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PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Herstellung eines hydrophoben Baumaterials, das ein Ballastmaterial sowie ein Bindemittel enthält, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil des Ballastmaterials wasserabstossend ist oder wasserabstossend gemacht wird und mit dem Rest der Bestandteile des Baumaterials gemischt wird, wobei das wasserabstossende Ballastmaterial in einer Menge von mindestens 5 Vol.-O/o, bezogen auf das Gesamtvolumen des verwendeten Ballastmaterials, beigemischt wird und der überwiegende Teil dieses wasserabstossenden Ballastmaterials eine Korngrösse zwischen 0,1 bis 4 mm aufweist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil des Ballastmaterials durch Behandlung mit einem wasserabstossenden Mittel wasserabstossend gemacht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil des Ballastmaterials aus einem wasserabstossenden Material, z. B. vom Typ der Siliconharze, besteht.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das wasserabstossende Ballastmaterial auf die gewünschte Teilchengrösse zerkleinert und danach mit dem Rest des Materials gemischt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das wasserabstossende Ballastmaterial vor dem Vermischen gefärbt wird oder eine Farbe besitzt, die von der des Restes des Ballastmaterials abweicht.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil des Ballastmaterials mit einer organischen Siliciumverbindung von Silan- oder Siloxantyp imprägniert wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ballastmaterial vor der Imprägnierung gereinigt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass man ein mineralisches gelbildendes Bindemittel anwendet.
9. Nach dem Verfahren nach Anspruch 1 erhaltenes, hydrophobes Baumaterial, dadurch gekennzeichnet, dass es, einem Wasserdruck von 100 mm Wassersäule ausgesetzt, welcher der Wirkung eines Platzregens entspricht, eine Wasserdurchlässigkeit unter 0,5 l/m2/h und eine Wasserdampfdiffusion von mindestens 1 g/m2/h mm Hg aufweist.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines hydrophoben Baumaterials, das ein Ballastmateral sowie ein Bindemittel enthält.
Herkömmliche Bauwerke werden aus technischen, wirtschaftlichen und ästhetischen Gründen aus porösen, mineralischen Materialien hergestellt. Die Materialien können hierbei natürliche Stoffe sein, wobei man den Bauelementen nur eine geeignete Form zu geben braucht, oder sie können synthetische Produkte sein, wobei in der Natur vorkommende Mineralien durch mechanische Bearbeitung oder durch gesteuerte physikalische Verfahren und chemische Arbeitsweisen umgewandelt werden. Zu der ersten Gruppe gehören Bauelemente aus Sandstein, Kalkstein, Granit und andere Arten von Steinen. Zu der zweiten Gruppe gehören Ziegelsteine und Mörtel verschiedener Arten, 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), und die genannte 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 und Betonkonstruktionen an Strassen werden oft durch Einfluss von Strassensalzen beschädigt, wobei Salze und Schmelzwasser in die Poren und Kapillaren des Materials eindringen.
Hierdurch 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 Karbonatbildung zestört, wobei das Kohlendioxyd, das in Wasser gelöst ist, die Alkalität des Betonmaterials herabsetzt. Hierdurch wird eine Korrosion des verstärkenden Materials hervorgerufen, die zum Zerreissen der Überzugsschicht führt.
Es wurde versucht, den Transport von Feuchtigkeit in das Material dadurch zu verhüten, dass man gewisse Schutzschichten anwandte. Diese sollten verhindern, dass Wasser in die Konstruktion eindringt. Oberflächen, insbesondere Oberflächen von Strassenkonstruktionen und Oberflächen von Bauelementen, wie Ziegelsteine und Dachziegel, wurden so behandelt, dass sich auf ihnen eine Schutzschicht aus organischen Siliciumverbindungen bildete. Die Oberflächen wurden entweder mit einer Lösung der genannten organischen Siliciumverbindungen in Wasser oder in einem anderen Lösungsmittel behandelt oder die genannten Verbindungen wurden in den Mörtel und die Anstriche vor der Anwendung hineingemischt.
Der Zweck dieser Art der Imprägnierung besteht darin, die Oberfläche für das wasserabstossende Material in die richtige Form zu bringen. Die imprägnierende Flüssigkeit oder das Lösungsmittel für das imprägnierende Agens wird in die Kapillaren, Poren und Spalten des Materals 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 geben dem gesamten Material eine wasserabstossende Wirkung.
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.
Dadurch kann sich folgender Schadensmechanismus 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. Dadurch kann sich das nicht imprägnierte Material hinter der imprägnierten Oberflächenschicht 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 im imprägnierten Material und Feuchtigkeitswanderung im nicht imprägnierten Material transportiert werden, oder auch durch Wasser und Feuchtigkeit, die dem Material während seiner Herstellung zugesetzt werden. In diesen oberflächenimprägnierten Materalien wird so das Wasser zu der wasserabstossenden Oberflächenschicht transportiert.
