DE102004061769B4

DE102004061769B4 - Mineralischer Kleber für anorganische Baustoffe und seine Verwendung

Info

Publication number: DE102004061769B4
Application number: DE102004061769A
Authority: DE
Inventors: Stephan Busch
Original assignee: ETTL HANS; Ettl Hans Dr; REINER PETER
Current assignee: ETTL HANS; Ettl Hans Dr; REINER PETER
Priority date: 2003-12-23
Filing date: 2004-12-22
Publication date: 2007-04-12
Anticipated expiration: 2024-12-23
Also published as: DE102004061769A1

Abstract

Mineralischer Kleber für anorganische Baustoffe, der ohne Zusatz von Wasser verarbeitet wird, bestehend aus
(A) Tetraethyl(ortho)silicat,
(B) Calciumhydroxid,
(C) Quarzmehl (Körnung bis 125 μm),
wobei in der Mischung
65,2 Gew.-% der Komponente (A) und
34,8 Gew.-% der Komponente (B)
bezogen auf die Summe der Komponenten (A) und (B), vorliegen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Klebstoff für Natursteine, insbesondere einen zement- und kunststofffreien, rein mineralischen Klebstoff, sowie dessen Verwendung zur Verklebung von Natursteinteilen (aber auch Keramik, Holz, Stuck, Ziegel) insbesondere und in vorzüglicher Weise bei Teilerneuerungen und Vierungen im Zuge von steinmetzmäßigen Ausbesserungs- und Restaurierungsaufgaben an Natursteinobjekten.
Steinvierungen und Teilerneuerungen wurden bislang üblicherweise mit kunststoffhaltigen Materialien, z.B. Acrylharze, Epoxidharze oder modifizierten Zementmörteln eingeklebt. Die dadurch entstehenden, bekannten Probleme der Behinderung des im Porenraum des Naturstein stattfindenden natürlichen Transports von Wasser und Wasserdampf sind bei den Klebungen der vorliegenden Erfindung durch ihre Kapillarleit- und Diffusionsfähigkeit nicht vorhanden.

In DE 31 26 603 A1 wird ein Kleber für Fluorelastomere beschrieben, der zwar die Komponenten Ca(OH)₂ und Alkoxysilan enthält, aber bei dem ein reaktives Phenolharz bzw. Phenolharzvorkondensat zwingend als Komponente erforderlich ist. Für das Kleben von mineralischen Baustoffen ist diese Zusammensetzung nicht vorgesehen. Zudem ist für das Kleben der Fluorelastomere eine Vorbehandlung durch Entfettung und für den Klebevorgang selbst eine Beheizung oder Pressung nötig. Dies ist beim Kleben von mineralischen Baustoffen nicht erforderlich.

In DE 689 03 469 T2 wird ein Kleber auf Fluorkautschukbasis beschrieben, der zwar die Komponenten Ca(OH)₂ und Alkoxysilan enthält, aber zusätzlich einen härtbaren Fluorkautschuk benötigt. Weiterhin muß das Alkoxysilan eine Epoxygruppe als Substituent enthalten. Demgegenüber ist der Kleber für anorganische Baustoffe frei von den genannten, zusätzlichen Stoffen.

In US 6,599,976 B2 wird eine silikonhaltige Flüssigkeit zur Herstellung farbloser, transparenter Überzüge beschrieben, die zwar die Komponenten Ca(OH)₂ und Alkoxysilan enthalten kann, aber ein jeweils hoher Anteil an Wasser und Lösungsmittel zwingend erforderlich ist. Diese Zusammensetzung ist beim Kleben von mineralischen Baustoffen nicht vorgesehen.

In DE 30 11 761 A1 wird ein Verfahren zum Verbinden von Substraten durch Heißsiegeln beschrieben. Für das Siegelmedium sind Organosilane als Vorstufe einer Silikonverbindung mit einer direkten Si-C-Verbindung als Hauptkomponente zwingend erforderlich. Demgegenüber stellt die vorliegende Erfindung einen Kleber für mineralische Baustoffe dar, dessen Bindemittel auf der Grundlage von Kieselsäureethylestern besteht, die bewußt keine Si-C-Bindung enthalten, sondern, da vierfach mit Sauerstoff koordiniert, eine rein silikatische Struktur vom Typ Tetraethoxysilan (TEOS) darstellen. Zudem ist für die Anwendung des Siegelmediums beim sog. Heißsiegeln eine Vorbehandlung durch Entfettung und für den Klebevorgang selbst eine Beheizung oder Pressung nötig. Dies ist beim Kleben von mineralischen Baustoffen nicht erforderlich.

