DE4209897C1

DE4209897C1 - Baustoffmischung für Schaummörtel sowie Verfahren zur Herstellung von Schaummörtel und Verwendungen der Baustoffmischung

Info

Publication number: DE4209897C1
Application number: DE19924209897
Authority: DE
Inventors: Horst-Friedrich Dipl Schliffke; Richard Ebert; Guenther Dipl Ing Chem Hermann; Gerhard Seifert
Original assignee: GERHARD SEIFERT FA; SCHOENOX NOBEL GmbH
Current assignee: GERHARD SEIFERT FA; SCHOENOX NOBEL GmbH
Priority date: 1992-03-26
Filing date: 1992-03-26
Publication date: 1993-10-21
Anticipated expiration: 2012-03-27
Also published as: HUT67582A; HU213327B; EP0562651A1; HU9300883D0; CZ50493A3; PL298215A1; PL170902B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Baustoffmischung zur Herstellung von Schaummörtel gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. Sie dient in erster Linie unter Tage zum Ausbau des Stollenvortriebs bzw. als Hinterfüllmaterial im Berg- und Tunnelbau.

a) Beim horizontalen Vortrieb unter Tage entstehen durch herabfallendes Gebirge oberhalb der Verbauung stellenweise große Hohlräume. Solche "Türme" können bis zu 40 Meter hoch sein. Diese "Fehlstellen" bieten Raum für weiter nachrutschende Berge.
b) Der ausgeraubte Streb, der sogenannte "Alte Mann", enthält brennbares Material, wie Verbauungsholz, Kohlenstaub und nicht abgebautes organisches Material. Diese Stollen müssen gasdicht verschlossen werden. Die hierfür vorgesehenen "Dämme" sind ca. 2-3 Meter breit und werden in der Regel bis knapp unter Flözhöhe mit hydraulisch erhärtendem Material ausgebildet. Die verbleibenden Hohlräume sind gasdicht zu verschließen.
c) Der Abbau der Kohle findet heute in Deutschland vorwiegend in einer Tiefe von 1400-1500 Metern statt. Das darüberliegende Gebirge übt einen sehr hohen Druck auf Stollen und Vortrieb aus. Deshalb wird der Ausbau mit flexiblen Stahlschienen vorgenommen. Die darüberliegenden Hohlräume werden in der Regel mit starrem Beton ausgefüllt.

Baustoffe für den Einsatz unter Tage sind verhältnismäßig teuer. Der Transport in den Berg erfordert den Einsatz von relativ viel Energie und Zeit, außerdem wird die Schachtanlage stark belastet. Deshalb ist man dazu übergegangen, geschäumtes Baumaterial mit einer Dichte kleiner 1,0 g/cm³ einzusetzen.

Zement- oder Gipsmörteln werden hierzu mit hohem mechanischen Aufwand Luftporen zugeführt. Dieser maschinelle Aufwand muß in der Regel über Tage betrieben werden, und das aufgeschäumte Material in Rohrleitung nach unter Tage gefördert werden. Auf diesem Wege wird ein großer Teil der mechanisch erzeugten Poren wieder zerstört.

Eine weitere Möglichkeit ist die Schaumgeneration mittels eines ebenfalls mechanisch aufbereiteten Eiweißkörpers. Luft- bzw. Eiweißporen werden hierfür im allgemeinen chemisch stabilisiert.

Trotz allen chemisch-technischen Aufwands kommen nur ca. 80% des über Tage erzeugten Schaummaterials am Einbauort an. Deshalb ist man dazu übergegangen, das gewünschte Schaummaterial im Stollen bzw. Streb vor Ort zu erzeugen, was aber eine Reihe weiterer Probleme mit sich bringt. Beispielsweise müssen Geräte für den Einsatz unter Tage einfach im Aufbau und robust in der Handhabung sein. Des weiteren ist das Fördern von Flüssigkeiten nach unter Tage nur mit relativ großem Aufwand bzw. nach bergamtlicher Zulassung möglich. Deshalb beschränkt sich diese Möglichkeit zur Zeit auch nur auf einige wenige Produkte. Das unter dem Markennamen "Isoschaum" bekannte Baumaterial wird heute überwiegend für den Anwendungsfall b) eingesetzt.

Für den Anwendungsfall c) ist man auf der Suche nach einem Material, das anfänglich den entstehenden Druck durch Verformung, ab einer gewissen Deformation aber durch einen progressiven Anstieg der Druckfestigkeit aufnehmen kann.

