen mit der Zusammensetzung M2O • n SiO2 mit n zwischen 1 und 4. Dabei bezeichnet n das Modul des Wasserglaspulvers, d.h. das Molverhältnis des Siliziumdioxides SiO2 zu dem Alkalioxid des Wasserglaspulvers. Da es sich bei Wasserglaspulver um Alkalisilikate handelt, steht M für ein Alkalimetall, bevorzugt für Lithium (Li), Natrium (Na) oder Kalium (K), d.h. Lithiumwasserglas, Natriumwasserglas oder Kaliumwasserglas. Natrium- und Kaliumwasserglaspulver - A -
sind hier bevorzugt, wobei Kaliumwasserglaspulver am bevorzugtesten ist. Neben den Alkaliwassergläsern ist es jedoch auch möglich, Magnesiumwasserglas (MgO ■ n SiO2) oder beliebige Mischung der genannten Wassergläser zu verwenden. Mischungen beliebiger Art von verschiedenen Wassergläsern können gegebenenfalls auch verwendet werden, beispielsweise Lithium Wasserglas mit Natrium- und/oder Kaliumwasserglas, oder auch Magnesiumwasserglas mit Natrium- und/oder Kaliumwasserglas, wobei die Hauptmenge (mehr als 50% oder mehr als 80% des Wasserglasgehalts) stets Kalium- und/oder Natriumwasserglas sind.
Das Modul des Wasserglaspulvers liegt in einem Bereich von 1 ,5 bis 4, bevorzugt im Bereich von 1,5 bis 3,5, weiter bevorzugt im Bereich von 1,7 bis 2,5.
Das Wasserglaspulver wird in der Baustoffmischung unabhängig von den anderen Komponenten bevorzugt in einem Bereich von 4 bis 25 Gew.-%, weiter bevorzugt in einem Bereich von 5 bis 20 Gew.-%, und am bevorzugtesten in einem Bereich von 7,5 bis 18 Gew.-% eingesetzt. Weitere bevorzugte Bereiche für die Menge an Wasserglaspulver sind mindestens 10 Gew.-%, bevorzugter im Bereich von 10 bis 20 Gew.-%, weiter bevorzugt von 12 bis 20 Gew.-% und am bevorzugtesten von 15 bis l8 Gew.-%.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es besonders vorteilhaft, wenn die Baustoffmischung bezüglich des aushärtenden Materials eine rein silikatische Baustoffinischung ist, d.h. neben dem Wasserglaspulver keinen oder im Wesentlichen keinen Zement enthält. Bevorzugt ist der Zementgehalt der Baustoffinischung geringer als 1 Gew.-%, weiter bevorzugt geringer als 0,5 Gew.-% oder im Bereich von 0,1 bis 0,5 Gew.-%, noch weiter bevorzugt geringer als 0,1 Gew.-% und am bevorzugtesten ist die Baustoffmischung im Wesentlichen frei von Zement. Im Allgemeinen soll hier unter einem Zement ein kieselsaures Calcium verstanden werden, das nach Versetzen mit Wasser eine Calciumsilicathydrat-Phase (CSH- Phase) ausbildet und somit zu der Gruppe der hydraulischen Bindemittel gehört. Latent hydraulische Bindemittel fallen im Gegensatz dazu nicht unter den Begriff des Zements.
Unter einer Baustoffmischung wird im Rahmen dieser Anmeldung eine Mischung verschiedener Stoffe verstanden, die mit einem Lösungsmittel angerührt werden kann. Die mit einem Lösungsmittel angerührte Baustoffmischung wird in dieser Anmeldung als Mörtel bezeichnet, unabhängig davon, ob es sich um eine erfindungsgemäße Baustoffmischung oder eine Baustoffmischung aus dem Stand der Technik handelt. Schließlich wird das ausgehärtete Produkt des Mörtels als Baustoff bezeichnet.
Zum Aushärten des Wasserglaspulvers wird der Baustoffmischung mindestens ein Wasserglashärter zugegeben. Bevorzugt wird der Wasserglashärter in einer Menge von 0,2 bis 10 Gew.-%, weiter bevorzugt in einer Menge von 2 bis 10 Gew.-%, noch weiter bevorzugt in einer Menge von 4 bis 10 Gew.-% und am bevorzugtesten in einer Menge von 4,5 bis 10 Gew.-% zugegeben.
