-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung von
Oberflächen
von Wasserbehältern
oder Wasserleitungen im Nass-Dünnstromverfahren,
insbesondere in der Trinkwasserversorgung und die Verwendung einer
Spritzmörtelzusammensetzung
dazu.
-
Die
Innenoberflächen
moderner Roh- und Trinkwasserbehälter
werden üblicherweise
aus Beton gefertigt und im Rahmen der Veredelung aus hygienischen,
technischen und optischen Gründen
mit zementgebundenen Werkstoffen beschichtet. Solche zementgebundenen
Werkstoffe besitzen einerseits eine desinfizierende, d. h. keimtötende Wirkung
und weisen andererseits eine glatte Oberfläche auf, auf der sich weniger
Keime ansiedeln können.
Leider hat sich herausgestellt, dass derartige Oberflächenbeschichtungen
der Wasserbehälter
oder -Wasserleitungen durch den dauerhaften Kontakt mit weichen
oder kalkangreifenden Wässern (z.
B. Rohwässer)
nach einiger Zeit Schädigungen
aufweisen, die sich als fleckenförmige
Verfärbungen
oder oberflächliche
Aufweichungen bemerkbar machen. Solche Korrosionserscheinungen wurden
nicht nur bei Mörtel,
sondern auch bei Beton und Estrichen festgestellt.
-
Ursache
dieser Korrosionsangriffe sind Auslaugungsprozesse und/oder hydrolytische
Abbauprozesse, die durch Ionenmigration aus der und in die Beschichtung
zustande kommen. Solche Korrosionserscheinungen haben den weiteren
Nachteil, dass sich Keime in die angegriffene Oberfläche einnisten
und vermehren können
und so hygienische Probleme hervorrufen.
-
Zur
Sanierung von Wasserbehältern
aus Beton werden spezielle Trockenmörtel verwendet, welche den
hygienischen Anforderungen im Trinkwasserbereich entsprechen. Aufgrund
der erleichterten Verarbeitung sind in solchen Trockenmörtelzusammensetzungen
häufig
organische Stoffe enthalten, die sich zwar leicht in herkömmlichen
Spritzmörtelmaschinen
verarbeiten lassen, jedoch hygienische Probleme mit sich führen. Die in
der Trockenmörtelzusammensetzung
vorhandenen organischen Stoffe können
nämlich
in der hoch alkalischen Umgebung des Zementmörtels verseifen. Die dadurch
entstehenden Reaktionsprodukte werden für die vorhandenen Mikroorganismen
bioverfügbar
und fördern
deren Wachstum an der Oberfläche.
-
Ziel
der Erfindung ist es daher, die oben erwähnten Korrosionsprobleme und
gleichzeitig die hygienischen Anforderungen, insbesondere bei Wasserbehältern und
Wasserleitungen mit großen
Nennweiten, in den Griff zu bekommen.
-
In
der
DE 10 2005
018 035 A1 , wird eine Oberflächenbeschichtung für Trinkwasserbehälter auf
Basis zementgebundener Werkstoffe beschrieben. Die Beschichtung
soll eine stabile Oberfläche
in Trinkwasserbehältern
bewirken und eine Auslaugung und hydrolytische Korrosion verhindern
oder zumindest stark verlangsamen.
