DE10124149A1 - Selbstnivellierender Fließestrich auf der Basis von Anhydrit - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft das technische Gebiet der Fußbodenaufbauten beim Ausbau von Bauwerken mit selbstnivellierendem Fließestrich auf der Basis von Anhydrit. DOLLAR A Es liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, einen selbstnivellierenden Fließestrich auf der Basis von Anhydrit zu entwickeln, in welchem CaSO¶4¶ zumindest teilweise durch ein möglichst billiges Abfallprodukt ersetzt wird und dabei ein Fußboden entsteht, welcher mindestens dem unter Einsatz von konventionellen Anhydritfließestrichen aufgebauten Böden entspricht oder noch bessere Eigenschaften aufweist. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der Fließestrich Anhydrit und puzzolanische Flugaschen allein oder in Kombination mit alkalisch reagierenden Komponenten enthält und die alkalisch reagierenden Komponenten in gelöster Form und/oder als lösliche und/oder reaktive Feststoffe vorliegen und der Abbindeprozeß durch den Zusatz von an sich bekannten beschleunigend oder verzögernd wirkenden Verbindungen gezielt eingestellt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Fußbodenaufbauten beim Ausbau von Bauwerken mit selbstnivellierendem Fließestrich auf der Basis von Anhydrit.

Fließestriche auf der Basis von Anhydrit (CaSO₄) finden im Wohnungsbau sowie in Industriebauten eine breite Anwendung. Als CaSO₄-Komponente kann dabei sowohl natürlicher als auch synthetischer Anhydrit eingesetzt werden. Anhydrit - wasserfreies Calciumsulfat - kann in drei unterschiedlichen Modifikationen auftreten. Diese werden als Anhydrit-I, -II oder -III bezeichnet. Bei Raumtemperatur ist Anhydrit-II die thermodynamisch stabile Modifikation. Für die Herstellung von Anhydrit-Fließestrich wird ausschließlich Anhydrit-II eingesetzt. Anhydrit-II kommt als natürlicher Anhydrit vor und kann sowohl auf der Basis von REA-Gips als auch unter Nutzung von natürlichem Gips (CaSO₄.2H₂O) hergestellt werden. Gleichzeitig ist bekannt, Fließestriche unter Nutzung von α- oder β-CaSO₄.1/2H₂O herzustellen. Der Abbindeprozess sowohl von Calciumsulfat-Halbhydrat als auch von Anhydrit ist ein Hydratationsprozess, in welchem es zur Ausbildung von Gips (CaSO₄.2H₂O) kommt.

Die zur Zeit kommerziell angebotenen Anhydrit-Estriche bzw. deren Trockensubstanzen unterscheiden sich bezüglich der Erhärtungsgeschwindigkeit, ihres Hydratationsgrades, in der Endfestigkeit sowie in der Oberflächenbeschaffenheit des resultierenden Fußbodens.

Es ist seit langem bekannt, Anhydritestriche durch den Zusatz von Kies, Splitt und/oder Sand zu magern. Die zugesetzten Zuschläge müssen DIN 4226 Teil 1 oder 2 entsprechen. Bei Estrichdecken bis zu 40 mm soll ein Größtkorn von 8 mm nicht überschritten werden, bei Estrichdicken größer 40 mm soll dieses 16 mm nicht überschreiten. Wesentlich ist, dass der Zuschlag keine organischen Bestandteile enthält sowie, dass in diesem keine, das Abbinden negativ beeinflussenden Bestandteile vorhanden sind, hierzu K. G. Aurnhammer "Schäden an Estrichen" 2. Auflage, Fraunhofer IRB Verlag 1999. Die Oberfläche des abbindenden Estrichs muss so früh wie möglich einer Nachbehandlung durch ein maschinelles Schleifen mit Schleifpapier der Körnung 16 unterzogen werden. Durch den Schleifprozess wird die gebildete Sinterhaut entfernt. Dies führt zu einer Beschleunigung des Austrocknungsprozesses. Im Gegensatz zu Zementestrichen ist das Schwinden bei Anhydritestrichen von 0,05 bis maximal 0,15 mm/m praktisch bedeutungslos.

