DE69400749T2

DE69400749T2 - Dünne zementoberflächenbeschichtung

Info

Publication number: DE69400749T2
Application number: DE69400749T
Authority: DE
Inventors: Derek Davies
Original assignee: British Technology Group Inter Corporate Licensing Ltd
Current assignee: British Technology Group Inter Corporate Licensing Ltd
Priority date: 1993-01-14
Filing date: 1994-01-12
Publication date: 1997-02-13
Anticipated expiration: 2014-01-13
Also published as: WO1994015889A1; EP0679147B1; GB2274255A; GB9400474D0; AU683039B2; EP0679147A1; DE69400749D1; ATE144235T1; SG48261A1; GB2274255B; AU5837594A; CA2153416A1; GB9300654D0; US5599634A; JPH08505577A

Description

ANWENDUNGSBEREICH DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf dünne zementartige Oberflächen, die glatt, strukturiert, gemustert, eingefärbt oder in anderer Weise dekorativ gestaltet sein können, und ein Verfahren zu deren Herstellung. Es ist wünschenswert, daß solche Oberflächen hart, dicht, undurchlässig, beständig und abriebfest sind.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Beton und zementartige Materialien bilden allgemein einen Kompromiß zwischen den sich widersprechenden Anforderungen zum Erzielen einer guten Verarbeitbarkeit für das einfache Aufbringen und gute Verdichtung, was normalerweise durch die Zugabe von mehr Wasser erreicht wird, und zum Erzielen von Festigkeit durch Reduzierung des Wassergehalts und des Verhältnisses Wasser:Zement und durch Erhöhung des Anteils formstabiler Füller (Zuschlagstoffe) Insbesondere ist es dabei wichtig, ein frei fließendes Material zu haben, wenn dieses auf eine Oberfläche aufgesprüht werden muß, speziell im Fall dünner Schichten. Der Schwund ist bei zementartigen Materialien insbesondere auf der Baustelle ein grundlegendes Problem und ist häufig die Ursache für vorzeitiges Versagen und nicht befriedigende Beständigkeit aufgrund im Material eigenveranlaßter Risse und Brüche. Schwund tritt vorwiegend gegenüber den Zementteilchen auf, und zwar sowohl durch Trocknung als auch aufgrund chemisch bedingten Eigenschwundes. Ein Verringern des Schwundes erfordert den Einsatz von ausreichenden Mengen formstabiler Füller, um den Anteil von Zementpaste zu verringern. Bei herkömmlichem Beton ist es möglich, den Schwund durch die zementartige Flüssigphase zu verringern, indem hinreichend größere Teilchen formstabiler Zuschlagstoffe eingesetzt werden, wobei aufgrund der begrenzten Oberfläche dieser größeren Füller der Wasserbedarf zur Erzielung der Verarbeitbarkeit und das Verhältnis Wasser:Zement nicht zu sehr nachteilig verändert werden. Dies ist bei dünnen zementartigen Beschichtungen (zu dünn für die Einlagerung solcher größerer Teilchen) grundsätzlich nicht möglich.
Es ist allgemein bekannt, daß zementartige Materialien abbinden müssen, und daß der vorzeitige Verlust von Wasser (selbst durch Verdunstung) verhindert werden muß, und daß diese aus diesem Grund nicht auf Oberflächen von hoher Saugfähigkeit aufgetragen werden sollten, da diese das für die Hydration benötigte Wasser abziehen und Risse durch Schwund hervorrufen. Demgemäß heißt es im technischen Standardwerk, herausgegeben von Professor Neville, 'Properties of Concrete', "Der Verlust von Wasser durch Verdunsten an der Oberfläche des Betons oder durch Aufsaugen durch trockenen Beton darunter verstärkt den plastischen Schwund und kann zu Oberflächenrissen führen ... Das Aufbringen von Beton auf eine trockene Unterschicht sollte vermieden werden ... Beim Abbinden sollte der Beton gesättigt bleiben, oder mindestens so nahe wie möglich bei der Sättigung gehalten werden, bis der ursprünglich mit Wasser gefüllte Raumanteil der frischen Zementpaste bis zum gewünschten Grad mit Hydrationsprodukten aus dem Zement gefüllt ist ... Der Festigkeitsverlust durch fehlerhaftes Abbinden ist bei dünneren Elementen stärker ausgeprägt."
Um die Probleme der Rißbildung aufgrund von Schwund bei dünnen zementartigen Materialien, die eine beträchtliche Festigkeit aufweisen müssen, wie z.B. Bodenbelägen, zu beherrschen, werden normalerweise halbtrockene Mörtelmischungen verwendet. Bei diesen ist der Wassergehalt auf einem Minimum gehalten, und das Material ist nicht mit Wasser gesättigt (d.h. es liegt keine zementartige Flüssigphase vor), wie dies bei der herkömmlichen Verarbeitung von Baustellenzement der Fall ist. Bei der Verwendung solcher halbtrockener Materialien ist das Aufbringen und die Verdichtung schwierig, und es ist nicht möglich, eine glatte, dichte Oberflächengüte zu erhalten, die oftmals wünschenswert ist.
Die Probleme des hohen Schwundes in dünnen zementartigen Materialien werden in der internationalen PCT-Veröffentlichung Nr. WO91/12218 behandelt, und das Mittel zur Behebung dieser Probleme ist die trockene Aufbringung der Materialien, so daß sich deren feste Teilchen berühren, und anschließend das Wasser für die Hydration zuzugeben, wobei der hohe Anfangsschwund feucht angemischter Materialien, der aus dem Verlust von Wasser resultiert, das die Teilchen voneinander trennt, vermieden wird.
In diesem Fall ist es nicht möglich, eine gefärbte Oberfläche zu erhalten, da das erste Aufbringen von Wasser auf die Oberfläche eine Tendenz zum Auswaschen der feinen Materialteilchen, Zement und Farbe, aus der Oberfläche und in das Kernmaterial bewirkt, außerdem ist keine sehr glatte Oberfläche erzielbar.
Obwohl die beiden vorbeschriebenen Verfahren eine festere Mischung für dünnere Querschnitte erlauben, als dies bei herkömmlichem Beton möglich ist, ist die realisierbare Mmimaldicke immer noch begrenzt; sie liegt im Fall halbtrockener Mischungen bei etwa 50 mm und im Fall der WO91/12218 bei etwa 20 mm.
Wie oben ausgeführt, werden zementartige Materialien nicht als geeignet für dünne, dichte und glatte Oberflächen angesehen, da dies einen hohen Anteil von Zement und Wasser erfordern würde, und dies insbesondere in Verbindung mit schnellem Trocknen in Rißbildung und vorzeitigem Versagen resultiert.
Nicht zementartige Materialien wie Epoxidharze können verwendet werden, um harte, dichte, glatte und gefärbte Oberflächen auf Böden und ähnlichen Oberflächen zu erzeugen, sind aber relativ teuer und mit Vorsicht zu verwenden, da sie toxische Reaktionen hervorrufen können.
Wenn herkömmlicher, naß aufgebrachter Beton verwendet wird, kann eine glatte und bei Bedarf gefärbte Oberfläche erzielt werden, was jedoch eine Verzögerung während des Setzens des Materials mit sich bringt. Des weiteren ist die Oberfläche normalerweise weicher als der Kern des Materials, da ein Absetzen der größeren Zuschlagstoffe und eine daraus resultierende Konzentration feinerer Teilchen an der Oberfläche erfolgt, die damit durch austretendes Wasser verschlechtert wird, welches das Verhältnis Wasser:Zement an der Oberfläche erhöht. Die Oberfläche ist naturgemäß jedem Angriff am meisten ausgesetzt, so daß diese weiche Oberflächenschicht oftmals die Ursache für vorzeitiges Versagen bildet.

