Die vorliegend beschriebene Erfindung betrifft 2-Komponenten-Bindemittel mit über weiten Bereichsgrenzen optimaler Verarbeitbarkeit, basierend auf einer Flüssig- und einer Feststoffkomponente, die kurz vor der Applikation des Bindemittels homogen zu vermischen sind.
Gattungsgemässe Bindemittelsysteme sind bekannt und auch in der Patentliteratur beschrieben. Erstaunlicherweise ist jedoch dem applikationsmässig äusserst wichtigen Kriterium der Verarbeitbarkeit praktisch nirgends Beachtung geschenkt worden.
Die beiden CH-A5 643 521 und 650 482 beschreiben und beanspruchen ein Bindemittel zur Herstellung von Beton und Mörtel. Gemäss Beschreibung dieser beiden CH-Patentschriften ist der Gegenstand der Erfindung ein Bindemittel zur Herstellung von Beton und Mörtel, das mindestens ein anorganisches, hydraulisches Bindemittel, wie z.B. Kalk oder Zement, und mindestens einen, vorzugsweise in feinverteilter Form vorliegenden, Kunststoff enthält. Das Bindemittel dient speziell zur Herstellung von gegen Schlagbeanspruchung, Abrieb und Frost-Tauwechsel unempfindlichen Bauteilen und/oder Belägen.
Es ist dadurch gekennzeichnet, dass es, neben dem anorganischen, hydraulischen Bindemittel, insbesondere Portlandzement üblicher Zusammensetzung, Eisenportlandzement, Hochofenzement, Tonerdezement, modifizierten Portlandzement auf Basis von 11CaO 7Al2O3 CaF2, Grenoblezement und/ oder Romanzement, als Kunststoff mindestens einen, vorzugsweise in flüssigkeitsdispergierter und/ oder gelöster Form vorliegenden, Kunststoff mit einem T lambda max-Wert, ermittelt nach DIN 53 445, von weniger als -8 DEG C ent hält. Das Bindemittel kann zudem in fein verteilter Form vorliegende bituminöse Stoffe, wie Bitumen und/oder Teer, in gemahlener, trockendispergierter, flüssigkeitsdispergierter und/oder gelöster Form, und gegebenenfalls weitere Zusätze enthalten.
Die Verarbeitung der beiden Komponenten wird im praktischen Sinne nicht beschrieben; dies wird dem Applikateur überlassen. Demzufolge werden auch keinerlei Massnahmen bzw. Konditionierungen an den Komponenten im Hinblick auf gute Verarbeitbarkeit getroffen.
Inhalt und Gegenstand der EP-B1 0 069 586 ist ein Verfahren zur Herstellung von Ziegeln, Fliesen u.a. unter Härtung einer sowohl hydraulischen Zement wie auch eine wässerige Dispersion eines Polymeren enthaltenden Zusammensetzung mittels eines zweistufigen Härtungsverfahrens, wobei die erste Stufe unter Bedingungen hoher Feuchtigkeit und die zweite Stufe bei erhöhter Temperatur unter Trocknungsbedingungen zur Härtung des Polymeren durchgeführt wird.
Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die wässerige Polymerdispersion eine wässerige Dispersion eines Polymeren oder Copolymeren eines Methacryl- oder Acrylsäureesters enthält, wobei das Polymer oder Copolymer in einer Menge von 10 bis 40%, bezogen auf das Gewicht des Zements in der Zusammensetzung, vorliegt und die Polymer- oder Copolymerdispersion eine Viskosität von weniger als 1,5 Pa.s, gemessen mit einem Brookfield-LVT-Viskosimeter, Spindel 2, 12 U/min bei einer Temperatur von 23 DEG C, sowie eine Mindestfilmbildungstemperatur (MFT) von nicht weniger als 5 DEG C aufweist, und dass die erste Stufe bei erhöhter Temperatur zur Hydratation des Zements durchgeführt wird.
Speziell soll das Härtungsverfahren in einer ersten Stufe bei einer Temperatur von mindestens 35 DEG C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von mindestens 75% und dann, in einer zweiten Stufe, bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von nicht mehr als 50% durchgeführt werden.
An Massnahmen zur Verbesserung der Verarbeitbarkeit der Komponenten wird lediglich, betreffend die Flüssigkomponente, die Zugabe von ionischen oder nicht-ionischen oberflächenaktiven Stoffen erwähnt; bevorzugte Polymer und/oder Copolymerdispersionen sind dabei solche, die bei pH-Werten über 8 stabil sind.
