DE102012109220A1

DE102012109220A1 - Zusammensetzung und Verfahren für die Ausbildung von Calciumhydroxid-Schichten auf Oberflächen

Info

Publication number: DE102012109220A1
Application number: DE201210109220
Authority: DE
Inventors: Gerald Ziegenbalg
Original assignee: Ibz Salzchemie & Co KG GmbH; Ibz-Salzchemie & Cokg GmbH
Current assignee: Ibz Salzchemie & Co KG GmbH; Ibz-Salzchemie & Cokg GmbH
Priority date: 2012-09-28
Filing date: 2012-09-28
Publication date: 2014-04-03
Anticipated expiration: 2032-09-29
Also published as: DE102012109220B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zusammensetzung (2) für die Ausbildung von Calciumhydroxid-Schichten (3) auf Oberflächen (1). Dabei ist vorgesehen, dass die Zusammensetzung (2) Calciumhydroxid-Partikel und ein Dispersionsmedium, in dem die Calciumhydroxid-Partikel dispergiert sind, umfasst, wobei das Dispersionsmedium zumindest einen aliphatischen Alkohol umfasst und wobei die Oberflächen (1) aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Oberflächen von Metallen, Metalllegierungen, Stahl, Kunststoffen, Glas, Geweben, Fasern und Kombinationen davon besteht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zusammensetzung und ein Verfahren für die Ausbildung von Calciumhydroxid-Schichten auf Oberflächen sowie Verwendungen der Zusammensetzung.
Beim Abbinden von Beton kommt es zur Ausbildung von Calciumhydroxid (Ca(OH)₂). Dies führt zu einem stark alkalischen pH-Wert, bei welchem Stahl langfristig gegen Korrosion geschützt ist. Mechanische Zerstörungen der Oberfläche, das Eindringen von Wasser und Kohlensäure und die damit verbundene Carbonatisierung des Calciumhydroxides sowie Schädigungen des Betons durch Salze (insbesondere Chloride) können zu einer Aufhebung dieses Schutzes und damit zu einer Korrosion des Bewehrungsstahles führen. Die durch die Rostbildung eintretende Volumenvergrößerung führt zu einer mechanischen Belastung des Bauteiles und resultiert in zusätzlichen Abplatzungen. Eine Betoninstandsetzung ist somit generell mit dem Problem des Korrosionsschutzes der Bewehrung verbunden.
Die allgemeine Vorgehensweise bei der Betoninstandsetzung umfasst folgende Schritte:

– Entfernen von losen Betonteilen, von losen Oberflächen,
– Freilegen der Bewehrung (in Abhängigkeit vom Schädigungsgrad teilweise oder vollständig) entweder durch Stemmarbeiten, durch Wasserstrahlen, Sandstrahlen oder ähnliche Maßnahmen,
– Entrosten der Bewehrung,
– Aufbringen eines Korrosionsschutzes (als Anstrich, Mörtel etc.),
– Auftragen einer Haftbrücke,
– Reprofilierung mittels spezieller Mörtel / Betonergänzungssystem,
– Feinspachtelung,
– Auftragen von Oberflächenschutz / Hydrophobierungen.

In der Literatur sind vielfältige Mittel und Verfahren zur Instandsetzung von Beton zu finden, die sowohl den Ersatz von schadhaftem Material als auch den Schutz der Bewehrung betreffen. Die für die Wiederherstellung des Korrosionsschutzes möglichen Maßnahmen sind in DIN 1504 in folgenden Punkten kategorisiert und können wie folgt erläutert werden (nach: Schröder, M. Schutz und Instandsetzung von Stahlbeton, Expert-Verlag 2012):

(i) Passivität Schaffen von chemischen Bedingungen, bei denen die Oberfläche des Bewehrungsstahles wieder in ihren ursprünglichen, passiven Zustand versetzt wird, z.B. durch Erhöhung der Betonabdeckung, durch elektrochemische Realkalisierung
(ii) Elektrischer Widerstand des Betons / relative Luftfeuchte Begrenzung der Betonfeuchte durch Imprägnierungen, Beschichtungen oder durch Schutzdächer
(iii) Kathodisch gesteuerter Schutz Begrenzung des Sauerstoffgehaltes an der Kathode durch versiegelnde Imprägnierungen / Oberflächenbeschichtungen.
(iv) Kathodischer Korrosionsschutz (Anlegen eines elektrischen Potentials)
(v) Anodisch gesteuerter Schutz, z.B. durch Anstrich der Bewehrung mit aktiv pigmentierten Beschichtungen, aufbringen von Inhibitoren auf den Beton

Nach Weber, S. [Betoninstandsetzung Vieweg + Teubner, 2009] können zur Wiederherstellung des Korrosionsschutzes der Bewehrung zusätzlich folgende zwei Wege eingesetzt werden:

– Realkalisierung des Betons durch Diffusion,
– Elektrochemische Realkalisierung.

