WO2011134783A1 - Alkali-aktiviertes alumosilikat-bindemittel enthaltend glasperlen - Google Patents

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WO2011134783A1 PCT/EP2011/055702 EP2011055702W WO2011134783A1 WO 2011134783 A1 WO2011134783 A1 WO 2011134783A1 EP 2011055702 W EP2011055702 W EP 2011055702W WO 2011134783 A1 WO2011134783 A1 WO 2011134783A1
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alkali
glass
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Florian Ellenrieder
Michael Mc Ilhatton
Adolf Hagner
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Construction Research & Technology Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to a mixture comprising an alkali-activated aluminosilicate binder which, after curing, contains at least 25% by weight of glass beads, a process for preparing the mixture and the use of the mixture according to the invention as grouts.
  • Alkali-activated aluminosilicate binders are cementitious materials formed by reacting at least two components.
  • the first component is a reactive solid component containing S1O2 and Al2O3, e.g. As fly ash or metakaolin.
  • the second component is an alkaline activator, e.g. Sodium water glass or sodium hydroxide. In the presence of water it comes through the contact of the two components for hardening by formation of an aluminosilicate, amorphous to semi-crystalline network, which is water resistant.
  • the process of hardening takes place in solutions with pH values above 12 and differs from the hydration process of inorganic binders, such as e.g. of Portland cement.
  • inorganic binders such as e.g. of Portland cement.
  • This process which takes place predominantly via the "solution”
  • an incorporation of Al atoms (and probably also the Ca and Mg atoms) into the original silicate lattice of the reactive solid component takes place.
  • the properties of the products produced by this method are in particular depending on the concentration of the alkaline activator and the moisture conditions.
  • Alkali-activated aluminosilicate binders were studied by Glukhovsky in the 1950s. The industry's interest in these binders has increased significantly in recent years due to the interesting properties of these systems. Alkali-activated aluminosilicate binders allow strengths that can exceed those of standard portland cements. Furthermore, these systems cure very quickly and have a very high chemical resistance and temperature resistance.
  • EP 1 236 702 A1 describes, for example, a water-glass-containing building material mixture for the production of chemical-resistant mortars based on a latently hydraulic binder, water glass and metal salt as a control agent. Granulated blastfurnace slag can also be used as a latent hydraulic component.
  • WO 2008/017414 A1 describes a pumpable geopolymer formulation for oilfield applications.
  • the formulation is characterized by a controllable thickening and curing time, which is maintained over a wide temperature range.
  • the use of glass beads is also proposed.
  • EP 1 666 430 A1 describes a joint filling material, in particular joint mortar, which comprises a binder and an aggregate, wherein the aggregate consists essentially of glass beads.
  • the binders are above all transparent binders, such as epoxy resins or acrylates used.
  • the joint filler is relatively easy to process and clean.
  • Dirt-repellent and easy-to-clean surfaces are of great interest in many applications.
  • the dirt-repellent surfaces used according to the prior art can be both superhydrophobic and superhydrophilic.
  • the contact surface and thus the adhesion between the surface and the particles or water lying on it are reduced so much that it comes to self-cleaning. This property is also known as lotus effect.
  • the surface is designed so that an extremely high surface energy (high adhesion) occurs and the water edge angle is less than 1 °.
  • high adhesion high adhesion
  • water edge angle is less than 1 °.
  • water is distributed over a large area on the surface, so that dirt can be undermined and thus easily dissolves. This allows dirt to be easily rinsed off the surface.
  • Exemplary for the production of hydrophilic surfaces is the application of finely crystalline titanium dioxide (anatase modification) to ceramic surfaces.
  • the known hydrophilic and hydrophobic systems often have only a limited mechanical resistance, which limits their duration of action.
  • the present invention therefore an object of the invention to provide a binder system available, which forms a surface after curing with very low tendency to contamination.
  • the surface should still be easy to clean, and the effect of low soiling tendency should be maintained over a long period of time.
  • the binder system should be easy to process and have a high strength after curing.
  • the Inventive binder system suitable as joint filling material and grout in particular.
  • a mixture comprising an alkali-activated aluminosilicate binder, which after hardening at least 25 wt .-% glass beads, preferably at least 35 wt .-% glass beads, in particular at least 45 wt .-% glass beads, especially preferably at least 55 wt .-% glass beads based on the total mass.
  • an alkali-activated aluminosilicate binder which after hardening at least 25 wt .-% glass beads, preferably at least 35 wt .-% glass beads, in particular at least 45 wt .-% glass beads, especially preferably at least 55 wt .-% glass beads based on the total mass.
  • aluminosilicate from the series of natural aluminosilicates and / or synthetic see aluminosilicates, in particular blastfurnace, microsilica, trass, oil shale, metakaolin, fly ash, in particular of type C and type F, blast furnace slag , aluminum-containing silica fume, pozzolans, basalt, clays, marls, andesites, diatomaceous earth, kieselguhr or zeolites, particularly preferred are blastfurnaceous flour, fly ash, microsilica, slag, clay and metakaolin.