-
Als
eine mögliche
Lösung
wird ein zementgebundener Werkstoff vorgeschlagen, der auf eine
mit Wasser in Kontakt stehende Oberfläche aufgetragen wird, wobei
sich die Beschichtung dadurch auszeichnet, dass ihre Dicke zwischen
beschichteter Oberfläche
und äußerem Rand
der Beschichtung eine Porositätsabstufung derart
aufweist, dass eine außen
liegende Randzone der Beschichtung eine geringere Porosität aufweist
als die restliche Schichtdicke. Der zementgebundene Werkstoff enthält weniger
als 30 Gew.-% Zement, einen Gehalt an einer C3S-Klinkerphase
von mehr als 50 Gew.-% und enthält
als Zuschlagsstoff vorzugsweise Calciumcarbonat. Ferner umfasst
der zementgebundene Werkstoff für
die Beschichtung weniger als 1 Gew.-% Microsilica. Eine Verlangsamung
oder Verhinderung der Auslaugung und hydrolytischen Korrosion von
mit Wasser in Kontakt stehenden zementgebundenen Untergründen wird
durch eine Porositätsabstufung
zu den Randzonen erreicht. Vorzugsweise wird die Porosität in der
Randzone der Schicht durch Bepudern der Oberfläche der unabgebundenen Schicht
mit Zement verringert.
-
Tonerdezement
kommt in dieser Druckschrift für
den beschriebenen zementgebundenen Werkstoff nicht zur Anwendung
und die Probleme der Korrosionsangriffe insbesondere bei kohlesäurehaltigen
Wässern (z.
B. Rohwässer,
Trinkwässer
mit überschüssiger Kohlensäure) bleiben
trotzdem bestehen.
-
Solche
betonangreifenden kohlensäurehaltigen
Wässer
sind in Deutschland vorwiegend Rohwässer, können jedoch vor allem in anderen
Ländern
auch Trinkwässer
sein, bei denen das Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht
gestört
ist.
-
In
der
DE 39 20 662 A1 wird
eine Zusammensetzung beschrieben, welche Tonerdeschmelzzement, Quarzsand
und Füllstoffe
enthält,
zur Verwendung als Zusatz zur Verminderung des Staubens trockener,
hydraulisch abbindender Massen, insbesondere zementärer Spachtelmassen.
-
In
der
DE 26 20 669 B2 wird
ein Verfahren zum Aufbringen von Zementmörtelschutzschichten auf Innenflächen von
Röhren,
beispielsweise aus Beton, beschrieben. Der Zementmörtel kann
Tonerdeschmelzzement als Bindemittel, Zuschlagsstoff in Form von
Quarzsand und Puzzolane enthalten. Der Zementmörtel wird über ein Dichtstromverfahren über eine
Schneckenförderpumpe
gefördert.
Um die Pumpbarkeit des Zementmörtels
zu erhöhen,
werden als Zusatzmittel im Wesentlichen organische Schmierstoffe
zugesetzt.
-
Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Spritzmörtelzusammensetzung
anzugeben, welche zur Beschichtung von Oberflächen, insbesondere von Wasserbehältern oder
Wasserleitungen mit großen
Nennweiten, geeignet ist und mit der die Korrosionsprobleme und
Hygieneprobleme herkömmlicher
Trockenmörtel
verhindert oder zumindest vermindert werden.
-
Diese
Aufgabe wird gelöst
durch das Beschichtungsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs
1 und ein Verwendungsverfahren gemäß Anspruch 11.
-
Die
verfahrensgemäß eingesetzte
Spritzmörtelzusammensetzung
basiert auf rein anorganischen Komponenten, d. h. Mischungen ohne
organische Additive und Kunststoffe. Dadurch wird eine Nährgrundlage für die Vermehrung
von Organismen ausgeschlossen. Der aus der Spritzmörtelzusammensetzung
hergestellte Spritzmörtel
soll einerseits zur Beschichtung der Oberflächen leicht verarbeitbar und
auftragbar sein, andererseits jedoch auch Korrosionsangriffe oder
das Wachstum von Mikroorganismen verhindern. Dabei musste im Rahmen
der Erfindung auch das Problem gelöst werden, dass rein mineralische
Spritzmörtel
eine andere Verarbeitung bei der Auftragung benötigen als Spritzmörtel, welche
organische Stoffe enthalten.
