DE102008037369A1

DE102008037369A1 - Verbundwerkstoff

Info

Publication number: DE102008037369A1
Application number: DE200810037369
Authority: DE
Inventors: Robert Dr. Nusko; Georg Dr. Maier
Original assignee: RENT A SCIENTIST GmbH; RENT-A-SCIENTIST GmbH
Current assignee: RENT A SCIENTIST GmbH; RENT-A-SCIENTIST GmbH
Priority date: 2008-09-16
Filing date: 2008-09-16
Publication date: 2010-03-18

Abstract

Beschrieben wird ein Verbundwerkstoff, bestehend aus einem formstabilen, zumindest eine im wesentlichen ebene Oberfläche aufweisenden Baustoff und einer fest mit der im wesentlichen ebenen Oberfläche des Baustoffs verbundenen Mörtelschicht. Die Mörtelschicht besteht aus zumindest einem mineralischen Bindemittel und zumindest einem zwischen 40°C und 600°C schmelzenden, wasserlöslichen oder durch Wasser zersetzbaren Zuschlagstoff.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen Verbundwerkstoff sowie Verfahren zu dessen Herstellung und zu seiner Verwendung.
Stand der Technik
Die in dieser Schrift als „Baustoffe” bezeichneten Systeme gehören zu den Gruppen

• der flächig als Belag auf einen Untergrund aufzuklebenden Platten (z. B. Boden- oder Wandfliesen, Natursteinplatten, Verbundkacheln, ...),
• der zum aufeinander Schichten bestimmten Steine (z. B. Mauerziegel, Betonsteine, Leichtbetonelemente, ...) und
• der flächig auf einen Untergrund aufzuklebenden Dämmstoffe (z. B. Wärmedämmplatten aus PS, Mineralwolle, Blähglas, ...).

Diese Systeme haben gemein, dass sie mit zumindest überwiegend mineralischen, mit Wasser abbindenden Klebstoffen verarbeitet werden. Die verwendeten Klebstoffe werden auch als Mörtel bezeichnet. Mörtel sind mineralische Bindemittel, die bei Zugabe von Wasser hydraulisch abbinden und damit eine feste Verbindung zwischen Baustoff und Klebestelle gewährleisten.
Dem Stand der Technik zufolge werden die o. g. Baustoffsysteme überwiegend folgendermaßen verarbeitet:

• Herstellung der Baustoffe
• Herstellung des Klebstoffs, d. h. des trocken vorgemischten Mörtelpulvers (im folgenden als Mörtel bezeichnet)
• Bereitstellung der Baustoffe und des Mörtels auf der Baustelle
• Anmischen des Mörtels mit Wasser
• Aufbringen des wässrigen Mörtels auf den Untergrund und/oder den Baustoff
• Positionieren des Baustoffs
• Abbinden des wässrigen Mörtels