  • the binder according to the invention contains this solid component preferably in an amount of 5 to 70 wt .-%, preferably from 10 to 50 wt .-%, and in particular from 15 to 30% by weight, which may also be mixtures.
  • the ratio of silicon to aluminum atoms is of great importance.
  • a ratio of silicon to aluminum atoms between 30 and 1, 0 has proved to be advantageous, with a ratio between 6 and 1, 5 and in particular between 1, 8 and 2.2 and between 4.7 and 5.3 is preferred.
  • an alkaline activator is a compound from the series sodium water glass, potassium water glass, lithium water glass, ammonium water glass, sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium carbonate, potassium carbonate, alkali metal sulphates, sodium metasilicate, potassium metasilicate, preferably potassium waterglass.
  • the alkaline activator is preferably contained in an amount of from 0.1 to 50% by weight, preferably from 2 to 25% by weight, and more preferably from 5 to 20% by weight, and they are also mixtures of these compounds can act.
  • the shape of the glass beads is not subject to any significant restrictions. These may, for example, have an elliptical, teardrop or spherical shape, the glass beads preferably having a smooth surface.
  • the glass beads are preferably full-glass beads, in particular solid glass beads. Glass beads with a diameter between 0.01 and 5 mm, in particular between 0.05 and 2 mm, particularly preferred between 0.1 and 1 mm, have proven to be particularly suitable. In the case of non-spherical glass beads, the diameter refers to the largest measurable diameter of the bead. Preferably, a mixture of glass beads with different diameters is used to achieve the smoothest possible surface.
  • the glass material used is not particularly limited as long as it is compatible with the binder. In particular, A, C, E and AR glass are suitable as the glass. Particularly suitable is E and AR glass.
  • the system according to the invention may additionally contain at least one filler, plastic, additive and / or pigment component.
  • Curing accelerators such as aluminum phosphate, defoamers, rheology modifiers and dispersing aids are also suitable as additive components.
  • the total mixture preferably contains from 0.01 to 50% by weight, at least one of these further constituents, and in particular from 0.3 to 30% by weight.
  • the plastic component is in particular redispersible polymer powder or, in the case of 2K binders, also liquid dispersions, which are preferably composed of at least one member of the series vinyl acetate, acrylate, styrene, butadiene, ethylene, versatic acid vinyl ester, urea-formaldehyde condensation products and Melamine-formaldehyde condensation products are constructed, and for example polyethylene fibers or polypropylene fibers.
  • titanium dioxide can be used as the pigment component.
  • the fillers include rock powder, basalts, clays, feldspar, mica flour, glass flour, quartz sand or quartz powder, Bauxitmehl, alumina hydrate and wastes of alumina, Bauxit-, or corundum, ashes, slags, amorphous silica, limestone and mineral fiber materials in question , Also light fillers such as perlite, kieselguhr (diatomaceous earth), expanded mica (vermiculite) and foam sand can be used. Fillers from the series limestone, quartzes and amorphous silica are preferably used.
  • the mixture according to the invention contains between 2 and 60% by weight of water, and in particular from 5 to 40% by weight.
  • plasticizers and / or superplasticizers can also be added to the system. In particular, amounts of 0.1 to 3 wt .-% are to be regarded as preferred.
  • the mixture according to the invention is also suitable for use in conjunction with inorganic or hydraulic or mineral binders, such as cement, in particular Portland cement, Portland slag cement, Portland silica dust cement, Portland pozzolana cement, Portland fly ash cement, Portland slate cement, Portland limestone cement, Portland composite cement, blast-furnace cement, pozzolanic cement, composite cement Cement with low hydration heat, Cement with high sulphate resistance, Cement with low effective alkali content and quicklime, gypsum (a - hemihydrate, ß-hemihydrate, ⁇ / ß-hemihydrate) and anhydrite (natural anhydrite, synthetic anhydrite, REA-anhydrite).
  • cement in particular Portland cement, Portland slag cement, Portland silica dust cement, Portland pozzolana cement, Portland fly ash cement, Portland slate cement, Portland limestone cement, Portland composite cement, blast-furnace cement, pozzolanic cement, composite cement Cement with low hydration heat, Cement with high
  • the amount ratio of the alkali-activated inorganic binder used to the inorganic or hydraulic or mineral see binder can be varied within wide ranges. In particular, ratios of 1: 100 to 100: 1, preferably 1: 20 to 20: 1 and in particular 3: 1 to 1: 3 have proved to be advantageous.
  • the system preferably contains no further inorganic or hydraulic or mineral binders.
  • the mixture according to the invention comprising an alkali-activated aluminosilicate binder contains the following components:
  • the mixture contains
  • Another object of the present invention is a process for the preparation of a mixture according to the invention containing an alkali-activated aluminosilicate binder.
  • the process according to the invention is characterized in that the reactive solid component, the alkaline activator, glass beads and water and optionally further components are homogeneously mixed with one another.
  • the order of addition of the components is not critical, but it has proved advantageous to introduce water and the alkaline activator and then add the reactive Feststoffkomponente and the glass beads.
  • the process can be carried out both batchwise and continuously, with static mixers, extruders, Rilem mixers and drills with stirring attachments being suitable as apparatus.