Durch die zugegebene Menge an Wasserglashärter kann die Geschwindigkeit des Aushärtens des Mörtels gezielt gesteuert werden. Da der Mörtel auf Grundlage der vorliegende Baustoffmischung im Wesentlichen durch die Zugaben des Wasserglashärters aushärtet und aufgrund der Präsenz von Komplexierungsmitteln nicht durch unerwünschte Nebenreaktionen gestört wird, kann die Menge an
Wasserglashärter auf die gegebenen Bedingungen, wie beispielsweise Temperatur oder Feuchtigkeit, eingestellt werden. Störende Nebenreaktionen können beispielsweise durch das Vorliegen von Zement auftreten, der auch als Rest störend wirken kann. Somit ist es beispielsweise möglich, durch die Zugabe eines höheren Gehaltes an Wasserglashärter eine Baustoffmischung bereitzustellen, deren Mörtel auch noch bei geringeren Temperaturen innerhalb einer akzeptablen Zeit aushärten kann. Beispielsweise kann somit ein Mörtel bereit gestellt werden, der bei Temperaturen knapp oberhalb des Gefrierpunktes, wie Temperaturen im Bereich von 0 bis 100C, beispielsweise innerhalb eines Tages aushärtet.
Durch das Eliminieren unerwünschter Nebenreaktionen ist es damit möglich, die gewünschte Aushärtungsreaktion durch Zugabe der Menge an Wasserglashärtungsmittel verlässlich und gezielt zu steuern. Ohne auf einen Mechanismus des Aushärtens festgelegt sein zu wollen, wird angenommen, dass durch die sauer reagierenden Wasserglashärter, wie beispielsweise Phosphorsäure oder Aluminiumoxid, aus dem Wasserglas eine Kieselsäure (z.B. H2SiO3) entsteht, die mit weiterer Kieselsäure zu einem Silikatgitter kondensiert.
Wasser selbst nimmt an der Aushärtungsreaktion nicht teil. Es wird lediglich als Löse- bzw. Aufschlämmraittel verwendet. Daher kann die vorliegende Mischung auch bei erhöhten Temperaturen verwendet werden, wenn vermehrt Wasser aus der angerührten Baustoffmischung verdampft, da das Aushärten nicht von Wasser abhängig ist. Teilweise kann es sogar als Vorteil angesehen werden, wenn das Wasser schneller verdampft, da dadurch eine schnellere Wasserbeständigkeit, Abdichtung und Durchhärtung erzielt werden kann.
Als Wasserglashärter kann jede beliebige Verbindung verwendet werden, die dem Fachmann als Wasserglashärter bekannt ist. Bevorzugt ist der Wasserglashärter eine organische Säure, wie beispielsweise Glykolsäure, Ascorbinsäure, Weinsäure, Bernsteinsäure und/oder Zitronensäure. Aber auch anorganische Verbindungen, insbesondere anorganische Säuren, können verwendet werden, bevorzugt Kieselsäure, Borsäure, Magnesiumsilicofluorid, Natriumtrichloracetat, ein Phosphatoder Polyphosphatsalz {Phosphathärter), wie beispielsweise ein Aluminiumphosphat oder -polyphosphat, Zinkhexafluorosilikat, Magnesiumhexafluorosilikat und/oder Natriumhexafluorosilikat. Auch Mischungen verschiedener Wasserglashärter, insbesondere der oben genannten Verbindungen, sind möglich. Besonders bevorzugt ist eine Mischung aus einem Aluminiumphosphat in einer Menge von 2-10 Gew.-%, vorzugsweise 2-6 Gew.-%, und Ascorbinsäure.
Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung enthält die Baustoffmischung als Härter 0,2 bis 2 Gew.-% Glykolsäure und/oder 0,2 bis 2 Gew.-% Ascorbinsäure und/oder 0,2 bis 2 Gew.-% Natriumtrichloracetat und/oder 2 bis 10 Gew.-% eines Phosphathärters, vorzugsweise 2 bis 8 Gew.-% Aluminiumphosphate bzw. Aluminiumpolyphosphate.
Die Aushärtegeschwindigkeit kann über den Säureanteil und die Stärke der Säure eingestellt werden. Dabei können starke Säuren die Aushärtung beschleunigen und schwache Säuren zu einer längeren Aushärtung führen.
Als einen der Hauptbestandteile enthält die erfindungsgemäße Baustoffmischung mindestens ein latent hydraulisches oder puzzolanisches Bindemittel, oder Aluminatzement. Es können auch sowohl latent hydraulische als auch puzzolanische Bindemittel als auch Aluminatzement und deren Mischungen vorliegen. Die hydraulischen und/oder puzzolanischen Bindemittel werden bevorzugt insgesamt in einem Bereich von 10 bis 70 Gew.-%, weiter bevorzugt in einem Bereich von 20 bis 50 Gew.-% zugegeben.
