DE3527981A1 - Mischung zur herstellung schnellerhaertender moertel fuer putze und ausbesserungen - Google Patents

Mischung zur herstellung schnellerhaertender moertel fuer putze und ausbesserungen

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Description

Die Erfindung betrifft eine Mischung zur Herstellung schnellerhärtender Mörtel für Putze und Ausbesserungen, enthaltend Bindemittel, übliche Zuschläge und Zusätze.
Aus der FR-PS 22 33 295 ist es bekannt, einerseits ein Zement-, Mörtel- oder Betongemisch und andererseits einen Wirkstoff zur Schnellerstarrung in Form eines Pulvers oder einer Suspension aus Calciumaluminat und anorganischem Sulfat herzustellen, wobei die sich durch Vermischen hiervon ergebende Rohmischung sofort zu verarbeiten ist. Der Wirkstoff kann einen Carboxylsäureverzögerer als auch einen Beschleuniger, der etwa auch geringe Mengen an Kalkhydrat aufweisen kann, enthalten. Der Wirkstoff soll möglichst mindestens eine halbe Stunde nicht erstarren, jedoch bei Vermischung mit dem Zement-, Mörtel- oder Betongemisch sehr rasch zu dessen Erstarrung führen, es wird ein Ansteifen in wenigen Minuten, z. B. zwischen 5 und 10 min, angestrebt. Nachteilig ist es, daß getrennt zwei Mischungen hergestellt werden müssen, die anschließend miteinander zu mischen sind, wonach sich nur eine sehr geringe Verarbeitungszeit und eine hohe Temperaturempfindlichkeit ergibt. Die Frühfestigkeit beruht auf Ettringitbildung und erfolgt relativ langsam im Stundenbereich.
Mörtel für Ausbesserungen werden beispeilsweise zur Betonsanierung verwendet, wobei Abplatzungen des Betons, die bis zur Stahlbewehrung reichen können, ausgebessert werden. Hierbei ist es wichtig, einen kraftschlüssigen Verbund zum Altbeton herzustellen, wobei die Ausbesserungsplombe nicht fester sein darf als der Untergrund und außerdem im allgemeinen eine Stärke von etwa 2 bis 4 cm aufweist, so daß man im Sandbereich mit hohem Bindemittelanteil arbeiten muß, wodurch sich ein hohes Schwindverhalten ergibt, das dazu führen kann, daß die Ausbesserungsplombe wieder herausfällt. Außerdem ist für eine größerflächige Ausbesserung ebenso wie bei Ausbesserungen von Straßen, Landepisten o. dgl. eine schnelle Erhärtung erwünscht.
Bei mehrschichtigen Putzen kann die nächste Schicht erst aufgetragen werden, wenn der Unterputz eine genügende Tragfähigkeit aufweist, so daß es erwünscht ist, ein schnelles Früherhärten des Putzes zu erzielen, um möglichst bald die nächste Schicht aufbringen zu können. Außerdem sollen sich hierbei die einzelnen Putzschichten hinsichtlich Formveränderung etwa durch Schwinden, Kontraktionen oder Expansionen durch Temperaturänderungen o. dgl. beeinträchtigen. Entsprechendes gilt für das Aufbringen einer Putzschicht auf einen insbesondere wärmedämmenden und/oder stark Wasser aufsaugenden Untergrund.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Fertigmischung zur Herstellung eines Mörtels für Putze und Ausbesserungen zu schaffen, die nach dem Anmachen mehrere Stunden verarbeitbar ist, schnell erhärtet und deren Formänderungen insbesondere im Frühbereich keine Schäden hinterlassen.
Diese Aufgabe wird entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.
Mit einer derartigen Mörtelmischung wird eine ausreichende Verbundfestigkeit auf dem Untergrund erhalten, weitere oder Dekorschichten können auf dem hergestellten Putz aufgebracht werden, der Putz besitzt hierzu eine genügende Tragfestigkeit. Ferner lassen sich Putze aus einer derartigen Mörtelmischung mit genügend hohen Druck- und Schlagfestigkeiten erzielen. Im hergestellten Putz ergeben sich nur geringe eigene Zugspannungen infolge des erzielten geringen Schwindmaßes im Früh- und Langzeitbereich. Thermische Formänderungen des Untergrundes im Frühbereich werden aufgenommen.
