DE102007014636B4

DE102007014636B4 - Sandwich - Schutzsystem für Betonoberflächen von Türmen für Windenergieanlagen

Info

Publication number: DE102007014636B4
Application number: DE102007014636A
Authority: DE
Inventors: Joachim Rother; Wilfried Zill; Rainer Dr. Trültzsch; Frank Hentschel; Thomas Lipinski; Steffen Kobylinski
Original assignee: Dresdner Lackfabrik Novatic & Co KG GmbH
Current assignee: Inver De GmbH
Priority date: 2006-12-15
Filing date: 2007-03-23
Publication date: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2027-03-24
Also published as: DE102007014636A1

Abstract

Sandwich-Schutzsystem für Betonoberflächen von Türmen für Windenergieanlagen, bestehend aus einer Grundschicht aus Epoxidharz, einer Zwischenschicht aus Glasvlies und einer Deckschicht aus Polyurethan dadurch gekennzeichnet, dass das Sandwich-Schutzsystem als Grundbeschichtung aus einem lösemittelfreien 2 Komponenten Epoxidharz Beschichtungsstoff mit darin einzuarbeitenden Glasvlies oder Glasgewebe besteht, auf die im nicht ausgehärteten, klebrigen Zustand ein wasserverdünnbarer 2 Komponenten-Polyurethan Beschichtungsstoff appliziert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Sandwich-Schutzsystem für Betonoberflächen von Türmen für Windenergieanlagen (Windkrafttürme), bestehend aus einer Grundschicht aus Epoxidharz, einer Zwischenschicht aus Glasvlies und einer Deckschicht aus Polyurethan.
Windkrafttürme werden, unabhängig vom Werkstoff, mit organischen oder metallischen Schutzschichten langzeitig vor äußeren Einflüssen geschützt.
Der verwendete Werkstoff, zum Beispiel Stahl oder Beton, verlangt jeweils geeignete Schutzsysteme. Innerhalb der für die jeweilige Werkstoffart bestehenden Möglichkeiten gibt es unterschiedliche Schutzsysteme mit unterschiedlich langer Haltbarkeit.
Die Auswahl des Schutzsystems muss die zu erwartende Beanspruchung am Aufstellungsort des Windkraftturmes berücksichtigen, was sich in der Auswahl der einzelnen Komponenten der Beschichtung und der Schichtdicke des Schutzsystems ausdrückt.
Beschichtungssysteme für Beton-Windkrafttürme bestehen aus mehreren Schutzschichten mit unterschiedlichen Funktionen. Haftfestigkeit auf dem Beton, die Erzielung einer hoher Sperrwirkung gegenüber atmosphärischer Einwirkung und die Sicherung eines Langzeitwetterschutzes mit hoher UV-Beständigkeit und langzeitig guten dekorativen Eigenschaften, wie Glanzhaltung und Farbtonbeständigkeit, sind wesentliche Funktionen der einzelnen Schichten.
Das Schutzsystem muss mechanisch sehr widerstandsfähig sein, um den Turm langzeitig vor Erosion zu schützen. Bei langzeitig betriebenen Windkrafttürmen kann auf der Wetterseite zusätzlich biologische Korrosion auftreten.
Beton-Windkrafttürme können aus einzelnen Betonsegmenten bestehen, die vor Ort montiert oder als ein Bauwerk vor Ort gegossen werden. In Abhängigkeit von der Technologie, der Betonzusammensetzung, des Flussmittels und der Betontemperatur während des Aushärteprozesses entstehen an der Betonoberfläche stets Lunker und Löcher. Die dabei entstehenden Hohlräume müssen aus mehreren Gründen, wie Ansammlung von Regenwasser und/oder Kondenswasser mit nachfolgender Erosion durch Wärme-/Frosteinwirkung, mechanischer Oberflächenbelastbarkeit, und aus dekorativen Gründen geschlossen werden.