Bei nichtimprägnierten Konstruktionen wird das Wasser in Poren und Kapillaren nach aussen zu der Oberfläche transportiert, wo es durch Konvektion verdampft. Diese Fähigkeit der Verdampfung bei feuchten Konstruktionen wird als Fähigkeit des Materials zur Wasserdampfdiffusion genannt. Daher trocknen poröse Materialien zemlich rasch.
Wenn die Oberflächenschicht imprägniert ist, wird das Wasser im Material nur auf die Innenseite der imprägnierten Schicht transportiert, und die Verdampfung aus den Kapillaren und Poren findet dann nur viel langsamer statt, da diese in einer gewissen Tiefe stattfindet, wobei sich keine Konvektionswirkung zeigt. Dies kann bedeuten, dass während der kalten Jahreszeit das Wasser keine Zeit hat, aus dem Mauerwerk zu verdampfen, und dass daher Frostschäden entstehen. Das kann auch bedeuten, dass Salze, die im Wasser transportiert werden, sich hinter der imprägnierten Schicht und nicht auf der Oberfläche niederschlagen. So werden zwar unerwünschte Salzablagerungen auf der Oberflächenschicht vermieden, aber statt dessen finden Salzaufbrüche der imprägnierten Schicht statt.
Diese Nachteile sind Folge einer homogenen Imprägnierung der Oberflächenschicht. Dem Vorteil der wasserabstossenden Wirkung an der Aussenseite steht der Nachteil gegen über, dass das Wasser nicht nach der Oberfläche transportiert werden und dort verdampfen kann.
Bei der Herstellung von Beton und Mörtel muss bekanntlich Wasser in einer grösseren Menge zugegeben werden als dies für die Härtung des Bindemittels für die Verarbeitung erforderlich wäre. Die Mischung soll ja bis zu einem gewissen Grade fliessbar oder plastisch sein. Auch der Ballast muss mit Wasser vollgesaugt sein, damit das Ballastmaterial das Wasser, das für die Härtung des Bindemittels gebraucht wird, nicht absorbiert. Daher müssen Beton und Mörtel unter Verwendung einer grösseren Wassermenge hergestellt werden, als für das chemische Verfahren erforderlich ist. Daraus geht hervor, dass mehr Feuchtigkeit als für die Konstruktion notwendig benötigt wird, was während der kalten Jahreszeit zu Frost- und Gefrierschäden führen kann.
Die Erfindung will die Aufgabe lösen, synthetische, mineralische Baumaterialien und Bauelemente herzustellen, die die Fähigkeit besitzen, Wasser am äusseren Teil abzustossen, die jedoch den Transport von Wasser vom Inneren durch die Oberflächenschicht nach der Oberfläche gestatten.
Weiter soll verhindert werden, dass Salzwasser in die Poren und Kapillaren des Materials eindringt und zu Salzund Frostaufbrüchen führt.
Schliesslich soll verhindert werden, dass das Ballastmaterial mehr Wasser als nötig absorbiert, damit eine geringere Wassermenge durch Trocknen weggeführt werden muss.
Es hat sich überraschend gezeigt, dass diese und andere Aufgaben mit dem im Anspruch 1 gekennzeichneten Verfahren gelöst werden können. Die wichtige und überraschende Erkenntnis besteht darin, dass es durch geeignete Wahl der Menge des wasserabstossenden-Ballastmaterials und der Korngrösse für dieses Material, möglich ist, die wasserabstossenden Eigenschaften des Materials auf einen annehmbaren Betrag zu bringen und gleichzeitig eine ausreichende Fähigkeit zur Wasserdampfdiffusion aufrechtzuerhalten.
Als besonders zweckmässig enveist sich eine Beimischung des wasserabstossenden Ballastmaterials in einer Menge, deren untere Grenze bezogen auf das Gesamtvolumen des Ballastmaterials bei etwa 10 Vol.- /0 liegt. Bei dünnen Mörtelschichten und kleinen Teilchengrössen ist ein Imprägnierungsgrad von etwa einem Drittel des Ballastvolumens zweckmässig. Im allgemeinen kann ein bevorzugtes Intervall 20 bis 50 Vol.-O/o betragen, d. h. 20 bis 50 Vol.- /o des Ballastes werden mit dem hydrophob machenden Agens imprägniert. Bei geeigneten Verhältnissen zwischen Bindematerial und Ballast, z. B. 20 Teile Bindematerial pro 100 Teile Ballast, kann man bis zu 100 0/0 des Ballastes mit guten Ergebnissen imprägnieren.