Demgegenüber betrifft diese Erfindung ein 2-Komponenten-Bindemittel mit über weiten Bereichsgrenzen optimaler Verarbeitbarkeit, basierend auf einer Flüssig- und auf einer Feststoff-Komponente. Selbst für den Fachmann nicht voraussehbar war das Resultat der Erfindung, d.h. sowohl eine sehr gute Verarbeitbarkeit der beiden Komponenten - so, dass z.B. mit automatisierten Misch- und Applikationsvorrichtungen vor Ort gearbeitet werden kann - wie auch die Möglichkeit, verschieden feste bzw. elastische Beschichtungen aus dem hier beschriebenen Bindemittelsystem herzustellen.
Als zusätzliches, überraschendes Ergebnis hat sich gezeigt, dass durch die vorgenommene Konditionierung die Reissfestigkeit eines ausgehärteten Films, bzw. Belages erhöht und die Polymerverteilung in ihm optimiert wird.
Das erfindungsgemässe 2-Komponenten-Bindemittel mit über weiten Bereichsgrenzen optimaler Verarbeitbarkeit, basierend auf einer Flüssig- und einer Feststoffkomponente, ist gekennzeichnet durch Gehalte an
- einer im alkalischen Bereich beständigen Mischpolymerisat-Dispersion bzw. -Emulsion von 50 +/- 15 Gew.-% Gehalt an auf der Basis von (Alkyl-)Poly(meth)acrylat bestehendem Feststoff, als Flüssigkomponente, welche Dispersion bzw. Emulsion mittels mindestens 0,1 Gew.-% - bezogen auf das Dispersions- bzw.
Emulsionsgewicht - eines Äthanolamins fluidisiert und mittels gasförmigen Ammoniaks auf einen basischen pH-Wert eingestellt worden ist, sowie an
- einer Feststoff-Komponente auf der Basis von Portlandzement eines Mahlgrades von > 3000 cm<2>/g, welchem - bezogen auf das Gewicht der Feststoffkomponente - mindestens 3 Gew.-% Quarzfeinsand mit Korngrösse </= 0,6 mm und 0,1 bis 0,7 Gew.-% amorphes, hydrophiles Siliziumdioxid mit einer spezifischen Oberfläche von > 100 m<2>/g (BET) homogen zugemischt worden sind.
Das 2-Komponenten-Bindemittel ist, in bevorzugter Ausführungsform, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkomponente mittels Zugabe von 1,6 Gew.-% Monoäthanolamin fluidisiert und durch Zufuhr von gasförmigem Ammoniak auf einen pH-Wert von ca. 9,5 eingestellt worden ist und dass der Feststoffkomponente 4 Gew.-% Quarzsand mit Korngrösse 0,1 bis 0,5 mm und 0,4 Gew.-% amorphes, hydrophiles Siliziumdioxid mit einer mittleren spezifischen Oberfläche von ca. 130 m<2>/g (BET) zugemischt worden sind.
Äthanolamine, speziell das Monoäthanolamin, sind, gemäss dieser Erfindung, die geeignetsten Fluidisierungszusätze für die Flüssigkomponente; deren pH wird durch Zugabe von NH3(g), speziell durch Durchperlenlassen des Gases, auf einen Wert von bevorzugterweise ca. 9,5 gebracht. Die Zugabe von wässerigen Lösungen von Alkali- oder Erdalkalihydroxiden z.B. hat sich nicht bewährt.
Es hat sich zudem gezeigt, dass diese Konditionierung auf die meisten, eine im alkalischen Bereich beständige Mischpolymerisat-Dispersion bzw. -Emulsion von ca. 50 +/- 15 Gew.-% Feststoffgehalt auf der Basis von (Alkyl-)Poly(meth)akrylaten enthaltenden Zubereitungen anwendbar ist. Die Konditionierung der Feststoffkomponente ist dem Fachmann aufgrund des oben Gesagten klar ersichtlich.
Die Erfindung wird nun anhand von Anwendungsbeispielen näher erläutert.
Die in den Beispielen verwendete Grund-Akrylatemulsion bestand dabei, gemäss Angaben des Lieferanten und gemäss Analysenresultaten, aus
<tb><TABLE> Columns=2
<tb> <SEP>ca. 70 Gew.-% <SEP>einer Dispersion eines Butyl-Akrylatcopolymers mit einem Feststoffgehalt von ca. 46,9 Gew.-% (also mit einem innerhalb von 50 +/- 15 Gew.-% liegenden Gehalt), in der bereits 4,5 Gew.-% Methylcellulose enthalten sind,
<tb> <SEP>ca. 1 Gew.-% <SEP>eines Entschäumerzusatzes,
<tb> <SEP>ca. 10 Gew.-% <SEP>Acrylsäure gelöst, 3,45 Gew.-% Feststoffgehalt,
<tb> <SEP>ca. 12 Gew.-% <SEP>eines epoxidierten Vinylacetates gelöst, 6,1 Gew.-% Feststoffgehalt sowie aus
<tb> <SEP>- Inhibitor(en) und Emulgator(en).