  • the binder is activated, resulting in the hardening of the mortar.
  • the mixture according to the invention only has to be homogeneously mixed with water.
  • the mixture according to the invention comprising an alkali-activated aluminosilicate binder is preferably used as a joint filler and, in particular, jointing mortar.
  • Another object of the present invention is thus a grout based on an alkali-activated aluminosilicate binder, which after curing at least 25 wt .-% glass beads, preferably at least 35 wt .-% glass beads, in particular at least 45 wt .-% glass beads , Particularly preferably at least 55 wt .-% glass beads based on the total mass.
  • the mixture described above is usually mixed with other components such as fillers, latent hydraulic substances and other additives.
  • the addition of the powdered alkaline activator is preferably carried out before the said components are mixed with water, so that a so-called dry mortar is prepared.
  • the alkaline activation component is in powder form, preferably as a mixture with the reactive solid component, glass beads and optionally fillers (1 K system).
  • the aqueous alkaline activator may be added to the other powdered components. But it is also possible to first mix the powdered components with water and then add the alkaline activator. In these cases one speaks then of a two-component binder system (2-K system).
  • the present invention claims the use of glass beads in a grout, which comprises an alkali-activated aluminosilicate binder, to reduce the tendency to foul the joint produced.
  • the mixture according to the invention can also be advantageously used as a screed, coating, plaster, paint, road marking and in particular as an anti-graffiti coating.
  • Another object of the present invention is a cured product comprising the inventive mixture containing an alkali-activated aluminosilicate binder and at least 25 wt .-% glass beads based on the total mass.
  • the mixture according to the invention is preferably cured at between -10 and 90.degree. Depending on the composition, very good strengths are achieved after just a few hours, so that the manufactured articles, in particular joints, in most cases ensure almost full load after just 4 to 10 hours.
  • the cured product is a joint filling.
  • the inventive system has good processability and the cured product has a super hydrophilic surface as well as a high chemical resistance, durability and temperature resistance.
  • the low soiling tendency of the surfaces remains virtually unchanged over a very long period of time.
  • joints which are produced from the mixture according to the invention have a good surface appearance.
  • the same number of drops of the stain former are applied per sample surface.
  • the stain former is left on the soiled surface for 10 minutes.
  • the thus treated plates are then stored under water for 10 minutes. After removal from the water bath, the grouted tile surfaces are freed by pouring off excess water and the degree of contamination is assessed. In an additional step, any residual soiling residues can be cleaned with a hand brush.
  • the assessment of the removability of the test medium can be carried out in the following stages:
  • the glass beads used here have a diameter of 0.01 mm - 0.75 mm.
  • Commodities Ex1 Ex2 Commodities Ex1 Ex2
  • Solids content 40%) 350 350 200 250 350 350

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Mischung enthaltend ein alkali-aktiviertes Alumosilikat-Bindemittel, wobei diese nach dem Aushärten mindestens 25 Gew.-% Glasperlen bezogen auf die Gesamtmasse enthält. Das ausgehärtete Produkt weist eine Oberfläche mit sehr geringer Anschmutzneigung auf, welche leicht zu reinigen ist. Es wird ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Mischung sowie deren Verwendung als Fugenfüller offenbart.

Description

Alkali-aktiviertes Alumosilikat-Bindemittel enthaltend Glasperlen Beschreibung Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mischung enthaltend ein alkali-aktiviertes Alumosilikat-Bindemittel, welches nach dem Aushärten mindestens 25 Gew.-% Glasperlen enthält, ein Verfahren zur Herstellung der Mischung sowie die Verwendung der erfindungsgemäßen Mischung als Fugenmörtel. Alkali-aktivierte Alumosilikat-Bindemittel sind zementartige Materialien, die durch Umsetzung von mindestens zwei Komponenten gebildet werden. Bei der ersten Komponente handelt es sich um eine reaktive Feststoffkomponente, welche S1O2 und AI2O3 enthält, z. B. Flugasche oder Metakaolin. Die zweite Komponente ist ein alkalischer Aktivator, z.B. Natrium-Wasserglas oder Natriumhydroxid. In Gegenwart von Wasser kommt es durch den Kontakt der beiden Komponenten zur Erhärtung durch Bildung eines alumosilikatischen, amorphen bis teilkristallinen Netzwerkes, welches wasserbeständig ist.
Der Prozess der Erhärtung erfolgt in Lösungen mit pH-Werten über 12 und unterschei- det sich vom Hydratationsprozess anorganischer Bindemittel, wie z.B. des Portlandzements. Bei diesem Prozess, der vorwiegend über die„Lösung" stattfindet, erfolgt ein Einbau von AI-Atomen (und wahrscheinlich auch der Ca-, Mg-Atome) in das ursprüngliche Silikatgitter der reaktiven Feststoffkomponente. Die Eigenschaften der nach dieser Methode hergestellten Produkte sind insbesondere von der Konzentration des alka- lischen Aktivators und den Feuchtigkeitsverhältnissen abhängig.
