DE1671164B2 - Verfahren zum Hydrophobieren wasserdurchlässiger Baumaterialien - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Hydrophobieren wasserdurchlässiger Baumaterialien, wobei eine wasserlösliche Seife durch Zusatz einer Metallsalzlösung in eine unlösliche Metallseife übergeführt wird.

Aus dem Stand der Technik sind bereits zahlreiche Versuche bekannt, die zerstörende Wirkung von Wasser auf Baumaterialien durch Verwendung von Hydrophobierungsmitteln zu verhindern. So sind im Handbuch der Betonsteinindustrie 1962, S. 613, pulverförmige Metallseifen genannt, die Beton und Putz

ίο wasserabweisend machen sollen. Aus der deutschen Auslegeschrift 1 224 653 ist ein Verfahren zur Herstellung von wärme- und schalldämpfendem Material zellenförmiger Struktur beschrieben, bei dem eine wasserlösliche Seife als oberflächenaktives Mittel verwendet wird. Aus der deutschen Auslegeschrift 1 082 847 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Baustoffmischung für wasserabstoßendes Mauerwerk bekannt, bei dem ein Gemisch eines Alkylpolysiloxanpulvers mit einer praktisch inerten Komponente, bei

ao der es sich auch um pulverförmige Salze höherer Carbonsäuren, wie Aluminium- oder Calciumstearat handeln kann, verwendet wird. Die deutsche Patentschrift 862 573 beschreibt ein Verfahren zum Wasserdichtmachen wassersaugender Betonzuschlagstoffe

as durch Behandlung mit wasserlöslichen Seifen und anschließend mit Metallsalzlösungen, wodurch ein Überzug von wasserunlöslichen Seifen auf dem Material entsteht.

Die aus dem Stand der Technik bekannten Verfah-

3" ren und Mittel zur Hydrophobierung weisen jedoch eine Reihe von Nachteilen auf, die im folgenden kurz erläutert werden.

Die Wirksamkeit der bis jetzt verwendeten Seifen, beispielsweise Oleate und Stearate, hängt von der etwas willkürlichen Ausfällung hydrophober wasserunlöslicher Seifen durch die Einwirkung metallischer Kationen, hauptsächlich Calcium, ab, die vom Portlandzement oder Kalk geliefert werden. Die Ergebnisse sind unterschiedlich, weil eine vollkommene Dispersion der Seifen nicht erreicht werden konnte, was zu einem Mangel an Wasserbeständigkeit an verschiedenen Stellen führt. Überdies sind die aus wasserunlöslichen Metallseifen niedergeschlagenen Überzüge im allgemeinen spröde und haften an den einzelnen Teilchen der verfertigten Baumaterialien nur ungenügend, so daß eine dauerhafte Wasserabstoßung unter den cyklischen Witterungseinflüssen von Nässe und Trokkenheit nicht gewährleistet ist.

Andere derzeit in Gebrauch befindliche wasserabstoßende Mittel sind Paraffinwachsemulsionen, Ceresine, Ozokerite, Bitumen, synthetische Harzemulsionen und auch wasserlösliche Silikate. Abgesehen von den wasserlöslichen Silikaten, beruhen diese wasserabstoßenden Mittel nicht auf einem chemischen Niederschlag mit Umwandlung löslicher Substanzen in unlösliche Wassersperren. Ihre Wirksamkeit im Verleihen von Wasserbeständigkeit ist hauptsächlich auf ihre Fähigkeit zurückzuführen, die Bewegung von Wasser mechanisch zu erschweren. Die Wirkung der

Glieder dieser Gruppe hängt hauptsächlich von der Größe und Verteilung der Emulsionskügelchen ab.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben genannten zerstörenden Wirkungen von Wasser in einem weiten Bereich der wasserdurchlässigen Bau-

⁶S materialien mit besonderer Berücksichtigung der vielen vorhandenen Arten von Leichtbeton und ihrer Zuschlagstoffe auf einer kommerziellen wirtschaftlichen Grundlage innerhalb tragbarer Grenzen zu vermeiden

oder zu vermindern und dadurch die Verwendung oder die Anwendungsmöglichkeiten derartiger Baumaterialien zu vergrößern.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß vor der Bildung der wasserunlöslichen Metallseife die Baumaterialien mit einem im wesentlichen aus einer Emulsion unverseifter Wachse in einer wäßrigen Seifenlösung und einem damit verträglichen Antioxydationsmittel bestehenden Imprägniermittel imprägniert werden.

Die Anwendung des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung erstreckt sich gleichermaßen auf die Oberflächen von Baumaterialien als auch auf die Oberflächen von Baumaterial-Zuschlagstoffen, aus denen derartige Baumaterialien in an sich bekannter Weise hergestellt werden. Demgemäß bezieht sich der in der vorliegenden Beschreibung und den Ansprüchen verwendete Ausdruck »wasserdurchlässige Baumaterialien« sowohl auf Leichtbaumaterialzuschläge aus der Gruppe der natürlich vorkommenden Leichtzuschläge, wie Bimsstein, vulkanische Asche, Schlacke, Kieselgur und perlitische Rhyolite, künstlich gestreckte oder gesinterte Leichtzuschlagstoffe, wie solche, hergestellt aus Perlit, Vermikulit, Glasachat, Schiefer, Schieferton, Ofenschlacke und Lehm, behandelte zellulosehaltige Substanzen, wie Fasern, Sägemehl, Holzsplitter und Späne, als auch auf Baumaterialien aus der Gruppe Mauerwerk, Bausteine, aus Portlandzementbeton oder Zement hergestellte Baueinheiten, wie z. B. Gipse, Mörtel, Mauerblöcke, Dachziegel und Fußbodenfliesen, Wandplatten, Plattenbalken, Träger, Rohre und Zement-Asbest-Platten, Quader und Paneele, Gipserzeugnisse, einschließlich Decken- und Wandtafeln, Formen und Formstücke, Sorelzement- und Puzzolanzementerzeugnisse.