Die Realkalisierung durch Diffusion beruht auf dem Auftragen von zementgebundenem Beton oder Mörtel auf die karbonatisierte Betonoberfläche. Der hohe pH-Wert des Porenwassers des frischen Betons oder Mörtels soll dann durch Diffusion zu einer Realkalisierung führen. Es wird jedoch eingeschätzt, dass eine derartige Realkalisierung keinen sicheren Schutz der Bewehrung auf längere Zeit ermöglicht. Alternativ wird vorgeschlagen, die Randzonen des Betons ausreichend lang mit einer gesättigten Calciumhydroxidlösung (Kalkwasser) zu behandeln. Nach der Tränkung ist eine Beschichtung aufzubringen, die einen CO₂-Zutritt unterbinden soll.
Bei der elektrochemischen Realkalisierung wird auf der Betonoberfläche eine Anode angebracht, die in einen alkalischen Elektrolyt eingebettet ist und die mit der Bewehrung durch eine Gleichstromquelle verbunden ist.
In DE 37 06 995 A1 wird ein Verfahren zur Sanierung von stahlbewertem Beton beschrieben, bei dem die freigelegten Bewehrungsstähle entrostet und nachfolgend mit einer wässrigen oder alkoholischen, Phosphat enthaltenden Lösung, welche zusätzlich ein Elastifizierungsmittel aufweist, behandelt werden. In einem zweiten Arbeitsgang erfolgt der Auftrag eines haftfestigkeitserhöhenden Rostschutzmittels (fließfähiges Silikat, insbesondere Alkalisilikatlösungen, die 1:1 mit Wasser verdünnt sind und einen pH-Wert > 12 aufweisen). Nach dem Ablüften der beiden Rostschutzmittel wird ein zementgebundener Reparaturmörtel auf die Sanierungsstelle aufgebracht. Wesentlich ist, dass die Bewehrung nicht metallisch blank entrostet werden muss. Als verflüssigend wirkende Zusatzstoffe werden alkalikondensationfähige Polymere wie Acrylharzdispersionen oder Butadien-Styrol-Dispersionen eingesetzt. Zur Wiederherstellung eines alkalischen pH-Wertes wird das Rostschutzmittel auf einen pH-Wert von etwa 12 eingestellt.
Ein Verfahren zur Tiefensanierung von mit Baustahl armierten Bauwerken wird in DE 36 35 253 A1 vorgestellt. Dieses beruht darauf, dass der geschädigte Beton bis hinter die korrodierte Armierung angebohrt wird und unter Druck eine Lösung eines modifizierten Alkalisilikates mit einem Me₂O:SiO₂-Verhältnis von 1:2 bis 1:3 eingepresst wird. In einem zweiten Schritt erfolgt die ebenfalls unter Druck verlaufende Injektion einer Zement-Wasser-Schlämme mit Alkalisilikatlösung oder einer Mörtelmischung, die 2 bis 6 % (bezogen auf den Zementanteil) einer feinteiligen amorphen Kieselsäure oder von aktiven Silikaten des Magnesiums, Calciums oder Bariums enthält.
In DE 36 018 195 A1 wird die Instandsetzung von Beton durch den Einsatz von Kalkmilch beschrieben. Diese wird in den Beton injiziert und soll in Form von Depots hinter dem Bewehrungsstahl ein alkalisches Milieu bilden. Zur Erhöhung der Löslichkeit von Calciumhydroxid werden Phenol und/oder Glycerin zugesetzt. Gleichzeitig wird die Anwendung eines Gleitmittels beschrieben. Die Injektion selbst wird in Form einer Hochdruckinjektion realisiert. Der Kalk selbst soll einer Feinmahlung unterzogen werden.
Zum Schutz von Beton- und Mörtelkonstruktionen gegen einen Abfall des pH-Wertes unter 10,5 wird in DE 198 10 530 A1 der Einsatz von konzentrierten wässrigen Lithiumhydroxidlösungen beschrieben. Der Schutz soll vor allem darauf beruhen, dass bei einer Karbonatisierung durch CO₂ in einem ersten Schritt Lithiumcarbonat (Li₂CO₃) entsteht, welches einen konstanten pH-Wert von größer 12,5 aufweist. Es werden konzentrierte Lösungen, die 200 g LiOH·H₂O pro Liter bei 20 °C enthalten, eingesetzt. Da sowohl LiOH als auch Li₂CO₃ eine hohe Wasserlöslichkeit besitzen und somit leicht ausgewaschen werden können, ist eine Versiegelung der behandelten Fläche oder eine wiederholte Anwendung notwendig.
Ein fließfähiges Betonsanierungsmittel, welches aus einem silikatischen Bindemittel (hydrolysierte Kieselsäureester, Natrium-, Kalium-, Lithium-, Ammonium- oder Guanidinsilikatlösungen allein oder als Gemische) und einer Metallstaubkomponente besteht, wird in EP 0 108 828 A1 beschrieben. Zusätzlich können anorganische Füllstoffe wie Schwerspat und /oder Quarzmehl, Sand, Ruß oder Titandioxid enthalten sein. Als Metallstaubkomponente wird vornehmlich Zink eingesetzt. Es ist davon auszugehen, dass sich Zinksilikate bilden. Vor der Beschichtung muss der Bewehrungsstahl vollständig gereinigt werden und metallisch blank vorliegen.
