Shigait bildende Bindemittelmischung
Die Erfindung betrifft eine trockene, pulverförmige Bindemittelmischung, die nach Zugabe von Wasser härtet, und deren Verwendung als Baustoff.
In Bau- und Bauhilfsstoffen werden als Bindemittel hauptsächlich Portlandzemente, Calciu sulfate mit unterschiedlichen Kristallwassergehalten, Kalk, Tonerdezemente oder deren Gemische verwendet. Während portlandzementgebundene Baustoffe sich besonders in witterungsbelasteten Bereichen eignen, in denen eine hohe Frost/Tau-Wechselbeständigkeit sowie hohe Beständigkeit gegenüber atmosphärischen Einflüssen erforderlich ist, werden Calciumsulfat und Tonerdezement enthaltende Bauprodukte, bedingt durch deren mangelnde Witterungsbeständigkeit, hauptsächlich im Innenbereich von Gebäuden eingesetzt. Solche Produkte, deren Bindemittel auf Mischungen aus Tonerdezement, Calciumsulfaten, Kalk und/oder Portlandzement beruhen, zeichnen sich aber durch einen besonders hohen Frühfestigkeitsaufbau sowie in geeigneten Formulierungen durch ein hohes Wasserbindungsvermögen und somit einen hohen Selbsttrocknungseffekt aus.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Baustoffe bereitzustellen, welche einerseits witterungsstabil sind und andererseits bei hohen Endfestigkeiten eine hohe Frühfestigkeitsausbildung gestatten und ein hohes Wasserbindungsvermögen aufweisen .
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine pulverförmige Bindemittelmischung, die Calciumaluminatträger in einem Anteil von 50 bis 95 Gew.% und Mangansulfat in einem Anteil von 5 bis 45 Gew.%, jeweils bezogen auf das Gewicht der Bindemittelmischung, enthält. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird diese Aufgabe durch eine Bindemittelmischung gelöst, die anstelle des Calciumaluminats und/oder Calciumaluminatzements Calciumsulfoaluminatzement enthält .
Es hat sich überraschend gezeigt, daß durch die erfindungsgemäße Bindemittelmischung nach Zugabe von Wasser beim Abbinden unter anderem das Mineral Shigait, eine Ca-Mn-Al-K-Na-S03-C02-H20-Verbindung, gebildet wird. Diese Mineral kommt natürlich vor und ist unter anderem beschrieben in The Canadian Mineralogist, Vol. 34, pp 91-97 (1996) . Über geologische Zeiträume hat dieses Mineral seine Beständigkeit gegen atmosphärische Einflüsse bewiesen. Darüber hinaus besitzt dieses Mineral die Eigenschaft, mit 21 Molekülen Wasser auf eine Formeleinheit wesentlich mehr Wasser kristallin zu binden als andere Zementhydratphasen, abgesehen von Ettringit. Ettringit besitzt allerdings den Nachteil einer verminderten Witterungsstabilität .
Überraschend hat sich ferner gezeigt, daß die häufig in der Baustofftechnologie als Abbindeverzögerer benutzten Alkaliglukonate in der erfindungsgemäßen Bindemittelmischung das Abbinden beschleunigen und eine die Festigkeitsentwicklung begünstigende Wirkung besitzen. Als Alkaliglukonat wird vorzugsweise Natriumglukonat verwendet. Alkaliglukonate können in einem Anteil von 0,1 bis 5 Gew.%, vorzugsweise 0,7 bis 2,5 Gew.%, bezogen auf das Gewicht der Bindemittelmischung, eingesetzt sein.
Calciumaluminate können in der erfindungsgemäßen Bindemittelmischung in Form von Tonerdezement als Calciumaluminatträger enthalten sein. Zusätzlich zu Calciumaluminat oder einem Calciumaluminatträger kann der Bindemittelmischung Calciumsulfoaluminatzement zugesetzt sein.
Calciumaluminate können in der erfindungsgemäßen Bindemittelmischung in einem Anteil von mindestens etwa 40 Gew.%, vorzugsweise 60 bis 80 Gew.%, bezogen auf das Gewicht der Bindemittelmischung, enthalten sein. Calciumaluminate können in unterschiedlichen Verhältnissen CaO : A1203 vorliegen.
Mangansulfat kann in dem erfindungsgemäßen Bindemittelgemisch in Form von Wasser enthaltenden oder wasserfreien Mangansulfaten vorliegen. Das Gemisch kann somit beispielsweise Mangangansulfat, Mangansulfathydrat oder deren Gemische enthalten. Mangansulfate lassen sich auch in Form von Reststoffen einsetzen.
Alkaliverbindungen können in einer Menge von 0,1 bis 8 Gew.%, vorzugsweise 0,2 bis 3 Gew.%, bezogen auf das Gewicht der Bindemittelmischung, eingesetzt werden. Besonders bevorzugt ist der Einsatz von Natriumcarbonat .
Die erfindungsgemäße Bindemittelmischung kann ferner Calciumoxid, Calciumhydroxid und/oder ein portlandzementklinkerhaltiges Material enthalten. Letzteres kann in einer Menge von 2 bis 30 Gew.%, vorzugsweise 5 bis 20 Gew.%, bezogen auf das Gewicht der Bindemittelmischung, eingesetzt werden. Das erfindungsgemäß enthaltene Mangansulfat kann teilweise durch Calciumsulfatträger ersetzt sein.