Das erfindungsgemäße Verfahren dient vorteilhafterweise insbesondere dazu, die im vorangegangenen Abschnitt angeführten Leichtbaustoff-Zuschlagstoffe hydrophob, d. h. wasserabstoßend zu machen, wobei diese Stoffe z. B. zur Herstellung von Leichtbeton verwendet werden können, d. h. Beton mit einem Gewicht in der ungefähren Größenordnung von 0,48 bis 2,08 g/cm³ im Vergleich zu herkömmlichen Betonarten, die im allgemeinen ein Gewicht von 2,24 bis 2,40 g/cm³ aufweisen. Diese Leichtzuschlagstoffe können auch Verwendung finden als Komponenten von Gipsen oder Pariser Gipsen für Innenraumverkleidungen, Wandtafeln, gegossene oder zersägte Plattenbalken od. dgl., wobei ein gewisser Grad von Wasserbeständigkeit, verbunden mit Leichtheit und hohen thermischen Isoliereigenschaften von Vorteil sind.

Das in dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Verwendung gelangende Imprägniermittel besteht im wesentlichen aus einer Emulsion unverseifter Wachskügelchen in einer wäßrigen Lösung wasserlöslicher Seife oder Seifen und enthält auch ein verträgliches Antioxydationsmittel. Es wird durch alkalische Verseifung eines geeigneten Wachses oder einer Zusammensetzung aus Wachsen und Fettsäuren, welche ebenfalls das verträgliche Antioxydationsmittel enthält, hergestellt.

Geeignete Alkalien oder alkalische Substanzen für diese Verseifung bestehen aus Alkalimetallhydroxyden, z. B. Natriumhydroxyd und Kaliumhydroxyd, Ammoniumhydroxyd sowie Aminen, wie z. B. Morpholin, Mono-, Di- und Triäthanolamin u. dgl.

Geeignete Wachse oder Zusammensetzung aus Wachsen und Fettsäuren sind diejenigen, welche bei einer geeignet kontrollierten Verseifung in Gegenwart von Wasser eine wasserlösliche Seife oder wasserlösliche Seifen bilden, begleitet von einem unverseifbaren Wachs oder unverseifbaren Wachsfraktionen, die in dem Endprodukt in Form einer stabilen Emulsion verbleiben. Demzufolge muß die Zusammen setzung aus Wachsen und/oder Fettsäuren wenigstens eine Verbindung einschließen, weiche aus folgenden Gruppen gewählt ist: teilweise verseif bare Wachse, Mischungen aus verseifbaren Fettsäuren und unver seifbaren Wachsen und Mischungen aus verseifbaren und unverseifbaren Wachsen.

Die verseifbaren Wachse können vollständig verseifbar sein, z. B. das vollständig verseifbare Pflanzenwachs Japanwachs oder teilweise verseifbar, wie z. B.

das teilweise verseif bare Pflanzenwachs Carnaubawachs, Bienenwachs, Candelillawachs u. dgl.

Unverseifbare Wachse sind beispielsweise Paraffinwachs, Ceresin, raffinierte Paraffinerzeugnisse, Ozokerit od. dgl. In den beiden letzten Klassen können

ao einige Bitumina vertreten sein. Wenn unverseifbare Wachse bei der Herstellung des Imprägniermittels verwendet werden, können Dispersionsmittel, wie Abietinsäure oder Kolophoniumharz Verwendung finden. Diese Wachse, welche gegenüber Emulgieren widerstandsfähig sind, können durch die Verwendung von Triäthanolaminstearat emulgiert werden.

Verseif bare Fettsäuren schließen ölsäure oder Olein, Stearinsäure, Palmitinsäure od. dgl. ein. Diese Fettsäuren sind vollständig verseifbar zur Erzeugung wasserlöslicher Seifen, z. B. Ammoniumoleat, -palmitat oder -stearat, welche dank ihrer Netzmittel-Eigenschaften die Dispersion der Wachskügelchen unterstützen. Zusätzliche wasserlösliche Seifen zur Unterstützung der Herstellung einer stabilen Emulsion aus unverseifbarem Wachs oder unverseifbaren Wachsfraktionen kann durch Verseifung von Kolophoniumharz oder Harzsäure oder daraus abgeleiteten Säuren gebildet werden.

Die Auswahl der Wachse und irgendwelcher Fettsäuren zur Verseifung und ihrer Verhältnisse zueinander hängen weitgehend von den an das Imprägniermittel gestellten Forderungen ab, sowie auch von den Eigenschaften des Baumaterials, welches damit be handelt werden soll, sowie auch von der Verfügbarkeit und dem Preis der Bestandteile.

Eine bevorzugte Zusammensetzung aus Wachsen und Fettsäuren zur Herstellung von Imprägniermitteln, die mit den meisten Silikon- und Zellulose- Zuschlagstoffen brauchbar ist, ist die Zusammensetzung aus Kolophoniumharz, Japanwachs, Carnaubawachs und ölsäure oder Olein. Japanwachs ist leicht und vollständig verseift, Carnaubawachs ist nur teilweise verseift und die wasserlöslichen Seifen aus der Verseifung des Harzes und der ölsäure oder des Oleins unterstützen die Emulgierung des unverseifbaren Wachsanteils des Carnaubawachses.