Die Überführung eines karbonatisierten Betons in einen stark alkalischen Zustand kann nach DE 35 13 566 A1 durch den Einsatz von Calciumnitritlösungen erreicht werden, da Calciumnitrit stark alkalisch reagiert. Es werden mindestens 3%ige Lösungen von Calciumnitrit eingesetzt. In einem zweiten Schritt werden die vorbehandelten Bereiche mit wässrigen Lösungen von wasserlöslichen Silikaten in Kontakt gebracht, wobei insbesondere Lithiumsilikatlösungen zur Anwendung kommen. Nachfolgend erfolgt der Einsatz von polymermodifizierten Zementmischungen, wobei Styrol/ Butadien-Kautschuk-Dispersionen zur Anwendung kommen.
Die Sanierung beschädigter und verdorbener Sichtbetonflächen wird in DE 10 2007 014 732 A1 vorgestellt. Neben einer Beschreibung von Maßnahmen zur Sanierung der Oberflächen wird ausgeführt, dass frei werdende Eisenteile durch einen Rostschutzanstrich und/oder mit einem hochalkalischen Kalkmörtel überzogen werden.
Eine korrosionshemmende Mörtelmischung, welche Calciumnitrit enthält, wird in DE 32 12 588 A1 beschrieben. Die beschriebenen Mischungen haben, bis auf den Zusatz von Calciumnitrit, die Zusammensetzung herkömmlicher Mörtelmischungen und enthalten Zement, Sand und Wasser. Es ist möglich, unterschiedliche Latexemulsionen zuzusetzen.
Der Einsatz eines Korrosionsinhibitors, welcher wenigstens eine organische Sulfonsäureverbindung enthält oder eines ihrer Salze mit einem anorganischen Gegenion, wobei das Molekulargewicht unterhalb 1200, vorzugsweise unterhalb 1000 liegen soll, wird in EP 1 176 125 A1 beschrieben.
Alle aufgeführten Verfahren führen zur Ausbildung von Systemen, die sich von den ursprünglichen im Beton vorliegenden Bedingungen mehr oder weniger signifikant unterscheiden. Es werden alkalische Bedingungen geschaffen, die jedoch auf dem Einsatz von artfremden Komponenten beruhen. Gleichzeitig sind damit vielfältige Nachteile verbunden, so ist z. B. der Einsatz von Alkalisilikatlösungen generell mit dem Eintrag von hohen Anteilen an Salzen verbunden. Dies ist auch bei der Anwendung von Calciumnitritlösungen der Fall, führt doch die Oxidation von Nitritionen zu Nitrationen, welche generell als bauschädlich anzusehen sind. Aber auch Lithiumverbindungen sind generell gut löslich, so dass neben einer zusätzlichen Salzbelastung auch die Gefahr des Auswaschens gegeben ist. Gleichzeitig verbietet der hohe Preis von Lithiumverbindungen eine umfassende Anwendung.
Prinzipiell ist der Einsatz von Calciumhydroxidlösungen (Kalkwasser, Kalksinterwasser) bzw. von Calciumhydroxidsuspensionen als eine erfolgversprechende Vorgehensweise anzusehen. Es zeigte sich jedoch, dass der alleinige Einsatz von sogenanntem Kalkwasser oder Kalksinterwasser, welches eine andere Bezeichnung für eine gesättigte Calciumhydroxidlösung ist, nur bedingt erfolgreich ist. Die Löslichkeit von Calciumhydroxid in Wasser beträgt nur 1,7 g/L. Damit ist von vornherein nur ein geringer Alkalisierungseffekt möglich. Dieser wird noch dadurch abgemindert, dass Calciumhydroxidlösungen extrem schnell mit atmosphärischem Kohlendioxid reagieren. Es kommt bereits während der Anwendung zur spontanen Bildung von Calciumcarbonat, welches naturgemäß zu keiner Anhebung des pH-Wertes auf den für einen Korrosionsschutz erforderlichen Bereich führt.
Beim Einsatz von Calciumhydroxidsuspensionen sind diese Probleme weniger ausgeprägt, jedoch treten andere Schwierigkeiten auf. Aufgrund der Partikelgröße der suspendierten Ca(OH)₂-Teilchen ist ein Eindringen in feinste Risse und Poren nicht möglich. Ebenso ist ein Einsatz zum Abscheiden von fest haftenden Calciumhydroxidschichten auf Bewehrungsstahl nicht möglich. Aufgrund von Sedimentationsprozessen und resultierend aus den Partikelgrößen kommt es nur zur Ausbildung von losen Schichten, die keinen Verbund mit dem korrodierten Bewehrungsstahl eingehen. Der empfohlene Zusatz von Phenol zur Erhöhung der Calciumhydroxidlöslichkeit kann aus Arbeitsschutzgründen nicht empfohlen werden. Phenol ist als giftig eingestuft. Glycerin führt erst bei hohen Konzentrationen zu einer signifikanten Erhöhung der Löslichkeit von Calciumhydroxid, so dass der Zusatz von 100 g Glycerin zu einem Liter Wasser notwendig ist, um die Löslichkeit von Ca(OH)₂ auf 3,58 g/L zu erhöhen.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es soll insbesondere eine Zusammensetzung angegeben werden, mit deren Hilfe dichte Calciumhydroxid-Schichten ausgebildet werden können, die auf Oberflächen fest haften, langzeitstabil sind sowie einfach anzuwenden und kostengünstig sind. Ferner soll ein Verfahren zur Ausbildung von dichten und festen Calciumhydroxid-Schichten auf Oberflächen und Verwendungen der Zusammensetzungen angegeben werden.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 6 sowie 10 bis 12 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindungen ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche.
