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Die Erfindung betrifft einen Baustoff
oder Bauzusatzstoff zur Verwendung als oder für Putzmörtel, Mauermörtel, Estrich,
Beton und dergleichen Anwendungen nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
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Aus dem Stand der Technik ist bekannt,
dass derartigen Baustoffen Additive für eine gezielte Veränderung
physikalisch-chemische Eigenschaften des Baustoffgefüges beigegeben
werden. Dies betrifft insbesondere Zugaben, die wasserabweisende Eigenschaften
auf Putzen, Fundamenten oder Böden verbessern
sollen. Dazu wird bei bereits bekannten Verfahren auf Additive zurückgegriffen,
die dem angesetzten Mörtel
in geeigneter Menge beigemischt werden.
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Dabei besteht das Problem, dass die
hydrophobierenden Additive in ihrer Wirksamkeit durch die Hydratation
des Zementes sehr stark beeinträchtigt werden
können.
Damit ist die erreichbare Konzentration hydrophobierender Zusätze, beispielsweise
von Fettsäuresalzen
in zementartigen Baustoffen auf 0.5 bis 1 Prozent Gewichtsanteil
beschränkt.
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Um diesem Problem zu begegnen, wurden
in der
EP 0 811 584
B1 , bzw. in der Publikation „New silicone powder technology
to hydrophobe cement-based materials" von F. Gubbels et. al. Technologien
beschrieben, wie der Anteil hydrophobierender Additive im Baustoffgefüge erhöht werden
kann.
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Grundidee derartiger Technologien
ist ein Einschließen
oder Verkapseln des hydrophobierenden Wirkstoffes durch ein Adsorbens
und/oder eine Bedek kung der Adsorbensoberfläche und ein daran anschließendes kontrolliertes
Freigeben des Wirkstoffes in das ausgebildete Gefüge eines
Putzes, Estrichs, Betons usw.
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Dabei werden im Zuge eines Granulationsverfahrens
die hydrophobierenden Wirkstoffe mit einem wasserlöslichen
oder dispergierenden Medium, beispielsweise einer Mischung aus einem
Ethoxysilan-Wachs und einer Carboxylsäure überzogen, während als hydrophobierendes
Material Siloxan-Verbindungen verwendet werden. Als Träger der Wachs-Wirkstoff-Kombination
werden Sand, Zement, Zeolithe, Maisstärke und ähnliche Materialien verwendet.
Während
des Aushärtevorgangs
werden die hydrophobierenden Wirkstoffe freigesetzt, wobei das entstehende
Bauteil, beispielweise eine verschalte Betonwand oder ein Putz in
jedem Fall wasserabweisende Eigenschaften aufweist. Der Putz ist nach
Ausführung
des dort genannten Verfahrens nach einer entsprechenden Aushärtungszeit
von Beginn an in einem unveränderlichen
Maße hydrophob.
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In vielen Fällen ist es jedoch wünschenswert und
erforderlich, dass das durch einen Baustoff geformte Objekt zunächst erst
einmal keine hydrophoben Eigenschaften aufweist, sondern diese erst
bei Bedarf und aufgrund abweichender Umweltbedingungen ausgebildet
werden.
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Ein Beispiel für eine derartige Anforderung ist
beispielsweise im Deichbau gegeben. In der Regel besteht ein Deich
aus einer mit einem natürlichen
Bewuchs überdeckten
Festkonstruktion. Für
den Bewuchs des Deiches ist es wünschenswert,
dass die Festkonstruktion ausreichend wasserdurchlässig ist, damit
Ansammlungen von Staunässe
vermieden werden. Im Falle eines Hochwassers muß die Festkonstruktion, d.h.
die Innenberme jedoch wasserundurchlässig sein und auf das erhöhte Aufkommen
an Nässe
entsprechend mit einer Änderung
ihrer Wasseraufnahmefähigkeit
reagieren. Die Festkonstruktion sollte also nicht von vornherein
hydrophobe Eigenschaften aufweisen, sondern muss diese als Reaktion
veränderter
Umweltbedingungen ausbilden.