Irgendeine ausgewählte Zusammensetzung aus Wachsen und irgendwelchen Fettsäuren wird in an sich bekannter Weise mit Alkali oder alkalischer Substanz verseift, beispielsweise durch Erhitzen in Gegenwart von Wasser. Der Anteil des verwendeten Alkalis oder der verwendeten alkalischen Substanz sollte ausreichend sein, um die in den Wachsen und irgend- welchen freien Fettsäuren vorhandenen Fettsäuren völlig zu verseifen. Die Verseifung muß unter kräftigem Rühren erfolgen, um die Emulgierung des unverseifbaren Wachses oder der unverseifbaren Wachsfrak-

tionen zur Vervollständigung des Verseifungs- und Emulgiervorgangs zu sichern, und in der letzten Stufe der Herstellung des Imprägniermittels wird die Stabilisierung der Emulsion durch rasches Erhärten der heißen, weichen Wachskügelchen durch Hinzufügung kalten Wassers erreicht. Ein rasches Abkühlen des weichen Wachses ist erforderlich, um ein Zusammenballen oder Verschmelzen der Wachskügelchen zu verhindern.

Wenn es wünschenswert oder notwendig erscheint, kann zu diesem Zeitpunkt ein Emulsionsstabilisator hinzugefügt werden, um die Viskosität zu erhöhen und sicherzustellen, daß die starke Dispersion der Wachsemulsion während einer längeren Lagerung des Produkts erhalten bleibt. Geeignete Emulsionsstabilisatoren sind Schutzkolloide, welche Gelatine, Kasein, Akaziengummi, Hydroxymethyl oder -äthylzellulose, Carboxymethylzellulose, Carboxyvinylpolymere, Polyacrylate u. dgl. enthalten. Wenn es vorteilhaft erscheint, ein Schutzkolloid zu verwenden, ist es ratsam, ein geeignetes Antiseptikum, wie Natriumpentachlorophcnat od. dgl., der Zusammensetzung, zuzugeben.

Wenn Wachse, Fettsäuren und fettsaure Seifen, ob wasserlöslich oder nicht, ultravioletter Strahlung ausgesetzt werden, unterliegen sie einer Oxydation und einem raschen Zerfall. Es muß daher ein stabiles und verträgliches Antioxydationsmittel in dem Imprägniermittel enthalten sein, sowohl um dieses vor Zerstörung zu schützen, als auch die Widerstandsfähigkeit der schließlich niedergeschlagenen wasserunlöslichen Metallseife gegenüber Oxydation zu erhöhen. Ein bevorzugtes Antioxydationsmittel ist butyliertes Hydroxytolouol, welches in einer Konzentration von einem Millionstel in dem Imprägniermittel vorhanden sein kann.

Das Niederschlagsmittel zur Verwendung in dem erfindungsgemäßen Verfahren besteht im wesentlichen aus einer wäßrigen Lösung eines oder mehrerer wasserlöslicher Metallsalze, wobei das metallische Kation oder die metallischen Kationen die Bildung wasserunlöslicher Metallseifen bewirken. Wenn das Niederschlagsmittel in ein Imprägniermittel eingearbeitet oder auf andere Weise mit diesem in Berührung gebracht wird, erfolgt eine Umwandlung der wasserlöslichen Alkaliseifen des Imprägniermittels in einen hydrophoben Niederschlag aus wasserunlöslichen Metalisalzen.

Solche geeigneten wasserlöslichen Metallsalze enthalten Calciumchlorid, Bariumchlorid, Zinkchlorid, Zinksulfat, Aluminiumsulfat u. dgl.

Die folgenden Beispiele erläutern die Herstellung von Imprägnier- und Niederschlagsmitteln. Es ist selbstverständlich, daß Dinge, wie z. B. die Auswahl einer besonderen Stoffzusammensetzung zur Herstellung irgendeiner Art von Verbindung unter Berücksichtigung gewisser Erfordernisse erfolgt, denen der Betonfachmann durch Abwandlung Rechnung trägt. Es ist daher selbstverständlich, daß sich die Erfindung nicht auf die angegebenen Beispiele oder die Stoffauswahl oder die Mengenaufgaben beschränkt.

Beispiel 1

Eine allgemeine Zusammensetzung für ein Imprägniermittel ist folgende:

Kolophonium 2,5 Gewichtsprozent Japanwachs 1,5 Gewichtsprozent Carnaubawachs 1,0 Gewichtsprozent

ölsäure 2,5 Volumprozent

Ammoniak 8,0 Volumprozent

(0,88 spezi. Gewicht) Antioxydationsmittel

butyliertes Hydroxytoluol 0,1 Gewichtsprozent Wasser zum Auffüllen auf 100 Volumprozent.

Die abgewogenen Feststoffe und die abgemessene ölsäure- oder Olein-Menge wird zu 50 ml Wasser

ίο hinzugefügt und das Gemisch auf eine Temperatur von ungefähr 95°C erhitzt, um die Additive vollständig zu schmelzen. Unter ständigem Rühren werden 6 ml einer starken Ammoniaklösung in kleinen Anteilen vorsichtig hinzugefügt. Das Gemisch wird dann ungefähr 15 min lang erhitzt und anschließend auf • eine Temperatur von etwa 70^cC abkühlen gelassen.

Zu diesem Zeitpunkt werden weitere 2 ml einer starken Ammoniaklösung unter Rühren hinzugegeben. Durch

rasche Zugabe von kaltem Wasser wird das Gemisch

ao dann sogleich auf ein Gesamtvolumen von 100 ml gebracht. Dieses Imprägniermittel ist unter normalen Lagerungsbedingungen stabil.