Im Bergbau sind aus verschiedenen Gründen eine Reihe chemischer Substanzen nicht zugelassen. Dazu gehören z. B.:

- Säuren, da im Kontakt mit Metallen Wasserstoff gebildet wird (Schlagwetter-Gefahr!);
metallische Ausbauteile, Maschinen, Geräte, Versorgungs- und Entwässerungsleitungen korrodieren;
- Stoffe, die nach chemischer Reaktion brennbare, brandfördernde oder giftige Gase freisetzen können;
- alle flüssigen Substanzen in größerem Umfang, ausgenommen Wasser und eventuell Wasserglas, das als Beschleuniger für Spritzbeton eingesetzt wird.

Zulässige Substanzen wären:

- Kohlendioxid-abspaltende Substanzen im sauren Anwendungsbereich; in Verbindung mit mineralischen, hydraulisch erhärtenden Bindemitteln wird primär ein Aufschäumen erreicht, die Stabilität des Schaumkörpers und dessen Festigkeit sind jedoch unzureichend.
- Die Kombination netzaktiver, saurer Tenside (z. B. Dialkylnaphthalinsulfonsäure, Alkylbenzolsulfonsäure, Fettalkoholsulfonsäure) mit CO₂-abspaltenden Stoffen (z. B. CaCO₃) führen in mineralischen, hydraulisch erhärtenden Bindemittelsystemen zum latenten Aufschäumen.
- Instabiles Aufschäumen hydraulischer Bindemittel durch CO₂-Abspaltung aus Ammoniumhydrogencarbonat in der Hitze.

Obengenannte Schäume auf Eiweißbasis weisen eine Reihe schwerwiegender Nachteile auf:
Das organische Material muß in einer geeigneten Vorrichtung aufgeschlagen und unter das Bindemittel gemischt werden. Wegen der Instabilität des Schaumes wird ein großer Teil der Poren zerstört. Ein Teil des Hohlraumvolumens geht auf dem Transport zur Einbaustelle verloren. Die restlichen Schaumblasen müssen ihre Form so lange behalten, bis das Bindemittel ein stützendes Gerüst aufgebaut hat. Der Aufschäumfaktor ist dementsprechend gering. Einen weiteren Nachteil stellt der realtiv hohe Anteil an organischem Material in der Bindemittelmatrix dar. Zemente als Bindemittel reagieren hier äußerst empfindlich im Hinblick auf Erstarrungs-/Erhärtungsverhalten, Abbindeverlauf, Festigkeitsentwicklung und Endfestigkeit. Deshalb sind die einzelnen Komponenten sehr genau aufeinander abzustimmen. Dies erfolgt im allgemeinen mittels eines aufwendigen und komplizierten Maschinenparks.

Der Einsatz von "Isoschaum" ist heute nur noch aufgrund einer vor langer Zeit erfolgten Zulassung möglich, da bei der Aushärtung formaldehydhaltige und im Brandfall giftige Gase entstehen. Der früher weitverbreitete Einsatz ist heute auf ca. ein Zehntel des früheren Umfangs zurückgegangen.

In der DE 30 33 376 C2 ist ein Verfahren zum Verfüllen von Hohlräumen mit fließfähigem Material, insbesondere für den Bergbau, angegeben, bei dem eine aus Portlandzement, Tonerdezement, Calciumaluminat, Calciumsulfat, einem Abbindeverzögerungsmittel sowie einem Abbindebeschleuniger bestehende Mischung verwendet wird. Diese bildet nach Wasserzusatz eine fließfähige, hohlraumverfüllende Masse, die jedoch nicht aufschäumt.

Die DE 40 09 967 A1 beschreibt ein Verfahren zur Porenbildung im Mörtel bzw. zur Herstellung von Ort-Gasbeton, bei dem ein Pulver eines durch Reaktion mit einer anderen Mörtelkomponente gasbildenden Stoffs, wie z. B. Aluminium, Silicium oder Calciumcarbid, zugemischt wird. Um die Gasbildung unmittelbar nach dem Vermischen des Mörtels zu unterbinden, wird der gasbildende Stoff mit einer inaktivierenden Oberflächenschicht versehen, z. B. einer Öl-, Fett-, Harz- oder Wachsschicht. Wegen der obligatorischen Verwendung von Wasserstoffperoxid bzw. Fluorwasserstoffsäure erscheint dieses Verfahren jedoch aus den oben dargelegten Gründen für einen Einsatz unter Tage wenig geeignet.

In der DE 39 09 083 C1 ist ein Herstellungsverfahren für einen Gipsbaustoff mit poriger Struktur beansprucht, bei dem Gips durch die Umsetzung von Methandiphenyl- 4,4-diisocyanat-Präpolymer mit Wasser aufgeschäumt wird. Wegen der oben angeführten Gründe ist diese Baustoffmischung für eine Verwendung unter Tage ebenfalls wenig geeignet.