DIE ERFINDUNG

Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Verfahren zur Herstellung dünner zementartiger Oberflächenbeschichtungen das Verarbeitbarmachen eines trockenen zementartigen Materials durch Zugabe von einem Wasserüberschuß (z.B. Verhältnis Wasser:Zement über 0,8, z.B. Eins, oder einer Zugabe von Wasser derart, daß das Volumen um mindestens 5% über das des kompaktierten Materials vor der Zugabe von Wasser erhöht wird), das Aufbringen des verarbeitbaren Materials in einer Dicke von nicht mehr als 10 mm, vorzugsweise unter 2 mm und sogar unter 1 mm, auf eine poröse Oberfläche eines Substrats, das mindestens zehnmal (vorzugsweise hundertmal) die Masse des trockenen zementartigen Materials hat, und dessen Oberfläche die Eigenschaft einer hohen Saugwirkung für darauf befindliches Wasser hat, die eine Verdichtung des auf die Oberfläche aufgebrachten Materials veranlaßt oder zuläßt (z.B. geschieht die Aufsaugung durch Kapillarwirkung durch die Poren der Oberfläche, während die Verdichtung in einem solchen Fall durch den Atmosphärendruck erfolgt, der wahlweise mechanisch unterstützt werden kann), und die ein Ausbilden des verdichteten Materials als mit der Oberfläche verbundene Beschichtung ermöglicht. Die Verdichtung sollte, zumindest in der Anfangsphase, die Kapillaren der Oberfläche schließen, damit der anschließende Wasserverlust nicht unmittelbar durch Luft ersetzt werden kann, und damit der Atmosphärendruck den Verdichtungsprozeß unterstützt. Die Verdichtung ist vorzugsweise ausreichend, um die festen Teilchen miteinander in Kontakt zu bringen und vorzugsweise Leerstellen zu reduzieren, und sollte abgeschlossen sein, bevor das aufgebrachte Material abgebunden hat, wobei die Wasserentfernungsrate vorzugsweise groß genug ist, d.h. die Saugwirkung ist ausreichend, daß trotz des Verdichtens im wesentlichen kein Wasser in dem Material von der durchlässigen (porösen) Oberfläche wegwandert. Vorzugsweise wandert im wesentlichen alles Wasser in dem Material mindestens ebenso schnell in Richtung der durchlässigen (porösen) Oberfläche wie die festen Teilchen. Vorzugsweise wandert im wesentlichen kein Wasser langsamer als die festen Teilchen oder irgendwelche festen Teilchen in Richtung der durchlässigen (porösen) Oberfläche. Das aufgebrachte Material enthält vorzugsweise einen oder mehrere Zusätze für Sichteffekte, wie z.B. Einfärbungen und Festkörper wie Glimmer, Bruchsteine oder Schieferplättchen zur Erzielung einer Maserung, von Glanzlichtern oder Farben.
Die Erfindung erstreckt sich auf eine derart hergestellte Beschichtung und auf einen Gegenstand, bei dem eine solche Beschichtung zu einem nicht trennbaren oder wirklichen Bestandteil wird.
Der sehr hohe Wasseranteil des Materials ist kein Nachteil, wie dies die bisherige Lehre nahelegt, sondern bietet deutliche Vorteile für das Erzielen des Eindringens in das Substrat und das Bilden einer miteinander verbundenen monohthischen Gesamtstruktur (untrennbar oder im wesentlichen untrennbar). Ebenfalls gemäß der Erfindung kann ein solches sehr nasses Material als dünner Zementmörtel auf ein vorhandenes Objekt aufgebracht werden und um mindestens das dreifache (vorzugsweise mindestens das zehnfache) der Masse (bezogen auf den trockenen Zustand) von trocken aufgebrachtem Beton entwässert werden, der darüber aufgebracht wird. Diese entwässerte Aufschwemmung bildet eine sehr feste Verbindung zwischen einem Substrat und einer trocken oder halbtrocken aufgebrachten Schicht auf der Oberseite. Die Verbindung trockener oder halbtrockener zementartiger Materialien mit Substraten ist normalerweise sehr schwierig, da keine zementartige Flüssigphase vorhanden ist.
Wir haben festgestellt, daß ein Substrat mit hoher Saugwirkung absolut nicht nachteilig für das Endergebnis sein muß, sondern in Wahrheit sehr vorteilhaft sein kann. Tatsächlich liefert dieser anfängliche Verlust von Wasser ein festeres, dauerhafteres Material und vermeidet Probleme der Rißbildung durch Schwund, was in direktem Gegensatz zur herkömmlichen Lehre steht. Des weiteren wird keinesfalls versucht, die Saugwirkung zu verringern, sondern es ist wichtig, daß diese hinreichend hoch ist, um die Hauptmasse des Überschußwassers innerhalb eines hinreichend kurzen Zeitraums nach dem Aufbringen zu entfernen. Aus diesem Grund muß das Substrat eine relativ hohe Aufnahmefähigkeit für Wasser haben, d.h. relativ massiv gegenüber dem darauf aufgebrachten nassen Zement sein, d.h. mindestens die zehnfache Masse des letzteren aufweisen. Wie weiter unten erläutert, ist es tatsächlich umso besser, je höher die anfängliche Saugwirkung ist.