Bei einer Diskussion der Zusammensetzung und der Erstarrungsvorgänge kommerziell eingesetzter, zur Bildung von Gips führender Fließestriche ist es wesentlich, zwischen Produkten auf der Basis von CaSO₄.1/2H₂O und solchen auf der Basis von natürlichem oder synthetischem Anhydrit (CaSO₄) zu unterscheiden.

Wird CaSO₄.1/2H₂O mit Wasser vermischt, erfolgt eine schnelle, unter Wärmefreisetzung verlaufende Erstarrung unter Bildung von Gips (CaSO₄.2H₂O). Dieser Hydratationsprozess führt zu einem nach wenigen Minuten beginnenden Erstarrungsprozess, wobei das Erstarrungsende oftmals bereits nach wenigen Minuten erreicht ist. Um einen Fließestrich auf der Basis von CaSO₄.1/2H₂O herstellen zu können, muss der Erstarrungsbeginn verzögert werden. Dies ist durch den Zusatz von Abbindeverzögerern möglich. Gängig ist z. B. der Einsatz von Zitronensäuremonohydrat und von alkalisch reagierenden Komponenten wie Calciumhydroxid bzw. Kalkmilch.

In Fließestrichen auf der Basis von Anhydrit muss demgegenüber die Reaktionsfähigkeit des eingesetzten Anhydrits durch den Zusatz von sogenannten Anregersalzen erhöht werden. Ohne entsprechende Zusätze läuft der Hydratationsprozess und damit der Abbindevorgang nur in geringem Umfange ab. Das zugesetzte Wasser verdunstet und wird nicht als Kristallwasser gebunden. Dies trifft sowohl auf synthetische als auch natürliche Anhydrite zu, wobei sich jedoch aufgrund der Unterschiede in der Zusammensetzung und Reaktivität sowohl die eingesetzten Anreger als auch ihre Konzentrationen unterscheiden.

Die Umwandlungsgeschwindigkeit von synthetischem, auf der Basis von REA- oder Chemiegipsen hergestelltem Anhydrit in Gips wird z. B. von der Brenntemperatur, der Morphologie der Produkte sowie der Anwesenheit von Fremdstoffen wesentlich beeinflußt. Als Anreger haben sich, sowohl für natürliche als auch für synthetische Anhydrite, Sulfate wie K₂SO₄, ZnSO₄ oder Na₂SO₄ bewährt. Diese können einzeln oder im Gemisch eingesetzt werden. Ein Zusatz von Ca(OH)₂ führt demgegenüber zu einer Verlangsamung des Abbindeprozesses.

Ein charakteristisches Merkmal von Fließestrichen ist deren selbstnivellierendes Verhalten. Dies wird durch den Einsatz von Verflüssigern oder Plastifikatoren erreicht. Bekannt ist die Anwendung von sulfonierten Melamin-Formaldehyd-Kondensaten, Naphthalin-Formaldehyd-Kondensaten oder von modifizierten Ligninsulfaten.

Die Herstellung von Fließestrichen auf Anhydritbasis ist in DE 31 27 436 und in DE 32 27 563 offenbart. Als Anreger werden Sulfate eingesetzt, wobei DE 32 27 563 Gemische, die 0,5 bis 2,0 Ma.-% K₂SO₄, 0,2 bis 2,0 Ma.-% ZnSO₄ sowie 0,2 bis 0,7 Ma.% Na₂SO₄ enthalten, beschreibt. Diese werden mit dem Anhydrit vermahlen. Im gleichen Mahlvorgang werden 0,15 bis 6,0 Ma.-% eines modifizierten, festen Melaminharzes zugesetzt, welches bei einem Vermischen mit Wasser als Verflüssiger wirkt. Das resultierende Produkt wird mit ca. 25 Ma.-% Wasser versetzt. Eine Magerung erfolgt mit Betonsand. Es resultiert ein pumpfähiger, selbstnivellierender Anhydritestrich.