Die GB 2 007 636 A betrifft eine Baustoffmischung zur Erzeugung eines festen Silicatschaums, die ein Alkalimetallsilicat, Zink- und Magnesiumhexafluorsilicat sowie einen organischen Schaumbildner auf Tensidbasis umfaßt. Hierbei wird durch Einblasen von Luft in die in Wasser aufgelöste und mit dem Tensid versetzte Mischung der Hexafluorsilicate ein "Vorschaum" erzeugt. Unmittelbar am Einsatzort wird sodann die wäßrige Silicataufschlämmung zugemischt, um einen Silicatschaum mit einer Gelzeit von wenigen Minuten zu erzeugen. Dieses Verfahren beinhaltet ausschließlich Mischungen zur Erzeugung von Silicatschaumstrukturen, die außerdem eine sehr geringe Verarbeitungszeit aufweisen, so daß diese auf jeden Fall getrennt zum Einsatzort transportiert werden müssen, was eine aufwendige Verarbeitungseinrichtung vor Ort bedingt.

Die JP-PS 50-6631 beschreibt einen zellenartig aufgebauten Gips-Poröskörper, der durch Vermischen von

(a) gebranntem Gips,
(b) Calcium- bzw. Magnesiumcarbonat,
(c) Calcium- bzw. Magnesiumhexafluorsilicat und
(d) Calcium- bzw. Magnesiumstearat als Blasenstabilisator und Glanzerzeuger

mit Wasser innerhalb weniger Minuten erhalten wird. Aufgrund des sofortigen Aufschäumens dieser Mischung nach Wasserzusatz ist hier ein Transport über eine längere Pumpstrecke nicht möglich.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Baustoffmischung für Schaummörtel zur Verfügung zu stellen, die die oben beschriebenen Nachteile der Mischungen gemäß dem Stand der Technik vermeidet und folgende Vorzüge aufweist:

- Das Bindemittel muß preiswert, leicht verfügbar und in ausreichend großer Menge beziehbar sein.
- Die Mischung soll nach Möglichkeit einkomponentig zu verarbeiten sein.
- Als Reaktionspartner kommt nur Wasser in Betracht.
- Das Bindemittel muß mit den im Bergbau üblichen Füllstoffkombinationen abmischbar sein.
- Die Aufschäumung muß durch chemische Reaktion und nicht durch mechanisches Aufschlagen erfolgen.
- Die Reaktionsprodukte müssen ungiftig, unbrennbar, nicht korrosiv sowie chemisch neutral sein.
- Das angerührte Material muß mit standardisierten Geräten über weite Strecken pumpbar sein.
- Die Baustoffmischung muß nach Austritt aus dem Spritzkopf möglichst rasch aufschäumen.
- Die Anpassung des erzeugten Schaumkörpers an die jeweilige Oberfläche darf nicht aufgrund mechanisch erzeugten Drucks erfolgen.
- Der ausgehärtete Schaumkörper muß relativ druckfest bzw. zur progressiven Druckaufnahme fähig sein.
- Die Schaumausbeute muß größer als 10 m³ je 1000 kg Trocken-Baustoffmischung sein.
- Die Abbindezeit soll kleiner als 10 Minuten sein.
- Die Stabilität des Schaumes muß während des Aufschäum- und Verfestigungsprozesses gewährleistet sein.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Das Prinzip der vorliegenden Erfindung besteht demgemäß darin, daß als Initiator für die Carbonat-Aufschäumung ein wasserlösliches Hexafluorsilicat (maskierte Säure) dient, das vor dem Abmischen mit den übrigen Komponenten der erfindungsgemäßen Baustoffmischung durch Vorbehandlung mit einem wasserabstoßenden Mittel hydrophobiert wird.

Erfindungsgemäß werden wasserlösliche Hexafluorsilicate, vorzugsweise Magnesium-, Zink- und/oder Ammoniumhexafluorsilicat, deswegen eingesetzt, weil diese sich nach dem Abbau der Hydrophobierschicht umgehend in Wasser auflösen und anschließend im vorliegenden basischen Milieu rasch der alkalischen Protolyse unterliegen. Sie können also ihre initiierende Treibwirkung nach Überwindung der Hydrophobierung sehr schnell - im Gegensatz zu einem im Wasser schwerlöslichen Hexafluorsilicat (z. B. Calciumhexafluorsilicat) - entfalten. Besonders bevorzugt wird Magnesiumhexafluorsilicat eingesetzt.