Alkali-aktivierte Alumosilikat-Bindemittel wurden bereits in den 1950er Jahren von Glukhovsky untersucht. Das Interesse der Industrie an diesen Bindemitteln hat aufgrund der interessanten Eigenschaften dieser Systeme in den vergangenen Jahren beträchtlich zugenommen. Alkali-aktivierte Alumosilikat-Bindemittel gestatten Festigkeiten, die jene von Standardportlandzementen übersteigen können. Weiterhin härten diese Systeme sehr schnell aus und weisen eine sehr hohe Chemikalienresistenz und Temperaturbeständigkeit auf. EP 1 236 702 A1 beschreibt beispielsweise eine Wasserglas enthaltende Baustoffmischung für die Herstellung von chemikalienbeständigen Mörteln auf Basis eines latent hydraulischen Bindemittels, Wasserglas sowie Metallsalz als Steuerungsmittel. Als latent hydraulischer Bestandteil kann dabei auch Hüttensand eingesetzt werden. Als Metallsalz werden Alkalisalze genannt und eingesetzt. Einen Überblick hinsichtlich der als alkalisch-aktivierbare Alumosilikatbindemittel in Frage kommenden Substanzen gibt die Literaturstelle Alkali-Activated Cements and Concretes, Caijun Shi, Pavel V. Krivenko, Deila Roy, (2006), 30-63 und 277-297. WO 2008/017414 A1 beschreibt eine pumpbare Geopolymer-Formulierung für Ölfeld- Anwendungen. Die Formulierung zeichnet sich durch eine kontrollierbare Verdickungsund Aushärtungszeit aus, welche über einen weiten Temperaturbereich erhalten bleibt. Neben zahlreichen anderen Füllstoffen wird auch der Einsatz von Glasperlen vorgeschlagen.
EP 1 666 430 A1 beschreibt ein Fugenfüllmaterial, insbesondere Fugenmörtel, welches ein Bindemittel und einen Zuschlagstoff umfasst, wobei der Zuschlagstoff im Wesentlichen aus Glasperlen besteht. Bei den Bindemitteln kommen vor allem transparente Bindemittel, wie etwa Epoxidharze oder Acrylate zum Einsatz. Der Fugenfüller lässt sich relativ leicht verarbeiten und reinigen.
Schmutzabweisende und leicht zu reinigende Oberflächen sind in vielen Anwendungsbereichen von großem Interesse. Die nach dem Stand der Technik eingesetzten schmutzabweisenden Oberflächen können sowohl superhydrophob als auch su- perhydrophil sein. Im Fall der superhydrophoben Oberflächen wird die Kontaktfläche und damit die Adhäsionskraft zwischen Oberfläche und auf ihr liegenden Partikeln bzw. Wasser so stark reduziert, dass es zur Selbstreinigung kommt. Diese Eigenschaft ist auch als Lotuseffekt bekannt. Im Gegensatz hierzu wird bei hydrophilen Systemen die Oberfläche so gestaltet, dass eine extrem hohe Oberflächenenergie (hohe Adhäsion) eintritt und der Wasserrandwinkel kleiner 1 ° wird. Hierdurch wird Wasser großflächig auf der Oberfläche verteilt, so dass Schmutz unterspült werden kann und sich somit leicht löst. Hierdurch kann Schmutz leicht von der Oberfläche abgespült werden. Beispielhaft für die Erzeugung hydrophiler Oberflächen soll hier das Aufbringen von feinkristallinem Titandioxid (Anatas-Modifikation) auf keramische Oberflächen genannt werden. Die bekannten hydrophilen und hydrophoben Systeme haben aber häufig nur eine begrenzte mechanische Beständigkeit, was ihre Wirkungsdauer einschränkt.
Die bekannten Oberflächen nach dem Stand der Technik weisen somit weiterhin keine optimalen Eigenschaften hinsichtlich Ihrer Anschmutzneigung und der Reinigbarkeit auf.
Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, ein Bindemittelsystem zur Verfügung zu stellen, welches nach dem Aushärten eine Oberfläche mit sehr geringer Anschmutzneigung ausbildet. Die Oberfläche sollte weiterhin leicht zu reinigen sein und der Effekt der geringen Anschmutzneigung sollte auch über einen langen Zeitraum erhalten bleiben. Weiterhin sollte das Bindemittelsystem leicht zu verarbeiten sein und nach dem Aushärten eine hohe Festigkeit aufweisen. Insbesondere sollte sich das er- findungsgemäße Bindemittelsystem als Fugenfüllmaterial und insbesondere Fugenmörtel eignen.
Gelöst wurde diese Aufgabe durch eine Mischung enthaltend ein alkali-aktiviertes Alu- mosilikat-Bindemittel, wobei diese nach dem Aushärten mindestens 25 Gew.-% Glasperlen, bevorzugt mindestens 35 Gew.-% Glasperlen, insbesondere mindestens 45 Gew.-% Glasperlen, besonders bevorzugt mindestens 55 Gew.-% Glasperlen bezogen auf die Gesamtmasse enthält. Abgesehen davon, dass die Aufgabenstellung in Bezug auf sämtliche Vorgaben vollständig erfüllt werden konnte, hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass das erfindungsgemäße System auch nach langen Standzeiten eine hervorragende Oberflächenoptik aufweist. Weiterhin kann die Oberfläche auch ohne die Verwendung aggressiver Reinigungsmittel leicht gereinigt werden, wodurch ein positiver Beitrag zur Entlastung der Umwelt geleistet wird. In der Regel ist für die Reinigung die Verwendung von Wasser ausreichend.