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Es besteht somit die Aufgabe, einen
Baustoff anzugeben, der bedarfsweise eine Hydrophobizität oder eine ähnliche
erforderliche physikalisch-chemische Eigenschaft unter entsprechenden
Umweltbedingungen und Belastungen ausbildet. Dabei soll die Struktur
des erhärteten
Baustoffs und dessen mechanischer Parameter (beispielsweise Scherfestigkeit,
Druck- und Zugfestigkeit und dergleichen) im Normalzustand nicht
nachteilig beeinflusst werden. Des weiteren muss der Baustoff in
einfacher Weise herzustellen und einsetzbar sein.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt
mit einem Baustoff nach Anspruch 1 sowie einem Verfahren zur Herstellung
eines Additivs für
diesen Baustoff.
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Gemäß der Erfindung ist das Baustoffgefüge so ausgeführt, dass
dieses eine Vielzahl durch ein Additiv eingebrachte und im Volumen
des Baustoffs verteilte kryptoreaktive Zentren aufweist. Dabei nehmen
diese Zentren zwei alternative Zustände an. In einem ersten Zustand
sind Wirkstoffkomponenten innerhalb der Zentren gebunden und damit
unwirksam, wobei der Baustoff die üblichen physikalischen und chemischen
Eigenschaften aufweist.
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In einem zweiten Zustand werden unter
dem Einfluss der veränderten
Umweltbedingungen und Belastungen die in den kryptoreaktiven Zentren
gespeicherten Wirkstoffkomponenten aktiviert und die Wirkstoffe
kontrolliert freigesetzt, wobei diese in das Gefüge des Baustoffs eindiffundieren.
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Hierdurch wird ein Baustoff geschaffen,
der veränderliche
physikalisch-chemische Eigenschaften aufweist, auf Umweltveränderungen
und Beanspruchungen reagiert und seine Eigenschaften, etwa Wasseraufnahmefähigkeit
oder Festigkeit entsprechend ändert
und sich somit den veränderten
Beanspruchungen anpasst.
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Das einzelne kryptoreaktive Zentrum
ist dabei als ein festes oder flüssiges
Vielphasensystem ausgebildet und enthält eine Trägerkomponente, eine Botenstoffkomponente,
eine Transportkomponente, eine äquilibrierende
Komponente und die gefügebeeinflussende
Wirkstoffkomponente.
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Die Trägerkomponente dient dazu, das
kryptoreaktive Zentrum im Baustoffgefüge zu verankern. Die Botenstoffkomponente
reagiert auf die veränderten
Umweltbedingungen an der Baustoffoberfläche und aktiviert über chemische
Reaktionen die Wirkstoffkomponente des kryptoreaktiven Zentrums.
Die Transportkomponente diffundiert durch das Baustoffgefüge und verteilt
die aktivierte Wirkstoffkomponente im Gefüge. Die äquilibierende Komponente bildet einen
Puffer zum Verhindern einer unbeabsichtigten Aktivierung der Wirkstoffkomponente.
Diese kann beispielsweise ein Puffer zur Aufrechterhaltung eines bestimmten
pH-Wertes oder ein wasserabsorbierendes Material sein, das eine
Aktivierung der Botenstoffkomponente zunächst bis zu einem gewissen Schwellwert
verhindert. Gleichzeitig dient die äquillibrierende Komponente
dazu, das chemisch-physikalische Millieu des kryptoreaktiven Zentrums
konstant zu halten und ein Ablaufen unerwünschter chemischer Reaktionen
zwischen den einzelnen Komponenten zu verhindern.
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Die Trägerkomponente besteht zweckmäßigerweise
aus einem offenporigen Adsorbens, das eine im Verhältnis zu
seinem Volumen große
Materialmenge aufnehmen kann. Vorteilhafterweise kommen hier Perlit-Mineralien,
Blähglas,
amorphe Silikate, poröse
Schlacken und Gesteine, poröse
Kunststoffe, insbesondere Acrylatdispersionen, Kohlehydrate oder
Eiweiße
in Betracht.
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Die Botenstoffkomponente wird durch
nieder- und/oder höhermolekulare
Kohlenwasserstoffe, insbesondere Polyole, Paraffine, Polyäther, Polycarboxylate
und dergleichen organische Verbindungen gebildet.
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Die äquilibrierende Komponente besteht
aus Polyelektrolyten und/oder Tensiden, insbesondere Proteinen,
Polysaccariden, Gelantine und/oder Pflanzenseifen. Diese Stoffe
zeigen ein ausgesprochenes Pufferverhalten in einem Millieu mit
schwankendem pH-Wert. Zugleich binden diese eine gewisse Menge an
Feuchtigkeit und verhindern ein vorzeitiges Aktivieren der Wirkstoffkomponente.