Als Hydrophobiermittel dienen Siliconöle [Poly(alkyl- oder aryl-siloxane)] und/oder Metallsalze höherer Alkancarbonsäuren (vorzugsweise mit 8 bis 20 Kohlenstoffatomen). Besonders bevorzugt sind Calcium-, Magnesium- und/oder Aluminiumhexadecanat (-stearat).

Die Hydrophobierung bewirkt zum einen eine verlängerte Lagerfähigkeit der erfindungsgemäßen Baustoffmischung, da diese ein vorzeitiges Aufschäumen derselben auch bei Zutritt von Luftfeuchtigkeit verhindert. Zum anderen ermöglicht sie nach Wasserzusatz einen wesentlich größeren Pumpweg als bei Verwendung eines nicht inhibierten Hexafluorsilicats.

Hierbei lassen sich sowohl die Lagerstabilität als auch der maximal mögliche Pumpweg durch die zugesetzte Menge des Hydrophobiermittels, d. h. durch die Schichtdicke desselben auf dem Hexafluorsilicatkorn, in weiten Grenzen einstellen.

Die Desaktivierung des Hydrophobiermittels erfolgt nach Wasserzusatz durch Verseifung, deren Geschwindigkeit sich durch den pH-Wert der mit Wasser angerührten Baustoffmischung, d. h. durch ihren Gehalt an basischen Bestandteilen, in gewissen Grenzen steuern läßt.

Nach dem Abbau der Hydrophobierschicht unterliegt das Hexafluorsilicat einer Hydrolyse. Dabei wird ein Gas (CO₂) aus dem Carbonat freigesetzt, was das Aufschäumen des Mörtels bewirkt. Durch die Bildung des schwerlöslichen Calciumfluorids wird die entstehende Schaumstruktur sodann stabilisiert.

Im Gegensatz zum Stand der Technik, wie er sich aus der DE-AS 40 09 967 ergibt, wird nicht das eigentliche Treibmittel, d. h. der gaserzeugende Stoff, mit einem Hydrophobiermittel umhüllt, sondern der Initiator für die CO₂-Bildung, d. h. das Hexafluorsilicat, wird hydrophobiert.

Gegenüber der JP-PS 50-6631 unterscheidet sich die Baustoffmischung nach der Erfindung dadurch, daß das Hexafluorsilicat und das Fettsäuresalz nicht getrennt in der Mischung vorliegen, sondern es wird ein mit einem Hydrophobiermittel vorbehandeltes, inhibiertes Hexafluorsilicat verwendet.

Als Carbonat-Komponente werden bevorzugt Calcium- (Calcit, Kalksandstein, Kalksteinmehl etc.) und/oder Magnesiumcarbonat (Dolomit, Magnesit) eingesetzt. Als besonders geeignet für die erfindungsgemäße Baustoffmischung hat sich eine Körnung von 0-8 mm erwiesen.

Die Carbonat-Komponente wird mindestens in einer Menge zugesetzt, die ausreicht, die bei der Hydrolyse des Hexafluorsilicats freiwerdende Fluorwasserstoffsäure vollständig zu neutralisieren. Vorzugsweise wird das Carbonat jedoch in einem größeren molaren Überschuß, bezogen auf das Hexafluorsilicat, beigemischt.

In Kombination mit der Carbonat- Komponente kann als aufschäumbarer Stoff ein aliphatisches oder aromatisches Diisocyanat Verwendung finden, das unter Hydrolyseeinwirkung durch die spontane Zersetzung der intermediär gebildeten Carbaminsäure ebenfalls Kohlendioxid freisetzt. Besonders bevorzugt ist hierfür Methandiphenyl-4,4′-diisocyanat-Präpolymer.

Die Kombination eines Diisocyanats mit einem Carbonat ermöglicht eine gewisse Flexibilisierung des ohne Diisocyanat- Zusatz relativ starren Schaumkörpers. Bei einem höheren Anteil Diisocyanat kann schließlich ein Produkt erhalten werden, das sich mühelos mit einem Messer schneiden läßt.

Als Bindemittel und als mengenmäßige Hauptkomponente wird Calciumsulfat eingesetzt, wobei sich prinzipiell alle handelsüblichen Sorten eignen, z. B. α- und/oder β-Calciumsulfat-Halbhydrat, aufbereiteter REA-Gips (aus Rauchgasentschwefelungsanlagen), Naturgips, Chemiegips, Anhydrit, Dihydrat oder Lenzin, jeweils als alleinige Calciumsulfat-Komponente oder im Gemisch mit einer oder mehreren anderen, wobei die Halbhydrate bevorzugt sind.