Aus der trockenen Rauchgasentschwefelung resultierende Aschen, die in freier Form vorliegendes CaO enthalten, können nach DE 36 43 950 zur Herstellung von hydraulischen Bindemitteln genutzt werden. Die Filteraschen werden mit Komponenten vermischt, die zur Kalkbindung fähig sind. Dies sind Hochofenschlacken mit einem hohen Anteil an glasig erstarrtem Material. Es werden weiterhin Zementklinker, Gipsstein und/oder Anhydrit und/oder Portlandzement zugemischt. Eine charakteristische Zusammensetzung weist 20% Hochofenschlacke, 10 Ma.-% Filterasche (mit einem freien CaO Anteil von 46%), 65% Portlandzementkinker und 5 Ma.% Gips auf.

Das entstehende hydraulische Bindemittel basiert somit auf Portlandzement, welchem Gips oder Anhydrit als Abbinderregler zugesetzt werden.

Der Einsatz von Hüttensand in Verbindung mit α-CaSO₄.1/2H₂O wird in DE 38 43 625 beschrieben. Es resultiert ein schnell erstarrendes Bindemittel, welches aufgrund des Anteils an Hüttensand eine mit der Zeit zunehmende Wasserbeständigkeit aufweist. Die Menge an Hüttensand wird dabei so auf die Ausgangsmenge an CaSO₄-Halbhydrat abgestimmt, dass im Anschluss an die Schnellerstarrung des Halbhydrates die Bildung von Ettringit sowie von Calciumhydrosilikatphasen stattfindet. CaSO₄.1/2H₂O und Hüttensand werden gemeinsam aufgemahlen und dabei vermischt. Für Fließestriche wird ein α-CaSO₄.1/2H₂O/Hüttensand-Verhältnis von 90 : 10 bis 70 : 30 als vorteilhaft angesehen.

Der Einsatz von Hüttensand/CaSO₄-Halbhydrat Gemischen wird ebenfalls in DE 44 10 850 beschrieben. Wesentlich ist, dass diesen zusätzlich reaktive aluminathaltige Komponenten zugesetzt werden. Die Mischung CaSO₄.1/2H₂O-Hüttensand-reaktive Aluminate liegt in einem Fenster, welches sich im Dreistoffdiagramm auf der CaSO₄-Hüttensand-Achse zwischen 35 und 70% CaSO₄ befindet und in Richtung reaktive Aluminate etwa von 0,5 bis 5 Ma.-% reicht. Als reaktive Aluminate werden Tonerdezemente oder Tonerdeschmelzzemente eingesetzt.

DE 37 26 903 beschreibt einen selbstnivellierenden, hydraulisch erhärtenden Fließestrich auf der Basis von Hochofenschlacke. Diesem werden als Anreger synthetischer Anhydrit und Portlandzement zugesetzt. Eingesetzt wird Hochofenschlacke, die im Hüttenwerk abgeschreckt und granuliert wurde. So wird im Ausführungsbeispiel 1 von DE 37 26 903 ein Estrich eingesetzt, der zu 45 Gew.-% aus Hochofenschlacke, 49,4 Ma.% Kalkbrechsand, 5 Ma.-% Anreger (bestehend aus Portlandzement und synthetischem Anhydrit), 0,5 Ma.-% Verflüssiger sowie 0,05 Ma.% nicht näher spezifiziertem Stabilisierer und 0,05 Ma.-% Entschäumer zusammengesetzt ist.

Es wird somit ein Fließestrich, der im wesentlichen auf Hochofenschlacke beruht und dem Anhydrit als Anreger zugesetzt wird, beschrieben.