Nach Maßgabe der Erfindung ist eine Zusammensetzung für die Ausbildung von Calciumhydroxid-Schichten auf Oberflächen vorgesehen, die Calciumhydroxid-Partikel und ein Dispersionsmedium umfasst, in dem die Calciumhydroxid-Partikel dispergiert sind, wobei das Dispersionsmedium zumindest einen Alkohol umfasst und wobei die Oberflächen aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Oberflächen von Metallen, Metalllegierungen, Stahl, Kunststoffen, Glas, Geweben, Fasern und Kombinationen davon besteht.
Die erfindungsgemäße Zusammensetzung ist ein stabiles alkoholisches Calciumhydroxid-Sol. Überraschenderweise wurde gefunden, dass alkoholische Calciumhydroxid-Sole, im Gegensatz zu bekannten wässrigen Calciumhydroxidsuspensionen oder Calciumhydroxidmörteln (Kalkmörteln), auf dem Bewehrungsstahl zur Ausbildung von dichten und fest haftenden Überzügen führen. Überdies sind die mittels der erfindungsgemäßen Zusammensetzung erhaltenen Überzüge langzeitstabil. In der erfindungsgemäßen Zusammensetzung sind Calciumhydroxid-Partikel stabil in dem Dispersionsmedium unter Ausbildung einer kolloidialen Lösung dispergiert.
Vorzugsweise ist der Alkohol ein Alkanol, stärker bevorzugt ein Alkanol mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen. Noch stärker bevorzugt weist der Alkohol nur eine Hydroxygruppe auf. Besonders bevorzugt ist der Alkohol aus der Gruppe ausgewählt, die aus Methanol, Ethanol, n-Propanol, Isopropanol besteht. Es kann vorgesehen sein, dass das Dispersionsmedium, abgesehen von technisch bedingten Verunreinigungen, nur aus einem oder mehreren Alkoholen besteht. Alternativ kann jedoch vorgesehen sein, dass das Dispersionsmedium neben dem zumindest einen Alkohol Wasser umfasst. In diesem Fall ist das Dispersionsmedium ein Gemisch aus dem zumindest einen Alkohol und Wasser. Der Volumenanteil des Wassers an dem Dispersionsmedium sollte höchstens 30 Vol.-% betragen, bevorzugt höchstens 20 Vol.-%, stärker bevorzugt höchstens 15 Vol-%, noch stärker bevorzugt höchstens 10 Vol.-% und besonders bevorzugt höchstens 5 Vol.-%.
In der erfindungsgemäßen Zusammensetzung liegen Calciumhydroxid-Partikel vorzugsweise als nanoskalige Partikel vor, d.h. die Partikelgröße der Calciumhydroxid-Partikel liegt zwischen 1 nm und unter 1 Mikrometer. Bevorzugt liegen die dispergierten Calciumhydroxid-Partikel in einem Korngrößenbereich von 5 nm bis 750 nm vor. Die Partikelgröße der Calciumhydroxid-Partikel in der oder den Calciumhydroxid-Schichten, die auf einer Oberfläche mittels der erfindungsgemäßen Zusammensetzung ausgebildet werden, entspricht der Partikelgröße der Calciumhydroxid-Partikel in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung.
Besonders bevorzugt liegen die Calciumhydroxid-Partikel in einer Konzentration zwischen 3 und 500 g/L in der Zusammensetzung vor.
Eine erfindungsgemäße Zusammensetzung kann hergestellt werden, indem metallisches Calcium mit Wasser umgesetzt und das so erhaltene Reaktionsprodukt anschließend in dem Dispersionsmedium dispergiert wird. Auch andere chemische Synthesewege sind möglich, vorausgesetzt, dass die resultierende Partikelgröße so ist, dass stabile Sole gebildet werden.
Die erfindungsgemäße Zusammensetzung ermöglicht die Ausbildung von dichten, festen und langzeitstabilen Calciumhydroxid-Schichten auf Oberflächen. Solche Schichten können mit den vorbekannten wässrigen Calciumhydroxidlösungen oder -suspensionen nicht hergestellt werden. Während wässrige Calciumhydroxidlösungen oder -suspensionen sich sehr schnell, teilweise noch in der Lösung durch Reaktion mit atmosphärischem Kohlendioxid in Calciumcarbonat umwandeln, so erfolgt dies bei Einsatz von alkoholischen Calciumhydroxidsolen, wie es die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen sind, überraschenderweise nicht. Die Anwesenheit eines Alkohols unterbindet eine schnelle Carbonatisierung und es bleibt somit genügend Zeit, weitere Komponenten aufzutragen, ohne dass die vorteilhaften Eigenschaften des Calciumhydroxid-Überzuges verloren gehen.
Nach Maßgabe der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Ausbildung von Calciumhydroxid-Schichten auf Oberflächen, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Oberflächen von Metallen, Metalllegierungen, Stahl, Kunststoffen, Glas, Geweben, Fasern und Kombinationen davon besteht, vorgesehen. Das Verfahren umfasst die Schritte:

(a) Aufbringen einer erfindungsgemäßen Zusammensetzung auf die Oberfläche; und
(b) Abscheiden der Calciumhydroxid-Partikel auf der Oberfläche unter Ausbildung einer Calciumhydroxid-Schicht unter Entfernung des Dispersionsmediums.

Es kann vorgesehen sein, dass die Oberfläche vor Schritt (a) einer Reinigung unterzogen wird. Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Insbesondere bei der Abscheidung von Calciumhydroxid auf Stahloberflächen ist es ausreichend, wenn nur die losen Rostpartikel von der Oberfläche, beispielsweise mechanisch, entfernt werden. Mittels einer Reinigung sollten vor Schritt (a) auch Fette, die sich auf der Oberfläche befinden, entfernt werden. Dazu kann beispielsweise ein Lösungsmittel eingesetzt werden.
Erfindungsgemäß können eine oder mehrere Calciumhydroxid-Schichten auf der Oberfläche abgeschieden werden. Dazu werden nach dem Abscheiden der ersten Schicht die Schritte (a) und (b) ein oder mehrmals wiederholt, mit der Maßgabe, dass in Schritt (a) die erfindungsgemäße Zusammensetzung auf die zuvor abgeschiedene Calciumhydroxid-Schicht aufgebracht wird, so dass in Schritt (b) auf der zuvor ausgebildeten Schicht eine weitere Calciumhydroxid-Schicht ausgebildet wird. Die Abscheidung mehrerer Calciumhydroxid-Schichten ermöglicht es, größere Schichtdicken zu realisieren.
In Schritt (a) kann die erfindungsgemäße Zusammensetzung auf die Oberfläche beispielsweise durch Streichen, Sprühen, Tauchen oder Aufgießen aufgebracht werden. Streichen und Sprühen sind insbesondere bei der Behandlung von Stahlbeton vorteilhaft. Sprühen, Tauchen und Aufgießen sind insbesondere bei der Behandlung anderer Oberflächen wie Glas-, Metall-, Kunststoff-, Gewebe- oder Faseroberflächen vorteilhaft. Die Fasern sind insbesondere organische Fasern.
Auf die Calciumhydroxid-Schicht oder, wenn mehrere Calciumhydroxid-Schichten auf der Oberfläche ausgebildet sind, auf der äußeren dieser Schichten können eine oder mehrere weitere Schichten aus anderen Materialien aufgebracht werden. Dabei fungiert die Calciumhydroxid-Schicht als Haftvermittler zwischen der Oberfläche und der ihr nächstliegenden Schicht aus einem anderen Material. Beispielsweise können, wenn die erfindungsgemäße Zusammensetzung auf die Oberflächen von Bewehrungsstählen aufgebracht worden ist, Haftbrücken, Reparatur- oder Ergänzungsmörtel auf die abgeschiedene Calciumhydroxid-Schicht aufgebracht werden. Der Begriff „anderes Material“ bezieht sich dabei auf ein Material, dass nicht aus Calciumhydroxid besteht. Es kann sich jedoch um das gleiche Material handeln, das die Oberfläche bildet, auf der die Calciumhydroxid-Schicht ausgebildet ist. Die erfindungsgemäße Zusammensetzung lässt somit den Aufbau komplexer Schichtsysteme zu.
Alternativ oder zusätzlich zu dem Aufbringen weiterer Schichten aus einem anderen Material kann vorgesehen sein, dass eine in Schritt (b) aufgebrachte Calciumhydroxid-Schicht ganz oder teilweise einer chemischen Modifikation unterzogen wird. Insbesondere kann dazu die Calciumhydroxid-Schicht in Kontakt mit einem Modifikationsmittel gebracht werden. Dieses Modifikationsmittel sollte aus einer Substanz bestehen oder zumindest eine Komponente enthalten, die mit der Calciumhydroxid-Schicht chemisch reagieren kann. Durch die chemische Reaktion des Modifikationsmittels oder einer seiner Komponenten mit dem Calciumhydroxid der Calciumhydroxid-Schicht wird die Calciumhydroxid-Schicht in eine modifizierte Schicht überführt.
Vorzugsweise ist das Modifizierungsmittel aus der Gruppe ausgewählt, die aus anorganischen Säuren, organischen Säuren, Lösungen anorganischer Säuren, Lösungen organischer Säuren, phosphathaltigen Lösungen, sulfathaltigen Lösungen, carbonathaltigen Lösungen, silikathaltigen Lösungen und Gemischen davon besteht. Die Lösungen sind vorzugsweise wässerige oder alkoholische Lösungen. Das Modifikationsmittel kann jedoch auch eine Suspension eines Phosphats, Sulfats, Carbonats, Silikats oder Gemischen davon in einem Suspensionsmittel sein. Geeignete Suspensionsmittel sind Wasser, Alkohole, insbesondere aliphatische Alkohole mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen, und Gemische davon.
Die Erfindung ist daher auch auf Schichtfolgen gerichtet, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden können.