Eine sichere obere Grenze bezüglich des Imprägnierungsgrades, mit der man eine vollständige Imprägnierung vermeiden kann, beträgt etwa 90 /o, vorzugsweise 80 /0.
Um die gewünschte Wirkung bei dem erfindungsgemässen Imprägnierungsverfahren zu erzielen, wird die Menge des wasserabstossenden Ballastmaterials und seine Korngrösse zweckmässig 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 1 g/m2/h und mm Hg beträgt. Mit dünnen Überzügen kann man Werte von 5 bis 100 g/m2/h und mm Hg leicht erreichen. Mit einem solchen Ausgleich der Eigenschaften des imprägnierten Baumaterials werden wesentliche und überraschende Vorteile erhalten und die oben genannten Aufgaben erfüllt.
Es ist möglich, einen Teil des Ballastmaterials zu imprägnieren, wobei das genannte Material entweder ein natürlich vorkommendes mineralisches Material ist, das zerkleinert oder auf andere Weise behandelt wurde, oder ein synthetisches mineralisches Baumaterial, z. B. zerkleinerter Zementmörtel, Kalkmörtel, Beton, Ton, Ziegel und dgl. Durch Imprägnieren eines Teiles 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. Es ist auch möglich, ein Ballastmaterial zu verwenden, das als solches wasserabstossend ist.
Die Erfindung ist insbesondere anwendbar im Zusammenhang mit der Verwendung von gebildeten 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 solches 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
Mit 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 angewandt 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 Zusammen- hang mit allen Arten von Oberflächenbehandlung und der Herstellung von allen Formen von Bauelementen angewandt 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 und dergleichen können mit einer sogenannten Abnutzungsschicht versehen sein, die aus einem nicht zu starken hydrophoben mineralischen Material besteht. Selbst die Oberflächenschicht 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 Beton überzügen, können nur mit einer Schicht von teilweise imprägniertem Material versehen werden. Mörtel kann mit teilweise imprägniertem Material hergestellt werden. Baukonstruktionen und Bauelemente können als Ganzes teilweise impägniert werden.
Für die teilweise Imprägnierung von Ballastmaterial, z. B. von mineralischem Typ, können wasserabstossende organische Siliciumverbindungen verschiedener Art angewandt werden.
Als organische Siliciumverbindungen können Silane mit der allgemeinen Formel R2-Si(ORt)3 angewandt werden, worin Rt einen Alkyl- oder Oxalkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen und R2 einen gesättigten oder ungesättigten Alkyl-, Aryl-, Cycloalkyl- oder Aralkylrest bedeutet, sowie Siloxane mit der allgemeinen Formel
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worin R einen ähnlichen oder verschiedenen, gesättigten oder ungesättigten Alkyl-, Aryl-, Cycloalkyl- oder Aralkylrest bedeutet und n grösser als 2 sein kann.
Beispiele der genannten Silane sind Äthyl, Butyl und Hexyltrimethoxy-Silane, Methyl, Äthyl, Propyl oder Butyl-tri (2-methoxy-äthoxyl)Silane, Tri-(äthoxy-äthoxy)-Silan, Phenyltriäthoxy-Silan und Cresyl-triäthoxy-Silane. Die Herstellung dieser Silane findet nach allgemein bekannten Methoden statt. Die Silane werden vorzugsweise angewandt entweder als alkalische Wasserlösungen oder in einem Alkohol mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen gelöst. Auch alkoholische Wasserlösungen können angewandt werden.
Als Siloxane kann man anwenden niedrigmolekulare Verbindungen, deren Anzahl von Siloxaneinheiten
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unter 10 liegt, sowie Verbindungen mit einem höheren Molekulargewicht, wobei n grösser als 10 ist. Als niedrigmolekulae Verbindungen kann man vorzugsweise Verbindungen verwenden, die man bei der teilweisen Hydrolyse der genannten Alkoxysilane erhält. Es ist jedoch auch möglich, z. B.
Hexamethyldisiloxan, Hexaphenyldisiloxan, Dimethyltetraphenyl-disiloxan, Tetramethyl-diphenyl-disiloxan, oder ein entsprechendes Methyl-äthyl-, Methyl-butyl- und Äthyl Phenyl-Siloxane zu verwenden.
Als Siloxane mit höherem Molekulargewicht kann man auch die Verbindungen verwenden, die man durch teilweise Hydrolyse und nachfolgende Kondensation der oben genannten Alkoxysilane oder auch der Chlorsilane erhält. Aber auch Polysiloxane können angewandt werden, die nach anderen bekannten Verfahren hergestellt werden.