Für den Schutz von Betonoberflächen ist es erforderlich, dass die aufzutragende Erstbeschichtung die Betonoberfläche sehr gut benetzt, möglichst eine Tiefenwirkung in die Betonschicht/-oberflächentopographie hat, um eine hohe Haftfestigkeit auf der Betonoberfläche zu erreichen. Diese Beschichtung muss alkalibeständig sein und muss bei einem Restwassergehalt im frisch...
Ein weiterer Mangel der derzeitigen Schutzsysteme ist, dass die Trockenzeiten der einzelnen Schichten und die erforderlichen Zwischentrockenzeiten sehr lange Fertigungszeiten erfordern. Die Fertigung der zu beschichtenden Betonsegmente unter den Bedingungen eines zweischichtigen Produktionsregimes führen zu einer Gesamtzeit für die Fertigstellung der Gesamtbeschichtung (komplettes Schutzsystem) von ca. 25 Stunden.
Ein weiterer Mangel ist, dass das derzeitige Schutzsystem für Beton-Windkrafttürme mechanisch nicht so widerstandsfähig ist, dass Schäden bis zum Betonuntergrund, verursacht während Transport und Montage, nicht verhindert werden können.
Nach der DE 103 44 380 A1 wird die Verwendung einer Zweikomponenten-Zusammensetzung, die eine Polyolkomponente und eine Polyisocyanatkomponente bestimmter Zusammensetzung aufweist, vorgeschlagen, wobei diese zur Herstellung von Polyurethan-Gelcoats für Kunstharz-Verbundwerkstoffe eingesetzt werden, das Kunstharz ein Epoxidharz und/oder Vinylesterharz darstellt, welches beim Inkontaktbringen mit dem Gelcoat nicht oder nicht vollständig ausgehärtet ist.
Nachteil dieser Lösung ist, dass sich damit zwar Formkörper herstellen lassen, die vorgeschlagene Lösung aber nicht geeignet ist, die Veredelung von Oberflächen, wie dies von Betonoberflächen von Windkrafttürmen notwendig ist, zu erzielen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Beschichtungssystem für Betonoberflächen von Windkrafttürmen zu entwickeln, bei dem die Beschichtung gleichzeitig mehrere Funktionen der bisher erforderlichen Einzelschichten übernimmt, der Fertigungsaufwand durch Ausschalten der Trocknungszeiten der Einzelschichten reduziert und gleichzeitig die mechanische Festigkeit und Widerstandsfähigkeit erheblich erhöht wird.
Erfindungsgemäß wird dies erreicht, indem das Sandwitch Schutzsystem als Grundbeschichtung aus einem lösemittelfreien 2-Komponenten-Epoxidharz-Beschichtungsstoff mit darin einzuarbeitenden Glasvlies oder Glasgewebe besteht, auf die im nicht ausgehärteten, klebrigen Zustand ein wasserverdünnbarer 2-Komponenten-Polyurethan-Beschichtungsstoff als Deckschicht appliziert wird.
Diese Lösung beinhaltet ein in der Schichtanzahl deutlich reduziertes Gesamtsystem. Das System besteht danach lediglich aus einer speziellen Grundbeschichtung dem Glasvlies oder Glasgewebe und einer wasserverdünnbaren 2-Komponenten-Deckbeschichtung. Für ein solches Beschichtungssystem ist nur noch ein Fertigungsaufwand von 3 Stunden bis 5 Stunden notwendig.
Auf die kurzzeitig vorher ausgeschalte, warme Betonoberfläche wird der lösemittelfreie, alkalibeständige 2-Komponenten-Epoxidharz-Beschichtungsstoff aufgebracht.
Diese Beschichtung hat eine lange Offenzeit und ermöglicht dadurch die Einarbeitung des Glasvlies oder Glasgewebes.
Für die Erfindung ist es wesentlich, dass auf die im nicht ausgehärteten, sich im klebrigen Zustand befindliche Oberfläche ein herkömmlicher, wasserverdünnbarer 2-Komponenten-Polyurethan-Beschichtungsstoff appliziert wird, der die Deckbeschichtung darstellt.