Es ist klar, daß die bisherige Lehre hinsichtlich der Notwendigkeit des Vermeidens von Wasserverlusten in die hinteren Schichten zutrifft, wenn das Wasser nach und nach entfernt wird. Vorausgesetzt jedoch, daß der Hauptteil des Wassers während des Verdichtungsprozesses schnell entfernt wird, bringt der Wasserverlust Vorteile, da die durch das anfänglich vorhandene Wasser bedingten Leerstellen verringert werden, und die herkömmlicherweise vorhandene Notwendigkeit des Ausfüllens dieser Leerstellen durch Hydrationsprodukte kaum auftritt, da sehr viel weniger Leerstellen auszufüllen sind. Diese Leerstellen sind die Ursache für die geringe Festigkeit, die Entstehung von Rissen und die Porosität, und das herkömmliche nachträgliche Entfernen des Überschußwassers ist eine Hauptursache für Rißbildung durch Schwund bzw. Spannungsaufbau und Brechen.
Es ist daher eine wichtige Voraussetzung für den vorbeschriebenen Prozeß, daß der größte Teil des Überschußwassers, das für die Verarbeitbarkeit, das Aufbringen und die anfängliche Verdichtung benötigt wird, entfernt wird, solange das Material noch fähig ist, weiter verdichtet zu werden, um die meisten Leerstellen zu beseitigen, die anderenfalls aus dem Verlust dieses Überschußwassers entstehen.
Der reduzierte Wassergehalt erhöht die Hydrationsrate (Wasser wirkt paradoxerweise als Zementverzögerer), und dies in Verbindung mit den verringerten Leerstellen, die auszufüllen sind, macht es möglich, diesen effektiven Hydrationsprozeß in viel kürzerer Zeit abzuschließen.
Ein wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung ist die hinreichend hohe Rate für das Entfernen des Wassers, um sicherzustellen, daß die Hauptmenge des Überschußwassers entfernt wird, während das Material sich verdichten kann und damit die Leerstellen und Risse vermieden werden, die anderenfalls gebildet werden würden, und die Notwendigkeit entfällt, das Überschußwasser zurückzuhalten, um Zementhydrationsprodukte zu erzeugen, um diese Leerstellen zu füllen. Die Rate der Wasserentfernung ist vorzugsweise so, daß das Material nach 15 Minuten eine gleiche Eindringfestigkeit aufweist, wie ein identisches Material ohne Wasserentfernung nach einer Stunde oder mehr.
Selbst dann, wenn der Verlust von Wasser in einer vorübergehenden Unterbrechung der Hydration resultiert, kann diese im Oberflächenmaterial leicht erneut eingeleitet werden, indem die Oberfläche mit Wasser benetzt wird. Bei herkömmlichen Anwendungen resultiert der Verlust des Überschußwassers in Schwund und Rissen, wodurch die Eigenschaften des Materials bleibend beeinträchtigt werden, was beim erfindungsgemäßen Prozeß ebenfalls vermieden wird, da das verringerte Wasser auch den Schwund verringert. Ein Wasservorrat im Substrat ist wichtig, um ein zu starkes Austrocknen der freiliegenden dünnen Beschichtung zu vermeiden.
Vorzugsweise ist die poröse Oberfläche, auf die die Beschichtung aufgebracht wird, selbst zementartig, wobei dieses zementartige Grundmaterial eine hinreichend hohe Saugwirkung haben muß, damit die rasche Entfernung des Überschußwassers aus der Auflage bzw. der Oberflächenbeschichtung (d.h. dem aufgebrachten verarbeitbaren Material) sichergestellt ist. Das Grundmaterial ist wichtig für die Verteilung der Spannungen durch den Schwund, der durch den Entwässerungsprozeß verursacht wird, wodurch die Bildung von Rissen vermieden wird.
Eine hinreichend hohe Saugwirkung und Porosität des Grundmaterials (d.h. der durchlässigen Oberfläche) ist mit größerer Wahrscheinlichkeit bei einem neu hergestellten Grundmaterial gegeben, bevor die Hydrationsprodukte begonnen haben, die Kapillaren oder andere miteinander in Verbindung stehende Leerstellen auszufüllen. Dies ist insbesondere von Bedeutung bei halbtrockenen Platten aus Zementmörtel und trocken verlegten zementartigen Oberflächenmaterialien, bei denen eine verbesserte Oberflächenqualität äußerst wünschenswert ist, und bei denen die anfänglich ausgeübte hohe Saugwirkung durch die halbtrocken oder trocken verlegten Materialien das hinreichend schnelle Entfernen des Wassers aus der aufgebrachten Beschichtung ermöglicht. Wenn, wie in diesem Fall, die Beschichtung aufgebracht wird, bevor das Zementmaterial im Grundmaterial wesentlich hydriert ist, können sich beide effektiv zu einem einzigen monolithischen Material verbinden. Ein weiteres Merkmal des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung ist das hohe anfängliche Verhältnis Wasser:Zement, z.B. mindestens 0,3, das für das Aufbringen erforderlich ist (wenn kein