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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Baumaterials, das mit einem hydrophob machenden Agens imprägniert ist und ein Ballastmaterial sowie ein Bindemittel enthält. Die Erfindung betrifft auch Produkte, die durch solche Verfahren hergestellt werden.
Lange Zeit wurden Bauwerke aus porösen, mineralischen Materialien hergestellt, u. zw. aus technischen, wirtschaftlichen und ästhetischen Gründen. Diese Materialien können natürliche Stoffe sein. wobei man den Bauelementen nur eine geeignete Form zu geben braucht, oder sie können synthetische Produkte sein, wobei die in der Natur vorkommenden Mineralien umgewandelt wurden, u. zw. entweder durch mechanische Bearbeitung oder durch gesteuerte physikalische Verfahren und chemische Arbeitsweisen. Zu der zweiten Gruppe gehören Ziegelsteine und Mörtel verschiedener Formen, wie gebrannter Gips, veredelter Mörtel, Beton, Asbestzement und ähnliche Produkte.
Alle diese Baumaterialien enthalten kleine Hohlräume (Kapillaren, Poren, Spalten), entweder von Anfang an oder als Folge der Herstellungsmethode. Die Hohlräume geben dem Material die Fähigkeit, Wasser und Flüssigkeit zu transportieren (natürlich auch Gase) ; diese Fähigkeit kann zu ausgedehnten Schäden führen, wobei der schädigende Mechanismus verschiedener Art sein kann. Als Beispiel für Schäden, die beim Transport in mineralischen, porösen Materialien auftreten können, seien genannt :
Salzbildungen (Beschlag) in Ziegelwänden, die entweder beim Transport von Salzen in den Ziegeln oder im Mörtel entstehen können.
Betonüberzüge undBetonkonstruktionen an Strassenwerden oftdurchEinfluss vonStrassensalzen beschädigt, wobei Salze und Schmelzwasser in die Poren und Kapillaren des Materials eindringen. Hiedurch wird die Zerstörung der Oberflächenschicht durch Zusammenwirken von Salz und Frostaufbrüchen bewirkt.
Zeugen der Vergangenheit, vorzugsweise Sandsteine, werden dadurch zerstört, dass Schwefeldioxyd oder Schwefeltrioxyd, die in Wasser gelöst sind, das Material in den Poren und Kapillaren angreifen.
Überzugsschichten für verstärkte Betonkonstruktionen werden im allgemeinen durch Carbonatbildung zerstört, wobei das Kohlendioxyd, das in Wasser gelöst ist, die Alkalität des Betonmaterials herabsetzt.
Hiedurch wird eine Korrosion des verstärkenden Materials hervorgerufen, die zum Zerreissen der Überzugsschicht führt.
Lange Zeit wurden Versuche unternommen, um den Transport von Feuchtigkeit in das Material zu verhüten, indem man gewisse Schutzschichten anwendete. Diese sollten verhindern, dass Wasser in die Konstruktion eindringt. Oberflächen, insbesondere Oberflächen von Strassenkonstruktionen undOberflächenvonBau- elementen, wie Ziegelsteine und Dachziegel, wurden derart behandelt, dass sie darauf eine Schutzschicht aus organischen Siliciumverbindungen bildeten. Die Oberflächen wurden behandelt entweder mit einer Lösung der genannten organischenSiliciumverbindungen in Wasser oder in einem andern Lösungsmittel, oder die genannten Verbindungen wurden in den Mörtel und die Anstriche vor der Anwendung hineingemischt.
Der Zweck für die Anwendung dieses Typs der Imprägnierung besteht darin, dass man die Oberfläche für das wasserabstossende Material in die richtige Form bringen wollte. Die imprägnierende Flüssigkeit oder das Lösungsmittel für das imprägnierende Agens wird in die Kapillaren, Poren und Spalten des Materials hineingesaugt und mit dem Oberflächenmaterial gemischt. Das imprägnierende Agens macht-nach der Verdampfung des Lösungsmittels - die Wände der Kapillaren, Poren und Spalten wasserabstossend, wodurch der Flüssigkeitstransport durch die imprägnierte Oberflächenschicht verhindert wird.
Schon sehr niedrige Konzentration von organischen Siliciumverbindungen einer bestimmten Zusammensetzung haben dem gesamten Material eine wasserabstossende Wirkung gegeben. Trotz der Tatsache, dass die so behandelte Konstruktion einem Wasserdruck widerstehen kann, der erheblichen Mengen eines Platzregens entspricht, bleibt die Fähigkeit bestehen, Dampf eindringen zu lassen. Das bedeutet, dass der Widerstand gegen die sogenannte Dampfdiffusion nicht herabgesetzt wird. Die mit organischen Siliciumverbindungen behandelten Materialien haben noch verhältnismässig offene Poren und Kapillaren. Es sind nur die Wände ihrer Hohlräume, die mit einer wasserabstossenden Schutzschicht bedeckt werden. Die Behandlung mit diesen Materialien setzt die sogenannte trockene Dampfdiffusion nur in sehr geringem Masse herab.