In DE 39 30 693 ist die Verwendung von Wirbelschichtaschen in Estrichmörteln offenbart. Diese werden in Verbindung mit Anhydritbindern, Verflüssigern, Dispergentien, Stabilisatoren und Entschäumern angewandt. Die eingesetzte Wirbelschichtasche aus der "Wirbelschichtverfeuerung schwefelhaltiger Brennstoffe" ist dabei durch einen hohen Anteil an "freiem CaSO₄" gekennzeichnet. Dieser resultiert aus dem Einsatz von Kalk zur Rauchgasentschwefelung. Derartige Aschen sind sehr reaktiv und besitzen ein hohes Abbindevermögen. Der Ascheanteil des Estrichs kann bis zu 80% betragen, wobei dieser zur Anwendung kommt, wenn keine selbstnivellierenden Eigenschaften erforderlich sind und eine Verdichtung durch Stampfen erfolgt. Für die Herstellung von Fließestrich soll der Anteil an Wirbelschichtasche 60 Gew.-% nicht übersteigen. Der Anteil an zugesetztem Sand kann dabei auf den SiO₂-Anteil der Wirbelschichtasche abgestimmt werden. Bei einem SiO₂-Gehalt von 40 Gew.-% soll der Zusatz an Sand um ca. 30 Gew.-% reduziert werden können.

In zur Gipsbildung führenden Fließestrichen werden somit dem Stand der Technik entsprechend ausschließlich Wirbelschichtaschen mit hohen Gehalten an freiem CaSO₄ oder CaO sowie Hüttensande eingesetzt. Der Einsatz von Aschen mit freiem CaO ist dabei an die Anwendung von CaSO₄.1/2H₂O gekoppelt. Das bei einem Vermischen mit Wasser entstehende Ca(OH)₂ führt, wie bereits erwähnt, zu einer Verlangsamung des Hydratationsprozesses von CaSO₄.1/2H₂O. Dies ist im Falle des Einsatzes von CaSO₄.1/2H₂O erwünscht, würde jedoch bei einem Einsatz von Anhydrit extrem lange Abbindezeiten hervorrufen. Damit verbunden wäre die Gefahr des Austrocknens des Estriches, ohne dass ein Abbindeprozess erfolgt. Es würden Fußböden mit einer nur geringen Festigkeit resultieren.

Von diesem Stand der Technik ausgehend, liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, einen selbstnivellierenden Fließestrich auf der Basis von Anhydrit zu entwickeln, in welchem CaSO₄ zumindest teilweise durch ein möglichst billiges Abfallprodukt ersetzt wird und dabei ein Fußboden entsteht, welcher mindestens dem unter Einsatz von konventionellen Anhydritfließestrichen aufgebauten Böden entspricht oder noch bessere Eigenschaften aufweist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch den kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Merkmale ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Überraschenderweise wurde gefunden, dass ein Fließestrich, der Anhydrit und puzzolanische Flugaschen allein oder in Kombination mit alkalisch reagierenden Komponenten enthält und in dem die alkalisch reagierenden Komponenten in gelöster Form und/oder als lösliche und/oder reaktive Feststoffe zugesetzt werden, diese Aufgabe erfüllt. Als Anhydrit können sowohl natürlicher als auch synthetischer Anhydrit eingesetzt werden, als puzzolanische Flugaschen kommen Braunkohlenflugasche und/oder Steinkohlenflugasche zur Anwendung. Wesentlich ist, dass die Flugaschen gegenüber den alkalisch reagierenden Komponenten im Überschuss vorliegen. Damit ist die Möglichkeit einer vollständigen Umsetzung der alkalischen Zusatzstoffe gegeben und bei einem, während oder nach dem Abbindeprozess erfolgenden, Zutritt von Wasser sind keine schädlichen Folgereaktionen zu befürchten. Als alkalisch reagierende Komponenten können Alkalihydroxide, Erdalkalihydroxide, Alkalikarbonate, Portlandzemente oder Hochofenzemente allein oder in Kombination eingesetzt werden. Der Abbindeprozess wird durch den Zusatz von an sich bekannten beschleunigend oder verzögernd wirkenden Verbindungen gezielt eingestellt. Überraschend war insbesondere, dass die auf den Abbindeprozess verlangsamend wirkende Zugabe von alkalisch reagierenden Komponenten wie Ca(OH)₂ durch den Zusatz von an sich bekannten Anregersalzen kompensiert werden kann, ohne dass damit der im alkalischen Bereich erfolgende Umsatz der Flugasche beeinträchtigt wird. So ist bei einem Einsatz von K₂SO₄ als Anregersalz und gleichzeitigem Zusatz von Ca(OH)₂ eine spontane Bildung eines feinkristallinen Gipses zu erwarten. Überraschenderweise führt diese Reaktion nicht zu einem Ausbleiben der reaktiven Einbindung der Flugasche in die Gipsmatrix und gleichzeitig auch nicht zu einem zu schnellen Erstarren der gesamten Mischung. Weitere vorteilhafte Anreger sind ZnSO₄ und FeSO₄, welche allein oder in Kombination einsetzbar sind. Diese können sowohl separat zugemischt werden als auch vor oder während des Aufmahlens des Anhydrits zugesetzt werden.