Mit einer derartigen Mörtelmischung lassen sich Topfzeiten von mehreren Stunden, beispielsweise 2 bis 4 Stunden für Putze und 1 bis 2 Stunden für Ausbesserungsmörtel, einstellen. Die Topfzeit läßt sich durch entsprechenden Mengen an Calciumsulfathalbhydrat und organischem Abbindeverzögerer variieren. Letzterer wird vorzugsweise in einer Menge von 0,05 bis 0,15 Gewichtsteilen verwendet. Als Calciumsulfathalbhydrat eignet sich beispielsweise Stuckgips, als organischer Abbindeverzögerer eignet sich beispielsweise eine Oxycarbonsäure, etwa Wein-, Apfel-, Glukon- oder Zitronensäure sowie deren Salze. Und zwar eignen sich solche organischen Abbindeverzögerer, die eine hohe Löslichkeit in Wasser, eine hohe Lösungsgeschwindigkeit aufweisen sowie schwerlösliche Salze mit Calcium bzw. Aluminium bilden. Insbesondere eignet sich Zitronensäuremonohydrat. Die Säuren bzw. deren Salze können auch in Mischung verwendet werden. Da es sich um eine Fertigmörtelmischung handelt, versteht es sich, daß die organischen Abbindeverzögerer pulverförmig in der Mörtelmischung enthalten sind.
Für die Topfzeit des angemachten Mörtels ist eine Mindestmenge an Calciumsulfathalbhydrat wegen der hohen Lösungsgeschwindigkeit und Löslichkeit hiervon notwendig, jedoch sollte die Menge an Halbhydrat andererseits auch so gering wie möglich gehalten werden. Das Halbhydrat kann auch gegebenenfalls ganz oder teilweise durch Anhydrit-III ersetzt werden, der ebenfalls eine sehr hohe Lösungsgeschwindigkeit und Löslichkeit in Wasser aufweist. Für die Einstellung der Topfzeit ist Anhydrit-II ungeeignet, während das Dihydrat nur geringen Einfluß ausüben kann.
Durch die Schnellerhärtung nach Beendigung der Topfzeit ergibt sich sehr schnell eine hohe Frühfestigkeit infolge einer steilen Erstarrungscharakteristik. Im Frühbereich finden vorrangig dieReaktionen der reaktiven Aluminate mit Calciumhydroxid und weiter mit Anhydrit-II statt. Die sich hierbei bildenden Reaktionsprodukte sind zunächst Monophasen (Calciumaluminatmonosulfat) und später Ettringit, der nadelförmig und langprismatisch ausgebildet ist. Zusätzlich verstärkt sich der Einfluß der sich verspätet bildenden Calciumhydrosilikate. Durch diese Vorgänge werden praktisch in zwei Stufen die Formänderungen im Frühbereich gesteuert. Durch Einstellung des Verhältnisses der reaktiven Aluminate zu den reaktiven Calciumsilikaten, zum Calciumhydroxid und zum Anhydrit-II lassen sich diese Formänderungen im Frühbereich steuern, und zwar vorzugsweise derart, daß zunächst durch Ausbildung der plättchenförmigen Monophasen eine Volumenexpansion (das Druckspannungen erzeugt) in einer ersten Stufe stattfindet, das dem Schwinden (das Zugspannungen erzeugt) während dieses Zeitraums entgegenwirkt, während anschließend durch die Ettringitbildung eine Volumenexpansion in einer weiteren Stufe stattfindet, das dem normalerweise auftretenden Schwinden während dieses Zeitraumes entgegenwirkt. Es läßt sich auch eine absolute Volumenvergrößerung des Mörtels durch entsprechende Wahl der Gewichtsteile einstellen.
Die Endfestigkeit des erhaltenen Putzes ergibt sich hauptsächliche durch die Reaktion der reaktiven Calciumsilikate mit Wasser, hierbei bilden sich CSH-Phasen. Durch Veränderung des Verhältnisses der reaktiven Calciumsilikate zu den reaktiven Aluminaten werden auch die Endfestigkeiten beeinflußt und können hierdurch entsprechend eingestellt werden.
Der Anhydrit-II spielt bei der Steuerung der Schnellerstarrung infolge seiner Reaktionsträgheit nur eine untergeordnete Rolle. Während das Halbhydrat bei der Bildung von Primärettringit und der Monophasen verbraucht wird, bleibt der Anhydrit-II größtenteils erhalten und kann nun, nachdem die Aluminate ausreagiert sind, mit den vergleichsweise Al-reichen und SO4-armen Monophasen und nicht reagiertem Restaluminat zu dem SO4-reicheren Sekundärettringit, der durch seinen langstrahligen, faserigen Habitus ein sehr günstiges Verfilzen und Verwachsen der Restmonophasen und der übrigen Restkomponenten bewirkt, gemäß folgender Reaktion reagieren
C3ACs · H12 + 2Cs + 20H → C3A3Cs · H32
Die Sekundärettringitbildung ist mit einem weiteren Festigkeitsanstieg verbunden.