-
Die
Spritzmörtelzusammensetzung
eignet sich zur Beschichtung von Betonoberflächen von Wasserbehältern oder
Wasserleitungen mit großen
Nennweiten. Darunter versteht man Wasserleitungen, bei denen es
möglich
ist, den fertig gemischten Spritzmörtel über das Nass-Dünnstromverfahren
auf die Oberfläche
aufzutragen.
-
Die
erfindungsgemäß eingesetzte
Spritzmörtelzusammensetzung
besteht aus anorganischen Bestandteilen mit folgenden Komponenten:
- – ≥ 50 Gew.-%
einer Gesteinskörnungsmischung
aus Sand, bestehend aus unterschiedlichen Kornfraktionen,
- – ≥ 10 Gew.-%
eines Calciumaluminatzementes als Bindemittel,
- – ≥ 0,5 Gew.-%
anorganische Zusatzstoffe mit latent hydraulischen, puzzolanischen
oder inerten Eigenschaften, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend
aus Silicastaub Quarzstaub, Titandioxidpulver, Flugasche und/oder
Kalksteinmehl.
-
Der
Einsatz aluminatischer Bindemittel hat sich besonders bewährt, um
die oben angesprochenen Anforderungen zu erfüllen. Vorzugsweise wird als
Calciumaluminatzement Tonerdezement eingesetzt.
-
Der
Tonerdezement wird zumeist durch langsame Kühlung von Schmelzen mit Monocalciumaluminat oder
durch Sintern von gleichartig zusammengesetzten Vermischungen aus
Kalkstein und Bauxit hergestellt. Tonerdezement kann aus ausgewählten Rohstoffen
als weißer
Zement produziert werden.
-
Die
anorganischen Zusatzstoffe mit latent hydraulischen, puzzolanischen
oder inerten Eigenschaften sind erforderlich, um die Viskosität für das Nass-Dünnstromverfahren
bei der Beschichtung von Oberflächen bei
Wasserbehältern
oder Wasserleitungen mit großen
Nennweiten zu erhöhen.
-
Vorzugsweise
enthält
der erfindungsgemäße Calciumaluminatzement ≥ 50% Al2O3 und ≤ 35% CaO, bezogen
auf die Gesamt-Calciumaluminatzement-Mischung. Ferner kann die Calciumaluminat-Mischung ≤ 6% SiO2 und ≤ 3,0%
Fe2O3 aufweisen.
-
Eine
bevorzugte Ausführungsform
der erfindungsgemäß eingesetzten
Spritzmörtelzusammensetzung mit
den erwähnten
Eigenschaften enthält
die einzelnen Bestandteile in folgenden Konzentrationen:
- – 70
bis 90 Gew.-% Gesteinskörnungsmischung,
- – 15
bis 25 Gew.-% Calciumaluminatzement,
- – 0,5
bis 5,0 Gew.-%, Silicastaub.
-
In
einer weiteren Ausführungsform
werden die einzelnen Kornfraktionen der Gesteinskörnung wie
folgt angegeben:
- – 5 bis 10 Gew.-% einer Kornfraktion
mit mehr als 0 bis 0,25 mm Korngröße,
- – 20
bis 30 Gew.-% einer Kornfraktion mit 0,25 bis 0,5 mm Korngröße,
- – 25
bis 35 Gew.-% einer Kornfraktion mit 0,5 bis 1,0 mm Korngröße,
- – 10
bis 20 Gew.-% einer Kornfraktion mit 1 bis 2 mm Korngröße.
-
Es
ist ferner bevorzugt, dass die erfindungsgemäß eingesetzte Spritzmörtelzusammensetzung
zusätzlich
weißen
Pigmentfarbstoff enthält.
Vorzugsweise wird ein weißer
Pigmentfarbstoff verwendet, der nicht nur aufhellende Eigenschaften
hat, sondern überraschenderweise
auch hervorragende rheologische Eigenschaften, welche die Verarbeitungszeit
nicht negativ beeinträchtigen.