Nach Maßgabe der Erfindung ist außerdem die Verwendung einer erfindungsgemäßen Zusammensetzung für die Behandlung von Stahlbeton durch Abscheiden von Calciumhydroxid-Schichten auf Beton- und/oder Stahloberflächen vorgesehen. Eine solche Behandlung kann insbesondere zur Sanierung und Instandsetzung von Stahlbeton genutzt werden. Die erfindungsgemäße Zusammensetzung kann somit besonders vorteilhaft als Korrosionsschutzmittel verwendet werden. Es hat sich gezeigt, dass selbst bei einer geringen Schichtdicke einer Calciumhydroxid-Schicht, die unter Verwendung der erfindungsgemäßen Zusammensetzung hergestellt worden ist, auf der behandelten Stahloberfläche ein Milieu ausgebildet wird, welches eine Korrosion der Bewehrung sicher verhindert. Gleichzeitig wirken derartige Calciumhydroxid-Schichten als Haftvermittler zu nachfolgend aufgetragenen Haftbrücken, Reparatur- oder Ergänzungsmörteln. Besonders vorteilhaft ist, dass die erfindungsgemäße Zusammensetzung direkt auf die von losen Rostpartikeln gereinigten Stahloberflächen aufgebracht werden kann. Bei der Sanierung von Stahlbeton wird die erfindungsgemäße Zusammensetzung vorteilhafterweise sowohl auf die freigelegten Oberflächen der Bewehrung als auch auf die freigelegten Oberflächen des Betons aufgebracht.
Die erfindungsgemäße Zusammensetzung kann ebenso zur Ausbildung von Calciumhydroxid-Schichten auf der Oberfläche von Metallen, Metalllegierungen, Kunststoffen, Glas, Geweben oder Fasern verwendet werden. Die Fasern sind insbesondere organische Fasern.
Auf diese Weise können funktionale Oberflächen auf solchen Materialen aufgebaut werden. Unerwartet hat sich herausgestellt, dass die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen zur Ausbildung von dichten, festen und langzeitstabilen Calciumhydroxid-Schichten auch auf anderen Materialen als Beton oder Stahl geeignet sind. So führt beispielsweise der Auftrag von erfindungsgemäßen Zusammensetzungen auf Glas, unterschiedlichen Kunststoffen (PVC, PP, PE u.a.), Metallen, aber auch auf organischen Fasern und Geweben zur Ausbildung von Calciumhydroxid-Schichten, die in einem zweiten Schritt, wenn erforderlich, gezielt modifiziert werden können. Überraschend war dabei insbesondere die Tatsache, dass generell ein guter Verbund mit dem Trägermaterial erreicht wird und Abplatzungen kaum oder nur bei sehr hohen Schichtstärken auftreten. Dieser gute Verbund bleibt auch bei einer Nachbehandlung erhalten, so dass sehr unterschiedliche Schichtfolgen aufgebaut werden können. So führt ein Nachbehandeln mit phosphathaltigen Lösungen (stark verdünnte Phosphorsäure, Lösungen von Alkalisphosphaten etc.) zur Ausbildung von Calciumphosphat- oder Calciumhydroxyphosphatschichten. Der Einsatz von Alkalicarbonatlösungen bewirkt die Bildung von amorphen oder kristallinen Calciumcarbonatmodifikationen. Calciumsulfate lassen sich durch den Einsatz von löslichen Sulfatkomponenten erzeugen. Es können aber auch Calciumverbindungen organischer Säuren wie Calciumoxalat gezielt aufgebaut werden. Der Einsatz von Silikaten, beispielsweise in Form von Wasserglaslösungen, Kieselsäureestern, kolloidalen Kieselsolen etc., führt zu den entsprechenden Calciumsilikaten oder Kieselsäureprodukten, in denen Calcium eingebaut ist.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen, die die Erfindung nicht einschränken sollen, unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschreiben. Dabei zeigen
1 eine schematische Schnittdarstellung eines Verfahrens zum Aufbau einer ersten Schichtfolge auf einer Oberfläche; und
2 eine schematische Schnittdarstellung eines Verfahrens zum Aufbau einer zweiten Schichtfolge auf einer Oberfläche.
Zum Aufbau einer ersten Schichtfolge wird auf eine Oberfläche 1 (1a) eine erfindungsgemäße Zusammensetzung 2 aufgetragen (1b). Nach der Entfernung des Dispersionsmittels befindet sich auf der Oberfläche eine Calciumhydroxid-Schicht 3, die aus feinsten Partikeln besteht (1c). Die Calciumhydroxid-Schicht 3 kann nun modifiziert werden, dies ist aber nicht zwingend erforderlich. Es kann ausreichend sein, lediglich eine oder mehrere Calciumhydroxid-Schichten 3 auszubilden.