Beispiel 2 Kolophoniumharz 3,0 Gewichtsprozent

ölsäure oder Olein 3,0 Volumprozent

Wollfett 1,5 Gewichtsprozent Japänwachs 2,0 Gewichtsprozent Carnaubawachs 1,5 Gewichtsprozent

butyliertes Hydroxytoluol ...0,1 Gewichtsprozent konzentriertes Ammonium

Hydroxydlösung 88 N 4 ml Tetra-hydro-l-4-oxazin 3 ml Wasser zum Auffüllen auf 200 ml Gesamtvolumen. Arbeitsweise:

Die Wachse, Harz, ölsäure oder Olein und das Antioxydationsmittel werden mit 100 ml Wasser von etwa 90⁰C erhitzt und so lange durchgerührt, bis die Wachse, Harz und ölsäure oder Olein vollständig geschmolzen sind. Zur Vermeidung einer Gelatinierung ist es wichtig, dafür zu sorgen, daß stets ein Überschuß an Ammoniumhydroxyd in diesem Produkt vorhanden ist. Durch Erhitzen mit ständigem Umrühren wird die Temperatur der Mischung auf etwa 95° C erhöht. Die Temperatur der Mischung wird auf 70 bis 8O⁰C erniedrigt, indem man die Mischung unter ständigem Rühren abkühlen läßt, worauf dann genügend kaltes Wasser rasch hinzugefügt wird, um das Volumen auf 200 ml zu bringen.

Bei der industriellen Herstellung können die Wachse, ölsäure oder Oleinlanolin oder Wollfett, butyliertes Hydroxytoluol zusammengeschmolzen und in Blöcke geeigneter Größe und/oder geeigneten Gewichts gegossen oder granuliert werden. Ein wachsdispergierendes Silikonharz, ähnlich der Art, wie es für Kraftfahrzeuge oder Möbelpolituren verwendet wird, kann das Wollfett in der obigen Zusammensetzung ersetzen.

Gersthofen- oder Candelilla- od. dgl. Hartwachse können an die Stelle von Carnaubawachs treten. Bienenwachs, etwas Ceresin und Ozokerit können Japanwachs ebenso ganz oder teilweise ersetzen. Aus dem vorangegangenen ist offensichtlich, daß ein großer Bereich von einfachen zusammengesetzten und abgeleiteten fettähnlichen Substanzen und Wachse synthetischen oder künstlichen, tierischen, mineralischen oder pflanzlichen Ursprungs einige der erwähnten

Komponenten ersetzen können. Es ist auch selbstverständlich, daß, ganz abgesehen von den oben genannten Emulsionen, Kombinationen von fertigen Emulsionen, wie diejenigen von anderen gesättigten Paraffinkohlenwasserstoffen, der Einfachheit halber beigefügt werden können; so können beispielsweise im Handel erhältliche Emulsionen aus Paraffinwachs mit dem obigen Produkt vermischt werden, wenn dies wünschenswert erscheint. Es sei bemerkt, daß entsprechend der Stoffauswahl Temperaturänderungen vorgenommen werden sollten, um Unterschiede in den physikalischen Eigenschaften auszugleichen.

, Beispiel 3

Eine bevorzugte Zusammensetzung für ein konzentriertes Imprägniermittel ist folgende:

Kolophoniumharz Grad N 25,0 g Japanwachs 15,0 g Carnaubawachs 10,0 g

ölsäure 25,0 ml

Natriumhydroxyd 12,0 g

butyliertes Hydroxytoluol 0,1 g

Wasser wird hinzugefügt, um bis zu 1000 ml aufzufüllen.

Das Gewicht der Festkörper und das gemessene Volumen von ölsäure werden zu 300 ml Wasser hinzugefügt und die Mischung wird bis zum Kochen erhitzt, um die Wachse vollständig zu schmelzen. Das Natriumhydroxyd wird getrennt in 25 ml Wasser gelöst und diese Lösung wird dann in kleinen Gaben dem geschmolzenen Wachs hinzugefügt, während man stets mit einem mechanischen Mischer rührt. Die Mischung wird dann ungefähr 45 min lang gekocht und anschließend auf eine Temperatur von 60° C abgekühlt. Die Mischung wird unverzüglich auf ein Gesamtvolumen von 1000 ml gebracht, indem rasch kaltes Wasser zugegeben wird. Während des ganzen obigen Verfahrens ist es wichtig, für eine vollständige Verseifung und Emulgierung zu sorgen. Die Mischung ist jederzeit vom ursprünglichen Schmelzstadium des Wachses bis zur endgültigen Emulgierung und Abkühlung einem ständigen und wirksamen mechanischen Mischen zu unterwerfen.

Rasches Abkühlen des erweichten Wachses ist notwendig, um ein Zusammenballen oder Verschmelzen der Wachskügelchen zu verhindern und es kann notwendig sein, eine besondere hochwirksame Misch- und Kühleinrichtung vorzusehen, um sicherzustellen, daß während der Emulgierung eine optimale Teilchengröße entsteht.

Aus wirtschaftlichen oder anderen Gründen kann es erforderlich sein, andere Komponenten mit ähnlichen Eigenschaften an die Stelle derjenigen zu setzen, die in der obigen bevorzugten Zusammensetzung angegeben wurden, beispielsweise Candelillawachs an die Stelle von Carnaubawachs. Eine Mischung aus Bienenwachs und Hartceresin kann auch Carnaubawachs ersetzen.

Andere Alkalien oder alkalische Substanzen, wie Ammoniak oder Kaliumhydroxyd oder Triäthanolamin, können wegen ihrer Äquivalenz mit Natriumhydroxyd in der obigen Formulierung dieses ersetzen.

Beispiel 4

Die bevorzugte Zusammensetzung für eine konzentrierte Niederschlagslösung besteht aus:

Aluminiumsulfat mit einem Gewicht von 200 g AI₂(SO₄J₃-ISh₂O₁- Wasser wird bis zum Erreichen von 1000 ml Gesamtvolumen dazugegeben;

oder wahlweise aus:

Zinksulfat ZnSO₄ · 7 H₂O kann in der gleichen Konzentration wie oben angegeben verwendet werden, um vorzugsweise neuen Portlandzement und insbesondere Oberflächen aus Faserkiesel damit zu behandeln.