Füller verwendet wird). Der Prozeß läßt jedoch viel größere Verhältnisse zu, z.B. eins, um eine hervorragende Verarbeitbarkeit beim Aufbringen ohne nachteilige Folgen für das Endresultat bereitzustellen. Hierbei würden sich normalerweise sehr weiche und poröse Materialien mit einer Vielzahl von Rissen ergeben. Was die Volumenänderungen betrifft, liefert der Prozeß eine Volumenverringerung der nassen Zementpaste von mindestens 5%, wobei diese je nach Verlust an Wassergewicht auch 10% oder mehr betragen kann. Das heißt, das Abziehen des Wassers muß hinreichend schnell und gründlich sein, so daß damit eine Volumenverringerung von mindestens 5% des absoluten Volumens des Zementanteils der Mischung verbunden ist (der aktuelle Wert liegt typischerweise zwischen 10% und 20%). Diese Verringerung ist abhängig vom Wasserüberschuß und von den Charakteristiken des Füllers. Da man weiß, daß eine 1%ige Verringerung der Leerstellen einer ungefähr 5%igen Erhöhung der Festigkeit gleichkommt, ist dies ein sehr wichtiger und vorteilhafter Effekt. Wenn diese Volumenverringerung auf einer Stufe erreicht wird, bei der das Material verdichtet werden kann, sind der darauffolgende Schwund und die resultierende Rißbildung deutlich reduziert, wodurch nicht nur ein festeres und dauerhafteres Material erzeugt, sondern auch eine häufige Form von eigenveranlaßtem Versagen eliminiert wird. Die Dehnbarkeit von zementartigen Materialien ist sehr begrenzt, typischerweise kleiner als 0,5%, so daß diese anfängliche Reduktion des Volumens sehr wichtig ist. Der anfängliche Schwund von Zementpasten, der normalerweise ein Maximum beim Einsetzen der Hydration und der anfänglichen Setzung hat, ist die Ursache für die Rißbildung, die zur langfristigen Schwächung und dem nachfolgenden Versagen zementartiger Materialien führt. Beim Einsetzen der Hydration tritt chemische Selbsttrocknung ein, die durch Verdunstung von Wasser verstärkt werden kann, die durch den Temperaturanstieg aufgrund der exothermischen Reaktion erhöht wird. Diese sehr starke Tendenz zum Schwinden, höher als zu jedem anderen Zeitpunkt, fällt mit dem Minimum der Dehnbarkeit zusammen, da das Material zu diesem Zeitpunkt vom flüssigen in den festen Zustand übergeht. Die Entfernung der Überschußwassers und die Veringerung von Volumen und Leerstellen gemäß der Erfindung macht es möglicht, Materialien mit einem sehr hohen zementartigen Anteil auch ohne jeden Füller mit Erfolg zu verwenden, wobei sehr niedrige anfängliche Verhältnisse Wasser:Zement gegeben sind und sehr dünne, dichte, feste, glatte und undurchlässige Oberflächen hergestellt werden können. Das zementartige Basismaterial ist, wie in der PCI-Anmeldung Nr. WO91/12218 dargelegt, besonders gut geeignet, und kann vorteilhaft trocken (unbenetzt) beim Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden, oder es kann noch während Reifung/Hydration/Abbinden eingesetzt werden. Bei im Werk hergestellten zementartigen Materialien kann die Saugwirkung des Grundmaterials während der Fertigung durch Vakuum unterstützt werden. Physikalische (manuell/mechanische) Verdichtung kann in jedem Fall zur Verbesserung des Effekts beitragen.
Die maximale Teilchengröße des verarbeitbaren Materials ist vorzugsweise 5 mm, wobei die meisten Teilchen vorzugsweise ein Sieb mit einer Maschenweite von 1 mm passieren sollten.
Das Verhältnis Füller:Zement in dem Material ist vorzugsweise kleiner 4:1, noch besser 3:1 und, insbesondere für dünne Beschichtungen, vorzugsweise kleiner 2:1, kann jedoch 5:1 übersteigen, wenn mechanische Mittel zur Unterstützung der Verdichtung Anwendung finden. Vorzugsweise wird daher die Einbeziehung größerer Teilchen der Zuschlagstoffe minimiert (nicht maximiert, wie bei herkömmlichen Anwendungen), um die bei der Entfernung des Wassers erzielbare Verdichtung zu vergrößern.
Wenn das Material einen hohen Anteil größerer Füllerteilchen enthält, behindern diese die freie interne Anordnung von Teilchen, die notwendig ist, um die erhöhte Verdichtung und die Verringerung der Leerstellen zu erreichen. Zusätzlich werden natürlich die aktuell durch das Wasser hervorgerufenen Leerstellen proportional weit geringer, da die Oberfläche der festen Teilchen viel geringer ist. Die Entfernung des Wassers verringert in diesem Fall lediglich das für die Hydration zur Verfügung stehende Wasser, wobei keine erhöhte Verdichtung bewirkt wird, und ist daher nur nachteilig.