Natürlich
kann der Spritzmörtel
auch durch Wahl weiterer Farbtöne
farblich gestaltet und die rheologischen Eigenschaften durch eine
Variation der Dosierung verändert
werden.
-
Viele
Rohrauskleidungen von Gussrohren für den Transport von Rohwasser
bestehen aus Tonerdezement. Rohrauskleidungen auf Basis von Tonerdezement
eignen sich jedoch nur eingeschränkt
für den
Einsatz in Trinkwasserleitungen. Grund dafür ist die Abgabe von Aluminiumionen,
insbesondere dann, wenn weiche Trinkwässer mit hohen pH-Werten mit
dem Tonerdezementmörtel
in Kontakt stehen. Bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Spritzmörtels konnte
jedoch gezeigt werden, dass die Abgabe von Aluminiumionen sehr schnell
abnimmt und schließlich
ganz nachlässt.
Insofern ist die Auswahl und Kombination der gewählten Komponenten, insbesondere
der Einsatz eines Calcium-Aluminatzements,
für die
Beschichtung von Oberflächen von
Roh- und Trinkwasserbehältern
oder Trinkwasserleitungen mit großen Nennweiten im Rahmen der üblichen
pH-Bereiche ohne Bedenken verwendbar.
-
Silicastaub
kann in Form von Microsilica als anorganischer Zusatzstoff verwendet
werden. Microsilica (oder auch Silicafume) ist ein feinstkörniger,
weitgehend amorpher mineralischer Betonzusatzstoff, welcher bei der
Herstellung von Silicium und Silicium-Legierungen durch Abfiltern
der Rauchgase anfällt
und in pulverisierter Form zur Verfügung steht. Er entsteht bei
der Reduktion von Quarz (SiO2) mit Kohle
im elektrischen Lichtbogen. Ein Teil des reduzierten Quarzes verdampft
als SiO, welches, sobald es mit Sauerstoff in der kühleren Zone
des Ofens in Berührung
kommt, wieder zu SiO2 oxidiert wird. Dieses
SiO2 kondensiert in mikroskopisch feinen,
sphärischen
Partikeln als amorphes, reaktionsfähiges Siliciumdioxid.
-
Eine
bevorzugte Microsilicazusammensetzung wird wie folgt angegeben:
| Bestandteil | Anteil
in M.-% |
| glühverlustfrei | |
| SiO2 | 92,0
bis 97,0 |
| Al2O3 | 0,4
bis 0,7 |
| Fe2O3 | 0,3
bis 0,9 |
| CaO | 0,4
bis 0,5 |
| MgO | 1,1
bis 1,5 |
| K2O | 1,0
bis 1,4 |
| Na2O | 0,2
bis 0,3 |
| Cl– | 0,05
bis 0,09 |
| bezogen
auf Trockensubstanz | |
| SO3 | 0,4
bis 1,2 |
| C | 0,2
bis 1,6 |
Tab.
1: Chemische Zusammensetzung von Microsilica
-
Microsilica
wird bei der Zementdehydration in den Zementstein eingebaut. Microsilicapartikel
haben nur einen geringen Korndurchmesser von weniger als 1 μm. Somit
sind Microsilicapartikel bis zu 100-mal feiner als ein Zementkorn.
Aufgrund des geringen Durchmessers der einzelnen Microsilicapartikel
ist es möglich, dass
diese die Hohlräume
zwischen den einzelnen Zementpartikeln ausfüllen können und in Verbindung mit den
anderen Zusatzstoffen für
ein hochdichtes Gefüge
sorgen.
-
Die
Zugabe von anorganischen Zusatzstoffen mit latent hydraulischen,
puzzolanischen oder inerten Eigenschaften zu der erfindungsgemäß eingesetzten
Spritzmörtelzusammensetzung
verändert
somit festigkeitssteigernd die Zementsteinmatrix im gehärteten Zustand
und hierbei insbesondere die Haftung zwischen Binderphase, den Zuschlägen und
gegebenenfalls der Bewehrung. Vorzugsweise wird ein Siliciumdioxid-
oder Titandioxidpulver mit einem hohen Reinheitsgrad, bevorzugt ≥ 95%, verwendet.