Die Siloxane werden nach Auflösung in einem organischen Lösungsmittel angewandt.
Die Menge der organischen Siliciumverbindung, die auf dervorbehandelten Oberfläche bei der teilweisen Imprägnierung angewandt wird, hängt wesentlich von der besonderen Struktur des imprägnierten Ballastmaterials und dem gewünschten hydrophoben Mittel ab. Schon bei der Anwendung einer 10 Gew.-o/oigen Silan- oder Siloxanlösung werden gute Ergebnisse erzielt. Die Lösungen der organischen Siliciumverbindungen können jedoch auch konzentrierter oder verdünnter angewandt werden. Vorzugsweise kann man 5 bis 400/oige Lösungen anwenden. Bei wiederholter Anwendung einer Imprägnierlösung kann man auch Lösungen mit weniger als 5 Gew.-O/o der organischen Siliciumverbindung anwenden.
Vor die chemische Behandlung des Ballastmaterials kann man eine Reinigung nach an sich bekannten Verfahren vorschalten.
Das wasserabstossende oder wasserabstossend gemachte Ballastmaterial und das verbleibende Ballastmaterial kann verschiedene Formen, Farben und andere Eigenschaften besitzen. Wenn man dem imprägnierten Ballastmaterial eine andere Farbe als dem Mörtel oder dem Beton geben will, kann man optisch leicht entscheiden, ob die Mischung wirkungsvoll ist und auch ob das imprägnierende Material gleichmässig wirkungsvoll ist und auch ob das imprägnierende Material gleichmässig über die Oberfläche verteilt worden ist Aus dieser Wirkung kann man leicht erkennen, ob eine Imprägnierung angewandt wurde, von welcher Qualität die geleistete Arbeit ist und wie hoch die durchschnittliche Konzentration der Imprägnierung ist. Natürlich ist es auch möglich, den nicht imprägnierten Teil des Materials und das möglicherweise notwendige Bindemittel zu färben, um die oben genannte Wirkung zu beobachten.
Es ist auch möglich, das wasserabstossende oder wasserabstossend gemachte Ballastmaterial vor dem Vermischen mit dem Bindemittel zu zerkleinern oder auf eine andere Weise mechanisch zu behandeln. Es ist auch möglich, wasserabstossend gemachtes oder wasserabstossendes Ballastmaterial zu zerkleinern oder zu grösseren Bauelementen zu formen.
Die Erfindung wird durch folgendes Beispiel 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. Hierbei wurden verschiedene Chargen mit nichtimprägniertem, teilweise imprägniertem oder vollständig imprägniertem Ballast vorbereitet. Der Ballast wurde imprägniert, indem man das Ballastmaterial mit einer 400/oigen 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 Betonstük- ken mit leichtem Gewicht anwandte, und wurden auf Wasserdurchlässigkeit und Feuchtigkeitsdiffusion geprüft. Um die Wasserdurchlässigkeit zu prüfen, wurden die Proben einem Wasserdruck von 100 mm Wassersäule 24 Stunden lang unterworfen. Die Menge Wasser, die in die Poren eingedrungen war, wurde nach 30 Minuten, 90 Minuten und 24 Stunden 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 Atmosphärendruck 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 400/obigen Lösung von Silan in Methylalkohol imprägniert. Der Mörtel war versehen mit 0,2 l/m2.
Probe 2 wird hergestellt aus einem Ballast, der teilweise mit 50 o/o imprägniert ist.
Probe 3 betrifft ebenfalls einen teilweise imprägnierten Mörtel, aber in diesem Fall sind 20 /0 des Ballastes imprägniert.
Probe 4 besteht aus einer nicht imprägnierten Mörtelprobe mit der obigen Zusammensetzung.
In der nachfolgenden Tabelle sind die Versuchsergebnisse zusammengestellt. Die Wasserdurchlässigkeit ist in Liter/m2 und Stunde angegeben, während die Feuchtigkeitsdiffusion in g/m2, Stunde und mm Hg bestimmt wird. Die Werte für die Wasserdurchlässigkeit beruhen auf der Messung der Wassereindringung während der Zeit von 0 bis 30 Minuten, 30 bis 90 Minuten und 90 Minuten bis 24 Stunden.
Tabelle Wasserdurchlässigkeit Feuchtigkeits- Beurteilung l/m2 h diffusion g/m2 h mm Hg 0,15 Q30 Min.
0,05 30-90 Min.
