DE69701730T2 - Verfahren zur herstellung von mörtel - Google Patents

Verfahren zur herstellung von mörtel

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Mörtels, welcher einen Anteil an anorganischen Körnern mit einem Durchmesser von < 500 um enthält.
  • Der Begriff Mörtel betrifft ein Gemisch, welches ein Bindemittell einen Füllstoff, vorzugsweise Sand, und Wasser enthält.
  • Es besteht ein Bedarf, Mörtel, z. B. Betonmörtel, mit einem Anteil an anorganischen Körner mit einem Durchmesser von < 500 um, hiernach als Feinanteil bezeichnet, zusammenzumischen. Als ein Ergebnis kann sich der Gesamtfüllstoffgehalt des Produkts, welches aus dem Mörtel hergestellt wurde, wie zum Beispiel Beton oder Kalksandstein, erhöhen und die mechanischen Eigenschaften des Produkts werden verbessert. Dies macht es auch für eine kleinere Menge an Bindemittel, wie zum Beispiel Zement, möglich, dem Mörtel zugegeben zu werden, während das Produkt, welches aus dem Mörtel gebildet wird, noch angemessen gute mechanische Eigenschaften hat.
  • Ein Problem bei der Herstellung von solch einem Mörtel besteht darin, daß der Feinanteil, welcher im allgemeinen getrennt von den anderen Füllstoffen zugegeben wird, sich nur sehr langsam und häufig unvollständig mit anderen Komponenten des Mörtels mischt. Infolgedessen werden die Vorteile, die durch die Zugabe des Feinanteils erzielt werden könnten nicht, oder nur teilweise erzielt. Somit ist es dann wiederum häufig nötig, dem Mörtel ein Übermaß an Bindemittel zuzugeben, wobei die Nachteile sind, daß das aus dem Mörtel hergestellt Produkt weniger dauerhaft ist, an erhöhter Schrumpfung leidet und einen höheren Einkaufspreis hat.
  • Lösungen des oben genannten Problems sind in der Vergangenheit gesucht worden, ohne daß eine Lösung gefunden worden ist, mit der das gewünschte Ergebnis erzielt wurde.
  • Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen eines Mörtels vorzusehen, welches die oben genannten Nachteile nicht aufweist.
  • Diese Ziel wird überraschenderweise dadurch erreicht, daß der Feinanteil im Verfahren gemäß der Erfindung in Form eines granulierten Materials zugegeben wird, welches den anorganischen Körneranteil enthält, welche Körner mit Hilfe eines wasserlöslichen Polymers gebunden sind, um das granulierte Material zu bilden.
  • Dies stellt sicher, daß der Feinanteil schnell und gut gemischt wird, so daß ein homogener Mörtel erhalten wird.
  • Ein weiterer Vorteil ist es, daß das granulierte Material leicht gehandhabt werden kann, wohingegen der Feinanteil als solcher, zum Beispiel feiner Sand, im Grunde genommen unmöglich zu handhaben ist. Wenn er übertragen wird, wird der feine Sand stauben und stellt somit eine Gesundheitsgefahr dar. Darüberhinaus ist der feine Sand sehr kohäsiv und agglomeriert daher und verursacht Verbrückung in dem Trichter eines Speicherbehälters, woraufhin der Sand nicht in der Lage ist, durch den Trichter zu fließen. Das granulierte Material kann im Gegensatz dazu leicht gehandhabt werden, staubt nicht und fließt leicht durch einen Trichter. Ferner kann der Mörtel, welcher den Feinanteil an anorganischen Körnern enthält, in einer einfachen Weise mit Hilfe der dafür bekannten Verfahren und Ausrüstung hergestellt werden, weil das wasserlösliche Polymer, welches die Körner zur Bildung des granulierten Materials bindet, sich in dem Wasser des Mörtels auflöst.