Eine besonders vorteilhafte Mischung des eingesetzten lösemittelfreien 2-Komponenten-Epoxidharz-Grundbeschichtungsstoffes besteht darin, dass das lösemittelfreie, flüssige Epoxidharz (EP-Harz) mit einem geeigneten Härter im Mischungsverhältnis 2:1 bis 7:1 eingesetzt wird.
Solche erfindungsgemäß verwendeten EP-Harze können ein niedrigmolekulares, lösemittelfreies Bisphenol A-Harz und/oder Bisphenol F-Harz und/oder Bisphenol A/F-Harz sein. Diese EP-Harze haben dabei eine EP-Äquivalent-Masse von kleiner 700. Die EP-Harze enthalten dazu aliphatische oder aromatische Reaktivverdünner.
Als Harter kommen insbesondere modifizierte cycloaliphatische Polyamine in Frage, deren Amin-Äquivalent (g/Äqu.) im Bereich von 28 bis 115 liegt.
Der lösemittelfreie 2-Komponenten-Epoxidharz-Beschichtungsstoff wird in besonders vorteilhafter Ausgestaltung unpigmentiert oder mit Füllstoffen und Pigmenten im Anteil von 2 Gew.-% bis 60 Gew.-% versetzt. Wenn erforderlich, werden auch zusätzlich Farbstoffe zugesetzt.
Als in die Grundbeschichtung einzuarbeitendes Glasvlies oder Glasgewebe kommt bevorzugt ein Glasvlies oder Glasgewebe mit einem charakterisierenden Gewicht von 20 g/qm bis 250 g/qm zur Anwendung.
Besonders günstig lässt sich zudem ein solches Glasvlies oder Glasgewebe in die Grundbeschichtung einarbeiten, wenn dieses mit einer Polymerdispersion präpariert wurde.
Mit dem erfindungsgemäßen Sandwich-System ergeben sich wesentliche Vorteile, indem die Einzelschichten des Sandwich-Systems eigenständig parallel nebeneinander härten und trocknen. Daraus ergibt sich hierfür ein erheblich geringerer Zeitaufwand (Trockenzeiten, Überarbeitungszeiten) gegenüber dem Stand der Technik.
Mithin entfällt das arbeitsaufwendige Spachteln mit dem 2K-Epoxidharz-Spachtel. Damit wird gleichzeitig die starke gesundheitliche Belastung der Verarbeiter vermieden.
Das Sandwich-System überbrückt Lunker/Löcher mechanisch widerstandsfähig bis zu einer Größe von ca. 2 cm.
Damit sieht die Oberfläche des Sandwich-Systems gegenüber den derzeit möglichen Beschichtungssystemen optisch deutlich glatter aus und ist zudem dekorativer.
Das Sandwich-System entwickelt nach Abschluss der chemischen Vernetzungsreaktion eine große Oberflächenhärte bei guter Elastizität.
Es wirkt damit armierend und ist mechanisch deutlich widerstandsfähiger als eine gemäß dem Stand der Technik übliche Beschichtung von Beton-Windkrafttürmen.
Das Sandwich-System hat gegenüber den bisher üblichen Beschichtungssystemen ein deutlich verbessertes Schutzverhalten gegenüber Witterungseinflüssen infolge seines die Betonoberfläche geschlossen umhüllenden Charakters.
In Kombination mit der hohen Haftfestigkeit auf der Betonoberfläche resultiert ein verbesserter Langzeitwetterschutz.
Die Erfindung wird an Hand der nachfolgenden Ausführungsbeispiele noch näher erläutert.
Beispiel 1:
Die Oberfläche der Betonsegmente ist vor der Beschichtung sorgfältig zu reinigen. Staub und Verunreinigungen sind zu entfernen. Der Restwassergehalt soll unter 6 Gew.-% liegen.