Als Feststoffkomponente, welche S1O2 und AI2O3 enthält, kann insbesondere mindestens ein Alumosilikat aus der Reihe der natürlichen Alumosilikate und/oder syntheti- sehen Alumosilikate, insbesondere Hüttensandmehl, Mikrosilika, Trassmehl, Ölschiefer, Metakaolin, Flugasche, insbesondere vom Typ C und Typ F, Hochofenschlacke, aluminiumhaltiger Silikastaub, Puzzolane, Basalt, Tone, Mergel, Andesite, Diatomeenerde, Kieselgur oder Zeolithe, insbesondere bevorzugt Hüttensandmehl, Flugasche, Mikrosilica, Schlacke, Ton und Metakaolin eingesetzt werden. Das erfindungsgemäße Bindemittel enthält diese Feststoffkomponente vorzugsweise in einer Menge von 5 bis 70 Gew.-%, bevorzugt von 10 bis 50 Gew.-%, und insbesondere von 15 bis 30 Gew.- %, wobei es sich auch um Mischungen handeln kann. Für die Härtungsreaktion der alkali-aktivierten Alumosilikat-Bindemittel ist insbesondere das Verhältnis von Silicium- zu Aluminium-Atomen von großer Bedeutung. In dem erfindungsgemäßen System hat sich ein Verhältnis von Silicium- zu Aluminium-Atomen zwischen 30 und 1 ,0 als vorteilhaft erwiesen, wobei ein Verhältnis zwischen 6 und 1 ,5 und insbesondere zwischen 1 ,8 und 2,2 sowie zwischen 4,7 und 5,3 bevorzugt ist.
Als alkalischer Aktivator eignet sich insbesondere eine Verbindung aus der Reihe Nat- rium-Wasserglas, Kalium-Wasserglas, Lithium-Wasserglas, Ammonium-Wasserglas, Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid, Natriumcarbonat, Kaliumcarbonat, Alkalisulfate, Natriummetasilikat, Kaliummetasilikat, bevorzugt Kalium-Wasserglas. Erfindungsgemäß ist der alkalische Aktivator vorzugsweise in einer Menge von 0,1 bis 50 Gew.-%, bevorzugt von 2 bis 25 Gew.-%, und insbesondere von 5 bis 20 Gew.-% enthalten, wobei es sich auch um Mischungen dieser Verbindungen handeln kann. Die Form der Glasperlen ist keinen wesentlichen Einschränkungen unterworfen. Diese können beispielsweise eine elliptische, tropfen- oder kugelförmige Gestallt aufweisen, wobei die Glasperlen bevorzugt eine glatte Oberfläche besitzen. Vorzugsweise handelt es sich bei den Glasperlen um Vollglasperlen, insbesondere Vollglaskugeln. Als be- sonders geeignet haben sich Glasperlen mit einem Durchmesser zwischen 0,01 bis 5 mm, insbesondere zwischen 0,05 bis 2 mm, besonders bevorzugt zwischen 0,1 und 1 mm erwiesen. Im Fall der nicht kugelförmigen Glasperlen bezieht sich der Durchmesser auf den jeweils größten messbaren Durchmesser der Perle. Bevorzugt wird eine Mischung von Glasperlen mit unterschiedlichen Durchmessern eingesetzt, um eine möglichst glatte Oberfläche zu erzielen. Das verwendete Glasmaterial ist keinen speziellen Beschränkungen unterworfen, solange es mit dem Bindemittel kompatibel ist. Als Glas kommt insbesondere A-, C-, E- und AR-Glas in Frage. Besonders geeignet ist E- und AR-Glas. Als weitere Bestandteile kann das erfindungsgemäße System zusätzlich mindestens eine Füllstoff-, Kunststoff-, Additiv- und/oder Pigment-Komponente enthalten. Als Additivkomponente kommen weiterhin Härtungsbeschleuniger wie Aluminiumphosphat, Entschäumer, Rheologiemodifizierer und Dispergierhilfsmittel in Frage. Bevorzugt enthält die Gesamtmischung von 0,01 bis 50 Gew.-%, mindestens eine dieser weiteren Bestandteile, und insbesondere von 0,3 bis 30 Gew.-%.