Das latent hydraulische oder puzzolanische Bindemittel wird bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Hüttensand, Flugasche, Trassmehl, Ziegelmehl, Ölschiefer, Mikrosilika und Kaolin. Es ist dabei möglich, dass lediglich eines der hydraulischen Bindemittel vorliegt, oder eine Mischung mehrerer latent hydraulischer Bindemittel, die in der Summe die oben angegebenen Mengenbereiche ergeben, gegebenenfalls zusammen mit einem oder mehreren puzzolanischen Bindemitteln. AIs latent hydraulisches Bindemittel wird in diesem Zusammenhang ein Bindemittel verstanden, das allein durch die Zugabe von Wasser als Anmachflüssigkeit nicht aushärtet, sondern weitere Stoffe für das Starten der Aushärtung, wie beispielsweise CO2 aus der Luft oder ein in der Mischung vorhandene Härtungsmittel, beispielsweise alkalische Zusatzstoffe, wie KOH oder NaOH, benötigt. Das latent hydraulische Bindemittel ist ein zementfreies Bindemittel, d.h. Zement wird nicht als latent hydraulisches Bindemittel angesehen.
Auch puzzolanische Bindemittel binden unter Gegenwart von Wasser ab. Oftmals wird keine klare Trennung zwischen latent hydraulischen und puzzolanischen Bindemitteln vorgenommen. In der vorliegenden Erfindung ist eine strenge Unterscheidung nicht notwendig, da beide Stoffe alternativ oder gemeinsam verwendet werden können. Daher können Stoffe wie Flugasche, Trassmehl oder Mikrosilika, das auch als Silikatstaub bezeichnet wird, wie auch weitere Stoffe, ebenfalls als puzzolanische Bindemittel angesehen werden. Als puzzolanisches Bindemittel wird puzzolanische Flugasche bevorzugt verwendet.
Unter den oben genannten latent hydraulischen oder puzzolanischen Bindemitteln wird Mikrosilika bevorzugt in einer Menge von 1 bis 30 Gew.-% der Baustoffmischung verwendet, d.h. neben Mikrosilika wird vorzugsweise mindestens ein weiteres latent hydraulisches oder puzzolanisches Bindemittel in der Baustoffmischung verwendet.
Besonders bevorzugt wird in der vorliegenden Baustoffmischung Hüttensand als Bindemittel verwendet. Weiter bevorzugt wird eine Mischung aus Hüttensand und puzzolanischer Flugasche mit einem Anteil von 20 bis 70 Gew.-% an der Gesamtmischung verwendet. Es kann jedoch auch Aluminatzement verwendet werden. Unter Aluminatzement soll dabei ein Tonerdeschmelzzement verstanden werden, der üblicherweise aus den Bestandteilen Kalk und Bauxit gewonnen wird.
Der Aluminatzement wird dabei besonders bevorzugt in einer Menge von 3 bis 10 Gew.-% zugegeben. Es wird angenommen, dass der Aluminatzement mit dem silikatischen Bindemittel ein Alumosüikathydrat (AHS) ausbildet. Durch die Verwendung von Aluminatzement kann eine gute Wasserbeständigkeit, insbesondere bereits zu einem frühen Zeitpunkt, erreicht werden.
Ein wesentlicher Bestandteil der Baustoffmischung der vorliegenden Erfindung ist ein Komplexierungsmittel. Als Komplexierungsmittel werden Stoffe bezeichnet, die zusammen mit Metallionen, insbesondere mit mehrwertigen Metallionen, einen Metallkomplex bilden und somit die Metallionen komplexieren. Daher werden Komplexierungsmittel auch als Komplexbildner bezeichnet. Besonders bevorzugte Komplexbildner sind Chelatbildner, da diese üblicherweise stabilere Komplexe bilden.
Bei der Bearbeitung von Wasserglaspulver sind insbesondere Calciumionen für die Aushärtung störend. In Gegenwart von Calciumionen wird latent hydraulisches Bindemittel verbraucht und es bilden sich sogenannte Calciumsilikathydratphasen, die auch als CSH-Phasen bezeichnet werden. Die ausgebildeten CSH-Phasen weisen zwar eine bessere Beständigkeit gegen Chemikalien, wie beispielsweise Säuren, auf als Ca(OH)2, das bei der Reaktion von Zement mit Wasser entsteht. Die Beständigkeit der aus den erfindungsgemäßen silikatischen Baustoffmischungen hergestellten Baustoffe wird jedoch damit nicht erreicht. Die enthaltenen latent hydraulischen Bindemittel sollen daher einen möglichst geringen Gehalt an freien Calciumionen (Freikalk) aufweisen, bevorzugt sogar ohne freie Calciumionen sein, um eine Verkürzung der Verarbeitungszeit durch Ausbildung von CSH-Phasen zu verhindern. Gebundenes Calcium, das in einer wässrigen Lösung nicht in Ionenform vorliegt, ist daher für die vorliegende Erfindung nicht nachteilig und es können schwerlösliche Calciumverbindungen in der Baustoffmischung verwendet werden.