-
Durch
die Wahl und Kombination der Komponenten in der Zusammensetzung,
insbesondere der Gesteinskörnungsmischung
mit den ausgewählten
Fraktionen und Korngrößen, Calciumaluminatzement
als Bindemittel und Siliciumdioxid- und/oder Titandioxid-Pulver
als viskositätserhöhende Substanz
wird die Porosität des
Spritzmörtels
bei der Verarbeitung stark reduziert, was zur Erhöhung der
Dichte und Festigkeit des Spritzmörtels führt. Die auf diese Weise behandelten
Oberflächen
sind weniger korrosionsanfällig,
so dass hydrolytische Abbauprozesse insbesondere kohlensäurehaltiger
Wässer
verhindert werden. Durch die rein mineralische Zusammensetzung und
das Fehlen organischer Verbindungen wird ferner das Wachstum von
Mikroorganismen verhindert oder zumindest stark vermindert, so dass
der erfindungsgemäße Spritzmörtel als
kostengünstiger
und effizienter Ersatz zur Auskleidung und Sanierung von Trinkwasserbehältern oder
Trinkwasserleitungen verwendet werden kann. Dadurch werden die hygienischen
Anforderungen an zementgebundene Werkstoffe im Trinkwasserbereich
erfüllt.
-
Bei
dem erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahren
von Oberflächen
bei Wasserbehältern
oder Wasserleitungen wird der Trockenmörtel nach Zugabe von Anmachwasser
gemischt und anschließend
mit Druckluft im Nass-Dünnstrom
zur Spritzdüse
und anschließend
auf die Betonoberfläche
gefördert.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform
des Verfahrens wird zur Vermeidung von Entmischungen des Spritzmörtels bei
der Beschichtung von horizontalen Flächen, wie Böden, eine Nachmischvorrichtung
verwendet.
-
Ferner
ist bevorzugt, dass der Spritzmörtel
einlagig über
Unebenheiten der Oberfläche
in einer Mindestschichtdicke von 1,5 bis 2,0 cm aufgespritzt und
anschließend
geglättet
wird.
-
Um
eine homogene, gut verdichtete und hinsichtlich des Wasserzementfaktors
gleichmäßige Spritzschicht
herzustellen, wird das Nassspritzverfahren mit Förderung im Dünnstrom
angewendet. Dies hat den Vorteil, dass der mit allen Bestandteilen
vorgemischte Ausgangsmörtel,
der in seinen Anforderungen je nach Einsatzgebiet nach vorheriger
Eignungsprüfung
abgestimmt werden kann, durch den Spritzvorgang nicht mehr verändert wird.
Es erfolgt daher keine Beimischung weiterer Bestandteile an der
Spritzdüse.
Der bei Aufbringen des Spritzmörtels
auf die Oberfläche
entstehende Rückprall
ist wesentlich geringer als bei herkömmlichen Spritzmörteln und
wird bei der Festlegung der Ausgangsrezeptur bereits berücksichtigt.
Aufgrund der Zugabe von Silicastaub, Quarzstaub, Titandioxidpulver,
Flugasche und/oder Kalksteinmehl wäre der über standardgemäße Verfahren
angefertigte Spritzmörtel
im Dichtstrom nicht mehr in zufriedenstellender Weise pumpfähig.