ίο Weiterhin kann Bariumchlorid in der gleichen Konzentration Verwendung finden, wenn Gips- oder Sorelzementoberflächen behandelt werden sollen.

Die Niederschlagslösung sollte in Kunststoff behältern gelagert werden.

Kurz gesagt besteht das erfindungsgemäße Verfahren aus einem Imprägnieren wasserdurchlässigen Baumaterials mit einem Imprägniermittel, gefolgt von einem in Kontaktbringen des imprägnierten Baumaterials mit einem Niederschlagsmittel. Die tatsächliche Wirkungsweise dieses Verfahrens kann sich ändern oder unterschiedlich sein, je nachdem ob das zu behandelnde Baumaterial ein verfertigtes Baumaterial oder ein Baumaterialzuschlag ist. Im Falle einiger Leichtbaumaterial-Zuschläge kann

»5 es ein Vorteil, ja sogar notwendig sein, unter Vakuum zu imprägnieren. Der poröse Zuschlag befindet sich in einem luftdichten Behälter und wird von dem Imprägniermittel überdeckt. Aus dem geschlossenen Behälter wird Luft abgesaugt und wenn durch eine Schauöffnung festgestellt wird, daß keine Luftblasen mehr aus dem überdeckten Zuschlag aufsteigen, wird das Innere des Behälters zur Atmosphäre hin geöffnet. Dadurch wird die in offenen Röhrchen oder Hohlräumen enthaltene oder zwischen die Mineralien des Zuschlagstoffs eingeschlossene Luft unter Vakuum ausgetrieben und durch die Imprägniermittel ersetzt, wenn wieder Atmosphärendruck herrscht. Ein in der Regel guter Wirkungsgrad für die Anwendung ergibt sich, wenn das gemäß einem der Beispiele 1 bis 3 hergestellte Imprägniermittel mit so viel Wasser verdünnt wird, daß 40 Volumteile entstehen. Das Niederschlagmittel nach Beispiel 4 wird in gleichem Ausmaß mit Wasser verdünnt, wenn es in diesem Verfahren Verwendung findet. Das überschüssige Jmprägnier mittel wird abgezogen und der Zuschlagstoff lang genug in die Niederschlagslösung getaucht, um einen Niederschlag der gewünschten hydrophoben Schicht zu gewährleisten. In der Praxis wurde gefunden, daß für einige natürlich vorkommende Leichtzuschlagstoffe die zweite Behandlungsstufe nicht notwendig unter Vakuumbedingungen durchgeführt werden muß.

Die behandelten Teilchen des Zuschlagstoffs werden wieder abgeseiht und bei niedriger Temperatur (40 bis 45^1JC) ofengetrocknet oder atmosphärisch getrocknet, um Restwasser zu entfernen und das Haften des Niederschlagsfilms an der Oberfläche des Zuschlagstoffs zu ermöglichen. Beim Trocknen des behandelten Zuschlagstoffs entwickelt sich seine maximale Wasserabstoßung. Die Temperatur sollte zu keiner Zeit wäh-

rend des Aushärtens oder Trocknens des behandelten Produkts bis zum Schmelzpunkt des niedergeschlagenen hydrophoben Films oder darüber ansteigen.

Wo die Kosten für die Erhitzung nicht ins Gewicht fallen, kann die erste oder Imprägnierungsstufe häufig

dadurch bewerkstelligt werden, daß der Zuschlagstoff genügend lang in eine heiße Lösung des Imprägniermittels getaucht wird, um die eingeschlossene Luft zu entfernen, und der Zuschlagstoff, noch während er in

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die Flüssigkeit eingetaucht ist, abkühlen gelassen wird.

Wo die Herstellung von behandelten Zuschlagstoffen nicht durch Forderungen nach Raumeinsparung oder raschen Ausstoß beschränkt ist, können die Leicht- S Zuschlagstoffe durch einfaches Eintauchen in das Imprägniermittel imprägniert werden, beispielsweise indem die Zuschlagstoffe in einen langsam rotierenden perforierten oder siebwandigen Behälter gehalten werden, der in einen mit dem Imprägniermittel gefüllten »o Tank eingetaucht ist, wobei der Zuschlagstoff vorzugsweise nicht mehr als die Hälfte des Behälters füllt. Die Konzentration des Imprägniermittels ist so eingestellt, daß ein Zuschlagstoff-Überzug oder -film von gewünschter Dicke erhalten wird; die Eintauchzeit »5 muß genügend lang sein, um die Beschichtung aller Oberflächen des Zuschlagstoffs zu gewährleisten.

Eine Anzahl Leichtzuschlagstoffe einschließlich einiger Bimssteine und Vermikulite kann dadurch imprägniert werden, daß die Zuschlagstoffe und das ^ao Imprägniermittel eine vorbestimmte Zeit lang beispielsweise in einem Betonmischer durchgemischt werden.

Um den Nachteil von überschüssigem Restwasser, das in irgendeiner Stufe beseitigt werden muß, zu ver- ^a5 meiden, können poröse Zuschlagstoffe durch einen geeigneten Sprühvorgang mit dem Imprägniermittel behandelt werden, wobei letzteres in einen Zylinder oder eine Kammer gesprüht wird, durch welchen bzw. durch welche die Zuschlagstoffe in Folge der Schwerkraft hindurchfallen. Dieses Verfahren ermöglicht eine ausreichende Teilchenbeschichtung ohne den Nachteil überschüssigen, im Zuschlagstoff absorbierten Wassers.