Unter der Kunststoff-Komponente sind insbesondere redispergierbare Polymerpulver oder im Falle von 2K-Bindemitteln auch flüssige Dispersionen zu verstehen, welche vorzugsweise aus mindestens einem Vertreter der Reihe Vinylacetat, Acrylat, Styrol, Butadien, Ethylen, Versatinsäure-Vinylester, Harnstoff-Formaldehyd- Kondensationsprodukte und Melamin-Formaldehyd-Kondensationsprodukte aufgebaut sind, sowie beispielsweise Polyethylenfasern oder Polypropylenfasern. Als Pigment- Komponente kann beispielsweise Titandioxid eingesetzt werden. Bei den Füllstoffen kommen unter anderem Gesteinsmehl, Basalte, Tone, Feldspate, Glimmermehl, Glasmehl, Quarzsand oder Quarzmehl, Bauxitmehl, Tonerdehydrat und Abfälle der Tonerde-, Bauxit-, oder Korundindustrie, Aschen, Schlacken, amorphes Silika, Kalkstein sowie mineralische Fasermaterialien in Frage. Auch Leichtfüllstoffe wie Perlite, Kieselgur (Diatomeenerde), Blähglimmer (Vermiculit) und Schaumsand können verwendet werden. Bevorzugt werden Füllstoffe aus der Reihe Kalkstein, Quarze und amorphes Silika eingesetzt.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind in der erfindungsgemäßen Mischung zwischen 2 und 60 Gew.-% Wasser enthalten, und insbesondere von 5 bis 40 Gew.-%. Zur Reduktion des Wasser/Bindemittelverhältnisses können dem System weiterhin Plastifizierungsmittel und/oder Superverflüssiger zugesetzt werden. Hierbei sind insbesondere Mengen von 0,1 bis 3 Gew.-% als bevorzugt anzusehen. Die erfindungsgemäße Mischung eignet sich auch für den Einsatz in Verbindung mit anorganischen bzw. hydraulischen bzw. mineralischen Bindemitteln, wie Zement, insbesondere Portlandzement, Portlandhüttenzement, Portlandsilicastaubzement, Port- landpuzzolanzement, Portlandflugaschezement, Portlandschieferzement, Portlandkalksteinzement, Portlandkompositzement, Hochofenzement, Puzzolanzement, Komposit- zement, Zement mit niedriger Hydratationswärme, Zement mit hohem Sulfatwiderstand, Zement mit niedrigem wirksamen Alkaligehalt sowie gebranntem Kalk, Gips (a - Halbhydrat, ß-Halbhydrat, α /ß-Halbhydrat) und Anhydrit (natürlicher Anhydrit, synthetischer Anhydrit, REA-Anhydrit). Das Mengenverhältnis des eingesetzten alkaliaktivierten anorganischen Bindemittels zum anorganischen bzw. hydraulischen bzw. minerali- sehen Bindemittel kann in weiten Bereichen variiert werden. Insbesondere haben sich Verhältnisse von 1 : 100 bis 100 : 1 , bevorzugt 1 : 20 bis 20 : 1 und insbesondere 3 : 1 bis 1 : 3. als vorteilhaft erwiesen. Bevorzugt enthält das System jedoch keine weiteren anorganischen bzw. hydraulischen bzw. mineralischen Bindemittel. In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die erfindungsgemäße Mischung enthaltend ein alkali-aktiviertes Alumosilikat-Bindemittel folgende Komponenten:
15 bis 60 Gew.-% reaktive Feststoffkomponente (enthaltend S1O2 und AI2O3)
1 bis 40 Gew.-% alkalischen Aktivator
25 bis 70 Gew.-% Glasperlen
0 bis 80 Gew.-% Füllstoffe
5 bis 40 Gew.-% Wasser
In einer besonders vorteilhaften Ausführung enthält die Mischung
15 bis 35 Gew.-% reaktive Feststoffkomponente (enthaltend S1O2 und AI2O3) 1 bis 20 Gew.-% alkalischen Aktivator
45 bis 65 Gew.-% Glasperlen
0 bis 40 Gew.-% Füllstoffe
7 bis 15 Gew.-% Wasser In einer bevorzugten Ausführungsform ist es möglich, pulverförmige alkalische Aktivatoren gemäß einer der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung der reaktive Feststoffkomponente beizumischen oder damit die reaktive Feststoffkomponente und gegebenenfalls die Glaskugeln zu beschichten. Dadurch erhält man ein 1 - Komponentensystem (1 -K System), welches nachfolgend durch die Zugabe von Was- ser aktivierbar ist. 2-Komponentensysteme (2-K Systeme) sind dadurch gekennzeichnet, dass eine Zugabe einer bevorzugt wässrigen alkalischen Aktivatorlösung zur reaktiven Feststoffkomponente erfolgt. Hierbei sind wiederum die alkalischen Aktivatoren gemäß der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung geeignet. Es ist hierbei bevorzugt, dass die erfindungsgemäßen Glasperlen mit der reaktiven Feststoffkomponente eingesetzt werden.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Mischung enthaltend ein alkali-aktiviertes Alumosilikat- Bindemittel. Das Verfahren ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass man die reaktive Feststoffkomponente, den alkalischen Aktivator, Glasperlen und Wasser sowie optional weitere Komponenten homogen miteinander vermischt. Die Zugabereihenfolge der Komponenten ist unkritisch, es hat sich jedoch als vorteilhaft erwiesen, Wasser und den alkalischen Aktivator vorzulegen und anschließend die reaktive Fest- Stoffkomponente und die Glasperlen zuzugeben. Das Verfahren kann sowohl diskontinuierlich als auch kontinuierlich durchgeführt werden, wobei als Apparaturen statische Mischer, Extruder, Rilem-Mischer und Bohrmaschinen mit Rühraufsätzen geeignet sind. Durch das Rühren der kombinierten flüssigen und festen Bestandteile wird das Bindemittel aktiviert, was zum Erhärten des Mörtels führt. Im Fall der 1 - Komponentensysteme muss die erfindungsgemäße Mischung nur mit Wasser homogen vermischt werden.