  • EP-A-0 587 383 beschreibt Agglomerate von Zementpartikeln. Die Kohäsion der Partikel in den Agglomeraten ist unzureichend. Ferner offenbart EP-A-0 587 383 weder, noch schlägt es vor, ein Granulat, umfassen einen Feinfüllstoffanteil zu verwenden, um den verbesserten Mörtel der vorliegenden Erfindung zu erhalten.
  • Beispiele für geeignetes Material, aus welchem die anorganischen Körner bestehen können, sind Silikonoxid enthaltende und Calciumcarbonat enthaltende Materialien, wie zum Beispiel Flugasche, Quarz, Hochofenschlacke, Kalkstein und Sand. Die Verwendung von Sand oder Kalkstein wird bevorzugt.
  • Beispiele für wasserlösliche Polymere, welche verwendet werden können, sind Poly(vinylalkohol), Poly(acrylsäure), Poly(methacrylsäure), Poly(vinylacetat), Copolymere, die Monomereinheiten von Vinylalkohol, Acrylsäure, Maleinsäureanhydrid und Vinylacetatcellulose enthalten und ebenso Salze der oben genannten Polymere und Copolymere.
  • Vorzugsweise haben die Körner des Feinanteils einen Durchmesser von < 250 pin, bevorzugterweise < 130 um.
  • Als ein Ergebnis ist das granulierte Material zum Beispiel sehr geeignet zur Verwendung bei der Herstellung von Beton, welcher eine hohe Druckfestigkeit und niedrige Wasserdurchlässigkeit aufweist.
  • Ein in dem Verfahren gemäß der Erfindung eingesetztes granuliertes Material löst sich vorzugsweise sehr schnell in Was ser. Würde das granulierte Material seine Konsistenz über einen sehr langen Zeitraum während des Herstellungsprozesses des Zementmörtels beibehalten, nachdem das granulierte Material in das Gemisch aus Wasser und anderen Komponenten zugegeben und gemischt worden ist, würde dies den Herstellungsprozeß unnötig verzögern. Vorzugsweise löst sich das granulierte Material innerhalb von 600 Sekunden in Wasser von 23ºC, bevorzugterweise innerhalb von 300 Sekunden und insbesondere bevorzugt innerhalb von 60 Sekunden auf.
  • Insbesondere bevorzugt löst sich ein granuliertes Material, das in dem Verfahren gemäß der Erfindung verwendet wird, so schnell in Wasser auf, daß das granulierte Material zuerst vollständig und homogen in dem Mörtel gemischt wird, bevor sich das granulierte Material auflöst. Als ein Ergebnis wird ein hochgradig homogener Mörtel erhalten, welcher keine Agglomerate des Feinanteils, oder nur sehr wenige davon enthält. Zusätzlich sieht dies ein sehr schnelles Mischverfahten vor.
  • Die Schnelligkeit, mit welcher sich das granulierte Material auflöst, kann beeinflußt werden, zum Beispiel durch die Wahl des wasserlöslichen Polymers, des Durchmessers des granulierten Materials und der Menge an wasserlöslichem Polymer, die in dem granulierten Material enthalten ist, basierend auf dem Feinanteil an anorganischen Körnern.
  • Sehr gute Ergebnisse werden erhalten, falls das granulierte Material sich nach 2 Sekunden, bevorzugterweise nach 5 Sekunden, insbesondere bevorzugt nach 10 Sekunden noch nicht in Wasser von 23ºC aufgelöst hat. Die Zeit, nach welcher sich das granulierte Material in Wasser aufgelöst hat, wird bestimmt durch 95 Gramm Wasser bei 23ºC in einem Glasbecher mit einem Volumen von 250 ml und einem Durchmesser von 66 mm, welches mit einem zylindrischen Magnetrührer mit einem Durchmesser von 8 mm und einer Länge von 40 mm gerührt wird, wobei die Rührgeschwindigkeit 625 Umdrehungen pro Minute beträgt, 5 Gramm des granulierten Materials zu dem Wasser zugegeben werden und dann die Zeit bestimmt wird, bei welcher sich das granulierte Material komplett aufgelöst hat.