Diesem Stand der Technik zufolge wird der Mörtel unabhängig vom zu verklebenden Baustoff auf der Baustelle bereit gestellt. Die Mörtelmenge muss passend zur Baustoffmenge beschafft werden, was einen zusätzlichen logistischen Aufwand erforderlich macht. Der Mörtel muss mit speziellen Werkzeugen angemischt, zwischengelagert und zur Verarbeitungsstelle transportiert werden. Beim Anmischen des Mörtels wird häufig Staub frei, der gesundheitliche Schäden verursachen kann. Der angemischte Mörtel muss mit entsprechenden Werkzeugen aufgebracht werden. Das richtige Mischungsverhältnis mit Wasser muss eingehalten werden. Das richtige Aufbringen des Mörtels (Menge und Verteilung) erfordert häufig Erfahrung (z. B. Dünnbettmörtel bei Planziegeln, Fliesen legen, Wandarbeiten) und körperliche Kraft (insbesondere über Kopf Arbeiten, Arbeiten an Wänden). Mörtelmengen, die nicht im Verarbeitungszeitraum verbraucht werden, müssen entsorgt werden. Die Werkzeuge, Lager- und Transportgefäße müssen gereinigt werden.
Aufgrund dieser vielfältigen Nachteile der aus dem Stand der Technik bekannten Systeme besteht ein Bedarf an verklebbaren Baustoffen, die mit geringerem Aufwand auf der Baustelle verarbeitet werden können.
Darstellung der Erfindung
Hier setzt die Erfindung an. Der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verbundwerkstoff bereitzustellen, der in einfacher, kostengünstiger und zeitsparender Weise verarbeitet werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Verbundwerkstoff gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Details, Aspekte und Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Beispielen.
Der erfindungsgemäße Verbundwerkstoff besteht aus einem formstabilen, zumindest eine im wesentlichen ebene Oberfläche aufweisenden Baustoff und einer fest mit der im wesentlichen ebenen Oberfläche des Baustoffs verbundenen Mörtelschicht. Die Mörtelschicht besteht aus zumindest einem mineralischen Bindemittel und zumindest einem zwischen 40°C und 600°C schmelzenden, wasserlöslichen oder durch Wasser zersetzbaren Zuschlagstoff.
Bei den erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffen handelt es sich also um kleberbeschichtete Baustoffe, die die zur Verklebung erforderliche Menge an Mörtel bereits in trockener Form auf dem Baustoff fixiert haben. Zur Verlegung ist lediglich eine Befeuchtung mit der zum Abbinden der Mörtelmischung erforderlichen Menge Wasser nötig. Der Verbundwerkstoff kann also in denkbar einfacher Weise auf der Baustelle verarbeitet werden.
Baustoffe
Gemäß bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden folgende, eine im wesentlichen ebene Oberfläche aufweisende Baustoffe eingesetzt:

• Flächig als Belag auf einen Untergrund aufzuklebenden Platten,
• zum aufeinander Schichten bestimmte Steine (z. B. Mauerziegel, Betonsteine, Leichtbetonelemente, ...) und
• flächig auf einen Untergrund aufzuklebenden Dämmstoffe (z. B. Wärmedämmplatten aus PS, Mineralwolle, Blähglas, ...).

Mit dem Ausdruck „flächig als Belag auf einen Untergrund aufzuklebenden Platten” sind alle flächigen Baustoffe gemeint, die mit zumindest überwiegend mineralischen Bindemitteln (Mörtel) auf einem entsprechenden Untergrund verklebt werden können. Insbesondere fallen unter diese Definition Steine, steinähnliche Baustoffe und Metalle, die im Bau eingesetzt werden. Beispiele für Platten im Sinne der vorliegenden Erfindung sind keramische Fliesen, Glasfliesen, Steinzeugplatten, Natursteinfliesen oder -bruchstücke, auf textilen Strukturen befestigte Fliesenensembles, Mineral/Kunstharz-Verbundstoffe (Polymerbeton), Edelstahlfliesen, Gipskartonplatten, Feuchtraumausbauplatten und Estrichplatten.
Mit dem Ausdruck „zum aufeinander Schichten bestimmte Steine” sind Baustoffe gemeint, die mit zumindest überwiegend mineralischen Bindemitteln (Mörtel) aufeinander verklebt werden. Insbesondere fallen unter diese Definition Mauerziegel, Betonsteine und Leichtbetonsteine.
Mit dem Ausdruck „flächig auf einen Untergrund aufzuklebende Dämmstoffe” sind alle flächigen Dammstoffe gemeint, die mit zumindest überwiegend mineralischen Bindemitteln (Mörtel) auf einem entsprechenden Untergrund verklebt werden können. Insbesondere fallen unter diese Definition Dämmstoffe aus Kunststoff, Dammstoffe auf mineralischer Basis, Dämmstoffe auf Basis nachwachsender Rohstoffe und Kombinationen davon. Beispiele für Dammstoffe im Sinne der vorliegenden Erfindung sind Wärmedämmplatten aus Polystyrol, Wärmedämmplatten aus aufgeschäumten Duroplasten, Blähglaselemente, Mineralwollelemente und gepresste Naturfasermatten.
Mörtel und Kleber
Bei dem in dieser Schrift verwendeten Mörtel handelt es sich um zumindest überwiegend pulverförmige, mineralische Bindemittel, die durch Zugabe von Wasser abbindefähige Kleber ergeben.
Die eingesetzten mineralischen Bindemittel (Mörtel) stammen bevorzugt aus den Gruppen Kalk, Zement, Gips und Magnesit. Darüber hinaus können weitere anorganische und auch organische Bindemittel eingesetzt werden. Besonders bevorzugt sind zementbasierte Binder, die wiederum bevorzugt als pulverförmige Trockenmischung verwendet werden.
Zuschlagstoff und Mörtelmischung
Den erfindungsgemäßen Mörtelmischungen ist gemeinsam, dass pulverförmige, mineralische Bindemittel (Mörtel) mit speziellen Zuschlagstoffen vermischt werden. Die Zuschlagstoffe sind wasserlösliche oder durch Wasser zersetzbare Substanzen, die bei relativ niedrigen Temperaturen von 40°C bis 600°C schmelzen.
Diese wasserlöslichen Zuschlagstoffe stammen bevorzugt aus den Gruppen:

• organische Polymere, besonders bevorzugt Polyvinylalkohol, Acryl-Maleinsäure-Copolymere, Poyethylenglykol, PVPVA
• Zucker
• Harnstoff
• Salze, ggf. als Hydrate wie z. B. Acetat, Meta-Borat, Ortho-Phosphat, Tartrat und Sulfat
• Mono- und Di-Carbonsäuren, sowie deren Salze, besonders bevorzugt C₁₂-C₂₂ Fettsäuren, Adipinsäure oder C₈-C₁₃ Di-Carbonsäuren
• hydrophilisierte hydrophobe Materialien wie etwa Wachse, langkettige Fettsäuren; Fettsäureamide und längerkettige Polyethylenglycole
• höhere, ggf. mehrwertige Alkohole
• Makromoleküle, z. B. ethoxilierte Fettsäuren oder Fettalkohole

Selbstverständlich können auch Mischungen mehrerer wasserlöslicher, schmelzbarer Zuschlagstoffe eingesetzt werden.
Der Anteil des Zuschlagstoffes bzw. der Zuschlagstoffmischung beträgt 1 bis 20 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 10 Gew.-%, bezogen auf die gesamte Mörtelmischungmasse (Mörtel plus Zusatzstoff).
Insbesondere eignet sich als thermisch verfestigender Zuschlagstoff im Umfeld mineralischer Bindemittel (Mörtel) sehr gut wasserlöslicher Harnstoff, der unter Umständen zusammen mit schmelzpunkterniedrigenden Stoffen, wie anorganischen und organischen Salzen, insbesondere Magnesiumacetat eingesetzt werden kann. Die Verwendung schmelzpunkterniedrigender Stoffe kann natürlich auch bei anderen Zuschlagstoffen vorteilhaft genutzt werden. Der Anteil der schmelzpunkterniedrigenden Stoffe liegt bevorzugt zwischen 0 und 30 Gew.-%, besonders bevorzugt zwischen 10 und 20 Gew.-%, bezogen auf die Zuschlagstoffmenge.
Verbund von Mörtelmischung und Baustoff
Die vorliegende Erfindung umfasst außerdem ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffs umfassend die Schritte

– Aufbringen einer pulverförmigen Mörtelmischung auf eine im wesentlichen ebene Oberfläche eines Baustoffs, wobei die Mörtelmischung aus zumindest einem mineralischen Bindemittelpulver und zumindest einem zwischen 40°C und 600°C schmelzenden, wasserlöslichen oder durch Wasser zersetzbaren Zuschlagstoff besteht,
– Erwärmung der Mörtelmischung und des Baustoffs auf mindestens die Erweichungstemperatur des Zuschlagstoffs,
– Abkühlen des Verbundwerkstoffs auf Raumtemperatur, wobei sich durch die Erstarrung des Zuschlagstoffs eine fest mit dem Baustoff verbundene Mörtelschicht ausbildet.