<tb></TABLE>
Diese Dispersion wurde durch Zugabe von 1,6 Gew.-% - bezogen auf das konditionierte Dispersionsgewicht - Monoäthanol fluidisiert und durch Zufuhr von gasförmigem Ammoniak auf einen pH-Wert von ca. 9,5 gebracht.
Das war die Flüssigkomponente (= LK), die in den folgenden Beispielen verwendet wurde. Sie zeigte die folgenden Charakteristiken:
<tb><TABLE> Columns=2
<tb> <SEP>Aussehen <SEP>weiss/gelblich
<tb> <SEP>Partikelgrössen <SEP>0,05 bis 0,3 mu m
<tb> <SEP>Filmbildungstemperatur <SEP>- 5 DEG C
<tb> <SEP>Wasseraufnahme eines 5,5 mm starken Films <SEP>max. 4,5 Gew.-%
<tb> <SEP>Spezifisches Gewicht <SEP>1,02
<tb> <SEP>Feststoffgehalt <SEP>58% +/- 1 (Gew.-%)
<tb> <SEP>pH-Wert <SEP>9,5
<tb></TABLE>
Der in der Feststoffkomponente verwendete Zement war ein PZ 45 F. Dieser ist kalkreich und bildet gut Calciumsilikat aus, was durch die Dispersion verlangsamt wird (ca. 24 Std. Verzögerung). Seine Mahlfeinheit liegt zwischen 3200 und 3700 cm<2>/g, wodurch verhindert wird, dass entweder eine zu schnelle Reaktion oder eine nicht vollständige Hydratation des Zementes erfolgt. Wichtig ist jedoch, dass die Filmbildung der Calciumsilikathydratphase, die gemäss Wischers (s. Wesche, K.H. Baustoffe für tragende Bauteile, Teil 2, Beton, 1981) in Phase 2 abläuft, d.h. bei nicht verzögertem Zementleim nach ca. 2 Std., vorangeht.
Dem genannten PZ 45 F wurden nun einmal 40 Gew.-% (= FK 1) und einmal 4 Gew.-% (= FK 2) gewaschener Quarz(bruch)sand und immer 0,4 Gew.-% amorphes, hydrophiles SiO2 - alles bezogen auf das Gewicht der Feststoffkomponenten - zugesetzt.
Zur Herstellung eines Flächenspachtelmörtels wurden die folgenden Komponenten in den angegebenen Gewichtsverhältnissen in einem kippbaren Schaufelkneter mit Z-förmigen Knetschaufeln (Nutzinhalt 0,5 m<3>, Drehzahl 18 und 30 U/min) gemischt:
<tb><TABLE> Columns=2
<tb> <SEP>Feststoffkomponente (FK1) <SEP>100 Gewichtsteile (GT)
<tb> <SEP>Flüssigkomponente (LK) <SEP>10 GT
<tb> <SEP>Wasser <SEP>7 GT
<tb></TABLE>
75% der Emulsion sind zuerst mit dem Pulver zu mischen, danach erfolgte die Restzugabe der Emulsion.
Zur Herstellung eines Elastbetonmörtels wurden vermischt:
<tb><TABLE> Columns=2
<tb> <SEP>Feststoffkomponente (FK2) <SEP>100 GT
<tb> <SEP>Flüssigkomponente (LK) <SEP>50 GT
<tb></TABLE>
75% der Emulsion sind zuerst mit dem Pulver zu mischen, danach erfolgte die Restzugabe der Emulsion.
An den Systemen Flächenspachtel/Elastbetonschicht wurden die folgenden Prüfungen durchgeführt:
- Die Bestimmung des Wasserdampfdiffusionswiderstandskoeffizienten nach DIN 53 122,
- Die Bestimmung des Kohlendioxiddiffusionswiderstandskoeffizienten nach Engelfried/Klopfer,
- Die Bestimmung der Haftverbundfestigkeiten auf Beton B 45 gesandstrahlt mit 25 Frost-/
Tauwechsel -20 DEG C / + 15 DEG C,
- Die Bestimmung der Haftverbundfestigkeiten auf Stahl ST 37, gesandstrahlt auf Reinheit Aa 2,5 nach DIN 55928,
- Prüfung der statischen Rissüberbrückung nach Tnorm und Tmin,
- Prüfung der Bruchdehnung und der Reissfestigkeit für Marbolastic bei - 20 DEG C und bei + 37 DEG C.