Um eine möglichst Calciumionen-freie Mischung zu erhalten, können dennoch vorliegende Calciumionen durch Komplexierungsmittels komplexiert werden, und somit aus dem Gleichgewicht entfernt werden. Alle gängigen Komplexierungsmittel, die insbesondere dazu in der Lage sind, Calciumionen zu komplexieren, können verwendet werden. Beispiele solcher Komplexierungsmittel schließen Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA), Hexametaphosphonat, Oxalat, Citrat, ein Iminodisuccinat-Salz und Zeolithe ein. Es ist jedoch auch möglich, andere
Komplexbildner für Calciumionen und auch andere störende Ionen zu verwenden, um diese zu binden. Darüber hinaus ist es möglich, eine Mischung verschiedener Komplexierungsmittel in der vorliegenden Erfindung zu verwenden.
Das Komplexierungsmittel liegt üblicherweise unter 1 Gew.-%, bevorzugt in einer Menge von 0,05 bis 0,8 Gew.-%, weiter bevorzugt in einer Menge von 0,1 bis 0,7 Gew.-% und am bevorzugtesten in einer Menge von 0,4 bis 0,6 Gew.-% vor. Gehalte von mehr als 1 Gew.-% sind gegebenenfalls anwendbar, wenn mit besonders hohen Calciumionengehalten in der Anwendung der Baustoffmischung gerechnet werden muss, beispielsweise bei der Verwendung sehr harten Wassers.
Durch die Zugabe eines Komplexbildners zu der Baustoffmischung der vorliegenden Erfindung kann die nachteilige Wirkung von Calciumionen in der Baustoffmischung, wie sie beispielsweise durch Verunreinigungen durch Zement (z.B. durch verschmutzte Anmischbehälter auf der Baustelle) auftreten können, verhindert werden. Bei bisherigen Baustoffmischungen mit Wasserglaspulver erfolgte in solchen Fällen häufig eine schlagartige Aushärtung, wodurch es zu einer schlechten Anhaftung auf dem Untergrund kommt. Der Einsatz von Phosphaten als Wasserglashärter führte bisher häufig zum Ausblühen und somit nicht homogenen Produkten. Die erfindungsgemäßen Baustoffmischungen lassen sich in einem weiten Temperaturbereich verarbeiten und führen zu hoch chemikalienbeständigen Produkten, die zudem selbst für Druckwasser bis 5 bar wasserundurchlässig sind. Mit der Baustoffinischung der vorliegenden Erfindung ist es möglich, durch gezielte Kristallisationsbildung ein dichtes Gitter auszubilden. Diese ausgehärtete Baustofrmischung ist so beständig, dass selbst eine dünne Schicht von ca. 2-3 mm gegenüber einem Wasserdruck von 5 bar undurchlässig ist, und eignet sich daher insbesondere auch zur chemikalienbeständigen und wasserdichten Auskleidung von Rohren, Tanks, Reservoirs und dergleichen.
Neben den vier obligatorischen Bestandteilen Wasserglaspulver, Wasserglashärter, latent hydraulisches Bindemittel und Komplexbildner können fakultativ weitere Stoffe enthalten sein. Derartige Stoffe schließen Füllstoffe und Additive ein.
Als Füllstoff werden bevorzugt anorganische Füllstoffe verwendet. Insbesondere bevorzugt sind hier Quarzsand, einschließlich Quarzmehl, Glimmer, Kaolin, Al2O3, Al(OH)3, Verbindungen von Ca-Mg-Al und/oder Ca-Mg-Si, Schwerspat und Flussspat, sowie deren Mischungen. Bevorzugt wird Al(OH)3 verwendet. Der Quarzsand besitzt bevorzugt eine Feinheit von 100 bis 1000 μm, das Quarzmehl eine Feinheit von 2 bis 200 μm. Auch Mischungen von Füllstoffen werden im Rahmen dieser Erfindung als Füllstoff bezeichnet. Nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind in der Baustoffmischung 35 bis 65 Gew.-%, weiter bevorzugt 40 bis 60 Gew.-% des anorganischen Füllstoffs vorhanden.
In einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist mindestens ein Additiv enthalten, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Hydrophobierungsmitteln, Fließmittel, Entschäumer, Härtungsbeschleuniger, Härtungsverzögerer, Wasserretentionsmittel und Thixotropiermittel.