Die aus Mörtel und Zuschlagstoff bestehende trockene Mörtelmischung wird in diesem Fall also auf den Baustoff appliziert und über die Schmelztemperatur, zumindest jedoch auf die Erweichungstemperatur des Zuschlagstoffs erwärmt. Durch Schmelzen bzw. Erweichen und Erstarren des Zuschlagstoffs wird ein Verbund zwischen Baustoff und Mörtelmischung sowie zwischen den trockenen Pulverkörnern der Mörtelmischung untereinander hergestellt. Es bildet sich eine fest mit dem Baustoff verbundene Mörtelschicht.
Der mineralische Binder (Mörtel) wird zusammen mit dem Zuschlagstoff in einer applikationsspezifischen Rezeptur trocken vorgemischt und ggf. in einer speziellen Struktur thermisch auf dem erfindungsgemäßen Baustoff fixiert. Bei der thermischen Fixierung schmilzt der wasserlösliche Zuschlagstoff auf und benetzt die anderen Mörtelmischungsbestandteile und den Baustoff. Beim Erkalten erstarrt der wasserlösliche Zuschlagstoff wieder. Dabei wird der mineralische Binder (Mörtel) verfestigt und auf dem Baustoff fixiert. Wesentlich ist dabei, dass der mineralische Binder (Mörtel) nicht durch hydraulisches Abbinden mit Wasser, sondern durch den erstarrten Zuschlagstoff an den Baustoff gebunden ist.
Der bei der thermischen Fixierung aufschmelzende Zuschlagstoff kann gleichmäßig in der Mörtelmischung verteilt sein. Der Zuschlagstoff kann aber auch bevorzugt in den äußeren Bereichen der Trockenmörtelmischung in Form einer stabilisierenden Umhüllung angereichert sein.
Die vorliegende Erfindung umfasst außerdem ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffs umfassend die Schritte

– Erwärmung einer pulverförmigen Mörtelmischung aus zumindest einem mineralischen Bindemittelpulver und zumindest einem zwischen 40°C und 600°C schmelzenden, wasserlöslichen oder durch Wasser zersetzbaren Zuschlagstoff auf mindestens die Erweichungstemperatur des Zuschlagstoffs, wodurch sich eine zähe Mörtelmasse ausbildet,
– Aufbringen der zähen Mörtelmasse auf eine im wesentlichen ebene Oberfläche eines Baustoffs,
– Abkühlen des Verbundwerkstoffs auf Raumtemperatur, wobei sich durch die Erstarrung des Zuschlagstoffs eine fest mit dem Baustoff verbundene Mörtelschicht ausbildet.

Die vorliegende Erfindung umfasst außerdem ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffs umfassend die Schritte

– Erwärmung eines eine im wesentlichen ebene Oberfläche aufweisenden Baustoffs auf mindestens die Erweichungstemperatur eines in einer pulverförmigen Mörtelmischung enthaltenen Zuschlagstoffs, wobei die Mörtelmischung aus zumindest einem mineralischen Bindemittelpulver und zumindest einem zwischen 40°C und 600°C schmelzenden, wasserlöslichen oder durch Wasser zersetzbaren Zuschlagstoff besteht,
– Aufbringen der pulverförmigen Mörtelmischung auf die im wesentlichen ebene Oberfläche des Baustoffs,
– Abkühlen des Verbundwerkstoffs auf Raumtemperatur, wobei sich durch die Erstarrung des Zuschlagstoffs eine fest mit dem Baustoff verbundene Mörtelschicht ausbildet.