Die optimalen Werte für Füllergröße und -sorte, Verhältnis Füller:Zement und Dicke stehen in Zusammenhang und hängen außerdem von der für die Verdichtung verwendeten Einrichtung ab. (Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zunehmend weniger vorteilhaft, wenn die Füllermenge und -teilchengröße erhöht wird, da die Kompressibilität bzw. die mögliche Volumenverringerung aufgrund des Wasserentzugs zunehmend geringer wird. Ein herkömmlicher Beton, bei dem das Volumen der Füllstoffe mit gröberer Körnung maximiert ist, wäre von relativ geringem Nutzen für die Herstellung von Oberflächenbeschichtungen gemäß der Erfindung) . Bei allen zementartigen Materialien zur Erzeugung von Oberflächenbeschichtungen, sowohl Mörteln als auch Betonen, ergibt sich der größte Nutzen bei Zementanteilen von über 500 kg je Kubikmeter Wasser, so daß diese Anteile bevorzugt sind, insbesondere für dünnere Beschichtungen. Solche Materialien würden eine sehr hohe Festigkeit und geringe Durchlässigkeit haben, sind aber normalerweise als Beschichtungen ungeeignet, da der Schwund und die Tendenz zu eigenveranlaßten Rissen zu hoch sind. Bevorzugte Grenzen für die verschiedenen Einflußgrößen sind nachstehend für typische Beschichtungsdicken und Mittelwerte für dazwischenliegende Dicken gegeben:
Beschichtungsdicke (mm) 0,1 1,0 3,0 5,0 10,0
Verhältnis Füller:Zement ≤1:1 ≤1½:1 ≤2:1 ≤2½:1 ≤3:1
Teilchengröße Füller (mm) ≤0,04 ≤0,4 ≤1,0 ≤1,5 ≤4,0
Zementanteil (kg/m³) ≥900 ≥800 ≥650 ≥550 ≥500
Es ist ein glücklicher Umstand, daß die zementartigen Materialien mit hohem Anteil an Zement und kleinen Füllerteilchen, die für Oberflächenbeschichtungen gemäß der Erfindung den größten Nutzen bringen, diejenigen sind, die herkömmlicherweise die größten Probleme bei der Verwendung mit sich bringen, da der hohe anfängliche Wasseranteil und der niedrige Fülleranteil (herkömmlicherweise) in geringer Festigkeit und hohem Schwund resultieren.
Das zementartige Material kann Zementersatzstoffe wie pulverisierte Feuerungsasche (PFA) oder Hochofenschlacke (GGBFS) in gleichen Anteilen wie gewöhnlichen Portlandzement (OPC) enthalten.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Aufgrund des Entwässerungsvorgangs des Grundmaterials/der durchlässigen Oberfläche kann die Beschichtung mit einem sehr hohen Wassergehalt als Flüssigkeit aufgebracht werden, wobei trotzdem eine feste, dichte Oberfläche erhalten wird, und kann daher als sehr dünne Beschichtung mit Bürste, Rolle oder durch Sprühen ebenso wie mit herkömmlichen Mörtelkellen und Traufeln aufgebracht werden. Eine solche Beschichtung kann sicherlich bis zu 0,1 mm dünn sein, und selbstverständlich wie oben beschrieben ein fester Bestandteil des Grundmaterials werden, der nicht mehr separat zu entfernen ist.
Dickere Beschichtungen können bis zu 10 mm verwendet werden, wobei diese eine Erhöhung des Fülleranteils und zusätzlich eine Vergrößerung der Teilchengröße ermöglichen, was wegen der Verringerung der zu entfernenden Wassermenge vorteilhaft ist, da das für die Verarbeitbarkeit erforderliche Überschußwasser verringert wird.
Die Dicke und die enthaltene Wassermenge sollten selbstverständlich kontrolliert werden, so daß alles Überschußwasser entfernt werden kann, während das Material verdichtet wird oder fähig ist, sich von selbst zu setzen. Dies hängt von der Rate des Entfernens des Überschußwassers sowie von der Zeitdauer und dem Verdichtungsverfahren ab. Dickere Beschichtungen erhöhen die Zeit für das Absorbieren des Wassers, wobei dem jedoch bis zu einem gewissen Grad durch die Möglichkeit des Einbringens von mehr und größeren Füllerteuchen entgegengewirkt werden kann, wodurch der Wassergehalt je Volumeneinheit des Materials veringert wird.
Dieses Verdichten und das Entfernen des Wassers müssen erfolgen, bevor der Zement aufgrund des Einsetzens der Hydration abzubinden beginnt.
Während sich die Erfindung insbesondere auf dünnere zementartige Oberflächen bezieht, die auf anderem Wege nicht verwirklicht werden können, kann sie vorteilhaft auch bei zementartigen Materialien bis zu einer Dicke von 10 mm angewendet werden, die gröbere Zuschlagstoffe enthalten, da ein geringerer Wasseranteil mit weniger Leerstellen selbstverständlich immer vorteilhaft ist. Die Kombination von weniger Leerstellen und hohem Anteil an Feststoffen bilden die Grundlage von zementartigen Materialien höchster Qualität, und dieser Prozeß ermöglicht das Erreichen dieses Erfindungsziels.
Der Prozeß ermöglicht die Herstellung zementartiger Oberflächen, die aufgrund von niedrigerem Wassergehalt und Anteil von Leerstellen sehr viel dauerhafter, weniger durchlässig, stärker und abriebfester sind als dies bisher insbesondere in Verbindung mit dünneren Beschichtungen möglich war.