Das Niederschlagsmittel kann auf ähnliche Weise und unmittelbar nach der obigen Behandlung angewendet werden. Bei der oben beschriebenen Sprühmethode sollte die Konzentration des Imprägnier- bzw. Niederschlagsmittels ungefähr ein Teil der nach einem der Beispiele hergestellten Zusammensetzungen zu 5 Teilen Wasser sein. *°

Auf dem Gebiet der Betontechnik ist es bekannt, daß die Eigenschaften von Zuschlagstoffen sehr verschieden sein können, selbst wenn die Materialien von dergleichen Entnahmestelle stammen. Die Zusammensetzung und Konzentration des Imprägnier- und Niederschlagsmittels sollten daher an Hand praktischer Test versuche mit jedem zu behandelnden Materialposten festgestellt werden, um Faktoren, wie Porosität und Reaktionsfähigkeit der Oberfläche zu ermitteln, oder es kann notwendig werden, geeignete Ver-Suchseinheiten zu gießen, welche geprüft werden sollen, um die günstigste Zusammensetzung für den Behandlungsvorgang zu erfahren.

Die gemäß der vorliegenden Erfindung hydrophob gemachten Leichtzuschlagstoffe können unbestimmt lange Zeit gelagert werden und, wann auch immer gewünscht, bei irgendeiner der normalen Anwendungsmöglichkeiten von Leichtbauzuschlagstoffen Verwendung finden, beispielsweise bei der Herstellung von Leichtbeton mittels herkömmlicher Betonherstellungsverfahren. Die daraus resultierenden Leichtbaustoffe zeigen bemerkenswerte Eigenschaften, wie erhöhte Wasserbeständigkeit, sehr beständige Druck- und Zugfestigkeit (mit einem Wasser: Zement-Verhältnis, vergleichbar demjenigen in Kompaktbeton), mäßiges ^6s Schrumpfen und gute Wärmeleitfähigkeitsbeiwerte sowie wünschenswerte akustische und gute Feuerschutzeigenschaften.

Im Falle von verfertigten Baustoffen werden die Imprägnier- und Niederschlagsmittel durch irgendeinen geeigneten Beschichtungsvorgang, beispielsweise durch Sprühen, Walzbeschichten, Bürsten, Schwabbem und Tauchen auf die Oberfläche von Baustoffen aufgebracht.

Zur Behandlung derartiger Flächen, wie Mauerwerk, poröse Bausteine, zellulosehaltige Wände und Deckentafeln und Paneele, Gipstafeln und -paneele, Faserkiesel und Asbestzementerzeugnisse sowie Portlandzement enthaltende Stoffe, beträgt die Konzentration der zur Anwendung gelangenden Imprägnier- und Niederschlagsmittel vorzugsweise ein Teil der nach einem der Beispiele hergestellten Zusammensetzungen zu 20 Teilen Wasser.

In gewissen Fällen kann es wünschenswert und vorteilhaft sein, die Oberfläche von Baustoffen, z. B. die Oberfläche von Mauerwerk, natürlichen Bausteinen, Tonziegeln und -röhren, mit einem Niederschlagsmittel vorzubehandeln und vorzugsweise eine weitere Anwendung des Niederschlagsmittels nach dem Imprägnieren mit dem Imprägniermittel vorzunehmen. Dies ist insbesondere der Fall bei stark mit Kohlendioxyd gesättigten Oberflächen von zementösen Baustoffen, die mit Vorteil mit einer Niederschlagslösung von der doppelten Konzentration wie oben empfohlen vorbehandelt werden können.

Frische zementöse Baustoffe wie Portlandzementbeton und Faserkiesel können für Zement übliche Calcium- oder sogar Aluminiumsalze enthalten, und solche Salze unterstützen das Niederschlagen der hydrophoben Metallseifen aus dem Imprägniermittel. Ähnlich verhält es sich mit in frischem Kalkmörtelgips vorhandenem Calciumhydroxyd. Überdies kann ein derartiger »interner« Niederschlag in zementösen Stoffen durch eine vorläufige Behandlung mit Salzsäure an Ort und Stelle gebildet werden, was insbesondere bei alten Betonoberflächen wünschenswert ist, wo die Calciumsalze mit Kohlendioxyd gesättigt worden sind.

Das Eindringen sowohl der Imprägnier- als auch der Niederschlagsmittel in durchlässige Baustoffe kann erleichtert werden und es läßt sich ein tieferes Eindringen durch Verwendung von wäßrigem Äthanol oder Methanol als Verdünnungsmittel für die nach den Beispielen hergestellten Zusammensetzungen erzielen.

Das erfindungsgemäße Verfahren verleiht den behandelten Baustoffen und, im Falle von behandelten Zuschlagstoffen, den daraus hergestellten Baustoffen einen größeren Grad von Wasserabstoßung und Widerstand gegen die zerstörerischen Einwirkungen von Wasser, als dies mit unbehandelten Baustoffen der Fall sein würde. Dies ist in dem nachstehenden Beispiel 5 aufgezeigt.

Ferner ist das nach dem Verfahren gemäß vorliegender Erfindung hergestellte Endprodukt dauerhafter, homogener und widerstandsfähiger gegen Wasser als dies durch Verwendung einfacher Zusammensetzungen aus Fettsäuren, vorgefertigten wasserunlöslichen Metallseifen oder bevorzugten Emulsionen nach irgendeinem der an sich bekannten Verfahren möglich wäre.