  • Im Verfahren gemäß der Erfindung wird die Verwendung von einem granulierten Material, welches eine Stärke von mindestens 30 N, vorzugsweise mindestens 40 N und bevorzugterweise mindestens 50 N hat, bevorzugt. Da solch ein granuliertes Material leicht Kräften widersteht, welche beispielsweise auf das granu lierte Material während Lagerung, Transport und während der Zugabe ausgeübt werden, wird sichergestellt, daß das granulierte Material in dem Verfahren sein Konsistenz gut beibehält und nicht unter Krümeln oder Abreibung leidet, welches wiederum Probleme entstehen lassen kann, welche sich während der Verwendung eines Feinanteils zeigen, welcher nicht die Form des granulierten Materials hat.
  • Die Stärke des granulierten Materials wird bestimmt, in dem eine Granalie zwischen zwei parallele ebene Platten positioniert wird, die Platten aufeinanderzu in senkrechter Richtung zu den Platten bewegt werden, bis die Granalie nachgibt, die Kraft gemessen wird, welche auf die Platten ausgeübt werden muß, man dies für 10 Körner der granulierten Materialzusammensetzung durchführt und der Mittelwert der 10 gemessenen Kräfte berechnet wird.
  • In dem Verfahren gemäß der Erfindung wird die Verwendung eines granulierten Materials bevorzugt, in welchem das verwendete wasserlösliche Polymer das Salz eines Polymers ist, welches Monomereinheiten von Styrol und von Maleinsäureanhydrid (SMA- Polymer) enthält. Solch ein granuliertes Material hat eine vorteilhafte Auflösungsrate und gute Stärke. Die Verwendung des Natriumsalzes oder Kaliumsalzes des SMA-Polymers wird bevorzugt. Das Salz des SMA-Polymers kann auf eine einfache Weise hergestellt werden, indem man das Polymer, vorzugsweise als Pulver, zum Beispiel bei einer Temperatur von 20-150ºC und einem Druck von 1-10 bar mit einer Lösung aus Natriumhydroxid oder Kaliumhydroxid verbindet, und das so erhaltene Gemisch dann gerührt wird, bis sich das Polymer in Form des Salzes gelöst hat.
  • Das SMA-Polymer kann mit Hilfe von einem der bekannten Verfahren hergestellt werden, wie zum Beispiel in Hanson und Zimmermann, Ind. Eng. Chem. Vol. 49, Nr. 11 (1957), pp. 1803-1807 beschrieben.
  • Das SMA-Polymer enthält zum Beispiel 10-50 Mol-% Maleinsäureanhydrid-Monomereinheiten. Vorzugsweise enthält das SMA- Copolymer 15-50 Mol-%, bevorzugterweise 20-45 Mol-% Maleinsäureanhydrid-Monomereinheiten. Zusätzlich zu den Monomereinheiten von Styrol und Maleinsäureanhydrid kann das SMA-Polymer Monomereinheiten von beispielsweise Acrylsäure, Methacrylsäure, einem Ester dieser Säuren, Acrylnitril, &alpha;-Methylstyrol usw. enthalten. Durch die Anwesenheit der Acrylsäuren, insbesondere falls der Gehalt an Maleinsäureanhydrid-Monomereinheit relativ niedrig ist, wird die Wasserlöslichkeit des SMA-Polymers und des Salzes des SMA-Polymers noch weiter verbessert.
  • Die intrinsische Viskosität des SMA-Polymers beträgt zum Beispiel 0,2-0,8 dl/g. Vorzugsweise beträgt die intrinsische Viskosität 0,3-0,6 dl/g, weil daraus eine Lösung hergestellt werden kann, welche für die Verwendung bei der Herstellung des granulierten Materials sehr geeignet ist. So kann eine Lösung mit einer relativ hohen Konzentration des SMA-Polymers hergestellt werden, welche noch eine ausreichend niedrige Viskosität aufweist.
  • Vorzugsweise umfaßt das SMA-Polymer 20-50 Mol-% Maleinsäureanhydrid-Monomereinheiten und 80-50 Mol-% Styrol-Monomereinheiten und die intrinsische Viskosität beträgt 0,3-0,6 dl/g.