Calciumsulfat wird aufgrund seiner Preisgünstigkeit und hauptsächlich deswegen eingesetzt, weil es bekanntlich nach dem Anrühren mit Wasser relativ rasch abbindet. Außerdem sind die erreichbaren Druckfestigkeiten nach dem Abbinden (in Anlehnung an DIN 1164 bzw. DIN EN 196) insbesondere für den Einsatz als Hinterfüllmaterial als ausreichend hoch anzusehen. Weiterhin weist Calciumsulfat den Vorteil auf, daß es einen relativ hohen Füllgrad mit allen handelsüblichen Füllstoffen besitzt.

Die erfindungsgemäße Baustoffmischung kann weiterhin hydraulische und/oder latent hydraulische Bindemittel umfassen, wobei grundsätzlich alle handelsüblichen Sorten geeignet sind. Als hydraulische Bindemittel eignen sich z. B. Zemente nach DIN 1164 bzw. DIN EN 196, Spezialzemente (z. B. Fondu Lafarge, Heidelberger Schnellzement etc.) Mörtelbinder (hydrophobiert oder nicht-hydrophobiert) nach DIN 1060/4207 oder Hüttensand (hydraulische Hochofenschlacke). Als latent hydraulische Bindemittel können z. B. Elektrofilterasche(EFA)-Füller, Traßmehle, Molererden, Microsilica oder Diatomeenerden eingesetzt werden.

Weiterhin kann die erfindungsgemäße Baustoffmischung anorganische und/oder organische Füllstoffe umfassen, wobei prinzipiell alle gebräuchlichen Sorten geeignet sind. Unter den anorganischen Füllstoffen sind bevorzugt: Stein- und Quarzmehle, Stahlspäne, Drahtfasern, Blähton Perlite, Superlite, Vermiculite, Bimsgranulat, Glashohlkugeln (Fillite), Muskovitfüller (Sepiogel, Pangel), Schwerspat (Bariumsulfat) oder Verbrennungsasche. Von den organischen Füllstoffen eignen sich vorzugsweise Cellulose-, Baumwolle-, Polyethen-, Polypropen- und Carbonfasern, Microhohlkugeln auf Polyethen-, Polypropen- oder Polystyrolbasis sowie Holz- und Korkmehl.

Die Baustoffmischung kann außerdem an sich bekannte Reaktionsverzögerer enthalten, wobei sich Alkancarbonsäuren (4-10 Kohlenstoffatome) und/oder Hydroxycarbonsäuren (4-10 Kohlenstoffatome, 1-6 Hydroxygruppen) und bzw. oder deren Metallsalze, vorzugsweise die Alkalimetall- oder Ammoniumsalze, als besonders geeignet erwiesen haben. Ganz besonders bevorzugt sind die Natrium- oder Kaliumsalze der Citronen-, Wein- und Äpfelsäure.

Weiterhin kann die Baustoffmischung an sich bekannte Abbindebeschleuniger umfassen, z. B. Halogenide, Sulfate, Nitrate, Nitrite, Borate oder Hydroxide, vorzugsweise der Alkalimetalle.

Die Baustoffmischung kann überdies einen an sich bekannten Schaumstabilisator auf organischer Basis enthalten, vorzugsweise auf Cellulose-ether oder -ester-Basis.

Außerdem kann der Baustoffmischung ein an sich bekanntes anorganisches oder organisches Verdickungsmittel beigemischt werden. Unter den anorganischen Mitteln sind hierfür Hektorit und Wollastonit, unter den organischen Methylcellulose-Derivate, Guarmehl-Derivate, Stärkemehl- Abkömmlinge, Polyacrylamide sowie Formaldehyd-Melamin- Kondensationsprodukte bevorzugt.

Der Baustoffmischung können schließlich auch an sich bekannte Dispersionspulver und/oder Dispersionen zugesetzt werden, wobei solche auf Vinylchlorid-Vinylacetat- oder (Meth)acrylat-Copolymerisat-Basis bevorzugt sind.

Die oben angeführten Bestandteile der erfindungsgemäßen Baustoffmischung lassen sich - je nach Anwendungszweck - in weiten Grenzen variieren. Als bevorzugte Bereiche sind jedoch die folgenden anzusehen:

Massenteile
Komponente
40-80
Calciumsulfat-Bindemittel
1-10	Hexafluorsilicat
0,1-5	Hydrophobiermittel
2-30	aufschäumbarer Stoff (Carbonat und gegebenenfalls Diisocyanat)
0-20	hydraulisches Bindemittel
0-20	latent hydraulisches Bindemittel
0-30	Füllstoff
0-5	Reaktionsverzögerer
0-5	Abbindebeschleuniger
0-3	Schaumstabilisator
0-3	Verdickungsmittel
0-10	Dispersionspulver oder
0-20	Dispersion