Die Grundbeschichtung erfolgt mit einem lösemittelfreien 2K-EP-Beschichtungsstoff. Diese 2K-EP-Grundierung basiert auf einem reaktivverdünnten Bisphenol A-Harz mit einer EP-Äquivalent-Masse kleiner 700 und einem modifizierten cycloaliphatischen Polyamin mit einem Amin-Äquivalent von 85 g/Äqu., pigmentiert mit einem Gemisch bestehend aus:
Titandioxid 10 Gew.-%, Schwerspat 30 Gew.-%, Talkum 10 Gew.-%, Omyacarb 50 Gew.-%,
dabei mit einem Gesamtpigmentgehalt in Mischung von 45 Gew.-%, thixotropiert mit Bentone 38. Das Mischungsverhältnis der Harz: Härter-Komponente beträgt 5:1.
Dieser lösemittelfreie 2K-EP-Grundbeschichtungsstoff wird mit einer Nassschichtdicke von 175 μm bis 200 μm aufgetragen. In diese Schicht wird unmittelbar nach erfolgter Aplikation
ein Glasvlies, spezifisches Gewicht 35 g/m², eingelegt und die 2K-EP-Grundierung mit einem Spachtel durchgedrückt. Nach 1 Stunde kann bereits ein wasserverdünnbarer 2K-Polyurethanlack appliziert werden. Der 2K-Polyurethan-Wasserlack basiert auf einem hydroxyfunktionellen Acrylharz, das mit einem Härtergemisch bestehend aus aliphatischen Polyisocyanaten (Isophorondiisocynat und Hexamethylen-1,6-diisocyanat) gemischt wird. Der 2K-PUR-Wasserlack ist pigmentiert und enthält in Mischung ein Pigmentgemisch bestehend aus Titandioxid 18 Gew.-%, Schwerspat 10 Gew.-% und Talkum 7 Gew.-% und zusätzlich Verdicker auf Polyurethanbasis. Der 2K-Polyurethan-Wasserlack wird 2 mal, dabei in kurzem Zwischenzeitabstand von 20 Minuten, jeweils mit einer Nassschichtdicke von 100 μm bis 150 μm appliziert. Die Applikation des gesamten Sandwichsystems ist innerhalb von 3 Stunden möglich. Die als Deckbeschichtung applizierte Polyurethanbeschichtung ist je nach Applikationsbedingungen wie Lufttemperatur, relative Luftfeuchtigkeit und Objekttemperatur 1 Stunde bis 2 Stunden nach Auftrag getrocknet. Die Sandwich-Beschichtung in der Gesamtheit zeigt ein gutes, störungsfreies, dekorativ ansprechendes Oberflächenbild und ergibt eine feste Haftung auf dem Betonuntergrund.
Beispiel 2:
Die Oberfläche der Betonsegmente ist vor der Beschichtung sorgfältig zu reinigen. Staub und Verunreinigungen sind zu entfernen. Der Restwassergehalt soll unter 6 Gew.-% liegen.
Die Grundbeschichtung erfolgt mit einem lösemittelfreien unpigmentierten 2K-EP-Beschichtungsstoff. Diese 2K-EP-Grundierung basiert auf einem reaktivverdünnten Bisphenol A-Harz mit einer EP-Äquivalent-Masse kleiner 700 und einem modifizierten cycloaliphatischen Polyamin mit einem Amin-Äquivalent von 85 g/Äqu., thixotropiert mit Bentone 38/Crayvallac SF. Das Mischungsverhältnis der Harz: Härter-Komponente beträgt 10:1.