  • Das granulierte Material kann hergestellt werden, in dem man die anorganischen Körner mit einer Lösung aus dem wasserlöslichen Polymer in Wasser mischt, zum Beispiel in einem Mischungsverhältnis von 1-4,5 Gewichtsteilen des wasserlöslichen Polymers, 10-30 Gewichtsteilen Wasser und 100 Gewichtsteilen anorganischer Körner, das so erhaltene Gemisch dann getrocknet wird, zum Beispiel indem das Gemisch in einem Ofen auf eine Temperatur von 60-90ºC erhitzt wird und das trockene Gemisch gemahlen wird, um das granulierte Material herzustellen. Vorzugsweise wird das Gemisch in einem Rotationsofen oder auf einer Granulierscheibe getrocknet, wobei das granulierte Material direkt während des Trocknens gebildet wird.
  • Vorzugsweise wird das granulierte Material durch Mahlen von grobem Sand in feinen Sand hergestellt, welcher dann eingesetzt wird, um das oben genannte Verfahren durchzuführen. Dies hat den Vorteil, daß nach Mahlen nur eine kleine Anzahl an Arbeitsvorgängen durchgeführt werden muß, die den feinen Sand als solchen einbeziehen und der feine Sand nicht aus der Umgebung mit Hilfe von komplizierten Techniken extrahiert werden muß. Noch ein weiterer Vorteil ist, daß es so möglich ist, einen sehr reinen Feinanteil zu erhalten. Das granulierte Material kann verschiedene Formen und Größen haben. Vorzugsweise hat das granulierte Material einen massegemittelten Korndurchmesser von 1-30 mm, bevorzugterweise von 2-10 mm. Bevorzugterweise sind die Granalien monodispers, so daß sich die Körner mit der gleichen Geschwindigkeit auflösen.
  • Das granulierte Material gemäß der Erfindung kann im allgemeinen in jedem bekannten Betonmörtel verwendet werden.
  • Gute Ergebnisse werden erzielt, falls 1 m³ Mörtel mit 20- 459 kg des granulierten Materials vermischt wird.
  • Zusätzlich kann der Mörtel die anderen für Mörtel üblichen Komponenten enthalten, wie zum Beispiel Zement oder ungelöschten Kalk als ein Bindemittel, groben Sand mit einem Durchmesser bis zu 2 mm und Partikel mit einem Durchmesser größer als 2 mm, wie zum Beispiel Kies, Körner von Kalkstein und von Granit. Der Mörtel kann auch Hilfsstoffe enthalten. Hilfsstoffe sind Substanzen, welche die Verarbeitungsmerkmale des Mörtels und/oder Eigenschaften des aus dem Mörtel hergestellten Produkts beeinflussen. Beispiele für Hilfsstoffe sind Beschleuniger, Verzögerer, Weichmacher, Farbstoffe und ähnliches.
  • Beispiele für Mörtel sind Betonmörtel, Mauerwerkmörtel, Mörtel für Reparaturen, Mörtel für die Herstellung von Kalksandstein, Bentonitmörtel, Gipsmörtel, Fugenmörtel, Kalkmörtel.
  • Die Zusammensetzung und die Herstellung von Betonmörtel wird zum Beispiel in Fibre reinforced cements and concretes (1989), ISBN 1-85166-415-7 und Structurally chemically stable polymer concretes (1971), ISBN 0-7065-1137-9 beschrieben.
  • Der Proportionierungsablauf, die Mischausrüstung und die anderen Bedingungen bei der Herstellung von Mörtel sind den Fachleuten bekannt und hängen beispielsweise von der Art des Mörtels ab.
  • Der Mörtel kann zum Beispiel durch Einführen von Wasser mit oder ohne einer oder mehreren der anderen Komponenten des Mörtels in einen Mischer und Mischen hergestellt werden, die Granalien werden dann zugeben und das Gemisch weiter gemischt, bis sich das wasserlösliche Polymer aufgelöst hat und der Feinanteil homogen im ganzen Gemisch dispergiert ist und die anderen Komponenten des Mörtels dann, falls passend, dem Gemisch zugegeben werden.