Bei Baukonstruktionen, wo die Transporterscheinungen für Feuchtigkeit auftreten können, kann sich jedoch folgender Sehadensmechanismus entwickeln. Eine Oberflächenschicht, die durch Imprägnierung behandelt wurde, ist aussen wasserabstossend gegen atmosphärische Niederschläge (wie Regen, Hagel, Schnee, Tau usw.) sowie gegen ähnliche Feuchtigkeitsangriffe. Jedoch ist die Oberflächenschicht der Konstruktion auch im Inneren wasserabstossend, was folgendes bedeuten kann. Das nicht imprägnierte Material hinter der imprägnierten Ober- flächenschicht kann sich mit Wasser vollsaugen, z.
B. durch die Kondensation von Wasserdampf, der durch die Konstruktion transportiert wird, oder durch atmosphärische Niederschläge, die in das Material durch Spalten in dem imprägnierten Material und Feuchtigkeitswanderung in dem nicht imprägnierten Material transportiert werden, oder auch durch Wasser und Feuchtigkeit, die dem Material während seiner Herstellung zugesetzt werden.
In diesen oberflächenimprägnierten Materialien wird so das Wasser zu der wasserabstossenden Oberflächenschicht transportiert.
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rials und seiner Korngrösse vorteilhaft derart ausgewählt, dass das Baumaterial bei einem Wasserdruck, der der Wirkung eines Platzregens entspricht, praktisch kaum Wasser durchlässt, d. h. nicht mehr als 0,5 l/m2. h, während die Diffusionsfähigkeit für feuchten Dampf mindestens 0,75 g/m2. h. mbar beträgt. Mit dünnen Überzügen kann man Werte von 3, 75 bis 7, 5 g/m2. h. mbar leicht erreichen. Mit einem solchen Ausgleich der Eigenschaften des erfindungsgemäss imprägnierten Baumaterials werden wesentliche und überraschende Vorteile erhalten und die oben genannten Aufgaben erfüllt.
Erfindungsgemäss ist es möglich, einen Teil des Ballastmaterials zu imprägnieren, wobei das genannte Material entweder ein natürlich vorkommendes mineralisches Material ist, das zerkleinert oder auf andere
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tel, Kalkmörtel, Beton, Ton, Ziegel u. dgl. Durch Imprägnieren eines Teils dieses Materials mit einem hydrophob machenden Agens, wie organischen Siliciumverbindungen, vor dem Mischen, wird die endgültige Konstruktion hinreichend imprägniert und gibt eine wasserabstossende Wirkung. Eine Konstruktion, die teilweise auf diese Weise imprägniert wird, hat die gleiche Fertigkeit und das gleiche Äussere wie eine nichtimprägnierte oder vollständig imprägnierte Konstruktion. Erfindungsgemäss ist es möglich, auch ein Ballastmaterial zu verwenden, das als solches wasserabstossend ist.
Die Erfindung ist insbesondere anwendbar im Zusammenhang mit der Verwendung von gelbildenden Bindemitteln, z. B. Kalk und Zement.
Durch die ausgewogene, erfindungsgemässe Imprägnierung wird erreicht, dass stets Kapillaren vorhanden sind, die Wasser nach der Oberfläche transportieren, wobei die Diffusion von feuchtem Dampf beträchtlich besser ist, verglichen mit der vollständigen Imprägnierung gemäss der bisher bekannten Technik.
Die imprägnierende Wirkung und die Möglichkeit, Flüssigkeit in dem Material zu transportieren, wird erfindungsgemäss nicht durch Verdünnen des Imprägnierungsmittels oder durch Verdünnen des Imprägnierungsmittels in der Lösung kontrolliert, d. h. mit Hilfe von niedrigen Konzentrationen des Imprägnierungsmittels, sondern durch die Tatsache, dass Teilchen, die mit verhältnismässig hohen Konzentrationen an Imprägnierungsmittel behandelt wurden, oder Teilchen, die als solche wasserabstossend sind, mit dem Material vermischt werden. Die zum Teil imprägnierende Konzentration in der Materialschicht sollte so gross sein, dass die eine Oberfläche wasserabstossend, die andere Oberfläche zu einer Saugwirkung imstande ist und dass es Transportwege zwischen den Oberflächen gibt.