Zur Modifikation der Schicht kann ein Modifikationsmittel 4 auf die Calciumhydroxid-Schicht 3 aufgetragen werden, das mit Calciumhydroxid chemisch reagiert. Beispielsweise kann das Modifikationsmittel eine Lösung einer Komponente sein, die zur Reaktion mit Calciumhydroxid in der Lage ist. Das Modifikationsmittel 4 wird dazu auf die Calciumhydroxid-Schicht 3 aufgetragen (1d). Nach der erforderlichen Reaktionszeit für die Reaktion der Komponente mit Calciumhydroxid und der Entfernung des Lösungsmittels sowie gegebenenfalls nicht umgesetzter Teile des Modifikationsmittels befindet sich auf der Oberfläche 1 nun eine modifizierte, Calcium-haltige Schicht 5 (1e). Auf diese Schicht 5 kann, wie in 1f, zu erkennen ist, eine weitere Schicht oder mehrere weitere Schichten (nicht gezeigt) aus einem anderen Material aufgetragen werden. Mittels dieser Verfahrensweise ist es möglich, funktionale Strukturen auf Oberflächen auszubilden. Jede der Schichten aus einem anderen Material kann erneut mit einer Calciumhydroxid-Schicht beschichtet werden, die – falls gewünscht – auch modifiziert werden kann.
Eine zweite Schichtfolge kann erhalten werden, indem auf eine Oberfläche 1 (2a) eine erfindungsgemäße Zusammensetzung 2 aufgetragen wird (2b). Nach der Entfernung des Dispersionsmittels ist auf der Oberfläche 1 eine Calciumhydroxid-Schicht 3 ausgebildet (2c). Die Stärke dieser Schicht 3 kann erhöht werden, indem erneut eine Menge der erfindungsgemäßen Zusammensetzung 2 auf die Calciumhydroxid-Schicht 3 aufgetragen wird (2d). Nach der Entfernung des Dispersionsmittels liegt auf der Oberfläche 1 eine Calciumhydroxid-Schicht 3’ vor, deren Stärke die der ursprünglichen Calciumhydroxid-Schicht 3 übersteigt (2e). Auf die Calciumhydroxid-Schicht 3 oder 3’ kann, wenn dies gewünscht ist, eine weitere Schicht 6 oder mehrere weitere Schichten (nicht gezeigt) aus einem anderen Material aufgetragen werden. Jede der Schichten aus einem anderen Material kann erneut mit einer Calciumhydroxid-Schicht 3, 3’ beschichtet werden, die – falls gewünscht – auch modifiziert werden kann.
Mittels der beschriebenen Verfahrensweisen ist es möglich, vielfältige funktionale Strukturen auf Oberflächen auszubilden.
Beispiel 1
Unter Verwendung von technisch reinem Ethanol als Dispersionsmedium wurde eine erfindungsgemäße Zusammensetzung hergestellt, die 50 g/L kolloidales Calciumhydroxid enthielt. Die Zusammensetzung war stabil.
Beispiel 2
Zur Sanierung einer durch Carbonatisierung geschädigten Betonschicht wurde wie folgt vorgegangen: In einem ersten Schritt erfolgte ein Freilegen der Bewehrung und die Entfernung carbonisierter Bereiche und loser Schichten. Diesem schloss sich eine grobe, mechanische Reinigung der Bewehrung und die Entfernung von losen Rostschichten an, wobei es nicht notwendig war, eine metallisch blanke Oberfläche zu erzielen. Zum Wiederherstellen eines alkalischen Milieus und zum langzeitsicheren Schutz der Bewehrung wurde im nächsten Schritt die in Beispiel 1 beschriebene Zusammensetzung durch Streichen oder Sprühen aufgebracht. Dabei wurden sowohl die Bewehrung als auch die freigelegten Betonoberflächen behandelt. Beim Verdunsten des Alkohols entstand auf den behandelten Bereichen ein dichter, fest haftender Überzug aus feinsten Calciumhydroxidpartikeln. Aufgrund der extrem kleinen Partikelgrößen konnten dabei auch kleinste Risse und Poren verfüllt werden. Dies ist insbesondere auch durch die geringe Viskosität des alkoholischen Calciumhydroxidsoles möglich. In einem abschließenden Schritt kam dann konventioneller Saniermörtel zur Anwendung.
Beispiel 3
Unter Verwendung von technisch reinem Ethanol als Dispersionsmedium wurde eine erfindungsgemäße Zusammensetzung hergestellt, die 25 g/L kolloidales Calciumhydroxid enthielt. Die Zusammensetzung war stabil.
Beispiel 4:
Zur Abscheidung einer fest haftenden Calciumhydroxid-Schicht wurde eine Glasplatte zunächst durch Anwendung eines entsprechenden Lösungsmittels vollständig entfettet. Die Glasplatte wurde nun durch Tauchen, Besprühen oder Aufgießen mit der in Beispiel 3 beschriebenen Zusammensetzung behandelt. Nach dem Verdunsten des Alkohols hatte sich eine dichte und feste Calciumhydroxid-Schicht aus feinsten Calciumhydroxidpartikeln auf der Glasplatte gebildet.
Beispiel 5
Es wurde wie in Beispiel 4 vorgegangen, außer dass die Calciumhydroxid-Schicht auf der Glasplatte modifiziert wurde. Dazu wurde auf die Calciumhydroxid-Schicht eine oxalsäurehaltige Lösung aufgesprüht, wodurch CaC₂O₄ gebildet wurde.
Beispiel 6:
Es wurde wie in Beispiel 4 vorgegangen, außer dass die Auftragung der in Beispiel 3 beschriebenen Zusammensetzung wiederholt wurde, um die Stärke der gebildeten Calciumhydroxid-Schicht zu erhöhen.
Bezugszeichenliste