NEUE MÖGLICHKEITEN DURCH DIE VERWENDUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung kann verwendet werden, um zementartige Oberflächen ganz anderer Charakteristiken als bisher möglich bereitzustellen, oder um existierende Oberflächeneffekte auf eine Weise bereitzustellen, die einfacher und effektiver ist als mit den existierenden Mitteln.
Sehr dichte, glatte Oberflächen können hergestellt werden, indem die Oberfläche entweder mechanisch oder von Hand glattgezogen wird, wobei das fortschreitende Abbinden der Oberfläche aufgrund des Wasserentzugs die Effektivität eines solchen Prozesses steigert. Normalerweise beinhaltet die Herstellung einer glatten Oberfläche aus zementbasierenden Materialien einen beträchlichen Zeitverzug, im Verlauf dessen das Überschußwasser durch den anfänglichen Hydrationsprozeß absorbiert wird und das Material die erforderliche Festigkeit erhält, um dem für die Verdichtung und Glättung erforderlichen Druck standzuhalten.
Dünne gefärbte Oberflächenbeschichtungen können aufgebracht werden, wobei diese so extrem hart, dicht und dauerhaft sind, wie dies bisher mit zementartigen Materialien nicht zu erreichen war, und es können, da die Beschichtungen so dünn sind, Materialien einbezogen werden, die anderenfalls unwirtschaftlich wären. Da Zementfarben sehr fein sein müssen, um effektiv zu wirken, ist des weiteren die normalerweise enthaltene Menge durch den nachteiligen Effekt begrenzt, den die Beimischung feiner Materialien auf das Verhältnis Wasser: Zement ausübt, wobei diese Begrenzung durch den erfindungsgemäßen Prozeß aufgehoben wird.
Das Entfernen des Wassers aus dem Oberflächenmaterial erzeugt ein festes, aber plastisches Material, das einen weiten Bereich von Oberflächenqualitäten ermöglicht, der z.B. durch Bürsten verwirklicht wird. Zusätzlich kann die gefärbte dekorative Oberfläche eingeschnitten werden (z.B. durch Ritzen), um wirklichkeitsnahe Effekte wie Ziegel- oder Steinbeläge zu bewirken, wobei das Grundmaterial durch Ritzen freigelegt wird, um den Effekt von kontrastierenden Mörtelfugen hervorzurufen. Selbst kostenaufwendige Einfärbungen und andere "kosmetische" Zusätze wie z.B. Glimmer oder Schieferplättchen kommen in Betracht, da die tatsächlich je Flächeneinheit erforderliche Menge gering gehalten werden kann. Eine abschließende Versiegelungsschicht aus Polyvinylalkohol oder -azetat verbessert das Aussehen und vermeidet das "Kalkausblühen" von Portland-Zement.
Das rasche Oberlächenabbinden der Zementpaste kann auch genutzt werden, um die Zement-Oberflächenschicht abzubürsten, so daß große Füllerteilchen freigelegt werden, um ansprechende Oberflächen, farbige Zuschläge oder Oberflächen mit guten Antirutsch-Eigenschaften und hoher Abriebfestigkeit herzustellen. Bei herkömmlichem Beton erfordert das Freilegen der Zuschlagstoffe normalerweise die Verwendung von Oberflächenverzögerern, um die Zementhydration an der Oberfläche zu verzögern, wodurch sich Wartezeiten und Zusatzkosten ergeben.
Die Erfindung kann auch angewendet werden, wenn eine sehr rasche Beständigkeit gegen Beschädigungen der Oberfläche erforderlich ist, etwa bei der Instandsetzung gepflasterter Oberflächen. Ein flüssiges zementartiges Material mit einem hohen Wassergehalt, das einen hohen Anteil von Beschleunigern enthält, kann verwendet werden, wobei der hohe Wassergehalt anfänglich die chemische Reaktion verzögert, aber nach der Entfernung des Überschußwassers und der Verdichtung der Aushärtungsprozeß stark beschleunigt wird. Die Beschleunigung des Aushärtens des Hauptkörpers des Materials ist teuerer und schwieriger zu kontrollieren. Außerdem erhöht die exotherme Reaktion, die aus der so beschleunigten Zementhydration resultiert, die Tendenz zu früher Wärmespannungsrißbildung, einer weiteren häufigen Ursache von Versagen. Die von einer dünnen Oberflächenbeschichtung freigesetzte Wärme entweicht rasch in die Atmosphäre, und Wärmespannungen werden nicht aufgebaut.