In Abhängigkeit von den eingesetzten alkalischen Komponenten werden unterschiedliche, die Verfestigung bewirkende Verbindungen gebildet, wobei insbesondere C-S-H-Phasen und Calciumaluminiumsulfate von ausschlaggebender Bedeutung sind. Die Wirkung von CO₃ ^2--haltigen Komponenten kann auf eine Umsetzung mit in der Asche anwesenden calciumhaltigen Verbindungen zurückgeführt werden. So führt der Einsatz von K₂CO₃ zur Bildung von CaCO₃, gleichzeitig entsteht KOH in gelöster Form. Dieses kann mit den Silkatbestandteilen der Flugasche, den anwesenden Ca- Al-Verbindungen bzw. Anhydrit zu schwerlöslichen, die Verfestigung bewirkenden Verbindungen weiterreagieren.

Neben einem eigenen Beitrag zur Festigkeitsentwicklung durch ein reaktives Einbinden können die Flugaschen auch die Rolle eines mehr oder weniger inerten Zuschlagsstoffes einnehmen. Es besteht die Möglichkeit, Magerungsmittel wie Sand durch puzzolanische Flugaschen zu ersetzen. Gleichzeitig führen einige Flugaschen zu einer Reduzierung des für eine Fließfähigkeit erforderlichen Wasseranspruches.

Die eingesetzten Flugaschen sind durch geringe Gehalte an SO₃ und Anteile < 1,5 Ma.-% an freiem CaO gekennzeichnet. Deren Einsatz zur Herstellung von selbstnivellierenden Fließestrichen auf Anhydritbasis war bisher unbekannt.

Die unter Nutzung der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen hergestellten Fließestriche führen zu Fußböden, die in ihren Eigenschaften und Anwendungsmöglichkeiten denen von konventionellen, aschefreien Produkten entsprechen oder besser als diese sind. Das erfindungsgemäße Bindemittelgemisch führt zu einer deutlichen Kosteneinsparung und darüber hinaus zu Produkten, die hinsichtlich erreichbarer Festigkeit und Wasserbeständigkeit traditionellen Anhydritestrichen ebenbürtig oder überlegen sind.

Nachfolgende Ausführungsbeispiele sollen die Erfindung näher erläutern.

Ausführungsbeispiel 1

Die Herstellung eines Fließestriches wird mit folgender Zusammensetzung vorgenommen und es wird wie folgt vorgegangen:
460 kg eines kommerziell erhältlichen CaSO₄-Fließestriches werden mit 100 kg einer puzzolanischen Braunkohlenflugasche, 15 kg Weißkalkhydrat, 1 kg Verflüssiger und 5 kg K₂SO₄ intensiv vermischt. Als Magerungsmitttel werden 1160 kg Sand 0. . .2 mm und 320 kg Splitt 2. . .8 mm eingesetzt. Anschließend erfolgt der Zusatz von 240 l H₂O.

Der Erstarrungsbeginn liegt bei 2,5 h. Es resultiert ein rissefreier Gipsfußboden mit einer erhöhten Wasserbeständigkeit.