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Die reaktive Wirkstoffkomponente
wird durch wasserabweisende Materialien gebildet. Dazu zählen unter
anderem Siloxane, Wassergläser,
Silicafoam, gefällte
Kieselsäuren,
Salze gesättigter und/oder
ungesättigter
Carbonsäuren
und damit chemisch vergleichbare Stoffe.
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Zur Herstellung eines Additivs für einen
Baustoff mit den erwähnten
kryptoreaktiven Zentren können
bekannte Verfahren, wie Coating-Verfahren, Adsorptionsprozesse,
Granulationsprozesse, Sprüh- und
Gefriertrocknung, Verkapselung entweder einzeln oder in Kombination
angewendet werden.
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Bei einem ersten Herstellungsverfahren
wird das Additiv mit folgenden Verfahrensschritten erzeugt:
- – Vermischen
gleicher Anteile eines Organopolysiloxans und einer 8-prozentigen Polyvinylalkohollösung,
- – Beigeben
einer Mischung aus Silicafoam, Kieselsäureethylester und Wasserglas
im anteiligen Verhältnis
von 10:5:1,
- – Verdünnen und
Aufbringen auf einen offenporigen Träger im Wirbelschichtverfahren,
- – Trocknen
des Granulats und Coaten mit Polyvinylacetatlösung.
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Bei einem weiteren Herstellungsverfahren erfolgt
die Herstellung des Additiv unter Ausführung folgender Verfahrensschritte:
- – Aufbringen
einer Mischung aus Zement, hydrophobem Brandkalk, quellfähigen Tonen,
Soda, Stearaten, künstlichen
und natürlichen
Seifen, Organopolysiloxanen in wechselnden Anteilen auf einen offenporigen
Träger
in einem Wirbelschichtverfahren mit Hilfe einer Polyvinylalkohol/Seifenlösung,
- – Optionales
Coaten mit einer Polyvinylacetatlösung.
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Alternativ dazu ist auch ein Anteigen
der Mischung mit einer 8-prozentigen Polyvinylalkohollösung und
ein nachfolgendes Erzeugen von Partikeln auf einem Granulierteller
möglich.
Das zuletzt beschriebene Additiv ist insbesondere zur Zugabe in Wirkstoffemulsionen
für Bodenverfestigungen
geeignet.
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Nachstehend werden Baustoffe und
Baustoffadditive in Verbindung mit deren Herstellung beispielhaft
beschrieben. Ebenso wird auf Anwendungsbeispiele eines solchen Baustoffes
verwiesen.
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Zur Herstellung eignet sich das aus
dem Stand der Technik bekannten Verfahren der Silicon-Powder-Technologie
ebenso, wie allgemeine Agglomerations- und Coating-Verfahren in
Wirbelschichtanlagen, beispielsweise Wirbelschichtagglomerationstrocknern
oder Vakuumwirbelschichtverfahren. Ebenso können Sprüh- und Gefriertrocknungsverfahren
oder Gelantineverkapselungen eingesetzt werden.
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Im folgenden wird beispielhaft die
Herstellung eines Additivs in einem Wirbelschichtreaktor beschrieben,
das vor allem in Kalkputzen verwendbar ist. Ziel ist es in diesem
Anwendungsbeispiel, einen Kalkputz herzustellen, der in Abhängigkeit
von der Bewitterung an einer Fassade eine Hydrophobierung und Festigkeitserhöhung ausbildet.
Die Ausbreitung der kryptoreaktiven Zentren darf in diesem Falle
erst nach der vollständigen
Carbonatisierung des Putzes erfolgen. Weiterhin wird eine Möglichkeit
angegeben, kryptoreaktive Zentren in den Putz einzubringen, die mittels
Wärmebehandlung
oder einem Anlegen elektrischer oder magnetischer Felder aktiviert
werden können.
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Beispiel 1.
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500g eines handelsüblichen
Organopolysiloxans werden mit 500g einer 8-prozentigen Polyvinylalkohollösung durch
Rühren
vermischt. Der Mischung werden im Verhältnis von 10:5:1 Silicafoam, Kieselsäureethylester
und Wasserglas beigegeben, verdünnt
und im Wirbelschichtverfahren auf einen offenporigen Träger, der
hier beispielhaft als Blähglas ausgeführt ist,
aufgebracht. Nach der Trocknung des Granulats erfolgt ein Coaten
mit Polyvinylacetatlösung
bei 60°C
bis 80°C.