Dieser lösemittelfreie 2K-EP-Grundbeschichtungsstoff wird mit einer Nassschichtdicke von 175 μm bis 200 μm aufgetragen. In diese Schicht wird unmittelbar nach erfolgter Aplikation
ein Glasvlies, spezifisches Gewicht 50 g/m², eingelegt und die 2K-EP-Grundierung mit einem Spachtel durchgedrückt. Falls erforderlich, wird mit einer Rolle das Vlies angedrückt und dabei gleichzeitig nochmals die lösemittelfreie 2K-EP-Grundierung aufgebracht. Nach 1 Stunde kann bereits ein wasserverdünnbarer 2K-Polyurethanlack appliziert werden. Der 2K-Polyurethan-Wasserlack basiert auf einem hydroxyfunktionellen Acrylharz, das mit einem Härtergemisch bestehend aus aliphatischen Polyisocyanaten (Isophorondiisocynat und Hexamethylen-1,6-diisocyanat) gemischt wird. Der 2K-PUR-Wasserlack ist pigmentiert und enthält in Mischung ein Pigmentgemisch bestehend aus Titandioxid 18 Gew.-%, Schwerspat 10 Gew.-% und Talkum 7 Gew.-% und zusätzlich Verdicker auf Polyurethanbasis. Der 2K-Polyurethan-Wasserlack wird 2 mal, dabei in kurzem Zwischenzeitabstand von 20 Minuten, jeweils mit einer Nassschichtdicke von 100 μm bis 150 μm appliziert.
Die Applikation des gesamten Sandwichsystems ist innerhalb von 3 Stunden möglich. Die als Deckbeschichtung applizierte Polyurethanbeschichtung ist je nach Applikationsbedingungen wie Lufttemperatur, relative Luftfeuchtigkeit und Objekttemperatur 1 Stunde bis 2 Stunden nach Auftrag getrocknet. Die Sandwich-Beschichtung in der Gesamtheit zeigt ein gutes, störungsfreies, dekorativ ansprechendes Oberflächenbild und ergibt eine feste Haftung auf dem Betonuntergrund.

Claims

Sandwich-Schutzsystem für Betonoberflächen von Türmen für Windenergieanlagen, bestehend aus einer Grundschicht aus Epoxidharz, einer Zwischenschicht aus Glasvlies und einer Deckschicht aus Polyurethan dadurch gekennzeichnet, dass das Sandwich-Schutzsystem als Grundbeschichtung aus einem lösemittelfreien 2 Komponenten Epoxidharz Beschichtungsstoff mit darin einzuarbeitenden Glasvlies oder Glasgewebe besteht, auf die im nicht ausgehärteten, klebrigen Zustand ein wasserverdünnbarer 2 Komponenten-Polyurethan Beschichtungsstoff appliziert wird.
Sandwich-Schutzsystem für Betonoberflächen von Türmen für Windenergieanlagen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der als Grundbeschichtung eingesetzte lösemittelfreie 2 Komponenten Epoxidharz Beschichtungsstoff aus einem lösemittelfreien, flüssigen Epoxidharz (EP-Harz), mit einem geeigneten Harter im Mischungsverhältnis 2:1 bis 7:1, besteht.
Sandwich-Schutzsystem für Betonoberflächen von Türmen für Windenergieanlagen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das EP-Harz ein niedrigmolekulares, lösemiteltelfreies Bisphenol A-Harz und/oder Bisphenol F-Harz und/oder Bisphenol A/F-Harz ist, mit einer EP-Äquivalent-Masse von kleiner 700, das aliphatische oder aromatische Reaktivverdünner enthält.
Sandwich-Schutzsystem für Betonoberflächen von Türmen für Windenergieanlagen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Härter ein modifiziertes cycloaliphatisches Polyamin darstellt, mit einem Amin-Äquivalent (g/Äqu.) im Bereich von 28 bis 115.
Sandwich-Schutzsystem für Betonoberflächen von Türmen für Windenergieanlagen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der lösemittelfreie 2 Komponenten Epoxidharz-Beschichtungsstoff unpigmentiert oder mit Füllstoffen und Pigmenten im Anteil von 2 Gew.-% bis 60 Gew.-% und bedarfsweise zusätzlich mit Farbstoffen versetzt ist.
Sandwich-Schutzsystem für Betonoberflächen von Türmen für Windenergieanlagen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das einzuarbeitende Glasvlies oder Glasgewebe ein charakterisierendes Gewicht von 20 g/qm bis 250 g/qm aufweist.
Sandwich-Schutzsystem für Betonoberflächen von Türmen für Windenergieanlagen nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass das einzuarbeitende Glasvlies oder Glasgewebe mit einer Polymerdispersion imprägniert ist.