Ausführungsbeispiel 2

Wird als alkalisch reagierende Komponente Portlandzement eingesetzt, so ist ein vorteilhaft zusammengesetzter Fließestrich durch ein Vermischen von 450 kg eines kommerziell erhältlichen Fließestriches mit 100 kg puzzolanischen Braunkohlenflugasche, 25 kg Portlandzement, 1 kg Verflüssiger, 1160 kg Sand Körnung 0. . .2 mm, 320 kg Splitt 2. . .8 mm und der anschließenden Zugabe von 240 l Wasser erreichbar.

Ausführungsbeispiel 3

Ein rissefreier, eine hohe Wasserbeständigkeit aufweisender Gipsfußboden wird durch den Einsatz eines Estriches folgender Zusammensetzung erreicht: 450 kg kommerziell erhältlicher Anhydritestrich, 100 kg puzzolanische Braunkohlenflugasche, 1 kg Verflüssiger, 15 kg feingemahlenes Kaliumcarbonat, 1160 kg Sand Körnung 0. . .2 mm, 320 kg Splitt Körnung 2. . .8 mm, 250 l Wasser.

Claims (9)

1. Selbstnivellierender Fließestrich auf der Basis von Anhydrit, dadurch gekennzeichnet, dass der Fließestrich Anhydrit und puzzolanische Flugaschen allein oder in Kombination mit alkalisch reagierenden Komponenten enthält und die alkalisch reagierenden Komponenten in gelöster Form und/oder als lösliche und/oder reaktive Feststoffe vorliegen, wobei zum Zwecke der gezielten Einstellung des Abbindevorganges an sich bekannte beschleunigend oder verzögernd wirkende Verbindungen und zum Zwecke der Fließfähigkeitseinstellung an sich bekannte Verflüssiger eingesetzt sind.

2. Selbstnivellierender Fließestrich nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Anhydrit natürlicher und/oder synthetischer Anhydrit sowie als puzzolanische Flugaschen Braunkohlenflugasche und/oder Steinkohlenflugasche eingesetzt sind und die Flugaschen gegenüber den alkalisch reagierenden Komponenten im Überschuss vorliegen.

3. Selbstnivellierender Fließestrich nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als alkalisch reagierende Komponenten Alkalihydroxide, Erdalkalihydroxide und/oder Alkalicarbonate, allein oder in Kombination eingesetzt werden und diese so dosiert sind, dass während des Abbindeprozesses eine vollständige Umsetzung mit der puzzolanischen Flugasche und/oder dem Anhydrit erfolgt.

4. Selbstnivellierender Fließestrich nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als alkalisch reagierende reaktive Feststoffe Portlandzement und/oder Hochofenzement eingesetzt sind und das Verhältnis Flugasche zu Portlandzement und/oder Hochofenzement so gewählt ist, dass während des Abbindeprozesses entstehendes Ca(OH)₂ durch die Flugasche gebunden wird.

5. Selbstnivellierender Fließestrich nach Anspruch 1 und/oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Alkalihydroxide vorzugsweise NaOH und/oder KOH eingesetzt sind und diese vorzugsweise in Form von wässrigen Lösungen dem Fließestrich zugegeben sind.

6. Selbstnivellierender Fließestrich nach Anspruch 1 und/oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Alkalicarbonate vorzugsweise Na₂CO₃ oder K₂CO₃ eingesetzt sind und diese in Form eines feingemahlenen Feststoffes oder als wässrige Lösung zugegeben sind.

7. Selbstnivellierender Fließestrich nach Anspruch 1 und/oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Erdalkalihydroxid vorzugsweise feingemahlenes Ca(OH)₂ eingesetzt ist.

8. Selbstnivellierender Fließestrich nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als an sich bekannte Anreger vorzugsweise K₂SO₄ und/oder Na₂SO₄ und/oder FeSO₄ und/oder ZnSO₄ eingesetzt sind.

9. Selbstnivellierender Fließestrich nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Magerungsmittel Sand und/oder Splitt und/oder Kies zugesetzt sind.