Die erfindungsgemäße Mischung enthaltend ein alkali-aktiviertes Alumosilikat- Bindemittel wird vorzugsweise als Fugenfüller und insbesondere Fugenmörtel verwen- det. Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit ein Fugenmörtel auf Basis eines alkali-aktivierten Alumosilikat-Bindemittels, wobei dieser nach dem Aushärten mindestens 25 Gew.-% Glasperlen, bevorzugt mindestens 35 Gew.-% Glasperlen, insbesondere mindestens 45 Gew.-% Glasperlen, besonders bevorzugt mindestens 55 Gew.-% Glasperlen bezogen auf die Gesamtmasse aufweist.
Zur Herstellung solcher Fugenfüller und insbesondere Fugenmörtel wird die oben beschriebene Mischung üblicherweise mit weiteren Komponenten wie Füllstoffen, latent hydraulischen Stoffen und weiteren Additiven gemischt. Die Zugabe des pulverförmi- gen alkalischen Aktivators erfolgt dabei bevorzugt bevor die genannten Komponenten mit Wasser angemischt werden, sodass ein sogenannter Werktrockenmörtel hergestellt wird. So liegt die alkalische Aktivierungskomponente in pulverförmiger Form, bevorzugt als Mischung mit der reaktiven Feststoffkomponente, Glasperlen und ggf. Füllstoffen vor (1 K-System). Alternativ kann der wässrige alkalische Aktivator zu den anderen pulverförmigen Komponenten zugegeben werden. Es ist aber auch möglich die pulverförmigen Komponenten zunächst mit Wasser zu mischen und anschließend den alkalischen Aktivator zuzusetzen. In diesen Fällen spricht man dann von einem zwei- komponentigen Bindemittelsystem (2-K System). Weiterhin wird mit der vorliegenden Erfindung die Verwendung von Glasperlen in einem Fugenmörtel beansprucht, welcher ein alkali-aktiviertes Alumosilikat-Bindemittel umfasst, zur Verringerung der Verschmutzungsneigung der hergestellten Fuge.
Die erfindungsgemäße Mischung kann auch vorteilhaft als Estrich, Beschichtung, Putz, Anstrichfarbe, Straßenmarkierung und insbesondere als Anti-Graffiti-Beschichtung verwendet werden. Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein ausgehärtetes Produkt, welches die erfindungsgemäße Mischung enthaltend ein alkali-aktiviertes Alumosilikat- Bindemittel und mindestens 25 Gew.-% Glasperlen bezogen auf die Gesamtmasse umfasst. Die erfindungsgemäße Mischung wird vorzugsweise zwischen - 10 und 90°C ausgehärtet. Je nach Zusammensetzung werden schon nach wenigen Stunden sehr gute Festigkeiten erreicht, so dass die hergestellten Gegenstände, insbesondere Fugen, in den meisten Fällen schon nach 4 bis 10 Stunden nahezu volle Belastbarkeit gewährleisten. In einer besonderen Ausführungsform handelt es sich bei dem ausgehärteten Produkt um eine Fugenfüllung. Das erfindungsgemäße System besitzt eine gute Verarbeitbarkeit und das ausgehärtete Produkt weist eine superhydrophile Oberfläche sowie eine hohe Chemikalienresistenz, Haltbarkeit und Temperaturbeständigkeit auf. Die geringe Anschmutzneigung der Oberflächen bleibt auch über einen sehr langen Zeitraum praktisch unverändert erhalten. Weiterhin besitzen Fugen, welche aus der erfindungsgemäßen Mischung herge- stellt sind, eine gute Oberflächenoptik.
Die nachfolgenden Beispiele und die Testmethode verdeutlichen die Vorteile der vorliegenden Erfindung.
Beispiele
Testmethode:
Alle pulverförmigen Stoffe werden homogenisiert und daraufhin mit der Flüssigkompo- nente angemischt. Bei den Beispielen, die nur pulverförmige Bestandteile enthalten ist die Anmachflüssigkeit Wasser. Bei 2-komponentigen Mischungen wird der alkalische Aktivator separat zugegeben, wobei es sich dann hierbei um die Flüssigkomponente handelt. Die Abmischungen werden ca. eine Minute gerührt bis eine homogene, klumpenfreie Masse entsteht. Nach einer Reifezeit von drei Minuten werden die Mörtel wiederum gerührt und auf einer mit glasiertem Feinsteinzeug gefliesten Betonplatte eingefugt. Nach einer Aushärtungszeit von 7 Tagen bei Normklima werden Verschmutzungstests mit einem Fleckbildner nach DIN EN 1441 1 durchgeführt. Bei diesem Fleckbildner handelt es sich um eine Abmischung aus Rost und Mineralöl. Die Verfleckung wird in Form von Tropfen sowohl auf die Fliesen als auch auf die erhärteten Fugenmörtel aufgetragen. Hierzu werden je Probefläche gleich viele Tropfen des Fleckbildners aufgebracht. Der Fleckbildner wird 10 Minuten auf der verschmutzten Oberfläche belassen. Die so behandelten Platten werden daraufhin für 10 Minuten unter Wasser gelagert. Nach dem Herausnehmen aus dem Wasserbad werden die verfugten Fliesenoberflächen durch Abgießen von überschüssigem Wasser befreit und der Grad der Verschmutzung beurteilt. In einem zusätzlichen Schritt können verbleibende Anschmut- zungsrückstände noch mit einer Handbürste nachgereinigt werden.