Das so erhaltene Additiv wird dem mineralischen Mörtel zugegeben
und bildet dort kryptoreaktive Zentren aus.
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Bei Werktrockenmörtel geschieht dies bei der
werksgemäßen Herstellung.
Bei Baustellenmörtel
wird das Additiv beim Mischen zugesetzt. Der aufgetragene Putzmörtel entwickelt
nach Abschluss der Verfestigungsreaktionen, frühestens nach 28 Tagen bei einer
Feuchtebeanspruchung wasserabweisende und festigkeitsgesteigerte
Eigenschaften von 10 bis 80%.
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Dieses Additiv kann auch mittels
einer Zerstäuberdüse in einem
Sprühtrockner
granuliert werden. Die Zugabe zum Mörtel erfolgt wie oben dargestellt.
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Beispiel 2.
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500g eines Organopolysiloxans werden
an Cyclodextrin adsorbiert und im Anschluss daran im Wirbelschichtverfahren
auf einen Träger
aufgebracht. Das trockene Granulat wird mit Polyvinylalkohol gecoatet.
Die Anwendung erfolgt wie in Beispiel 1 beschrieben.
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Beispiel 3.
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500g einer Kaliumseifenlösung wird
mit 500g einer 8-prozentigen Polyvinylalkohollösung verrührt. Danach wird gefällte Kieselsäure zugegeben.
Die Suspension wird mit Polyvinylacetat im Sprühtrockner verkapselt. Die Anwendung
erfolgt wie in Beispiel 1 dargestellt. Bei einer langfristigen Bewitterung
der Putzflächen
setzt eine Reduzierung der Wasseraufnahme ein.
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Beispiel 4.
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500g eines Organopolysiloxans wird
mit Gelantine verkapselt. Die so erhaltenen Mikrokapseln werden
in den Frischbeton eingebracht. Nach dem Aushärten des Betons wird die Oberfläche auf
60 bis 80°C
erwärmt.
Die Wasseraufnahme des Betons sinkt mit zunehmender Bewitterung.
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Beispiel 5.
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500g einer Kaliumpflanzenseifenlösung wird mit
Stearylalkohol emulgiert und sprühgetrocknet. Die
Partikel werden anschließend
gecoatet und erhalten als Träger
eine hochdisperse Kieselsäure.
Die rieselfähigen
Partikel werden wie in Beispiel 1 beschrieben angewandt.
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Beispiel 6.
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Langkettige aliphatische Alkohole,
beispielsweise Stearylalkohol, werden mit einem Polysiloxan bei
ca. 80°C
verrührt.
Nach Zugabe hochdisperser Kieselsäure erfolgt eine Sprühtrocknung.
Das Granulat wird wie in Beispiel 1 beschrieben angewandt.
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Beispiel 7.
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500g einer Mischung, bestehend aus
wechselnden Anteilen an Zement, hydrophobem Brandkalk, quellfähigen Tonen,
Soda, Stearaten, künstlichen
und natürlichen
Seifen und Organopolysiloxanen wird im Wirbelschichtverfahren auf
einen offenporigen Träger
mit Hilfe einer Polyvinylalkohol/Seifenlösung aufgebracht. Je nach gewünschter
Reaktionszeit des kryptoreaktiven Wirkstoffs erfolgt ein erneutes
Coaten mit Polyvinylacetatlösung
bei 60 bis 180°C.
Der so erhaltene kryptoreaktive Wirkstoff wird einer Wirkstoffemulsion
beigegeben, die zu einer Bodenverfestigung benutzt wird. Der kryptoreaktive Wirkstoff
wird dabei dem vor Ort gebildeten Mörtel beigegeben oder ist zuvor
im Anmachwasser emulgiert worden.
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Nach Abschluss der Verfestigungsreaktion des
Mörtels
in einem Zeitraum von 2 bis 8 Stunden entfaltet der kryptoreaktive
Wirkstoff seine Wirkung. Unter dem Einfluss von anstehendem Wasser
verringert sich durch Quellreaktionen der Porenraum des Verfüllmörtels signifikant,
wobei sich eine Hydrophobie aufbaut und sich eine abdichtende Wirkung
gegenüber
Wasser einstellt.