0,01 90 Min.-24 Std. 0,91 vollständige
Imprägnierung 0,28 0,03 13,2 teilweise 0,02 Imprägnierung 0,45 teilweise 0,38 20,0 Imprägnierung 0,15 3,10 durchsickern 30,2 ohne durchsickern Imprägnierung
Aus den obigen Versuchsergebnissen geht hevor, dass weder vollständige Imprägnierung noch keine Imprägnierung vorteilhafte Ergebnisse zeigen, da im ersten Fall die Feuchtigkeitsdiffusion zu niedrig ist, um das Trocknen des Materials zu ermöglichen, nachdem Wasser eingedrungen ist, während im letzten Fall die Wasserdurchlässigkeit zu gross ist, um das Material in den Stand zu setzen, dem äusseren Wasserdruck gegen den Regen zu widerstehen.
Jedoch gibt die teilweise Imprägnierung erfindungsgemässs das gewünschte Gleichgewicht zwischen der Wasserdurchlässigkeit und der Feuchtigkeitsdiffusion, so dass die Nachteile, die die bekannte Arbeitsweise begleiten, wirkungsvoll vermieden werden.
Die Erfindung ist auf alle Baumaterialien anwendbar, die aus Ballastmaterial und Bindemittel bestehen.
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PATENT CLAIMS
A method for producing a hydrophobic building material containing a ballast material and a binding agent, characterized in that at least a part of the ballast material is water-repellent or is made water-repellent and is mixed with the rest of the constituents of the building material, the water-repellent ballast material in an amount of at least 5 vol. o / o, based on the total volume of the ballast material used, is added and the majority of this water-repellent ballast material has a grain size between 0.1 and 4 mm.
2. The method according to claim 1, characterized in that at least part of the ballast material is made water-repellent by treatment with a water-repellent agent.
3. The method according to claim 1, characterized in that at least part of the ballast material made of a water-repellent material, e.g. B. of the type of silicone resins.
4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the water-repellent ballast material is comminuted to the desired particle size and then mixed with the rest of the material.
5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the water-repellent ballast material is colored before mixing or has a color which differs from that of the rest of the ballast material.
6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that at least part of the ballast material is impregnated with an organic silicon compound of the silane or siloxane type.
7. The method according to claim 6, characterized in that the ballast material is cleaned prior to impregnation.
8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that a mineral gel-forming binder is used.
9. Hydrophobic building material obtained by the method according to claim 1, characterized in that it is exposed to a water pressure of 100 mm water column, which corresponds to the effect of a downpour, a water permeability of less than 0.5 l / m2 / h and a water vapor diffusion of at least 1 g / m2 / h mm Hg.
The invention relates to a method for producing a hydrophobic building material which contains a ballast material and a binding agent.
For technical, economic and aesthetic reasons, conventional structures are made of porous, mineral materials. The materials can be natural substances, whereby the components only need to be given a suitable shape, or they can be synthetic products, whereby naturally occurring minerals are converted by mechanical processing or by controlled physical processes and chemical working methods. The first group includes building elements made of sandstone, limestone, granite and other types of stone. The second group includes bricks and mortars of various types, such as plaster of paris, refined mortar, concrete, asbestos-cement and similar products.
All of these building materials contain small voids (capillaries, pores, crevices), either from the beginning or as a result of the manufacturing method. The cavities give the material the ability to transport water and liquids (including gases, of course), and this ability can lead to extensive damage, whereby the damaging mechanism can be of various types. An example of damage that can occur during transport in mineral, porous materials is:
Salt formation (fogging) in brick walls, which can arise either during the transport of salts in the bricks or in the mortar;
Concrete coatings and concrete structures on roads are often damaged by the influence of road salts, with salts and melt water penetrating the pores and capillaries of the material.
This causes the destruction of the surface layer by the interaction of salt and frost breakouts;
Witnesses of the past, preferably sandstones, are destroyed by the fact that sulfur dioxide or sulfur trioxide, which are dissolved in water, attack the material in the pores and capillaries; Coating layers for reinforced concrete structures are generally destroyed by the formation of carbonate, with the carbon dioxide dissolved in water reducing the alkalinity of the concrete material. This causes corrosion of the reinforcing material, which leads to the tearing of the coating layer.
Attempts have been made to prevent the transport of moisture into the material by applying certain protective layers. These should prevent water from entering the structure. Surfaces, especially surfaces of road constructions and surfaces of building elements such as bricks and roof tiles, were treated in such a way that a protective layer of organic silicon compounds was formed on them. The surfaces were either treated with a solution of the organic silicon compounds mentioned in water or in another solvent, or the compounds mentioned were mixed into the mortar and the paints before use.
The purpose of this type of impregnation is to shape the surface for the water-repellent material. The impregnating liquid or the solvent for the impregnating agent is sucked into the capillaries, pores and crevices of the material and mixed with the surface material. The impregnating agent - after evaporation of the solvent - makes the walls of the capillaries, pores and crevices water-repellent, which prevents the transport of liquid through the impregnated surface layer.