1 Wasserdampfdiffusionswiderstandszahl
Probekörper
Kreisrunde Prüfkörper mit einer Prüffläche von 40,7 cm<2> und einer Schichtdicke von 4,5 mm Flächenspachtel und hierauf 2,5 mm Elastbeton. Die Prüflinge wurden 28 Tage bei 23 DEG C und 95% r.L. (relative Luftfeuchtigkeit) gelagert. Flächenspachtel wurden zusätzlich, jedoch ohne Elastbeton zur Überprüfung angesetzt.
Prüfverfahren
Die Probekörper wurden, der DIN 53 122 entsprechend über Blaugel, abgedichtet und für 10 Tage bei einer Temperatur von 23 DEG C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 92% r.L. auf Gewichtszuwachs überprüft. Die Dauer der Messung betrug 10 Tage.
Untersuchungsergebnis
Für das System Flächenspachtel/Elastbeton wurde eine Wasserdampfdiffusionswiderstandszahl von 1585 gemessen. Für den Flächenspachtel allein wurde eine Wasserdampfdiffusionswiderstandszahl von 583 ermittelt. Aus diesen beiden Zahlenwerten ergibt sich für den Elastbeton eine Wasserdampfdiffusionswiderstandszahl von 1002.
<tb><TABLE> Columns=3
<tb>Title: Tabellarische Übersicht:
<tb>Head Col 01 AL=L: Produkt
<tb>Head Col 02 AL=L: System
<tb>Head Col 03 AL=L: Wasserdampfdiffusionswiderstandszahl
<tb> <SEP>Flächenspachtel <SEP>583
<tb> <SEP>Elastbeton <SEP>1002
<tb> <SEP>Flächenspachtel/
Elastbeton <SEP>1585
<tb></TABLE>
2 Kohlendioxiddiffusionswiderstandszahl
Probekörper
Kreisrunde Prüfkörper mit einer Prüffläche von 40,7 cm<2> und einer Schichtdicke von 4,5 mm Flächenspachtel und hierauf 2,5 mm Elastbeton. Die Prüflinge wurden 28 Tage bei 23 DEG C und 95% r.L. gelagert. Der Flächenspachtel wurde zusätzlich, jedoch ohne Elastbeton, zur Prüfung angesetzt.
Prüfverfahren
Die Probekörper wurden entsprechend der Prüfanordnung nach Engelfried/Klopfer über Natronasbest abgedichtet und unter isothermen Bedingungen in einem Gemisch aus Kohlendioxid (7,6 ltr./Std.) und Pressluft (5,4 ltr./Std.) bei einer Luftfeuchtigkeit von max. 3% auf Gewichtszunahme geprüft.
Untersuchungsergebnis
Für das System Flächenspachtel/Elastbeton konnte nach einem Zeitraum von 14 Tagen noch kein messbarer Gewichtszuwachs festgestellt werden.
3 Haftzugfestigkeiten auf Beton und Stahl
Probekörper
Flächenspachtel, 5 mm dick, auf Betongrundplatte "B" zum einen und auf Stahlgrundplatte "SP" zum anderen mit den Abmessungen 300 mm x 300 mm x 30 mm, sandgestrahlt, für SP auf Sa 2,5 nach DIN 55 928. Hiernach wurde die beschichtete Grundplatte für eine Dauer von 24 Std. mit einer Folie abgedeckt. Danach erfolgte der Auftrag von Elastbeton in einer Schichtdicke von im Mittel 3 mm. Im leicht angetrockneten Zustand wurde die letztere Beschichtung mittels einer feinporigen Gummirolle überrollt. Eine weitere Nachbehandlung, z.B. durch Befeuchten oder Abdecken, erfolgte nicht.
Prüfverfahren
Drei, wie oben beschriebene, beschichtete Grundplatten "B" und "SP" wurden nach einer Lagerdauer von 28 Tagen bei 23 DEG C und 65% r.L. der Haftverbundfestigkeitsprüfung unterzogen. Drei weitere, wie oben beschrieben beschichtete Grundplatten "B" wurden nach einer Lagerdauer von 28 Tagen bei 23 DEG C und 65% r.L. einem 25fachen Frost/Tausalz-Wechsel zwischen -20 DEG C und + 15 DEG C unterzogen. Hiernach wurden die Haftzugfestigkeiten geprüft. Die Prüfung der Haftzugfestigkeit erfolgte mit einem HERION-Gerät, ölhydraulisch, elektronisch gesteuert, bei einer Kraftanstiegsrate von rund 450 N/s.