Anhydrit-II kann mit einer Blaine-Oberfläche von 1000 bis 10000 cm2/g, insbesondere 3000 bis 8000 cm2/g, verwendet werden, gewöhnlich wird er in Zementfeinheit bis Kalkhydratfeinheit verwendet.
Sowohl Zitronensäure (oder die ansonsten verwendete organische Verbindung) als auch Halbhydrat und Anhydrit stellen Abbindeverzögerer für reaktives Aluminat - etwa vom Tonerdezement - dar (ggf. kann Sulfat aber auch die Reaktion von reinem Tonerdezement beschleunigen), wirken jedoch alleine nicht in kalkhydratreichen Systemen, da sie dann das reaktive Aluminat nicht genügend gegen das Kalkhydrat abschirmen und dadurch auch keine Abbindeverzögerung herbeiführen können. Überraschenderweise hat es sich jedoch gezeigt, daß durch die Kombination beider Abbindeverzögerer reaktives Aluminat auch in kalkhydratreicher Umgebung, d. h. in solcher Umgebung, in der vorzugsweise wenigstens etwa 30% des zur stöchiometrischen Reaktion mit dem Aluminat erforderlichen Kalkhydrats (als solches zugegeben oder durch Löschen von Branntkalk im angemachten Mörtel in der Anfangsphase fortlaufend entstehend) vorhanden ist, in gewünschter Weise verzögert werden kann.
Die reaktiven Calciumsilikate, die vorzugsweise in einer Menge von 15 bis 25 Gewichtsteilen enthalten sind, umfassen C3S, C2S und C2AS. Als reaktive Aluminate, die vorzugsweise in einer Menge von 4 bis 6 Gewichtsteilen vorhanden sind, eignen sich C3A, CA, C12A7 und C4AF (letzterer ist aber weniger reaktiv als die vorstehenden). Als reaktive Aluminate können CA bzw. C12A7 alleine oder in Kombination und mit den übrigen aufgeführten Aluminaten verwendet werden, jedoch ist eine CA- oder C12A7-Komponente erforderlich, da nur diese mit Kalkhydrat zu Monophasen und Ettringit reagieren können. C12A7 kann fluorstabilisiert sein. Stattdessen oder zusammen mit den aufgeführten reaktiven Aluminaten kann auch schwer lösliches Aluminiumsulfat verwendet werden.
Abhängig von der erforderlichen Verzögerungszeit, der Erstarrungscharakteristik und der anzustrebenden Volumenexpansion im Frühbereich kann das Verhältnis von reaktiven Aluminaten, berechnet als CA, und dem Gesamtsulfatgehalt zwischen etwa 5:1 und 1:1, vorzugsweise zwischen 3:1 und 2:1, liegen. Außerdem ist ein gewisser Sulfatgehalt zweckmäßig, um Monophasen und Ettringit zu stabilisieren und keine unerwünschten Umwandlungsprodukte wie Hydrogranat und Gehlenithydrat zu erhalten. Insgesamt bleibt man aber bei den vorstehend genannten Verhältnissen bei einem sehr niedrigen Sulfatgehalt, der eine Langzeitraumbeständigkeit sicherstellt.
In Kombination mit den aufgeführten reaktiven Calciumsilikaten können auch latenthydraulische Stoffe, beispielsweise Hochofenschlacke und puzzolanisch-hydraulische Stoffe verwendet werden.
Calciumhydroxid wird vorzugsweise in einer Menge von 2 bis 4 Gewichtsteilen verwendet und kann gegebenenfalls als Branntkalk eingebracht werden.
Calciumsulfathalbhydrat wird vorzugsweise in einer Menge von 0,5 bis 1 Gewichtsteilen für Ausbesserungsmörtel und 0,5 bis 1,5 Gewichtsteilen für Putze, bei denen gegebenenfalls eine längere Topfzeit erwünscht ist, verwendet und beispielsweise als Stuckgips oder als Autoklavgips eingebracht.
Calciumsulfatanhydrit-II wird vorzugsweise in einer Menge von 0,8 bis 2 Gewichtsteilen für Ausbesserungsputze und 1,5 bis 5 Gewichtsteilen für Putze, um gegebenenfalls die zweite Stufe, in der die Sekundärettringitbildung stattfindet, zu verstärken, verwendet, und zwar in Form von fein aufgemahlenem Naturanhydrit oder als Chemieanhydrit, und zwar in schwer löslicher bis unlöslicher Form. Falls lösliche Anteile im Anhydrit vorhanden sind, ist dies bei der Dosierung des Calciumsulfathalbhydrates zu berücksichtigen.