Zusätzlich zur Verwendung von Farben in dem zementartigen Material ist es selbstverständlich möglich, Polymere wie Acryl oder Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR) einzubringen, um der Deckfläche andere Vorteile zu verleihen. Die Verringerung des anfänglichen Wassergehalts ist insbesondere bei Polymeren vorteilhaft, da Polymere dazu tendieren, eine frühe Rißbildung zu begünstigen, was naturgemäß die übrigen Vorteile zunichte machen kann. Die Verringerung des anfänglichen Wassers vermindert die Tendenz zur frühen Rißbildung und stellt gleichzeitig die Vorteile geringerer Leerstellen sicher.
Die Möglichkeit der Verwendung flüssiger zementartiger Aufschwemmungen ermöglicht die Erzielung mehrfarbiger Effekte durch einfaches Auftragen einer dünnen Beschichtung mittels Bürste oder durch Sprühen auf die Oberfläche, wodurch sich ohne weiteres dauerhafte, mehrfarbige künstlerische Gestaltungen in Zement ergeben.
Es ist bekannt, daß das Einbringen von Fasern in zementartige Oberflächen vielfältige Vorteile bringen kann, daß diese jedoch teilweise durch nachteilige Effekte auf die Verarbeitbarkeit zunichte gemacht werden, die durch das Einbringen von Fasern hervorgerufen werden, das die Zugabe größerer Wassermengen notwendig macht, was sich nachteilig auf die Zementmatrix auswirkt. Die Erfindung erlaubt das Einbringen von Fasern bei einem höheren anfänglichen Wassergehalt ohne die daraus folgenden nachteiligen Effekte.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung wird nun anhand eines Beispiels beschrieben. Das Grundmaterial, das dem in der PCT WO91/12218 beschneoenen entspricht, wird in einem trockenen oder halbtrockenen Zustand aufgebracht und verdichtet, wobei das Material eingeebnet und angefeuchtet wird, so daß es eine feste Oberfläche bildet, trotzdem aber noch eine hohe anfängliche Saugwirkung beibehält. Dann wird ein hochverarbeitbares zementartiges Material, d.h. Wasser:Zement = 1:1, auf die Oberfläche aufgestrichen und das Nivellieren und die Verdichtung fortgesetzt, während das Wasser in das Unterlagematerial abgezogen wird, um sicherzustellen, daß die meisten Leerstellen, die sich aus dem Verlust von Wasser ergeben, durch den Verdichtungsprozeß ausgefüllt sind. Dieser Verdichtungsprozeß kann durch Glattziehen der Oberfläche oder Vibration oder Walzen oder andere Mittel zur Verdichtung von Hand oder auf mechanischem Weg oder einer Kombination dieser erfolgen.
Im Fall von dünnen Beschichtungen mit hohem Zementanteil schreitet der Verdichtungsprozeß praktisch von selbst fort, da das Material durch Bürste, Spritzen oder mit der Walze aufgetragen wird, während gleichzeitig das Wasser entfernt wird.
Eine verfrühte Entfernung des Wassers ist kein Problem, da zusätzliches Wasser zugesetzt werden kann, um die Fließfähigkeit wiederherzustellen, und vorausgesetzt, daß auch dieses während des Oberflächenglättungs- und Verdichtungsprozesses in das unterlagematerial abgezogen wird, ist dies in keiner Weise nachteilig für das Material. Bei der herkömmlichen Verarbeitung von zementartigen Materialien wird Nachbenetzen (d.h. die Zugabe von zusätzlichem Wasser zur Wiederherstellung der Verarbeitbarkeit) mit Recht als unerwünscht betrachtet, da es das Verhältnis Wasser:Zement erhöht.
Das zementartige Material für den Oberflächenaufbau kann als trockenes oder halbtrockenes Material auf die Oberfläche aufgebracht werden, z.B. als aufgebürsteter Staubfilm (sehr dünn), und anschließend auf der Oberfläche mit Überschußwasser vermischt werden, um die erforderliche Fließfähigkeit zu erzielen, und das Mischen kann im wesentlichen mit dem Prozeß des Aufstreichens und Verdichtens kombiniert werden. Eine Schwammrolle kann ebenso (und mit weniger Geschick) wie eine Stahikelle mit Erfolg verwendet werden, um das Aufstreichen und das Verdichten abzuschließen. Die obere Schicht des Grundmaterials kann selbst auch in dieser Weise verarbeitet werden, um die glatte und dichte Oberfläche herzustellen, was eine wirksame Möglichkeit zum Fertigverarbeiten trocken oder halbtrocken aufgebrachtet zementartiger Materialien bildet.