In DE 35 36 716 A1 werden Kleb- und Dichtungsmassen für das Abdichten und Verbinden von Substraten aus Werkstoffen wie Glas, Metall oder Kunststoffen beschrieben. Diese Massen enthalten zwingend als Hauptkomponente Organosilane als Vorstufe einer Silikonverbindung mit einer direkten Si-C-Verbindung. Dagegen besteht das Bindemittel des Klebers für mineralische Baustoffe auf der Grundlage von Kieselsäureethylestern, die bewußt keine Si-C-Bindung enthalten, sondern, da vierfach mit Sauerstoff koordiniert, eine rein silikatische Struktur vom Typ Tetraethoxysilan (TEOS) aufweisen.

Die Erfindung ist insbesondere zur Verwendung vor Ort, üblicherweise auf Baustellen direkt an der Natursteinfassade vorgesehen. Es sind zur Anwendung ausschließlich die für die Verarbeitung von Baustoffen, insbesondere Mörteln, üblichen Umgebungsbedingungen wie Außentemperaturen vorzüglich zwischen 5-25°C und rel. Luftfeuchtewerte vorzüglich zwischen 30 und 80% erforderlich. Eine Herstellung der Klebungen unter besonderen Umständen wie Erhitzen, Hydrothermalbehandlung, besondere Druckverhältnisse, die eine Herstellung der Klebung in einer Industrieanlage oder Autoklaven notwendig machen (wie bei DE 196 44 421 A1 ) sind nicht erforderlich. Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Herstellung der Klebung mit einfachen Arbeitsstoffen und mit baustellenüblichen Herstellungsverfahren, wie Anrühren, Mischen, Spachtel- oder Pinselauftrag und Andrücken der Klebekörper ohne besonderen Kraftaufwand. Es sind keine Maschinen oder Gehäuse erforderlich, welche die zu klebenden Bauteile oder die Klebung selbst in besondere Klima-, Druck-, oder Feuchtigkeitsverhältnisse bringen müssten. Die hergestellten Klebungen binden innerhalb von ca. 2-3 Stunden ab und können nach 24 Stunden mechanisch, insbesondere durch steinmetzmäßige Überarbeitung, belastet werden. Dies ist auch durch Laboruntersuchungen (z.B. Messung der Haftzugfestigkeit) und Tests nachgewiesen.

Die Erfindung geht aus von einem mineralischen Kleber gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zur Verwendung bei anorganischen Baustoffen wie Naturstein, Ziegel, Keramik, Mörtel, Stuck etc.

Kleber für diese Materialien sind seit Jahrzehnten bekannt und wurden ständig weiterentwickelt. So beschreibt DE 102 01 810 A1 einen Kieselsäureestergebundenen Kleber für mineralische Werkstoffe, der im wesentlichen aus einem flüssigen Kieselsäureester, einem Haftvermittler und einem zur chemischen Bindung fähigen Füllstoff besteht.

Dieser Kleber benötigt jedoch verschiedenste Haftvermittler, um an den unterschiedlichen Oberflächen anzubinden. So treten allein bei Sandstein, der tonig, calcitisch oder silikatisch gebunden sein kann, drei chemisch und physikalisch unterschiedliche Bindungsarten auf. Dies setzt sich bei Baustoffen wie Ziegel, Keramik etc. weiter fort. Weiterhin bestehen die genannten Haftvermittler aus organischen Verbindungen, die naturgemäß der verstärkten chemischen und biologischen Verwitterung unterliegen.

Die Herstellung der Klebung vorliegender Erfindung erfolgt in vorzüglicher Weise ohne jeden Zusatz von Haftvermittlern. Die Herstellung des Klebers vorliegender Erfindung erfolgt ausschließlich ohne Zugabe von Wasser (entgegen DE 196 44 421 A1 ). Diese, im Gegensatz zu DE 196 44 421 A1 , reaktive Siliciumdioxidkomponente der Kleberverbindung wird ausschließlich flüssig in Form von Kieselsäureester in die Klebemasse eingebracht. Für das Erreichen der notwendigen Haftzugfestigkeit ist die Sieblinie der in der Klebermasse zugesetzten Zuschläge von großer Bedeutung. Es werden Quarzmehle vorzüglich in der Körnung von 0–125 μm verwendet. Die Sieblinie wird den zu klebenden Natursteinen bzw. ihren petrographischen Eigenschaften angepasst. Der Ablauf der chemischen Reaktion ist durch nichts anderes als durch baustellenübliche Klima- und Verarbeitungsbedingungen gekennzeichnet. Es sind keine Komponenten zur Steuerung der Rheologie oder des Wasserrückhaltevermögens, wie z.B. Methylcellulose oder deren Derivate (wie bei DE 196 44 421 A1 ) erforderlich.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist deshalb die Neuentwicklung eines gattungsgemäßen, rein mineralischen Klebers in der Weise, dass gegenüber Verwitterung eine stabile und nachhaltige Verbindung zwischen den zu verklebenden Bauteilen hergestellt wird.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs dazu angegebenen Merkmale gelöst. In den Unteransprüchen sind weitere Ausführungsarten der Erfindung angegeben.