In einer besonders bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist das Additiv mindestens ein Alkali- oder Erdalkalimetallsalz. Vorzugsweise ist das Alkali- oder Erdalkalimetallsalz ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Lithiumhydroxid, Lithiumcarbonat, Lithiumsulfat, Natriumhydroxid, Natriumcarbonat, Natriumsulfat, Kaliumhydroxid, Kaliumcarbonat, Kaliumsulfat, Lithiumsilikat und Magnesiumsilikat. Die vorgenannten Alkali- oder Erdalkalimetallsalze liegen bevorzugt jeweils in einem Anteil von 0,1 bis 2 Gew.-% vor. Ganz besonders bevorzugt ist in diesem Zusammenhang die Zugabe von Lithiumcarbonat und/oder Natriumsulfat, insbesondere jeweils in einer Menge von 0,1 bis 1,5 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 bis 1 Gew.-%. Dabei kann Lithiumcarbonat als Verzögerer der Aushärtereaktion wirken.
Ein fakultativ vorliegendes Wasserretentionsmittel kann bevorzugt ausgewählt werden aus der Gruppe bestehend aus Methylcellulose, Hydroxyethylcellulose und höherwertigen Alkoholen, insbesondere Neopentylglycol. Als Beispiele für Thixotropiermittel können pyrogene Kieselsäure und/oder Bentonite genannt werden. Hydrophobierungsmittel können beispielsweise der Gruppe bestehend aus Silikonpulver, Stearinpulver, Stearat und Oleat, entnommen werden.
Gemäß einer anderen bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird der Baustoffmischung zumindest ein Farbpigment zugesetzt. Somit können der Baustoffrnischung farbgebende Eigenschaften verliehen werden, die diese auf die endgültigen Produkte, wie beispielsweise Mörtel, weitergeben kann. Bevorzugt werden anorganische Farbpigmente verwendet, insbesondere auf der Basis von Eisenoxid und/oder Titandioxid. Derartige Farbpigmente werden bevorzugt in einer Menge von bis zu 10 Gew.-%, z.B. 0,3 bis 5 Gew.-%, weiter bevorzugt in einer Menge von 0,3 bis 4 Gew.-% zugegeben.
Mit der erfindungsgemäßen Baustoff mischung kann ein Baustoff bereitgestellt werden, der in weiten pH-Bereichen säure- und laugenstabil ist. Zudem ist der Baustoff gegen Wasser auch unter erhöhtem Druck stabil und undurchlässig und neigt nicht zur Rissbildung. Das Gefüge der Baustoffe der vorliegenden Erfindung ist aufgrund des Ausbildern von mehr SiCVBindungen und einem SiO2-Gitter in Form einer dichtesten Packung deutlich dichter als bisherige CSH-Phasen von Zement.
Üblicherweise wird die Baustoffmischung als Trockenmischung bereitgestellt. Diese Trockenmischung kann dann mit einer Anmachflüssigkeit, bevorzugt mit Wasser, versetzt werden. Dadurch wird ein Mörtel erhalten, der als Fliesenkleber, Fugenmörtel, Fugenfüller, Spachtelprodukt, Bodenbeschichtung, bevorzugt Industriebodenbeschichtung, selbst verlaufende Masse, Nivelliermasse, einkomponentiger Silikatputz, einkomponentige Silikatfarbe oder Beschichtungsmittel verwendet werden kann. Der Begriff „Mörtel" umfasst daher auch diese Begriffe und Materialien. Die Verarbeitung des Mörtels kann auf herkömmliche Art erfolgen, beispielsweise durch Aufstreichen, Aufschlämmen, Aufspachteln, Aufziehen und dergleichen.
Der Baustoffmischung können auch Dispersionen auf Basis von Reinacrylat, Styrolacrylat, Vinylacetatethylen, Styrolbutadien und deren Kombinationen zugegeben werden. Bevorzugt werden Dispersionen auf Basis von Styrolacrylat oder Styrolbutadien verwendet.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Verwendung der
Baustoffmischung zur Herstellung eines Mörtels zum Auskleiden von Rohren oder zur Herstellung von Vollrohren, oder zur Herstellung eines einkomponentigen Silikat-Beschichtungsmittels .
Wie bereits oben erwähnt, sind die Baustoffe der vorliegenden Erfindung äußerst dicht und beständig, insbesondere gegenüber Säuren. Aber auch Salze können die ausgehärtete Baustofϊrnischung nicht angreifen. Die Baustoffe können daher auch als Korrosionsschutz verwendet werden. Die bisher als Zementersatz verwendeten Epoxidharze können eine derartige Beständigkeit üblicherweise nicht aufweisen. Darüber hinaus ist der Baustoff UV-beständig, im Gegensatz zu Epoxidharzen, die zudem oft gesundheitsschädlich sind.