Als besonders bevorzugte Zusammensetzung, insbesondere für Hinterfüllmaterial, kann folgendes gelten:

Massenteile
Komponente
70-90
Calciumsulfat
1-5	Hexafluorsilicat
0,1-0,5	Stearat
5-25	Calcium- und/oder Magnesiumcarbonat
1-10	latent hydraulisches Bindemittel
0,5-1	Schaumstabilisator
0,5-1	Verdickungsmittel

Das Massenverhältnis Calciumsulfat-Bindemittel zu den Treibkomponenten (Treibmittel und aufschäumbarer Stoff) liegt vorzugsweise im Bereich 4 : 1 bis 100 : 1, je nach gewünschtem Aufschäumfaktor. Dieser Quotient beeinflußt maßgeblich die Festigkeitsentwicklung bzw. die erzielbare Endfestigkeit der aus dem erfindungsgemäßen Schaummörtel hergestellten Bauteile.

Die Anmachwassermenge kann in weiten Grenzen gewählt werden, liegt jedoch vorzugsweise zwischen 30 und 50 Massen-%, bezogen auf die Gesamtmasse der jeweils eingesetzten Baustoffmischung.

Die Anrühr- und Abbindetemperatur kann in einem weiten Bereich liegen, wobei sich bei höherer Temperatur die Standzeit des Schaummörtels entsprechend verkürzt. Der erfindungsgemäße Schaummörtel wird daher vorzugsweise im Temperaturbereich zwischen +5 und +35°C verarbeitet.

Für Bauteile, für die eine erhöhte mechanische Festigkeit gefordert wird, ist vorzugsweise ein hydraulisches Bindemittel und/oder ein Füllstoff auf Basis relativ langer anorganischer oder organischer Fasern beizumischen.

Die Abmischung mit Bariumsulfat ermöglicht die Herstellung von Bauteilen, die für Strahlenschutzzwecke geeignet sind, z. B. in Röntgenräumen.

Der erfindungsgemäße Schaummörtel weist nach dem Abbinden eine verhältnismäßig geringe Dichte im Bereich zwischen 0,1 und 1,5 g/cm³ auf. Diese Dichte läßt sich noch weiter vermindern durch den Zusatz von Glashohlkugeln, deren geschlossenzellige Struktur eine dauerhaft niedrige Dichte auch bei Dauerbeaufschlagung mit Wasser gewährleistet.

Die erfindungsgemäße Baustoffmischung zeichnet sich dadurch aus, daß der mengenmäßige Hauptbestandteil, nämlich das Calciumsulfat-Bindemittel, vor allem aufgrund des stetig wachsenden Anfalls in Rauchgasentschwefelungsanlagen, einen sehr preisgünstigen Rohstoff darstellt.

Überdies kann die Formulierung der erfindungsgemäßen Baustoffmischung (mit Ausnahme des vernachlässigbar geringen Anteils an Hydrophobiermittel) ausschließlich auf anorganischer Basis gewählt werden, was eine ungefährliche und umweltverträgliche Applikation, insbesondere in geschlossenen Räumen, ermöglicht.

Dies ist speziell auch für Anwendungsfälle als Hinterfüllmaterial unter Tage und/oder beim Tunnel- und Kavernenbau von besonderer Bedeutung. Hier kommt ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Schaummörtels voll zum Tragen, nämlich seine durch den Inhibierungsgrad des Treibmittels Hexafluorsilicat einstellbare Standzeit vor dem Aufschäumen, was dementsprechend lange Pumpwege gestattet. Weiterhin kann die Aufschäumhöhe bzw. die Dichte des Schaummörtels nach dem Abbinden durch die Menge des zur erfindungsgemäßen Baustoffmischung gegebenen Wassers in gewissen Grenzen eingestellt werden, was bei der Untertage-Hohlraumverfüllung ein Novum darstellt. Überdies kann die Abbindegeschwindigkeit des Schaummörtels durch Zugabe eines Abbindeverzögerers oder -beschleunigers am Schlauchende den jeweiligen Erfordernissen vor Ort angepaßt werden. Weiterhin kann der erfindungsgemäße Schaummörtel einer Druckbeaufschlagung schon wenige Minuten nach dem Abbinden unterzogen werden. Für den Einsatz unter Tage kommt dem Schaummörtel außerdem seine hohe Wasserbeständigkeit nach dem Abbinden sehr zu statten, die mit derjenigen von Dispersionsklebstoffen für keramische Fliesen nach DIN 18 156, Teil III, vergleichbar ist.