Es wird angenommen, daß diese Wasserabstoßung oder Widerstandsfähigkeit gegen Wasser das direkte Ergebnis der gesteuerten physikalischen und chemischen Reaktion ist, die sich während des Ablaufs des erfindungsgemäßen Verfahrens abspielt. Die wasserlösliche Seife oder Seifen in dem Imprägniermittel unterstützen nicht nur die Emulgierung der unverseiften Wachskügelchen, sondern breiten sich, bei Anwen-

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dung auf poröses Baumaterial über das Material aus Nach dem Aushärten wurden die Formen entfernt und bilden darauf eine gleichmäßige Haftschicht und und jede Probe wurde solange luftgetrocknet, bis Geerleichtern den Eintritt der Wachskügelchen in die wichtskonstanz vorlag. Die drei Versuchsexemplare Poren und Röhrchen des Materials. Bei Behandlung wurden anschließend während 48 h vollständig in ein mit dem Niederschlagsmittel werden die wasserlös- ₅ Wasserbad getaucht. Danach wurden die Proben oberlichen Seifen in einen dauerhaften und festhaftenden flächengetrocknet und gewogen, um die Gewichts-Film aus wasserunlöslichen Metallseifen umgewandelt, änderung festzustellen. Es ergaben sich folgende welche den behandelten Stoffen hydrophobe Eigen- Ergebnisse: schäften verleihen, wenn sie nach der Behandlung " Wasseraufnahme

altern und austrocknen. Solche Filme sind weicher, ₁₀ Behandelter Bimsstein 5,2%

nachgiebiger, dauerhafter und haftfähiger als irgend- Sandzement 6,0 %

welche nach einem bekannten Verfahren erzeugten Unbehandelter Bimsstein 40^3%

Filme, denn sie halten außerdem die Wachskügelchen

fest, die sowohl wasserabstoßende Eigenschaften be- Es sei bemerkt, daß dem zum Versuch verwendeten

sitzen als auch den Durchtritt des Wassers durch die ₁₅ Füllwasser kein wasserabstoßendes Mittel beigegeben

Poren und Röhrchen des behandelten Materials be- wurde.

hindern. Die Ergebnisse zeigen deutlich, daß die Wasserauf-

Diese unerwarteten fortschrittlichen Ergebnisse, die nähme des behandelten Bimssteins mit derjenigen man bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfah- eines dichten Zuschlagstoffs vergleichbar ist. Derartige rens erzielt, dürften auf einer polaren Wechselwirkung _ao behandelte Zuschlagstoffe können daher in Betonder beteiligten Stoffe beruhen. Die Oberfläche von mischern bei einem Mindestbedarf an Füllwasser Baumaterialien ist auf Grund der stark polaren Be- verwendet werden. Diese genaue Einstellung des standteile, wie Calciumcarbonat, Silikaten usw. zur Wasser-Zement-Verhältnisses bei Gemischen aus po-Wechselwirkung mit den polaren Carboxylgruppen der rösem Zuschlagstoff und Portlandzement ergibt zwanglöslichen Metallseifen befähigt. Auf dieser sehr polaren ₃₅ läufig verbesserte Endfestigkeiten, verringerte Schrump-Oberfläche wird die polare. Carboxylgruppe der Me- fung, kürzere Austrocknungszeiten und eine erhebliche tallseife, die als Träger für das Wachs dient und es tief Senkung der Gesamtkosten. Die gleichen Muster wurin die Poren und Kapillaren einträgt, während des den während der vergangenen 2 Jahre Befeuchtungs-Imprägnierungsvorgangs durch die Wirkung der Me- und Trocknungszyklen unterworfen, ohne daß sich tallsalzlösung fixiert. Hierbei bildet sich eine wasser- 30 dabei irgendeine merkliche Änderung der Absorptionsfeste Membran aus unlöslicher Seife, auf der die weni- eigenschaften ergeben hätte.

ger polaren Wachsteilchen anhaften. Hierdurch ent- Wie bereits ausgeführt, v/erden die hydrophoben steht ein Polaritätsgradient, der von der Oberfläche Eigenschaften, die die Leichtbaumaterial-Zuschlagdes Baumaterials bis zur Schicht aus den unverseif- stoffe durch Behandlung mittels des erfindungsgemäßen baren Wachsteilchen hin abnimmt, wodurch das Ein- 35 Verfahrens erhalten, auch auf die aus solchen Zudringen von Wasser, das bekanntlich stark polar ist, Schlagstoffen hergestellten Baumaterialien übertragen, wirksam verhindert wird. Es wurde ebenfalls gefunden, daß die hydrophoben

Darüber hinaus werden beim Imprägniervorgang Eigenschaften auf Kompaktbeton übertragen werden

die Poren und Kapillaren auch auch teilweise physi- können, wenn man das erfindungsgemäße Verfahren

kaiisch blockiert. 40 bei Zuschlagstoffen, wie Fels, Stein, Quarz, verschie-

Die vorstehende theoretische Betrachtung stellt den dene Silikate, Marmor- und Ziegelbruch, Schotter und Versuch dar, den unerwarteten technischen Effekt des Sand, vor oder während der Herstellung von Beton

erfindungsgemäßen Verfahrens nachträglich mecha- aus diesen Zuschlagstoffen anwendet. Das Verfahren

nisch zu deuten. . erfordert selten mehr als das Einarbeiten des Imprä-

■ 45 gniermittels in den Zuschlagstoff bei gründlichem Ver-

BeispieJ 5 mischen, Trocknen des so beschichteten Zuschlag-

Dieses Beispiel zeigt die durch das erfindungsgemäße Stoffs, Wiederholen des Vorgangs unter Verwendung Verfahren erzielbare wasserabstoßende Wirkung. Das des Niederschlagsmittels und nochmaliges Trocknen Verfahren wurde bei der Behandlung von sorgfältig des erhaltenen hydrophob beschichteten Zuschlagsortiertem, aus örtlicher Quelle stammendem Bims- 50 Stoffs. Wenn sehr konzentrierte Lösungen des Imsteinzuschlagstoff und dessen Mischung mit Portland- prägniermittels benutzt werden, kann das Trocknen zement angewendet, um Versuche durchzuführen. sogar als unnötig wegfallen und die Behandlung mit