Even very low concentrations of organic silicon compounds of a certain composition give the entire material a water-repellent effect.
Despite the fact that the structure treated in this way can withstand water pressure equivalent to significant amounts of downpour, the ability to allow steam to penetrate remains. This means that the resistance to the so-called vapor diffusion is not reduced. The materials treated with organic silicon compounds still have relatively open pores and capillaries. It is only the walls of their cavities that are covered with a water-repellent protective layer.
Treatment with these materials reduces the so-called dry vapor diffusion only to a very small extent.
This can lead to the following damage mechanism. A surface layer that has been treated by impregnation is water-repellent on the outside against atmospheric precipitation (such as rain, hail, snow, dew, etc.) as well as against similar moisture attacks. However, the surface layer of the construction is also water-repellent on the inside. This allows the non-impregnated material behind the impregnated surface layer
Soak up water, e.g. B. by the condensation of water vapor that is transported through the construction, or by atmospheric precipitation that is transported into the material through cracks in the impregnated material and moisture migration in the non-impregnated material, or by water and moisture that the material during its Manufacturing can be added. In these surface-impregnated materials, the water is transported to the water-repellent surface layer.
In the case of non-impregnated constructions, the water is transported in pores and capillaries outwards to the surface, where it evaporates by convection. This ability of evaporation in damp structures is called the ability of the material to diffuse water vapor. Therefore, porous materials dry quite quickly.
When the surface layer is impregnated, the water in the material is only transported to the inside of the impregnated layer, and the evaporation from the capillaries and pores then only takes place much more slowly, as this takes place at a certain depth, with no convection effect. This can mean that during the cold season the water does not have time to evaporate from the masonry and therefore frost damage occurs. This can also mean that salts that are transported in the water are deposited behind the impregnated layer and not on the surface. In this way, undesired salt deposits on the surface layer are avoided, but instead salt break-up of the impregnated layer takes place.
These disadvantages are the result of a homogeneous impregnation of the surface layer. The advantage of the water-repellent effect on the outside is offset by the disadvantage that the water cannot be transported to the surface and evaporate there.
In the production of concrete and mortar, it is known that water must be added in a larger amount than would be necessary for the hardening of the binding agent for processing. The mixture should be flowable or plastic to a certain extent. The ballast must also be soaked with water so that the ballast material does not absorb the water that is needed to harden the binding agent. Therefore, concrete and mortar must be made using a larger amount of water than is required for the chemical process. This shows that more moisture than necessary for the construction is required, which can lead to frost and freezing damage during the cold season.
The invention aims to solve the problem of producing synthetic, mineral building materials and construction elements which have the ability to repel water on the outer part, but which allow the transport of water from the inside through the surface layer to the surface.
It should also be prevented that salt water penetrates the pores and capillaries of the material and leads to salt and frost breakouts.
Finally, it should be prevented that the ballast material absorbs more water than necessary, so that a smaller amount of water has to be carried away by drying.
It has surprisingly been shown that these and other objects can be achieved with the method characterized in claim 1. The important and surprising finding is that by suitable choice of the amount of water-repellent ballast material and the grain size for this material, it is possible to bring the water-repellent properties of the material to an acceptable level while at the same time maintaining a sufficient ability for water vapor diffusion.
It has been found to be particularly expedient to add the water-repellent ballast material in an amount whose lower limit, based on the total volume of the ballast material, is approximately 10 vol. In the case of thin layers of mortar and small particle sizes, a degree of impregnation of about a third of the ballast volume is advisable. In general, a preferred interval may be 20 to 50 volume o / o; H. 20 to 50 vol. / O of the ballast are impregnated with the hydrophobizing agent. With suitable ratios between binding material and ballast, e.g. B. 20 parts of binding material per 100 parts of ballast, you can impregnate up to 100 0/0 of the ballast with good results.
A safe upper limit with regard to the degree of impregnation, with which one can avoid complete impregnation, is about 90/0, preferably 80/0.
In order to achieve the desired effect in the impregnation process according to the invention, the amount of water-repellent ballast material and its grain size are expediently selected in such a way that the building material practically hardly lets water through at a water pressure that corresponds to the effect of a downpour, i.e. H. no more than 0.5 l / m2 / h, while the diffusivity for moist steam is at least 1 g / m2 / h and mm Hg. With thin coatings, values of 5 to 100 g / m2 / h and mm Hg can easily be achieved. With such a balance of the properties of the impregnated building material, essential and surprising advantages are obtained and the above-mentioned objects are fulfilled.