-
ES
ist daher vorgesehen, dass die Spritzmörtelzusammensetzung chargenweise
mit Wasser gemischt und in einen Druckkessel gefüllt wird. Die quer zum Druckkessel
angeordnete Förderschnecke
wird durch das Rührwerk
im Kessel mit Material beschickt. Die Schnecke fördert das Material mit Zwang
kontinuierlich in einen Luftinjektor. Hierbei wird das Material
von der Treibluft vollständig
auseinandergerissen und im dünnen
Luftstrom durch den Spritzschlauch geführt. Der Spritzmörtel wird
mit hohem Druck in verdichteter Form in sämtliche Poren auf der Oberfläche des
zu behandelnden Behälters
oder der Leitung gedrückt
und verdichtet.
-
Der
rein mineralische, anorganische erfindungsgemäße Spritzmörtel wird bevorzugt als dünne, glatte Oberflächenbeschichtung
(Stärke
ca. 1,5 bis 2,0 cm) auf Behälter-
oder Wasserleitungsoberflächen
mit großen Nennweiten
aufgetragen.
-
Die
Spritzmörtelzusammensetzung
eignet sich zur Behandlung oder Veredelung von Oberflächen, insbesondere
Betonoberflächen
von Wasserbehältern
oder Wasserleitungen mit großen
Nennweiten, vorzugsweise in solchen, bei denen das mit der Oberfläche in Kontakt
stehende Wasser einen hohen Kohlensäuregehalt aufweist oder bei
denen das Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht
gestört
ist, beispielsweise Wässer
mit einem niedrigen pH von 5 bis 7, Wässer mit hohen hydrolytischen
Eigenschaften und Rohwässer.
-
Die
folgenden Beispiele sollen die Erfindung genauer erläutern.
-
Beispiel 1
-
Im
Folgenden wird eine bevorzugte Spritzmörtelzusammensetzung angegeben,
welche zur Beschichtung und/oder Veredelung von Oberflächen bei
Wasserbehältern
und/oder Wasserleitungen geeignet ist (Tab. 2).
| Bestandteile | Kornfraktion/Bezeichnung | Gew.-% |
| Gesteinskörnung | > 0–0,25 mm | 7 |
| 0,25–0,5 mm | 26 |
| 0,5–1,0 mm | 30 |
| 1–2 mm | 13 |
| Bindemittel | Tonerdezement | 23 |
| Viskositätserhöhende Substanz | Microsilica | 1 |
| Summe | | 100 |
Tab.
2: Bevorzugte Spritzmörtelzusammensetzung
als Ausführungsform
1
-
Beispiel 2:
-
In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
enthält
die erfindungsgemäße Spritzmörtelzusammensetzung
folgende Bestandteile (Tab. 3):
| Bestandteile | Kornfraktion/Bezeichnung | Gew.-% |
| Gesteinskörnung | Quarzstaub | 0,5 |
| > 0–0,25 mm | 8 |
| 0,25–0,5 mm | 24 |
| 0,5–1,0 mm | 29 |
| 1–2 mm | 15 |
| Bindemittel | Tonerdezement | 20 |
| Viskositätserhöhende Substanz | Microsilica | 1 |
| Pigmentfarbstoff | 0,5 |
| Kalksteinmehl | 1 |
| Flugasche | 1 |
| Summe | | 100 |
Tab.
3: Bevorzugte Spritzmörtelzusammensetzung
als Ausführungsform
2
-
Beispiel 3:
-
In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
enthält
die erfindungsgemäße Spritzmörtelzusammensetzung
folgende Bestandteile (Tab. 4):
| Bestandteile | Kornfraktion/Bezeichnung | Gew.-% |
| Gesteinskörnung | Quarzstaub | 1 |
| > 0–0,25 mm | 8 |
| 0,25–0,5 mm | 24 |
| 0,5–1,0 mm | 30,5 |
| 1–2 mm | 15 |
| Bindemittel | Tonerdezement | 20 |
| Viskositätserhöhende Substanz | Microsilica | 1 |
| Pigmentfarbstoff | 0,5 |
| Summe | | 100 |
Tab.
4: Bevorzugte Spritzmörtelzusammensetzung
als Ausführungsform
3