Bei dem erfindungsgemässen Verfahren erhält man in der Oberflächenschicht eine gewisse Absperrvorrichtung, die mit den oben angegebenen Erscheinungen zusammenhängt. Die Diffusion des feuchten Dampfes vom Inneren zur äusseren Oberfläche wird so nicht wesentlich von der Teilimprägnierung beeinflusst, und das Material wird sich in dieser Beziehung im allgemeinen wie ein nicht imprägniertes Material verhalten. Die wasserabstossende Fähigkeit der Imprägnierung steht jedoch in Beziehung zu der Teilchengrösse und der gegenseitigen Entfernung der Teilchen und ihrer wasserabstossenden Intensität.
Dies steht in Verbindung mit der Tatsache, dass bei geeigneter Entfernung der Teilchen die Wassertropfen auf der Oberfläche eine solche Grösse und dabei eine solche Oberflächenspannung erreichen, dass sie nicht in die Poren und die Kapillaren eingesaugt werden können, die zu der Oberfläche zwischen den imprägnierten Teilchen führen. Um annehmbare Werte der Diffusion des feuchten Dampfes zu erhalten, ist es wesentlich, dass keine zusammenhängenden, wasserabstossenden Zonen sich in dem Inneren des Materials bilden, und den Transport des Wassers verhindern.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens ist die Tatsache, dass Materialien verschiedener Art für die Oberflächenschicht, die bei feuchten Bedingungen angewendet werden, an einer teilweise imprägnierten Oberfläche hängen, aber sehr schlecht an einer vollständig imprägnierten Oberfläche. Das ist vor allem wichtig bei der Wiederherstellung der Oberflächenschicht.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann im Zusammenhang mit allen Arten von Oberflächenbehandlung und der Herstellung von allen Formen von Bauelementen angewendet werden. Zum Beispiel können Mineralfarben und Farben mit mineralischen Zusätzen teilweise imprägniert werden. Fertiger Mörtel, Gips und Spachtelmasse können teilweise imprägniert werden. Statuen, Ornamente, Naturstein u. dgl. können mit einer sogenannten Abnutzungsschicht versehen sein, die aus einem nicht zu starken hydrophoben mineralischen Material besteht. Selbst die Oberflächenschichten von Ziegelmaterialien können teilweise bei der Herstellung imprägniert werden. Auch ganze Ziegel können teilweise imprägniert werden.
Betonkonstruktionen, die der Feuchtigkeit ausgesetzt werden, z. B. die obere und untere Oberfläche von Betonüberzügen, können mit nur einer Schicht von teilweise imprägniertem Material versehen werden. Mörtel kann mit teilweise imprägniertem Material hergestellt werden. Baukonstruktionen und Bauelemente können als Ganzes teilweise imprägniert werden.
Für die teilweise Imprägnierung von Ballastmaterial, z. B. von mineralischem Typ, können wasserab- stossende organische Siliciumverbindungen verschiedener Art angewendet werden.
Als organische Siliciumverbindungen können Silane der allgemeinen Formel
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R'-Si (OR') s angewendet werden, worin
Ri einen A1kyl- oder Oxalkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen und
R2 einen gesättigten oder ungesättigten Alkyl-, Aryl-, Cycloalkyl- oder Aralkylrest bedeutet, 5 sowie Siloxane der allgemeinen Formel
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worin
R einen gleichen oder verschiedenen, gesättigten oder ungesättigten Alkyl-, Aryl-, Cycloalkyl-oder
Aralkylrest bedeutet und D n grösser als 2 sein kann.
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lane werden vorzugsweise angewendet entweder als alkalische Wasserlösungen oder in einem Alkohol mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen gelöst. Auch alkoholische Wasserlösungen können angewendet werden.
Als Siloxane kann man anwenden niedrigmolekulare Verbindungen, deren Anzahl von Siloxaneinheiten
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imprägniertes oder wasserabstossendes Ballastmaterial zu kleineren odergrösserenBauelementen zu formen.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele erläutert. Dabei wird der Stand der Technik, nämlich einerseits die Anwendung von nicht imprägniertem Baumaterial und anderseits die Verwendung von vollständig imprägniertem Baumaterial mit der erfindungsgemässen, teilweisen Imprägnierungstechnik verglichen.
Beispiel :
Ein Mörtel für dünne Schichten, z. B. 1 bis 2 mm, wurde aus einem Ballast aus zerkleinertem oder fein verteiltem Steinmaterial, wobei die Hälfte eine maximale Korngrösse von 0,25 und die andere Hälfte eine maximale Korngrösse von 0,50 mm besitzt, sowie einem Bindemittel aus Kalk und Zement vorbereitet. Hiebei wurden verschiedene Chargen mit nichtimprägniertem, teilweise imprägniertem oder vollständig imprägniertem Ballast vorbereitet. Der Ballast wurde imprägniert, indem man das Ballastmaterial mit einer 40%igen Lösung von Silan in Methylalkohol behandelte. Nach dem Imprägnieren wurde das Ballastmaterial getrocknet.
Die Gewichtsverhältnisse in dem Mörtel waren 30 g Bindemittel pro 100 g Ballast, die notwendige Menge Wasser wurde in bekannter Weise zugefügt.