It is possible to impregnate part of the ballast material, said material being either a naturally occurring mineral material that has been crushed or otherwise treated, or a synthetic mineral building material, e.g. B. crushed cement mortar, lime mortar, concrete, clay, brick and the like. By impregnating part of this material with a hydrophobizing agent, such as organic silicon compounds, before mixing, the final structure is sufficiently impregnated and gives a water repellent effect.
A construction that is partially impregnated in this way has the same skill and appearance as an unimpregnated or fully impregnated construction. It is also possible to use a ballast material which is water-repellent as such.
The invention is particularly applicable in connection with the use of formed binders, e.g. B.
Lime and cement.
The balanced impregnation according to the invention ensures that there are always capillaries that transport water to the surface, the diffusion of moist steam being considerably better compared with complete impregnation according to the previously known technology.
According to the invention, the impregnating effect and the possibility of transporting liquid in the material are not controlled by diluting the impregnating agent or by diluting the impregnating agent in the solution; H. by means of low concentrations of the impregnating agent, but by the fact that particles which have been treated with relatively high concentrations of the impregnating agent, or particles which are water-repellent as such, are mixed with the material.
The partially impregnating concentration in the material layer should be so great that one surface is water-repellent, the other surface is capable of suction and that there are transport routes between the surfaces
With the method according to the invention, a certain blocking device is obtained in the surface layer which is related to the phenomena indicated above.
The diffusion of the moist vapor from the interior to the exterior surface is thus not significantly affected by the partial impregnation, and the material will in this respect generally behave like a non-impregnated material. The water-repellent ability of the impregnation, however, is related to the particle size and the mutual distance of the particles and their water-repellent intensity. This is related to the fact that with suitable removal of the particles, the water droplets on the surface reach such a size and thereby such a surface tension that they cannot be sucked into the pores and capillaries leading to the surface between the impregnated particles to lead.
In order to obtain acceptable levels of diffusion of the moist vapor, it is essential that no contiguous, water-repellent zones are formed in the interior of the material and prevent the transport of the water.
Another advantage of the method according to the invention is the fact that materials of various types for the surface layer, which are used in humid conditions, hang on a partially impregnated surface, but very poorly on a fully impregnated surface. This is especially important when restoring the surface layer.
The method according to the invention can be used in connection with all types of surface treatment and the production of all forms of structural elements. For example, mineral paints and paints with mineral additives can be partially impregnated. Finished mortar, plaster and filler can be partially impregnated. Statues, ornaments, natural stone and the like can be provided with a so-called wear layer, which consists of a hydrophobic mineral material that is not too strong. Even the surface layer of brick materials can be partially impregnated during manufacture. Whole bricks can also be partially impregnated.
Concrete structures exposed to moisture, e.g. B. covering the upper and lower surfaces of concrete can only be provided with a layer of partially impregnated material. Mortar can be made with partially impregnated material. Building structures and components can be partially impregnated as a whole.
For the partial impregnation of ballast material, e.g. Of the mineral type, water-repellent organic silicon compounds of various kinds can be used.
As organic silicon compounds, silanes with the general formula R2-Si (ORt) 3 can be used, where Rt is an alkyl or oxalkyl radical with 1 to 4 carbon atoms and R2 is a saturated or unsaturated alkyl, aryl, cycloalkyl or aralkyl radical, and Siloxanes with the general formula
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where R denotes a similar or different, saturated or unsaturated alkyl, aryl, cycloalkyl or aralkyl radical and n can be greater than 2.
Examples of the silanes mentioned are ethyl, butyl and hexyltrimethoxy-silanes, methyl, ethyl, propyl or butyl-tri (2-methoxy-ethoxyl) silanes, tri- (ethoxy-ethoxy) -silane, phenyltriethoxy-silane and cresyl-triethoxy-silanes . These silanes are produced by generally known methods. The silanes are preferably used either as alkaline water solutions or dissolved in an alcohol having 2 to 4 carbon atoms. Alcoholic water solutions can also be used.
As siloxanes one can use low molecular weight compounds, their number of siloxane units
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is below 10, as well as compounds with a higher molecular weight, where n is greater than 10. The low molecular weight compounds which can preferably be used are compounds which are obtained in the partial hydrolysis of the alkoxysilanes mentioned. However, it is also possible, for. B.
Hexamethyldisiloxane, hexaphenyldisiloxane, dimethyltetraphenyl disiloxane, tetramethyl diphenyl disiloxane, or a corresponding methyl ethyl, methyl butyl and ethyl phenyl siloxane to be used.
The compounds which are obtained by partial hydrolysis and subsequent condensation of the abovementioned alkoxysilanes or also of the chlorosilanes can also be used as siloxanes with a relatively high molecular weight. However, it is also possible to use polysiloxanes which are produced by other known processes.