Weiterhin eignet sich der erfindungsgemäße Schaummörtel hervorragend zur Schalldämpfung, Wärmedämmung, als Brandschutz- und Kabelabschottmaterial. Da der Schaummörtel vor Ort "in situ" erzeugt wird, bietet er besondere Vorteile bei der Altbausanierung, z. B. beim nachträglichen Ausfüllen der sogenannten Fehlböden oder beim Verfüllen von Leichtbauplatten-Doppelwänden, wobei hier die Einfüllöffnungen relativ klein gehalten werden können.

Gipsvollsteine sind heute im Innenausbau weit verbreitet, da die Produktion von Gipsschaumsteinen nach den herkömmlichen Methoden (Aufschäumen im Autoklaven bei erhöhter Temperatur unter Druck oder mit Hilfe von relativ teuren Treibkomponenten, z. B. Aluminiumpulver, Wasserstoffperoxid, etc.) relativ aufwendig und kostenintensiv ist. Hier kann der erfindungsgemäße Schaummörtel zu einer deutlichen Verbilligung der Herstellung geschäumter Gipssteine führen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Vergleichsbeispiels und einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert, wobei das Vergleichsbeispiel, das das Hexafluorsilicat ohne Inhibierung enthält, demonstrieren soll, daß ohne Inhibierung ein sofortiges Aufschäumen der Baustoffmischung nach Wasserzusatz erfolgt.

Vergleichsbeispiel

2700 g Calciumsulfat-Halbhydrat werden mit 900 g Wasser vorgelegt. 160 g Elektrofilterasche(EFA)-Füller, 240 g Kalksteinmehl, 65 g Magnesiumhexafluorsilicat werden gemischt und mit 750 g Wasser angeteigt. Sodann werden beide Vorprodukte intensiv miteinander gemischt. Schon während des Rührvorgangs setzt das Aufschäumen heftig ein, das bereits nach 60 s abgeschlossen ist.

Ausführungsbeispiel 1

Es werden die gleichen Substanzmengen wie beim Vergleichsbeispiel 1 eingesetzt; im Unterschied hierzu wird jedoch das Magnesiumhexafluorsilicat mit 5 g Aluminiumstearat inhibiert, und erst dann alle übrigen Komponenten der Baustoffmischung trocken vorgemischt. Nach Anrühren mit Wasser behält die Aufschlämmung ca. 10 min ihr ursprüngliches Volumen und beginnt erst nach erfolgter Überwindung der Hydrophobierung des Initiators unvermittelt zu schäumen. Nach weiteren 3 min ist der Schaum so weit erhärtet, daß er nicht mehr zusammenfällt.

Ausführungsbeispiel 2 (Hinterfüllmaterial)

Massenteile
Komponente
a) 70-90
Calciumsulfat
b) 1-5	Magnesiumhexafluorsilicat, inhibiert mit:
c) 0,1-0,5	Aluminiumstearat
d) 5-25	Calcium- und/oder Magnesiumcarbonat
e) 0,5-1	Methylcellulose
f) 0,5-1	sulfoniertes Kondensationsprodukt aus Melamin und Formaldehyd
g) 0,05-5	Natriumcitrat
h) 30-50	Wasser

Bei besonders langen Pumpwegen und zur Erzielung variabler Aufschäumungsgrade ist es von Vorteil, wenn die Komponenten a-c) sowie d-g) jeweils getrennt mit Wasser angerührt und anschließend separat gepumpt werden, um erst unmittelbar am Einsatzort vereinigt zu werden.

An Schaummörteln gemäß dem Ausführungsbeispiel 2 wurden folgende Meßergebnisse erhalten:

pH-Wert: 6,8-8,0
Gelzeit: 1-20 min
Erstarrungsbeginn: 10-60 min
Aufschäumvolumen: 7-50 Vol.-%
Rohdichte: 0,5-1,5 g/cm³
Druckfestigkeit: 0,5-2,8 MPa (nach 1 h)
Biegezugfestigkeit: 0,2-0,9 MPa (nach 28 d)

Nach Abbinden des Schaummörtels weist dieser auch nach längerer Lagerung (28 d) in Grubenwasser mit einem sehr hohen Salzgehalt keinen erwähnenswerten Festigkeitsverlust auf.