Das Verhältnis zwischen reaktiven Aluminaten und Calciumhydroxid ist kleiner als 5, vorzugsweise kleiner 3, um die gewünschte Schnellerstarrungscharakteristik über die Monophasen zu erhalten.
Das Calciumsulfatanhydrit und/oder -halbhydrat kann partiell durch Calciumsulfatdihydrat ersetzt werden, um den Übergang zwischen den Formänderungsstufen zu glätten. Letzteres kann aber auch durch die Wahl des Anhydrits-II bewirkt werden.
Eine Erhöhung der Menge an reaktiven Calciumsilikaten erhöht die Endfestigkeit. Eine Erhöhung der Menge an reaktiven Aluminaten erhöht die Früh- und Endfestigkeit. Eine Erhöhung des Calciumhydroxidgehalts erhöht im Zusammenhang mit einer Erhöhung der reaktiven Aluminate die erste Stufe der Frühfestigkeit und ergibt eine steilere Erstarrungscharakteristik. Eine Erhöhung des Calciumsulfathalbhydratgehaltes führt zu einer Verlängerung der Topfzeit und einer Abflachung der Erstarrungscharakteristik. Eine Erhöhung des Calciumsulfatanhydrit- II-Gehaltes im Zusammenhang mit einer Erhöhung der reaktiven Aluminate führt zu einer Erhöhung der Schwindkompensation im Frühbereich und damit der Frühfestigkeit. Eine Vergrößerung der Menge an eingesetztem organischem Verzögerer führt zu einer Verlängerung der Topfzeit und einer Abflachung der Erstarrungscharakteristik.
Die Mischung für Ausbesserungsmörtel sollte, um zusätzlich zu einer geringen Langzeitschwindung zu führen, einen Mindestgehalt an Calciumhydroxid abspaltenden Verbindungen, beispielsweise C3S, enthalten, damit wenigstens bis zum Erreichen der Endfestigkeit ein hochalkalisches Milieu aufrechterhalten bleibt. Dies ist insbesondere bei luftporosierten Mörteln zweckmäßig, um den Ettringit vor Carbonatisierung zu schützen.
Für Ausbesserungsmörtel wird vorzugsweise ein Alkaligehalt, berechnet als Na2O, unter 0,6 Gew.-% eingestellt.
Zur Erzielung der angestrebten Zusammensetzung kann man eine Mischung aus Portland- und Tonerdezement verwenden, wobei die zuzusetzenden Mengen an Halbhydrat und Anhydrit-II sowie an Calciumhydroxid auf den Gehalt und die Art des Sulfats bzw. den Freikalkgehalt des Portland- Zements abzustimmen ist. Anstelle des Portlandzements läßt sich auch vorteilhaft ein Portlandzementklinker - auf Zementfeinheit gemahlen - einsetzen, wobei dann das gesamte Sulfat getrennt zu dosieren ist.
Als Zuschläge für die Mörtelmischung kommen beispielsweise Quarzsand, Quarzmehl, Kalksteinmehl, Flugasche, Leichtzuschläge, etwa Perlit, oder dergleichen infrage, die das Stützgerüst des Putzes bilden. Die Zuschläge sind in üblicher Weise auf eine stetige Sieblinie abzustimmen. Bei Verwendung des Putzes als Dekorputz, etwa Kratzputz, kann auch eine Ausfallkörnung gewählt werden. Auch können mineralische oder organische Fasern beigemengt werden. Im Putz kann ein Armierungsgewebe eingebettet sein, das beim Applizieren des Mörtels aufgebracht wird.
Als Zusatzmittel und -stoffe kommen beispielsweise Hydrophobierungsmittel, Mittel zur Verbesserung des Wasserrückhaltevermögens, zur Verbesserung der Verarbeitbarkeit, Luftporenbildner, Pigmente, oder dergleichen infrage. Der Anteil des Bindemittels an der Mörtelmischung liegt im allgemeinen im Bereich zwischen etwa 10 und 50 Gewichtsteilen für übliche Rohdichten und zwischen etwa 30 und 60 Gewichtsteilen bei Wärmedämmputzen.
Die Dosierung des Anmachwassers bestimmt sich durch die Anforderungen an die Verarbeitsbarkeit und den Untergrund, auf den der Putz aufzubringen ist.