Den erfindungsgemäßen Bindemittelmischungen könen mineralische Füllstoffe zugesetzt sein. Mineralische Füllstoffe umfassen erfindungsgemäß auch mineralische Reststoffe. Zur Steuerung der Abbindegeschwindigkeit können handelsübliche Zementverzögerer und/oder Abbindebeschleuniger eingesetzt werden. Weitere bekannte Additive sind wasserreduzierende Zusätze, die Wasserretention erhöhende oder die Verformbarkeit des Baustoffs in abgebundenem Zustand beeinflussende Zusätze.
Die Erfindung wird nachfolgend durch Beispiele weiter erläutert.
Beispiele
In den Beispielen wurde ein Tonedeschmelzzement der Firma Lafarge Aluminates eingesetzt. Bei dem Portlandzement handelt es sich um die Qualität CEM I 32,5 R.
Festigkeitsbestimmungen wurden an Mörtelprismen mit den Ausmaßen 4 x 4 x 16 cm3 nach unterschiedlichen Lagerungszeiten bei den angegebenen Lagerungsbindungen durchgeführt. Die getesteten Mörtel wurden mit einem Streckungsverhältnis von 1 Gewichtsteil Bindemittel und 4 Gewichtsteilen Sand der Körnung 0 - 8 mm hergestellt. Das Wasser/Bindemittelverhältnis wurde jeweils so gewählt, daß die jeweiligen Frischmörtel gleiche Konsistenz aufwiesen.
Die verwendeten Bindemittelzusammensetzungen sind der Tabelle 1 und die erzielten Biegezugfestigkeit (BZ) und Druckfestigkeiten (DF) der Tabelle 2 zu entnehmen.
Tabel le 1
Bindemittelzusammensetzungen ( in Gew . % )
Komponente/ Tonerde- CEM I CaS04l/2 MnS04H20 Na- sonst . Bindemittel schmelz- 32 , 5 R H20 Glu onat Additive zement
1 63,0 14,0 7 , 6 12,0 2,1 1,3
2 70,0 7,0 19,6 2,1 1,3
3 63,0 14,0 19,6 2,1 1,3
4 64,4 13,3 19,6 1,4 1,3
Tabelle 2
Festigkeitsentwicklung von Mörteln mit Bindemitteln aus Tabelle 1 (BZ = Biegezugfestigkeit, DF = Druckfestigkeit, Lagerungsbedingungen: 23°C/50 % relative Feuchte)
BindemittelWasser/ BZ 1 d BZ 7 d BZ 28 d DF 1 d DF 7 d DF 28 d zusammenBinde(N/mm2) (N/mm2) (N/mm2) (N/mm2) (N/mm2) (N/mm2) setzung mittel
1 0,41 4,3 7,6 8,3 21,7 47,6 53.4
2 0,40 5,4 4,4 5,5 34,5 42,1 44,2
3 0,40 5,5 6,2 6,4 34.1 43,9 48,5
4 0,41 5,6 6,4 7,6 24,8 40,9 46,6
Aus den Tabellen 1 und 2 geht hervor, daß der Einsatz von Tonerdezementbindemitteln, welche Mangansulfat enthalten, hohe Mörtelfestigkeiten erlaubt. Hier bewirkt eine erhöhte Zugabe an Natriumglukonat überraschend eine beachtliche Erhöhung der Frühfestigkeit (vergleiche 1- Tages-Druckfestigkeit von Bindemittel 3 mit Bindemittel 4) .
Die höchste Endfestigkeit wurde mit Bindemittel 1 erzielt; Probekörper auf der Basis dieses Bindemittels
erwiesen sich allerdings nur bedingt witterungsstabil: Nach Frost/Tau- und Wasser/Warm-Wechsellagerung zeigten Mörtel auf der Basis dieses Bindemittels Treiberscheinungen, während die Mörtel auf der Basis der Bindemittel 2 bis 4 diese Lagerungsbedingungen ohne Beschädigung und Festigkeitseinbuße überstanden.
Die Verarbeitungszeit von Bindemitteln, bestehend aus Tonerdezement, Mangansulfat und Portlandzement kann über den Zusatz von Natriumcarbonat gesteuert werden, wie aus Tabelle 3 hervorgeht.
Somit lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Bindemittel sowohl soforttragende Baustoffe als auch solche, die auf eine gewünschte Verarbeitungszeit einstellbar sind, herstellen.
Tabelle 3
Einfluß von Soda auf die Verarbeitungsszeit von MnSo4- haltigen Bindemittelgemischen mit einem Wasser/Feststoffverhältnis von 0 , 3
Komponente Tonerde- MnS04H20 CEM I Na- Soda Verarbei- in Gew . % / schmelz- 32 , 5 R Glukonat tungszeit
Bindemittel zement
I 72,45 13 12,3 2,25 0,0 2 min
II 72,35 13 12,3 2,25 0,1 2 min
III 72,05 13 12,3 2,25 0,4 9 min
IV 71,95 13 12,3 2,25 0,5 20 min
V 71,85 13 12,3 2,25 0,6 35 min