Gegenüber herkömmlichem Zement weist die Baustoffinischung den Vorteil auf, dass sie nicht kennzeichnungspflichtig ist und kein oder nur sehr wenig CO2 für die Herstellung erzeugt wird. Die verwendeten latent hydraulischen oder puzzolanischen Bindemittel fallen oftmals als Industrieabfälle an. Somit ist die Baustoffinischung auch in dieser Hinsicht umweltfreundlich, da sie zum Recycling von Abfallprodukten beitragen kann.
Ein Mörtel aus der erfindungsgemäßen Baustoffinischung besitzt auch ein sehr gutes Haftvermögen, insbesondere auf glatten oder glasierten Substraten. Somit eignet sie sich neben einer Beschichtung von Beton auch für das Beschichten von Metallen oder anderen Oberflächen, beispielsweise um diese vor Säureangriffen zu schützen und als Korrosionsschutz zu dienen. Da die Baustoffe auch für Anwendungen im Trinkwasserbereich geeignet sind, können damit beispielsweise Rohre ausgekleidet werden, ebenso Rohrleitungen in Anlagen, z.B. der chemischen Industrie, wobei hohe Chemikalienbeständigkeit von Vorteil ist.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird der aus der
Baustoffmischung hergestellte Mörtel zur Verkleidung oder zur Herstellung von Rohren verwendet. Dabei können beliebige Rohre mit dem Mörtel ausgekleidet werden, wie beispielsweise Stahlrohre, Zementrohre oder Plastikrohre. Durch das Auskleiden der Rohre werden diese beständig gegenüber Chemikalien und Druck. Es ist jedoch auch möglich, Rohre vollständig aus dem erfindungsgemäßen Material herzustellen, d.h. Vollrohre aus dem ausgehärteten Mörtel. Entsprechende Rohre sind auch Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
Die Rohre sind Aufgrund des inerten Verhaltens des Materials sowohl für Wasser, insbesondere Trinkwasser, bei verschiedenen Temperaturen und Drücken geeignet. Insbesondere können die Rohre jedoch auch für Abwässer, wie übliche Haushaltsabwässer, Industrieabwässer, Gülle, etc. verwendet werden. Dabei werden die Rohre auch durch aggressive Abwässer mit Chemikalien, wie Säuren oder Laugen, nicht angegriffen.
Wegen der ausgezeichneten Beständigkeit gegenüber Chemikalien eignet sich der Baustoff auch zur Verwendung als Industrieboden und zum Schutz von mineralischen Flächen vor Chemikalien. Darüber hinaus wird noch eine hohe Abriebfestigkeit erreicht. Daher ist der Baustoff besonders für Bodenbeläge in Industriebetrieben, Garagen, Parkhäusern, etc. geeignet. Auch als Korrosionsschutz kann der Baustoff eingesetzt werden.
Für das Aushärten der Baustoffmischung ist auch keine Nachbehandlung mit Wasser notwendig, wie dies insbesondere in wärmeren Gebieten für Zement erforderlich ist Daher kann die Baustoffmischung ohne Anpassung auch in wärmeren Gebieten leicht verwendet werden. Ebenso kann die Baustoffmischung durch Einstellen der Härter für kältere Gebiete angepasst werden, in denen üblicherweise die Aushärtung einen längeren Zeitraum in Anspruch nimmt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausfuhrungsbeispielen näher erläutert.
Es können zwei beispielhafte Baustoffmischungen mit folgenden Anteilen in Gew.- % hergestellt werden;
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100 100 Die gemäß den oben genannten Anteilen hergestellten Mischungen werden mit Wasser angerührt und können leicht zu einem Mörtel verarbeitet werden. Hieraus hergestellte Rohrauskleidungen mit einer Wandstärke von 0,5 - 1,5 cm bzw. 5 - 15 mm zeigen nach DIN-EN 18195 eine Dichtigkeit gegen Wasserdruck von 5 bar, wohingegen herkömmliche Dichtungsschlämme lediglich eine Dichtigkeit von üblicherweise bis zu 2 bar aurweisen. Auch gegen negativen Druck, d.h. gegenüber Druck von Wasser beispielsweise aus dem Untergrund, sind die so hergestellten Mörtel bis zu -5 bar dicht, wohingegen herkömmliche Materialien bereits bei - 0,3 bar negativem Druck undicht werden. Die Temperaturbeständigkeit der aus den oben genannten Baustoffinischungen hergestellten Bauteile beträgt jeweils ca. 700°C.
Ein aus Mischung 1 hergestellter Mörtel besitzt bei 2O0C eine Verarbeitungszeit von 20 Minuten, wohingegen ein aus Mischung 2 hergestellter Mörtel etwa 3 Stunden verarbeitbar bleibt. Damit ist der Mörtel aus Mischung 1 insbesondere für die Verarbeitung bei geringen Temperaturen geeignet. Bei einer Temperatur von 400C besitzt der Mörtel aus Mischung 1 noch lediglich eine Verarbeitungszeit von unter 5 Minuten und ist damit bei diesen Temperaturen nur noch schwer zu verarbeiten. Dagegen besitzt ein Mörtel aus Mischung 2 bei 400C eine Verarbeitungszeit von 80 Minuten und kann somit auch bei diesen erhöhten Temperaturen leicht verarbeitet werden.