  • Es ist ebenfalls möglich, die trockenen Komponenten des Mörtels und das granulierte Material in dem Mischer vorzumischen und das Wasser danach zuzugeben. Die Erfindung betrifft auch das granulierte Material, welches bei der Herstellung des Mörtels gemäß der Erfindung eingesetzt wird.
  • Vorzugsweise enthält das granulierte Material zusätzlich zu dem Feinanteil eine oder mehrere Hilfsstoffe. Somit ist es nicht länger nötig, die Hilfsstoffe getrennt zuzuteilen.
  • Es ist möglich, daß das granulierte Material zusätzlich zu den anorganischen Körnern des Feinanteils auch andere anorganische Körner enthält, obwohl dies nicht bevorzugt wird. Somit ist es möglich, daß im Verlauf der Herstellung des Feinanteils, zum Beispiel durch Mahlen von grobem Sand, daß ein Anteil der so hergestellten Körnermasse nicht nur den Feinanteil enthält, sondern auch Körner mit einem größeren Durchmesser, welche in das granulierte Material zusammen mit dem Feinanteil eingeführt werden. Vorzugsweise bestehen mindestens 70 Gew.-%, bevorzugterweise mindestens 90 Gew.-% der Gesamtmasse an anorganischen Körnern, die in dem granulierten Material enthalten sind, aus dem Feinanteil.
  • In noch einer weiteren verbesserten Ausführungsform haben mindestens 95 Gew.-% der anorganischen Körner, die in dem granulierten Material enthalten sind, einen Durchmesser von < 500 um, vorzugsweise < 250 um, noch bevorzugterweise einen Durchmesser zwischen 2 und 130 um.
    • Beispiel I
  • Grober Sand mit einem Körnerdurchmesser von 0,5-3 mm wurde zu feinem Sand mit einem Partikeldurchmesser von 3-100 um gemahlen.
  • In einem gerührten Kessel werden 100 Gramm eines Pulvers aus SMA-Polymer, bestehend aus 66 Mol-% Styrol-Monomereinheiten und 34 Mol-% Maleinsäureanhydrid-Monomereinheiten und mit einer intrinsischen Viskosität von 0,57 dl/g, 0,9 Liter Wasser und 39 Gramm Kaliumhydroxid bei einer Temperatur von 80ºC gerührt, bis sich das SMA-Polymer gelöst hatte und sich das Salz des SMA- Polymers gebildet hatte.
  • In einem 10-Liter-Kessel wurden 5 kg des feinen Sandes bei Raumtemperatur über einen Zeitraum von 5 Minuten mit 1 l Wasser und 100 g von dem Salz des SMA-Polymers gemischt. Das so erhaltene Gemisch wurde dann in einem Heißluftofen bei 80ºC getrocknet.
  • Das trockene Gemisch wurden dann mit Hilfe einer Kaffeemühle gemahlen, um ein granuliertes Material mit einem Körnerdurchmesser von 1-3 mm herzustellen.
  • Bei 23ºC wurden 95 Gramm Wasser in einem Glasbecher mit einem Volumen von 250 ml und einem Durchmesser von 66 mm mit einem zylindrischen Magnetrührer mit einer Länge von 40 mm und einem Durchmesser von 8 mm bei einer Rührgeschwindigkeit von 625 Umdrehungen pro Minute gerührt, wobei ein Rührer verwendet wurde, der von Janke und Kunkel aus Deutschland vom Typ ES5 geliefert wurde. Das Wasser wurde mit 5 Gramm des granulierten Materials vermischt. Das granulierte Material hatte sich nach Rühren für 60 Sek. komplett aufgelöst.
  • Mit Hilfe eines Standardverfahrens wurde das granulierte Material in einen Betonmörtel (3 kg granuliertes Material pro 50 kg Betonmörtel) gemischt.