Im Gegensatz zu den in DE 102 01 810 A1 beschriebenen Klebern benötigt der neue Kalk-Silikat-Kleber keine Haftvermittler oder sonstige eigenschaftsverbessernde Zusätze. Seine Wirkung beruht vielmehr ausschließlich in der Kombination von Kieselsäureestern und Calciumhydroxid, die eine Erzeugung von Calcium-Silikat-Hydrat-Phasen zur Folge hat. Diese Phasen gewährleisten eine dauerhafte und auf die Festigkeit der Werkstoffe einstellbare Verbindung. Die Calcium-Silikat-Hydrat-Phasen bilden sich mit den Kieselgel-erzeugenden Vorprodukten und dem Calciumhydroxid gemäß den nachfolgenden Reaktionsgleichungen: n × Si(OC2H5)4 + n × 2H2O ⇒ n × (SiO2) + n × 4HOC2H5 (1) 3 Ca(OH)2 + 2 SiO2 + H2O ⇒ 3 CaO × 2 SiO2 × H2O (2)

Die in den Reaktionsgleichungen beteiligten Wassermoleküle stammen ausschließlich aus der Luftfeuchte oder aus der natürlichen Baustofffeuchte. Sie sind nicht Bestandteil des Klebers der vorliegenden Erfindung. In keinem Fall darf dem Kleber Wasser in flüssiger Form zugesetzt werden.

Mit dem mineralischen Kleber gemäß der Erfindung können bei Zugabe entsprechender Füllstoffe selbstverständlich auch mineralische Mörtel erzeugt werden, die als Antragmasse z. B. zum Ergänzen von Natursteinen verwendet werden können. Ebenso kann der mineralische Kleber durch Zugabe von Füllstoffen zu einem Hinterfüllmörtel verarbeitet werden, wodurch sich weitere Anwendungsgebiete für die Erfindung erschließen.

Der erfindungsgemäße mineralische Kleber bietet erhebliche Vorteile gegenüber dem bisherigen Stand der Technik. Er wird aus leicht verfügbaren und billigen Vorprodukten gefertigt und benötigt keine Haftvermittler oder sonstige eigen schaftsverbessernde Zusätze. Dadurch ist er sehr kostengünstig als Massenprodukt herzustellen. Er kann sogar mit entsprechenden Füllstoffen „verdünnt" werden und dann als durchaus konkurrenzfähige Alternative zu Zement-basierten Produkten bspw. zum Ergänzen oder Hinterfüllen dienen.

Entscheidender Vorteil des Klebers ist jedoch seine Fähigkeit, Wasser im flüssigen und gasförmigen Aggregatzustand ungehindert in allen Richtungen diffundieren zu lassen. Das ist gerade bei heiklen Restaurierungsaufgaben ein wesentlicher Vorteil, denn bei wasserundurchlässigen Klebern wird u.U. Feuchtigkeit in den restaurierten Bauteilen „eingesperrt" und kann dort zu Folgeschäden führen. Die Erfindung gibt damit dem Restaurator ein neues Arbeitsmittel in die Hand, mit dem der häufig notwendige Gesteinsaustausch, Antragungen etc. ebenso fach- wie artgerecht und v.a. dauerhaft und haltbar auszuführen sind.

Claims

Mineralischer Kleber für anorganische Baustoffe, der ohne Zusatz von Wasser verarbeitet wird, bestehend aus (A) Tetraethyl(ortho)silicat, (B) Calciumhydroxid, (C) Quarzmehl (Körnung bis 125 μm), wobei in der Mischung 65,2 Gew.-% der Komponente (A) und 34,8 Gew.-% der Komponente (B) bezogen auf die Summe der Komponenten (A) und (B), vorliegen.
Verwendung eines Klebers, wie er in Anspruch 1 definiert ist, als Antragmassen oder als Hinterfüllmörtel.
Verwendung eines Klebers, wie er in Anspruch 1 definiert ist, zum Verbinden von zwei Natursteinteilen unter normalen atmosphärischen Bedingungen (Temperaturen von 5 bis 25°C, rel. Luftfeuchtigkeit von 30 bis 80%), indem der Kleber auf die Klebeflächen aufgebracht wird.
Verwendung nach Anspruch 3 bei Teilerneuerungen und Vierungen im Zuge von steinmetzmäßigen Ausbesserung- und Restaurierungsaufgaben an Natursteinobjekten.