The siloxanes are used after dissolving in an organic solvent.
The amount of organic silicon compound that is applied to the pretreated surface in the partial impregnation depends essentially on the particular structure of the impregnated ballast material and the desired hydrophobic agent. Good results are achieved even when using a 10% strength by weight silane or siloxane solution. However, the solutions of the organic silicon compounds can also be used in a more concentrated or diluted manner. 5 to 400% solutions can preferably be used. If an impregnating solution is used repeatedly, solutions containing less than 5% by weight of the organic silicon compound can also be used.
Before the chemical treatment of the ballast material, cleaning can be carried out using methods known per se.
The water repellant or made water repellant ballast material and the remaining ballast material can have various shapes, colors and other properties. If you want to give the impregnated ballast material a different color than the mortar or concrete, it is easy to optically decide whether the mixture is effective and whether the impregnating material is equally effective and whether the impregnating material has been evenly distributed over the surface From this effect it is easy to see whether an impregnation has been applied, what the quality of the work is and what the average concentration of the impregnation is. Of course, it is also possible to color the non-impregnated part of the material and the possibly necessary binder in order to observe the above-mentioned effect.
It is also possible to comminute the water-repellent or water-repellent ballast material before mixing it with the binder or to treat it mechanically in some other way. It is also possible to reduce ballast material that is made water-repellent or water-repellent or to shape it into larger components.
The invention is illustrated by the following example.
The prior art, namely on the one hand the use of non-impregnated building material and on the other hand the use of completely impregnated building material is compared with the partial impregnation technique according to the invention.
example
A mortar for thin layers, e.g. B. 1 to 2 mm, was prepared from a ballast of crushed or finely divided stone material, half of which has a maximum grain size of 0.25 and the other half has a maximum grain size of 0.50 mm, and a binding agent made of lime and cement . Different batches with non-impregnated, partially impregnated or fully impregnated ballast were prepared. The ballast was impregnated by treating the ballast material with a 400% solution of silane in methyl alcohol.
After the impregnation, the ballast material was dried. The weight ratios in the mortar were 30 g of binder per 100 g of ballast, and the necessary amount of water was added in a known manner.
The thin layer samples were prepared by applying different batches of mortar to light weight concrete blocks and were tested for water permeability and moisture diffusion. To test the water permeability, the samples were subjected to a water pressure of 100 mm water column for 24 hours. The amount of water that had penetrated into the pores was determined after 30 minutes, 90 minutes and 24 hours.
The value of moisture diffusion can be defined as the ability of the material to release water contained or penetrated therein, whether it is present in the layer or the support. In order to determine the moisture diffusion, a vessel was used which contained a sump which was soaked with water and material and consisted of samples of thin mortar placed over it. Inside the material of the vessel, water saturation was assumed at normal atmospheric pressure. Outside the vessel, certain conditions with regard to atmospheric humidity, temperature and air circulation were maintained, which corresponded to the practically prevailing climatic conditions.
Four thin layer samples were produced as follows: Sample 1 consists of a thin layer sample of mortar with the above composition. This is impregnated with a 400 / above solution of silane in methyl alcohol. The mortar was provided with 0.2 l / m2.
Sample 2 is made from a ballast that is partially impregnated with 50 o / o.
Sample 3 also concerns a partially impregnated mortar, but in this case 20/0 of the ballast is impregnated.
Sample 4 consists of a non-impregnated mortar sample with the above composition.
The test results are compiled in the table below. The water permeability is given in liters / m2 and hour, while the moisture diffusion is determined in g / m2, hour and mm Hg. The values for the water permeability are based on the measurement of the water penetration during the time from 0 to 30 minutes, 30 to 90 minutes and 90 minutes to 24 hours.
Table of water permeability moisture assessment l / m2 h diffusion g / m2 h mm Hg 0.15 Q30 min.
0.05 30-90 min.
0.01 90 min-24 h 0.91 complete
Impregnation 0.28 0.03 13.2 partially 0.02 Impregnation 0.45 partially 0.38 20.0 Impregnation 0.15 3.10 percolate 30.2 without percolating impregnation
From the above test results it can be assumed that neither complete impregnation nor no impregnation show advantageous results, since in the first case the moisture diffusion is too low to allow the material to dry after water has penetrated, while in the latter case the water permeability is too great to enable the material to withstand the external water pressure against the rain.
However, according to the invention, the partial impregnation gives the desired balance between water permeability and moisture diffusion, so that the disadvantages which accompany the known method of operation are effectively avoided.
The invention is applicable to all building materials that consist of ballast material and binding agent.