Hierzu wurden, einen Tag vor der Prüfung, original Prüfstempel 50 mm x 50 mm mittels eines 2k-Expoxidharzes aufgeklebt. 24 Stunden nach der Aushärtung des Verbundklebstoffes wurden die Prüfflächen bis 11 mm tief in die Grundplatte "B" und 8 mm in die Grundplatte "SP" trocken eingeschnitten und anschliessend die Abreissfestigkeit geprüft.
Untersuchungsergebnisse
Die durch Frost/Tausalz-Wechsel belasteten Prüfkörper ergaben ver glichen mit den unbelasteten Prüfkörpern keine optisch wahrnehmbaren Veränderungen.
Die Prüfungen der Haftverbundfestigkeiten ergaben die folgend genannten Werte:
<tb><TABLE> Columns=3
<tb>Title: System Flächenspachtel/Elastbeton
<tb>Head Col 01 to 02 AL=L: Nullproben
<tb>SubHead Col 03 AL=L>Frost/Tausalz-Wechsel:
<tb>SubHead Col 01 AL=L>Beton:
<tb>SubHead Col 02 AL=L>Stahl:
<tb> <SEP>i.M. 0,83 n/mm<2> <SEP>i.M. 0,81 N/mm<2> <SEP>i.M. 0,61 N/mm2
<tb></TABLE>
Das beobachtete Bruchbild zeigte bei allen Proben einen 100-%-Abriss im Elastbeton. Dies ist erklärlich, da dieser sehr elastisch ist.
4 Statische Rissüberbrückung
Probekörper
Prismatische Prüfkörper mit den Abmessungen 40 mm x 40 mm x 160 mm, aus Beton, B 35, Sieblinie AB 16, geschnitten. Hierauf einseitig mit dem System Flächenspachtel/Elastbeton wie oben beschichtet und gelagert.
Prüfverfahren
Die Prüfung erfolgte nach Prüfbedingungen für Beschichtungen auf Beton der Bundesanstalt für Materialprüfung in Berlin, einmal nach Tnorm und zum anderen nach Tmin, für die Dauer von je einer Woche und 4 Wochen. Die statische Rissüberbrückung wurde für 1 mm Rissbreite geprüft.
Untersuchungsergebnisse
Das System Flächenspachtel, Schichtdicke 5 mm, und Elastbeton, Schichtdicke 3 mm, erfüllt die Anforderungen der statischen Rissüberbrückung bis zu 1 mm Rissbreite.
5 Bruchdehnung und Reissfestigkeit
Probekörper
Gemäss DIN 53 504 wurden von Elastbetonschichten Normprobekörper SZ mit einer Schichtdicke von 3 mm ausgestanzt.
Prüfverfahren
Die Normprobekörper wurden nach einer Lagerdauer von und 28 Tagen, bei 23 DEG C und 65 r.L., nach DIN 53504 Absch. 4.2 bei einer Temperatur von + 20 DEG C mit einer Lagerdauer von 7 Tagen 23 DEG C, 65% r.L. 1 Tag + 20 DEG C, bei + 37 DEG C mit einer Lagerdauer 7 Tagen 23 DEG C, 65% r.L. 1 Tag bei + 37 DEG C und bei -25 DEG C mit einer Lagerdauer von 7 Tagen bei 23 DEG C, 65% r.L. und 1 Tag bei -25 DEG C, auf ihre Bruchdehnung und auf ihre Reissfestigkeit geprüft.
Untersuchungsergebnisse
Für das Produkt Elastbeton wurden die folgend genannten Werte gemessen:
<tb><TABLE> Columns=4
<tb>Head Col 01 AL=L: Lagerungsdauer
<tb>Head Col 02 AL=L: Temperatur
<tb>Head Col 03 AL=L: Bruchdehnung
<tb>Head Col 04 AL=L: Reissfestigkeit
<tb> <SEP>7 Tage <SEP>+ 20 DEG C <SEP>57,5% <SEP>0,32 N/mm<2>
<tb> <SEP>28 Tage <SEP>+ 20 DEG C <SEP>48,9% <SEP>0,42 N/mm<2>
<tb> <SEP>7 Tage <SEP>+ 37 DEG C <SEP>85,0% <SEP>0,24 N/mm<2>
<tb> <SEP>7 Tage <SEP>- 25 DEG C <SEP>38,7% <SEP>0,55 N/mm<2>
<tb></TABLE>