Ausführungsbeispiel 3 (Dämmstoff oder Feuerschutzmaterial)

Zusammensetzung wie bei Ausführungsbeispiel 2 (Komponenten a-d sowie h obligatorisch, wahlweise e-g), dazu:
5-25 Massenteile Hüttensand (lantenthydraulische Hochofenschlacke mit einem CaO-Gehalt von ca. 45%)

Ausführungsbeispiel 4 (Strahlenschutzmaterial)

Zusammensetzung wie bei Ausführungsbeispiel 2 (Komponenten a-d sowie h obligatorisch, wahlweise e-g), zusätzlich:
5-30 Massenteile Bariumsulfat (Schwerspat)

Claims

1. Baustoffmischung zur Herstellung von Schaummörtel, bestehend mindestens aus

- mindestens einer Calciumsulfat-Komponente als Bindemittel,
- mindestens einem Carbonat als aufschäumbaren Stoff sowie
- mindestens einem Salz der Hexafluorkieselsäure als Initiator,

dadurch gekennzeichnet, daß das Hexafluorsilicat wasserlöslich ist und vor dem Vermischen mit den übrigen Bestandteilen der Baustoffmischung mit einem Hydrophobiermittel vorbehandelt (inhibiert) ist.

2. Baustoffmischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie Magnesium- und/oder Zink- und/oder Ammoniumhexafluorsilicat enthält.

3. Baustoffmischung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Hydrophobiermittel mindestens ein Siliconöl und/oder mindestens ein Metallsalz einer höheren Alkancarbonsäure (8 bis 20 Kohlenstoffatome) enthält.

4. Baustoffmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der aufschäumbare Stoff Calcium- und/oder Magnesiumcarbonat ist.

5. Baustoffmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie als zusätzlichen aufschäumbaren Stoff mindestens ein aliphatisches oder aromatisches Diisocyanat enthält.

6. Baustoffmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der aufschäumbare Stoff im molaren Überschuß, bezogen auf das eingesetzte Hexafluorsilicat, vorliegt.

7. Baustoffmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Bindemittel α- und/oder β-Calciumsulfat- Halbhydrat und/oder aufbereiteten REA-Gips und/oder Chemiegips und/oder Naturgips und/oder Anhydrit und/oder Dihydrat enthält.

8. Baustoffmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens ein hydraulisches und/oder latent hydraulisches Bindemittel enthält.

9. Baustoffmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens einen organischen und/oder anorganischen Füllstoff enthält.

10. Baustoffmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Abbindeverzögerer mindestens eine Alkancarbonsäure (4 bis 10 Kohlenstoffatome) und/oder mindestens eine Hydroxyalkancarbonsäure (4-10 Kohlenstoffatome, 1-6 Hydroxygruppen) und/oder deren Metallsalze enthält.

11. Baustoffmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Abbindebeschleuniger mindestens ein Halogenid, Sulfat, Nitrat, Nitrit, Borat und/oder Hydroxid enthält.

12. Baustoffmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Schaumstabilisator mindestens einen Celluloseether und/oder -ester enthält.

13. Baustoffmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens ein anorganisches und/oder organisches Verdickungsmittel enthält.

14. Baustoffmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens ein Dispersionspulver oder eine Dispersion auf Vinylchlorid-Vinylacetat- oder (Meth)acrylat-Copolymer- Basis enthält.

15. Baustoffmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens folgende Komponenten (jeweils als Massenteile) enthält:
40-80 Calciumsulfat-Bindemittel,
1-10 Hexafluorsilicat-Initiator,
0,1-5 Hydrophobiermittel,
2-30 aufschäumbarer Stoff (Carbonat und gegebenenfalls Diisocyanat),
0-20 hydraulisches Bindemittel,
0-20 latent hydraulisches Bindemittel,
0-30 Füllstoff,
0-5 Reaktionsverzögerer,
0-5 Abbindebeschleuniger,
0-3 Schaumstabilisator,
0-3 Verdickungsmittel,
0-10 Dispersionspulver oder 0-20 Dispersionen.

16. Verfahren zur Herstellung von Schaummörtel, dadurch gekennzeichnet, daß eine Baustoffmischung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15 mit Wasser angerührt und innerhalb der durch den Inhibierungsgrad des Hexafluorsilicats und/oder durch den Zusatz eines Abbindeverzögerers einstellbaren Standzeit des Schaummörtels in eine Form oder Verschalung transportiert wird.

17. Verwendung der Baustoffmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 15 zum Verfüllen von Hohlräumen, insbesondere im Berg- und Tunnelbau.

18. Verwendung der Baustoffmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 15 zur Herstellung von Schalldämpfungs- oder Wärmeisolierungsmaterial.

19. Verwendung der Baustoffmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 15 zur Herstellung von Brandschutzmaterial.

20. Verwendung der Baustoffmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 15 zur Herstellung von Kabelabschottmaterial.

21. Verwendung der Baustoffmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 15 nach Zusatz von Bariumsulfat zur Herstellung von Strahlenschutzmaterial.

22. Verwendung der Baustoffmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 15 zur Herstellung von Gipsschaumsteinen.