Die Proben für die dünne Schicht wurden hergestellt, indem man verschiedene Chargen von Mörtel auf Betonstücken mit leichtem Gewicht anwendet ; sie wurden auf Wasserdurchlässigkeit undfeuchtigkeitsdiffu- sion geprüft. Um die Wasserdurchlässigkeit zu prüfen, wurden die Proben einem Wasserdruck von etwa 10 mbar 24 h lang unterworfen. Die Menge Wasser, die in die Poren eingedrungen war, wurde nach 30 min, 90 min und 24 h bestimmt.
Der Wert der Feuchtigkeitsdiffusion kann definiert werden als die Fähigkeit des Materials, darin enthaltenes oder eingedrungenes Wasser freizusetzen, ob es in der Schicht oder dem Träger vorhanden ist. Um die Feuchtigkeitsdiffusion zu bestimmen, wurde ein Gefäss benutzt, das einen Sumpf enthielt, der mit Wasser und Material vollgesaugt war, und aus Proben von dünnem Mörtel bestand, die darüber angeordnet waren.
Innerhalb des Materials des Gefässes wurde Wassersättigung bei normalem atmosphärischem Druck angenommen. Ausserhalb des Gefässes wurden gewisse Bedingungen hinsichtlich der atmosphärischen Feuchtigkeit, Temperatur und Luftzirkulation aufrechterhalten, die den praktisch vorherrschenden klimatischen Bedingungen entsprachen.
Vier dünne Schichtproben wurden folgendermassen hergestellt :
Probe 1 besteht aus einer dünnen Schichtprobe aus Mörtel mit der obigen Zusammensetzung. Diese ist mit einer 40% eigen Lösung von Silan in Methylalkohol imprägniert. Der Mörtel war versehen mit 0,2 11m2.
Probe 2 wird hergestellt aus einem Ballast, der teilweise mit 50% imprägniert ist.
Probe 3 betrifft ebenfalls einen teilweise imprägnierten Mörtel, aber in diesem Fall sind 20% des Ballastes imprägniert.
Probe 4 besteht aus einer nichtimprägnierten Mörtelprobe mit der obigen Zusammensetzung.
In der nachfolgenden Tabelle sind die Versuchsergebnisse zusammengestellt. Die Wasserdurchlässigkeit ist in 11m2 und Stunde angegeben, während die Feuchtigkeitsdiffusion in g/m2. h. mbar bestimmt wird.
Die Werte für die Wasserdurchlässigkeit beruhen auf der Messung der Wassereindringung während der Zeit von 0 bis 30 min, 30 bis 90 min und 90 min bis 24 h.
Tabelle
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<tb>
<tb> Wasserdurchlässigkeit <SEP> Feuchtigkeitsdiffusion <SEP> Beurteilung
<tb> g/m2. <SEP> h. <SEP> mbar
<tb> i/ml <SEP> h
<tb> 0,. <SEP> 15 <SEP> 0-30min <SEP>
<tb> 0,05 <SEP> 30 <SEP> - <SEP> 90 <SEP> min <SEP> 0,68 <SEP> Vollständige
<tb> 0,01 <SEP> 90 <SEP> min <SEP> - <SEP> 24 <SEP> h <SEP> Imprägnierung
<tb> 0, <SEP> 28 <SEP> 0 <SEP> - <SEP> 30 <SEP> min <SEP>
<tb> 0,03 <SEP> 30 <SEP> - <SEP> 90 <SEP> min <SEP> 9,9 <SEP> teilweise
<tb> 0, <SEP> 02 <SEP> 90 <SEP> min <SEP> - <SEP> 24 <SEP> h <SEP> Imprägnierung <SEP>
<tb> 0,02 <SEP> 90 <SEP> min-24 <SEP> h
<tb> 0,45 <SEP>
<tb> 0-30 <SEP> 0,38 <SEP> 30-90 <SEP> min <SEP> 15,0 <SEP> teilweise
<tb> 0,15 <SEP> 90 <SEP> min <SEP> - <SEP> 24 <SEP> h <SEP> Imprägnierung
<tb>
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Tabelle (Fortsetzung)
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<tb>
<tb> Wasserdurchlässigkeit <SEP> Feuchtigkeitsdiffusion <SEP> Beurteilung
<tb> g/m2. <SEP> h. <SEP> mbar
<tb> 1/m2 <SEP> h
<tb> 3,10 <SEP> 0-30 <SEP> min
<tb> durch- <SEP> 30-90 <SEP> min <SEP> 22,6 <SEP> ohne
<tb> sickern
<tb> Imprägnierung
<tb> durch- <SEP> 90 <SEP> min <SEP> - <SEP> 24 <SEP> h <SEP>
<tb> sickern
<tb>
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