SCHLUSSFOLGERUNG

Der Prozeß entfernt sich vollständig von der herkömmlichen Lehre, nach der das Aufbringen nasser zementartiger Materiaien auf poröse Oberflächen mit einer hohen Saugwirkung vermieden werden muß, da dies aufgrund des Verlusts von Wasser, das für die Hydration des Zements benötigt wird, einen nachteiligen Effekt hat, der zu einer Verringerung der Festigkeit und anderer Eigenschaften sowie zu einer erhöhten Tendenz zur frühen Rißbildung führt.
Die Erfindung nutzt diesen Wasserverlust in positiver Weise, um alle Eigenschaften wie z.B. die Festigkeit zu verbessern, die nach dem Stand der Technik verschlechtert werden würden.
Die Erfindung stellt ein Mittel bereit, um feste, harte, undurchlässige, rißbeständige und dauerhafte zementartige Oberflächen zu erzielen.
Des weiteren ermöglicht sie auch, sehr viel ansprechendere, gleichmäßigere, strukturierte, gefärbte u.a. Oberflächen herzustellen.
Der Prozeß ermöglicht es, daß ein zementartiges Material ohne weiteres als freifließende Flüssigkeit aufgebracht und anschließend gleichzeitig mit der Entfernung des Überschußwassers vollständig verdichtet wird. Die Eigenschaften aller zementartigen Materialen sind abhängig von der Verdichtung und der Verringerung von Leerstellen.
Durch den entwickelten Prozeß wurden mindestens acht wünschenswerte Erfindungsziele erreicht:
1. Eine dauerhafte Verschleißoberfläche mit sehr dünnen Querschnitten bis herab zu ungefähr 1 mm.
2. Geringer Schwund mit praktisch völliger Beseitigung des kritischen Anfangsschwunds.
3. Außergewöhnlich niedrige Durchlässigkeit bei hoher Festigkeit, Härte und Dauerhaftigkeit.
4. Das Material kann ausschließlich aus Zement und Füllern bestehen, was hohe Wirtschaftlichkeit bedeutet.
5. Das Material kann leicht als Flüssigkeit oder trockenes Pulver in sehr dünnen Schichten aufgetragen werden.
6. Gute Bindung an zementartige Substrate, wodurch eine im wesentlichen monolithische Einheit entsteht.
7. Rasche Verdichtung und Beständigkeit gegen Eindrücke in der Oberfläche, z.B. durch Fußgängerverkehr.
8. Möglichkeit der Zugabe großer Mengen feiner Füller, ideal für farbige Oberflächen.
9. Zusätzliches Wasser für die Fertigbearbeitung kann ohne nachteilige Wirkung auf das Endergebnis zugegeben werden.
Damit ist ein Bereich von Anwendungen für härtere, gleichmäßigere, weniger durchlässige und dauerhaftere Oberflächen sowie für farbige und dekorative Effekte eröffnet.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen einer dünnen zementartigen Oberflächenbeschichtung, bei dem ein trockenes zementartiges Material durch Hinzufügen von Wasser im Überschuss verarbeitbar gemacht wird, das verarbeitbare Material mit einer Dicke von nicht mehr als 10 mm auf eine poröse Oberfläche eines Substrats mit mindestens der dreifachen Masse des trockenen zementartigen Materials aufgetragen wird, wobei die Oberfläche die Eigenschaft einer hohen Saugwirkung für auf ihr befindliches Wasser aufweist, bewirkt oder zugelassen wird, daß sich das aufgetragene Material auf der Oberfläche verdichtet, und zugelassen wird, daß das verdichtete Material als eine mit der Oberfläche verbundene Beschichtung aushärtet

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das hinzugefügte Wasser ausreicht, um ein Verhältnis Wasser:Zement von mehr als 0,8 zu bewirken.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das hinzugefügte Wasser ausreicht, um das Volumen des trockenen Materials, wenn es verdichtet ist, um mindestens 5 % zu vergrößern.

4. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Dicke weniger als 1 mm beträgt.

5. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, bei dem das Substrat mindestens die zehnfache Masse des trockenen zementartigen Materials aufweist.

6. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Saugwirkung eine Kapillar-Saugwirkung durch die Poren der Oberfläche ist.

7. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Saugwirkung ausreichend ist, so daß im wesentlichen kein Wasser im Material von der porösen Oberfläche wegwandert.

8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem im wesentlichen das gesamte Wasser mindestens so schnell wie die festen Teilchen hin zur porösen Oberfläche wandert

9. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Verdichtung von atmosphärischem Druck unterstützt wird.

10. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Verdichtung ausreicht, um zu bewirken, daß sich die festen Teilchen berühren.

11. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Verdichtung derart ist, daß das Volumen des entwässerten Materials, verglichen mit der nur durch das Entfernen von Wasser erreichten Verringerung, um mindestens 5 % (vorzugsweise 10 %) verringert wird.

12. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, bei dem das Entfernen von Wasser so schnell erfolgt, daß die Hydration zeitweise aufhört, und das für eine nachfolgende Hydration des zementartigen Materials benötigte Wasser durch ein nachfolgendes Anfeuchten nach dem anfänglichen Aushärten des zementartigen Materials bereitgestellt wird.

13. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, bei dem das aufgetragene Material einen oder mehrere Zusätze zum Hervorrufen einer Sichtwirkung enthält.

14. Beschichtung, die durch ein Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch hergestellt ist.

15. Gegenstand, bei dem eine Beschichtung nach Anspruch 14 ein untrennbarer oder wesentlicher Bestandteil ist.