Die Beurteilung der Entfernbarkeit des Testmediums kann in folgenden Stufen vorge- nommen werden:
+ + sehr gut entfernbar (rückstandsfrei ohne mechanische Unterstützung)
+ gut entfernbar (rückstandsfrei mit mechanischer Unterstützung)
O teilweise entfernbar (Rückstand ohne mechan. Unterstützung)
kaum entfernbar (Rückstand mit mechan. Unterstützung)
- - nicht entfernbar (Fleckbildner nicht entfernbar, mit mechan. Unterstützung)
Die hier eingesetzten Glasperlen haben einen Durchmesser von 0,01 mm - 0,75 mm. Rohstoffe Bsp1 Bsp2
CEM I 52,5 300 300
Quarzsand 700
Vollglaskugeln 700
Polycarboxylatether 3 3
Wasser 135 135
Rohstoffe Bsp3 Bsp4 Bsp5 Bsp6 Bsp7 Bsp8
Hüttensandmehl 200 200 100 100
Mikrosilika 30 30 50 50
Steinkohlenflugasche 100 100
Metakaolin 200 200 50 50
Quarzsand 800 770 700
Vollglaskugeln 800 770 700 Natriumwasserglas
(Modul 1 ,5;
Feststoffgehalt: 40%) 350 350 200 250 350 350
Rohstoffe Bsp9 Bsp10 Bsp11 Bsp12 Bsp13 Bsp14
Hüttensandmehl 200 200 100 100
Mikrosilika 30 30 50 50
Steinkohlenflugasche 100 100
Metakaolin 200 200 50 50
Quarzsand 800 770 700
Vollglaskugeln 800 770 700 Natriumwasserglaspulver
(Modul 2,1 ) 170 170 120 120 170 170
Wasser 170 170 140 140 170 170
Die Beispiele 4, 6, 8, 10, 12 und 14 sind erfindungsgemäß. Beurteilung der Anschmutzungsneigung und Reinigbarkeit:
B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7
Reinigbarkeit - - - + + + + + + +
B8 B9 B10 B11 B12 B13 B14
Reinigbarkeit ++ + ++ + ++ + + +

Claims

Patentansprüche
Mischung enthaltend ein alkali-aktiviertes Alumosilikat-Bindemittel, dadurch gekennzeichnet, dass diese nach dem Aushärten mindestens 25 Gew.-% Glasperlen bezogen auf die Gesamtmasse enthält.
Mischung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem alkalischen Aktivator um mindestens eine Verbindung aus der Reihe Natrium- Wasserglas, Kalium-Wasserglas, Lithium-Wasserglas, Ammonium-Wasserglas, Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid, Natriumcarbonat, Kaliumcarbonat, Alkalisulfate, Natriummetasilikat und Kaliummetasilikat handelt.
Mischung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um mindestens ein Alumosilikat aus der Reihe der natürlichen Alumosilikate und/oder synthetischen Alumosilikate handelt.
Mischung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Glasperlen um Vollglasperlen, mit einem Durchmesser zwischen 0,01 bis 5 mm handelt.
Mischung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Silicium- zu Aluminium-Atomen zwischen 30 und 1 liegt.
Mischung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass diese zusätzlich mindestens eine Füllstoff-, Kunststoff-, Additiv- und/oder Pigment-Komponente enthält.
7. Mischung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass diese zur Reduktion des Wasser/Bindemittelverhältnisses Plastifizierungsmittel und/oder Superverflüssiger in Mengen von 0,1 bis 3 Gew.-% enthält.
8. Mischung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass diese einkomponentig ist.
9. Verfahren zur Herstellung einer Mischung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei mindestens ein Alumosilikat, mindestens ein alkalischer Aktivator, Wasser und Glasperlen sowie optional weitere Komponenten homogen miteinander vermischt werden.
10. Ausgehärtetes Produkt erhältlich durch ein Verfahren gemäß Anspruch 9.
1 1 . Ausgehärtetes Produkt nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um eine Fugenfüllung handelt
12. Verwendung von Glasperlen in einem Fugenmörtel, welcher ein alkali- aktiviertes Alumosilikat-Bindemittel umfasst, zur Verringerung der Verschmutzungsneigung der hergestellten Fuge.
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