Die Probe des sortierten Bimssteins wurde in zwei dem Niederschlagmittel kann unverzüglich erfolgen. Anteile geteilt, von denen der eine durch das obige Die Imprägnier- und Niederschlagmittel können Verfahren behandelt und der andere unverändert 55 sogar bei dichten Betonzuschlagstoffen oder solchen

gelassen wurde. Jedem Anteil wurde Portlandzement mit geringer Porosität verwendet werden, wobei sie

im Verhältnis von einem Teil Zement auf fünf Teile in den Herstellungsvorgang mit aufgenommen werden

Zuschlagstoff hinzugefügt. sollen, indem man sie einfach nacheinander in das Es wurde einfaches Wasser zugegeben, bis eine Füllwasser einbringt und dann bei der Betonherstellung

gewünschte Plastizität erreicht war. Dabei wurde fest- 60 auf übliche Weise verfährt, wie aus folgendem Beispiel

gestellt, daß die hierzu erforderliche Wassermenge hervorgeht: Zu drei Vierteln der bekannten Menge von

beim unbehandelten Zuschlagstoff erheblich größer Füllwasser, das für eine normale Betonmischung erfor-

als beim behandelten Muster war. derlich ist, wird das konzentrierte Imprägniermittel im

Das Zement-Zuschlagstoffgemisch wurde dann in Verhältnis 1 1 auf 80 kg des im Mischer benutzten Formen gegossen und zum Aushärten beiseitegelegt. 65 Zements hinzugegeben. Dann werden Zement und Zum weiteren Vergleich wurde ein im Verhältnis 1 : S Zuschlagstoff beigefügt und gründlich durchgemischt,

aus Sand und Zement bestehender Block ebenfalls in Wenn die Mischung gleichmäßig und plastisch ist,

eine Form gegossen und zum Aushärten beiseitegelegt. werden 0,368 1 des konzentrierten Niederschlagmittels

zugegeben und gründlich in die Mischung eingearbeitet. Kleine Wassermengen können nun hinzugefügt werden, um einen gewünschten Grad an Bearbeitbarkeit und Ausbreitung zu erreichen.

Beim Mischen von Gipsen und Mörteln kann ähnlich verfahren werden, wobei jedoch zu bedenken ist, daß in dieser Mischung in Folge der Teilchen-Schmierwirkung des Additivs weniger Wasser erforderlich ist. Nachdem der frisch zubereitete Beton in Formen gegossen wurde, ist es wichtig, darauf zu achten, daß während des Abbindens und Aushärtens kein nennenswerter Wasserverlust eintritt. Ein erheb-

licher Wasserverlust im Aushärtestadium würde nämlich die Entwicklung der wasserabstoßenden Beschaffenheit vorzeitig in die Wege leiten, wodurch der normale Verlauf der Hydratisierung des Zements verhin-

S dert und die Entwicklung jeder erwarteten oder erforderlichen Druckfestigkeit ernsthaft gefährdet würde. Frisch vergossener Beton sollte vor dem Kohlendioxyd der Luft und Feuchtigkeitsverlust durch Abdeckung mittels eines Polyäthylen- oder Vinylchloridüberzugs

ο geschützt werden. Formen aller Art sollten so wirksam abgedeckt werden, daß die Feuchtigkeit praktisch nahezu 100 %ig beibehalten wird.

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Hydrophobieren wasserdurchlässiger Baumaterialien, wobei eine wasserlösliche Seife durch Zusatz einer Metallsalzlösung in eine unlösliche Metallseife übergeführt wird, d adurch gekennzeichnet, daß vor der Bildung der wasserunlöslichen Metallseife die Baumaterialien mit einem im wesentlichen aus einer Emulsion unverseifter Wachse in einer wäßrigen Seifenlösung und einem damit verträglichen Antioxydationsmittel bestehenden Imprägniermittel imprägniert werden.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils nach dem Imprägnieren und nach dem Fällen die überschüssigen wäßrigen Medien entfernt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unter Vakuum imprägniert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das unter der Wirkung der Schwerkraft herabfallende Baumaterial nacheinander zuerst mit der Emulsion und dann mit der Metallsalzlösung besprüht und anschließend getrocknet wird.

5. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß eine Emulsion verwendet wird, die hergestellt wird, indem man teilweise verseifbare Wachse, Gemische aus verseifbaren Fettsäuren und unverseifbaren Wachsen sowie Gemische aus verseifbaren und unverseifbaren Wachsen, die ein verträgliches Antioxydationsmittel enthalten, mit Ammoniumhydroxyd, Alkalimetallhydroxyden, Morpholin, Mono-, Di- und Triäthanolamin verseift.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die teilweise verseifbaren Wachse Japanwachs, Carnaubawachs, Bienenwachs oder Candelillawachs sind.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die unverseifbaren Wachse Paraffinwachse, Ceresin, raffinierte Paraffinprodukte oder Ozokerit sind.

8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Fettsäuren ölsäure, Olein, Stearinsäure oder Palmitinsäure sind.

9. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gemisch aus Kolophoniumharz, Japanwachs, Carnaubawachs und ölsäure oder Olein verseift wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Antioxydationsmittel butyliertes Hydroxytoluol ist.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Emulsion als stabilisierendes Mittel Gelatine, Kasein, Akaziengummi, Hydroxymethyl- oder äthylzellulosen, Carboxymethylzellulose, Carboxyvinylpolymere oder Polyacrylate enthält.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die wäßrige Metallsalzlösung mindestens ein Salz, ausgewählt unter Aluminiumsulfat, Zinksulfat, Calciumchlorid, Zinkchlorid und Bariumchlorid, enthält.