  • Das granulierte Material konnte schnell und gleichförmig überall in dem Betonmörtel in dem Mischer dispergiert werden. Dann löste sich das granulierte Material schnell auf und ein homogener Mörtel wurde erhalten, welcher keine Agglomerate von feinem Sand enthielt.
  • Die Druckfestigkeit wurde gemessen, in dem jeweils eine Granalie zwischen zwei parallele ebene Edelstahlplatten plaziert wurde, die Platten aufeinanderzu in Richtung senkrecht zu den Platten bewegt wurden, bis die Granalie nachgab, wobei die Kraft, die auf die Platten ausgeübt werden mußte, gemessen wurde, dies wurde für 10 Körner mit einem Durchmesser zwischen 5,6 und 8 mm aus der Masse des granulierten Materials durchgeführt und der Mittelwert der 10 gemessenen Kräfte wurde berechnet. Die Stärke betrug 76 N.
    • Beispiel II
  • Wie in Beispiel I, außer daß das SMA-Polymer durch eine Poly(acrylsäure) mit einer massegemittelten Molekülmasse von 130000 kg/kmol ersetzt wurde.
  • Die Zeit, die benötigt wurde, bis sich das granulierte Material in Wasser auflöste, wurde wie in Beispiel I beschrieben gemessen. Die Zeit betrug 120 Sek. Die Stärke des granulierten Materials betrug 80 N.
    • Beispiel III
  • Wie in Beispiel I, außer daß das SMA-Polymer durch PVA S40 (Poly(vinylacetat)) ersetzt wurde.
  • Nach Mahlen wurde eine Zusammensetzung aus 95 Gew.-% granuliertem Material und 5 Gew.-% losem feinen Sand erhalten.
  • Die Zeit, die benötigt wurde, bis sich das granulierte Material in Wasser auflöste, wurde wie in Beispiel I beschrieben gemessen. Die Zeit betrug 20 Min. Die Stärke des granulierten Materials betrug 53 N.

Claims (10)

1. Verfahren zum Herstellen eines Mörtels, welcher einen Feinfüllstoffanteil an anorganischen Körnern mit einem Durchmesser von < 500 um enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil, der die anorganischen Körner enthält, in Form eines granulierten Materials zugegeben wird, welches die anorganischen Körner enthält, welche mit Hilfe eines wasserlöslichen Polymers gebunden sind, um das granulierte Material zu bilden.
2. Verfahren zum Herstellen eines Mörtels gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der verwendete Feinfüllstoffanteil an anorganischen Körnern Sand und/oder Kalkstein ist.
3. Verfahren zum Herstellen eines Mörtels gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die anorganischen Körner einen Durchmesser von < 250 um haben.
4. Verfahren zum Herstellen einen Mörtels gemäß einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß ein granuliertes Material verwendet wird, welches sich innerhalb von 600 Sekunden in Wasser von 23ºC auflöst.
5. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein granuliertes Material verwendet wird, welches sich innerhalb von 300 Sekunden in Wasser von 23ºC auflöst.
6. Verfahren zum Herstellen eines Mörtels gemäß einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß ein granuliertes Material verwendet wird, welches sich nach 2 Sekunden in Wasser von 23ºC auflöst.
7. Verfahren zum Herstellen eines Mörtels gemäß einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß ein granuliertes Material verwendet wird, welches sich nach 5 Sekunden in Wasser von 23ºC auflöst.
8. Verfahren zum Herstellen eines Mörtels gemäß einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß ein granuliertes Material verwendet wird, welches eine Stärke von mindestens 30 N hat.
9. Verfahren zum Herstellen eines Mörtels gemäß einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß ein granuliertes Material verwendet wird, in welchem das wasserlösliche Polymer das Salz eines Polymers ist, welches Monomereinheiten von Styrol und von Maleinsäureanhydrid enthält.
10. Verfahren zum Herstellen eines Mörtels gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Natriumsalz oder Kaliumsalz verwendet wird.
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