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Beispiel 8.
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Bei diesem Anwendungsbeispiel wird
die gleiche Mischung wie im vorangegangenen Beispiel verwendet.
Jedoch ist die Herstellungstechnologie geändert. 500g der Mischung in
wechselnder Zusammensetzung wie in Beispiel 7 werden mit einer 8-prozentigen
Polyvinylalkohollösung
angeteigt und mittels eines Granuliertellers zu Partikeln unterschiedlicher
Größe granuliert.
Die durchschnittliche Partikelgröße sollte
zweckmäßigerweise
100 bis 500μm
betragen. Die technologische Anwendung im Verfüllmörtel erfolgt nach Beispiel
7.
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Entsprechend der dargestellten Beispiele
für Herstellungsverfahren
des Additivs, bzw. des Baustoffes soll im Folgenden die Wirkung
des Additivs, bzw. des mit dem Additiv versetzten Baustoffes anhand
eines Anwendungsfalles „Putzmörtel" näher verdeutlicht
werden.
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In einen Putzmörtel werden entsprechend einem
der genannten Beispiele kryptoreaktive Wirkstoffzentren in Form
des vorher beschriebenen Granulates eingebracht oder untergemischt.
Der Putzmörtel
wird aufgetragen und weist nach dem Aushärten die projektierten Eigenschaften
des Putzes auf. In Abhängigkeit
von der klimatischen Exposition der Fassade, insbesondere den einwirkenden
Witterungsbedingungen und einem Mikroklima durch Bauzier, Dachüberstände, Gesimse
oder dergleichen kommt es zu einer partiellen Feuchtigkeitsbeanspruchung
des Putzmörtels
an dessen Oberfläche.
Abhängig
von der Intensität,
bzw. der Häufigkeit
der klimatischen Beanspruchungen setzen die kryptoreaktiven Zentren
Wirkstoffe frei, die in diesem Anwendungsbeispiel zur Wasserabweisung
und Beständigkeitserhöhung in
den beanspruchten Bereichen führen.
Entsprechend der genannten Beispiele können die kryptoreaktiven Zentren
unterschiedlich realisiert werden.
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Ein weiteres Anwendungsbeispiel betrifft
ein Deichverfestigungssystem. Deichsysteme stellen z.B. Verbundkonstruktionen
aus einem Ortbetonkern und einem natürlichen Bewuchs dar. Dabei
sind auf den Betonkern Schichten aus Kiesen und Sanden sowie Muttererde
aufgebracht, die den natürlichen
Bewuchs aufweist. Die abdichtende Deichwirkung wird konventionell
dadurch erreicht, dass die einzelnen Teile des Deichaufbaus in ihrer
Kombination wasserundurchlässig
sind und damit wasserrückhaltend wirken.
Der Betonkern erfüllt
dabei im Wesentlichen zwei Aufgaben. Er stabilisiert zum einen den
Deichaufbau von innen, muss aber eine ausreichende Verankerung der übrigen Deichschichten
ermöglichen. Dafür ist eine
ausreichende poröse
Struktur des Betons notwendig, die insbesondere eine Bildung von Staunässe verhindert.
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Bei einer großen Menge anstehenden Wassers,
bei denen flußzugewandte
Deichteile überflutet sind,
bewirken die kryptoreaktiven Zentren durch Quellvorgänge einen
Verschluss der Porenstruktur im Betongefüge und entfalten somit eine
wasserabweisende und deichverfestigende Wirkung, die erst dann eintritt,
wenn der Deichaufbau durch drückendes
Wasser beansprucht wird.
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Der gemäß den Ausführungsbeispielen offenbarte
kryptoreaktive Zusatz kann nachträglich bei Feuchtebeanspruchung
den Porenraum eines Verfüllmörtels durch
Quellen reduzieren bzw. eine Wasserabweisung durch eine Hydrophobie
bewirken. Beispielsweise kann unter dem Markennamen "Weimarer-Bau-Mörtel" bekannt gewordenes Verfüllmaterial
mit den kryptoreaktiven Zusätzen
versetzt werden, so dass sich eine höhere Effizienz z.B. bei der Anwendung
zur Deichverfestigung einstellt.