1: Oberfläche
2: erfindungsgemäße Zusammensetzung
3, 3’: Calciumhydroxid-Schicht
4: Modifikationsmittel
5: modifizierte, Calcium-haltige Schicht
6: Schicht aus einem anderen Material

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 3706995 A1 [0008]
DE 3635253 A1 [0009]
DE 36018195 A1 [0010]
DE 19810530 A1 [0011]
EP 0108828 A1 [0012]
DE 3513566 A1 [0013]
DE 102007 [0014]
DE 3212588 A1 [0015]
EP 1176125 A1 [0016]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN 1504 [0004]
Schröder, M. Schutz und Instandsetzung von Stahlbeton, Expert-Verlag 2012 [0004]

Claims

Zusammensetzung für die Ausbildung von Calciumhydroxid-Schichten (3) auf Oberflächen (1), umfassend Calciumhydroxid-Partikel und ein Dispersionsmedium, in dem die Calciumhydroxid-Partikel dispergiert sind, wobei das Dispersionsmedium zumindest einen Alkohol umfasst und wobei die Oberflächen (1) aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Oberflächen von Metallen, Metalllegierungen, Stahl, Kunststoffen, Glas, Geweben, Fasern und Kombinationen davon besteht.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Alkohol aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Methanol, Ethanol, n-Propanol, Isopropanol besteht.
Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Dispersionsmedium ein Gemisch aus dem zumindest einen Alkohol und Wasser ist, wobei der Volumenanteil des Wassers an dem Dispersionsmedium höchstens 30 Vol.-% beträgt.
Zusammensetzung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dispergierten Calciumhydroxid-Partikel in einem Korngrößenbereich von 5 nm bis 750 nm in der Zusammensetzung vorliegen.
Zusammensetzung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Calciumhydroxid-Partikel in einer Konzentration zwischen 3 und 500 g/L in der Zusammensetzung vorliegen.
Verfahren zur Ausbildung von Calciumhydroxid-Schichten (3) auf Oberflächen, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die Oberflächen von Metallen, Metalllegierungen, Stahl, Kunststoffen, Glas, Geweben, Fasern und Kombinationen davon besteht, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: (a) Aufbringen einer Zusammensetzung (2) gemäß der Ansprüche 1 bis 5 auf die Oberfläche (1) und (b) Abscheiden der Calciumhydroxid-Partikel auf der Oberfläche (1) unter Ausbildung einer Calciumhydroxid-Schicht (3) unter Entfernung des Dispersionsmediums.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (1) vor Schritt (a) einer Reinigung unterzogen wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Anschluss an Schritt (b) die Calciumhydroxid-Schicht (3) ganz oder teilweise einer chemischen Modifikation unterzogen wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur chemischen Modifikation der Calciumhydroxid-Schicht (3) deren Oberfläche in Kontakt mit einem Modifizierungsmittel (4) gebracht wird, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus anorganischen Säuren, organischen Säuren, Lösungen anorganischer Säuren, Lösungen organischer Säuren, phosphathaltigen Lösungen, sulfathaltigen Lösungen, carbonathaltigen Lösungen, silikathaltigen Lösungen und Gemischen davon besteht.
Verwendung einer Zusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 zur Behandlung von Stahlbeton durch Abscheiden von Calciumhydroxid-Schichten (3) auf Beton- und/oder Stahloberflächen.
Verwendung einer Zusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 zur Ausbildung von Calciumhydroxid-Schichten (3) auf der Oberfläche von Metallen, Metalllegierungen, Kunststoffen, Glas, Geweben oder organischen Fasern.
Verwendung einer Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 als Korrosionsschutzmittel für Stahlbeton oder als Haftvermittler.