Beispiel:
Eine Mörtelmischung wurde hergestellt aus:
Portlandzement 45 F128,1 Gew.-Teile
Tonerdezement (50% Al2O3)14,7 Gew.-TeileCalciumsulfatanhydrit-II2,79 Gew.-TeileCalciumsulfathalbhydrat0,59 Gew.-TeileZitronensäuremonohydrat0,47 Gew.-TeileCalciumhydroxid3,3 Gew.-TeileFlugasche100 Gew.-TeileQuarzitisch, 0 bis 2 mm748,8 Gew.-Teile
Zusätze nach DIN 18550 wie Cellulo-
sederivate, Hydrophobierungsmittel,Luftporenbildner u. dgl.2,5 Gew.-Teile
Mit 150 Gew.-Teilen Wasser angemacht ergibt sich eine Mörtelmischung mit einer Topfzeit von etwa 4 h. Das Erstarrungsverhalten besitzt eine steile Charakteristik. Die Topfzeit verschiebt sich bei höheren Temperaturen zu kürzeren Zeiten, bei niedrigeren Temperaturen zu längeren Zeiten. Das Frühverformungsverhalten ist derart, daß sich nach einer Volumenkontraktion etwa während der ersten Stunde nach dem Anmachen eine zweistufige Expansion ergibt, die der Bildung von Monophasen bzw. Ettringit entspricht. Die angemachte Mörtelmischung kann maschinell oder manuell aufgetragen werden, verhält sich problemlos und führt zu keiner Rißbildung.
Bezüglich der Definition der Calciumsulfatphasen, etwa Anhydrit-II, wird beispielsweise auf Winnacker, Küchler, Chemische Technologie, München 1983, Band III, S. 263 ff. verwiesen. Portland- und Tonerdezementzusammensetzungen sind beispielsweise imZement-Taschenbuch, Wiesbaden 1984, S. 49 ff., herausgegeben vom Verein Deutscher Zementwerke, aufgeführt.

Claims (9)

1. Mischung zur Herstellung schnellerhärtender Mörtel für Putze und Ausbesserungen, enthaltend Bindemittel, übliche Zuschläge und Zusätze, gekennzeichnet durch, einen Gehalt an
a. 10 bis 40 Gew.-Teilen reaktive Calciumsilikate,
b. 3 bis 7 Gew.-Teilen reaktive Aluminate, berechnet als CA,
c. 0,8 bis 5 Gew.-Teilen Calciumhydroxid,
d. 0,2 bis 2 Gew.-Teilen Calciumsulfathalbhydrat,
e. 0,4 bis 6,5 Gew.-Teilen Calciumsulfatanhydrit-II,
f. 0,03 bis 0,5 Gew.-Teilen organischem, die Keimbildung und das Wachstum von Calciumaluminatsulfathydrat hemmendem Abbindeverzögerer,
wobei das Verhältnis der Komponenten b:c kleiner als 5 ist.
2. Mischung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
15 bis 25 Gew.-Teile reaktive Calciumsilikate und/oder
4 bis 6 Gew.-Teile reaktive Aluminate und/oder
1,3 bis 4 Gew.-Teile Calciumhydroxid und/oder
0,5 bis 1 bzw. 0,5 bis 1,5 Gew.-Teile Calciumsulfathalbhydrat für Mörtel für Ausbesserungen bzw. Putze und/oder
0,8 bis 2 bzw. 1,5 bis 5 Gew.-Teile Calciumsulfatanhydrit-II für Mörtel für Ausbesserungen bzw. Putze und/oder
0,05 bis 0,15 Gew.-Teile organischen Abbindeverzögerer.
3. Mischung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der reaktiven Calciumsilikate zu den reaktiven Aluminaten entsprechend den erforderlichen Früh- und Endfestigkeiten eingestellt ist.
4. Mischung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Calciumsulfatanhydrit und/oder -halbhydrat partiell durch Calciumsulfatdihydrat ersetzt ist.
5. Mischung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Calciumhydroxid ganz oder teilweise durch Calciumoxid ersetzt ist.
6. Mischung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer geringen Langzeitschwindung Calciumhydroxid wenigstens bis zum Erreichen der Endfestigkeit abspaltende Verbindungen enthalten sind.
7. Mischung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie als organischen Abbindeverzögerer Oxycarbonsäure(n), insbesondere Zitronensäure, oder deren Salz(e) enthält.
8. Mischung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch einen Alkaligehalt, berechnet als Na2O, unter 0,6 Gew.-%.
9. Mischung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis b:c kleiner 3 eingestellt ist.
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