Die unterschiedliche Verarbeitungszeit bei unterschiedlichen Temperaturen hängt von der Wahl des Härters ab. Als Härter wird bevorzugt eine Säure verwendet. Je stärker die Säure ist, d.h. je kleiner der pKs-Wert der Säure ist, desto schneller härtet der Mörtel bei einer gegebenen Temperatur aus (bei vergleichbarer Säuremenge). Mit anderen Worten kann ein Mörtel mit einer stärkeren Säure als Härter auch noch bei geringeren Temperaturen in angemessener Zeit verarbeitet werden, d.h. er härtet in angemessener Zeit aus. Eine längere Aushärtezeit oder eine Verarbeitbarkeit bei höheren Temperaturen kann daher mit der Verwendung von schwächeren Säuren erreicht werden. Die Aushärtung kann mit einer stärkeren Säure beschleunigt und mit einer schwächeren Säure verzögert werden.
Darüber hinaus kann die Aushärtung durch weitere Additive verzögert werden. Beispielsweise wirkt Lithiumcarbonat als Verzögerer, da zunächst Lithiumwasserglas gebildet wird.
Die ausgehärteten Mörtel der Mischungen 1 und 2 können unterschiedlichen Chemikalien ausgesetzt werden, um die Beständigkeit der fertigen Produkte gegenüber Chemikalien zu überprüfen. Die Zylinderproben der ausgehärteten Mörtel (25x25x25 mm analog DIN EN 12808 Teil 1) können nach sieben Tagen Aushärtung einer Salzsäure mit unterschiedlichen Konzentrationen von 5 Gew.-% bis zu konzentrierter Salzsäure ausgesetzt werden. Sowohl nach vier als auch nach 13 Tagen Lagerung in der Salzsäure kann an den Zylinderproben keine Veränderung festgestellt werden. Sowohl optisch als auch mechanisch, überprüft durch
Belastungstests, kann keine Veränderung gegenüber einer Referenzprobe festgestellt werden.
Die Chemikalienbeständigkeitstests kann sowohl mit Schwefelsäure im Konzentrationsbereich von 5 Gew.-% bis konzentriere Schwefelsäure, als auch mit Natronlauge im Konzentrationsbereich von 2 Gew.-% bis 50 Gew.-% wiederholt werden. Auch hier zeigt sich weder optisch noch mechanisch eine signifikante Veränderung der Proben.
Die Mörtel der vorliegenden Erfindung sind daher ausgezeichnet für die
Verwendung als Schutz vor aggressiven Chemikalien, wie Säuren oder Laugen, geeignet. Ein weiterer Vorteil der Mörtel der vorliegenden Erfindung ist die hohe Härte der ausgehärteten Materialien. Insbesondere bei erhöhten Temperaturen kann eine verbesserte Härte festgestellt werden.
Zur Untersuchung der Druck- und Biegefestigkeit können Prismen von 4x4x16 cm nach EN 196-1 hergestellt werden. Diese können über sieben Tage bei 5000C gelagert werden. Eine Referenzprobe kann über denselben Zeitraum bei 250C gelagert werden. Nach sieben Tagen zeigt die Referenzprobe eine nach DIN EN 12808-3 gemessene Druckfestigkeit von 22,5 N/mm2, wobei die bei 5000C gelagerten Proben eine Druckfestigkeit von 31 ,8 N/mm2 besitzt.
Dies zeigt deutlich, dass eine hohe Lagertemperatur bzw. Aushärtetemperatur für den Mörtel der vorliegenden Erfindung nicht nachteilig ist, sondern im Gegenteil die Festigkeit weiter erhöht. Daher kann der Mörtel der vorliegenden Erfindung beispielsweise vorteilhaft für die Auskleidung von Schornsteinen und Abgasrohren verwendet werden, da diese unmittelbar nach der Auskleidung verwendet werden können und dabei sogar noch die Festigkeit der Auskleidung erhöht wird. Im Gegensatz dazu wird bei der Verwendung herkömmlicher Zementmörtel eine hitzebelastungsfreie Zeit benötigt, damit die Zementmörtel rissfrei aushärten können.
Die Baustoffe der vorliegenden Erfindung können bei erhöhten Temperaturen leichter ein vorteilhaftes Silikatgitter mit Si-O- Si-Bindungen ausbilden. Dadurch wird die Belastbarkeit der ausgehärteten Mörtel weiter erhöht.
Wie vorliegend gezeigt werden konnte, besitzen die Baustoffmischungen der vorliegenden Erfindung beträchtliche Vorteile gegenüber dem Stand der Technik, wie anpassbare Verarbeitungszeit in Abhängigkeit von der Umgebung und hohe Belastbarkeit gegenüber Druck oder Chemikalien.

Claims

A n s p r ü c h e
1. Baustoffinischung enthaltend:
- mindestens ein Wasserglaspulver,
- mindestens einen Wasserglashärter, mindestens ein latent hydraulisches und/oder puzzolanisches Bindemittel und/oder Aluminatzement, gekennzeichnet durch einen Gehalt eines Komplexierungsmittels für
Calciumionen.
2. Baustoffinischung nach Anspruch 1 , enthaltend
- 4 bis 25 Gew.-% des mindestens einen Wasserglaspulvers, - 0,2 bis 10 Gew.-% des mindestens einen Wasserglashärters,
- 10 bis 70 Gew.-% des mindestens einen Bindemittels, sowie
- 0,05 bis 0,8 Gew.-% Komplexierungsmittel.
3. Baustoffinischung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Wasserglaspulver ausgewählt ist aus mindestens einem aus Lithiumwasserglas,
Kaliumwasserglas, Natriumwasserglas oder Magnesiumwasserglas.
4. Baustoffmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der mindestens eine Wasserglashärter ausgewählt ist aus organischen Säuren und/oder anorganischen Verbindungen.
5. Baustoffmischung nach Anspruch 4, wobei die organische Säure ausgewählt ist aus mindestens einer aus Glykolsäure, Ascorbinsäure, Weinsäure, Bernsteinsäure und Zitronensäure.
6. Baustoffinischung nach Anspruch 4, wobei die anorganische Verbindung ausgewählt ist aus mindestens einer aus Kieselsäure, Borsäure, Magnesiumsilicofluorid, Natriumtrichloracetat, Zinksilicofluorid, Natriumsilicofluorid und/oder einem Phosphat- oder Polyphosphatsalz, bevorzugt einem Aluminiumphosphat oder -polyphosphat.
7. Baustoffinischung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das latenthydraulische Bindemittel ausgewählt ist aus mindestens einem aus Hüttensand, Flugasche, Trassmehl, Ziegelmehl, Ölschiefer, Mikrosilika und Kaolin.
8. Baustoffinischung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Komplexierungsmittel für Calciumionen ein Chelat bildendes Komplexierungsmittel ist.
9. Baustoffmischung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Komplexierungsmittel ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Ethylendiamintetraessigsäure, Hexametaphosphat, Oxalat, Citrat, ein Iminodisuccinat-Salz und Zeolithen.
10. Baustoffmischung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner enthaltend Füllstoffe.
11. Baustoffmischung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend mindestens ein Additiv ausgewählt aus Hydrophobierungsmittel, Fließmittel,
Entschäumer, Härtungsbeschleuniger, Härtungsverzögerer, Wasserretentionsmittel und Thixotropiermittel.
12. Baustoffinischung nach Anspruch 11, wobei das Additiv ausgewählt ist aus mindestens einem Alkali- oder Erdalkalimetallsalz, vorzugsweise Lithiumhydroxid, Lithiumcarbonat, Lithiumsulfat, Natriumhydroxid, Natriumcarbonat, Natriumsulfat, Kaliumhydroxid, Kaliumcarbonat, Kaliumsulfat, Lithiumsilikat, Magnesiumsilikat.
13. Baustoffmischung nach Anspruch 13, ferner umfassend 0,1 bis 1,5 Gew.-% Lithiumcarbonat und 0,1 bis 1,5 Gew.-% Natriumsulfat.
14. Baustoffmischung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, enthaltend als Härter 0,2 bis 2 Gew.-% Glykolsäure und/oder 0,2 bis 2 Gew.-% Ascorbinsäure und/oder 0,2 bis 2 Gew.-% Natriumtrichloracetat und/oder 2 bis 10 Gew.-% eines
Phosphathärters, vorzugsweise 2 bis 8 Gew.-% Aluminiumphosphate.
15. Baustoffmischung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei alle Komponenten als Feststoffe vorliegen.
16. Baustoffmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei mindestens eine Komponente in flüssiger Form vorliegt.
17. Verwendung der Baustofftnischung nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Herstellung eines Mörtels zum Auskleiden von Rohren oder zur Herstellung von Vollrohren.
18. Verwendung der Baustoffmischung nach einem der Ansprüche 1 - 16 zur Herstellung eines einkomponentigen Silikat-Beschichtungsmittels, vorzugsweise ausgewählt aus Farben und Putzen.
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