Zur Illustration der erfindungsgemäßen Verfahren werden nachfolgend einige spezielle Varianten von Verfahren zur Erzeugung der Mörtelschicht auf einem Baustoff beschrieben. Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die genannten speziellen Verfahrensvarianten beschränkt.
Die Mörtelmischung (mineralisches Bindemittel/Mörtel und Zuschlagstoff) wird mittels einer heißen Metallwalze auf die auf einem Förderband vorbei geförderten Baustoffe ggf. strukturiert aufgebacken. Alternativ zur heißen Walze kann eine sequentiell arbeitende Presse verwendet werden.
Der zusammen mit dem wasserlöslichen Zuschlagstoff trocken vorgemischte Mörtel (mineralisches Bindemittel/Mörtel gemischt mit dem Zuschlagstoff) wird erhitzt, bis sich eine zähe Masse bildet. Diese zähe Masse wird ggf. strukturiert auf den Baustoff aufgebracht.
Der Baustoff wird ggf. strukturiert mit der mit dem wasserlöslichen Zuschlagstoff versehenen Mörtelmischung beschichtet. In einem Ofen, im Heißluftstrom oder unter IR bzw. Mikrowellenbestrahlung wird die Mischung breiartig aufgrund des Aufschmelzens bzw. Erweichens des Zuschlagstoffs. Nach dem Abkühlen ist die Mörtelmischung auf dem Baustoff als Verbund appliziert.
Der Baustoff wird strukturiert mit der Mörtel (pulverförmiger mineralisches Bindemittel/Mörtel) beschichtet und anschließend mit einer separaten Schicht des wasserlöslichen Zuschlagstoffes bestreut. In einem Ofen, im Heißluftstrom oder unter IR bzw. Mikrowellenbestrahlung wird der Zuschlagstoff aufgeschmolzen. Nach dem Abkühlen ist die Mörtelmischung am Baustoff als Verbund fixiert.
Die pulverförmige Mörtelmischung (Mörtel plus Zuschlagstoff) wird auf einem Förderband vorbei geförderten heißen Baustoffe ggf. strukturiert aufgebracht. Die Baustoff können ggf. noch über eine Resttemperatur vom Fertigungsprozess (Brennen von Fliesen oder Ziegeln) besitzen. Die Mörtelmischung kann aufgestreut, aufgewalzt, aufgepresst, vorgeformt, aufgelegt oder aufgerakelt werden.
Zur Herstellung eines trockenen Mörtelverbundes auf keramischen Fliesen wird von einer handelsüblichen, trockenen und überwiegend mineralischen Fliesenkleber Rezeptur (entspricht Mörtel) ausgegangen, die dann mit dem Zuschlagstoff zur Darstellung der Mörtelmischung vermischt wird.
Zur Herstellung eines trockenen Mörtelverbundes zwischen Mauerziegeln dient ein normgerechter, handelsüblicher Dünnbettmörtel, der mit zumindest einem Zuschlagstoff im trockenen Zustand vermischt wird.
Zur Herstellung eines Mörtelverbunds für Wärmedämmplatten wird die Trockenmischung eines üblichen Dämmplattenklebers mit einem oder mehrerer entsprechender Zuschlagstoffe verwendet.
Selbstverständlich können die Basisrezepturen für die Mörtelmischungen an die speziellen Bedingungen des Mörtelauftrages, der Wasserzugabe, der Reifung, des Auftrages und des Abbindens im Rahmen der Erfindung angepasst werden.
Struktur der Trockenmörtelschicht
Die thermisch verfestigte Mörtelmischung kann neben einer gleichmäßigen Schichtdicke applikationsspezifisch vorteilhafte Strukturen aufweisen. Die Struktur der Mörtelmischung kann z. B. folgende Aufgaben übernehmen:

• Wassermenge dosieren
• Wasserzutritt verbessern
• Ausgleich von Unebenheiten des Untergrundes ermöglichen
• Zusammenhalt der Mörtelmischung
• Deckeln löchriger Strukturen/Überbrücken von Spalten oder Löchern
• Verschiedene bzw. verschiedenartige Mörtelmischungen räumlich voneinander trennen

Bevorzugte einfache Strukturen sind gleichmäßig dicke Schichten, versetzt angeordnete Zylinder oder abgeflachte Kugelabschnitte, Zahn- bzw. Wellenmuster.
Die applizierte Schichtdicke der Mörtelmischung auf den Baustoff beträgt 0,05 bis 30 mm, vorzugsweise 3 bis 15 mm.
Weiterhin kann die Flächenbelegung der Klebefläche des Baustoffs mit der Mörtelmischung auch derart gewählt werden, dass hier ungleichmäßig hohe Schichtdicken der aufgebackenen Mörtelmischung oder eine unterbrochene, unvollständige Belegung entsteht. Grund für diese ungleichmäßige Ausbildung der Schichtdicke der aufgebackenen Mörtelmischung ist der damit erreichbare Höhenausgleich beim Verlegen des feuchten Baustoff-Mörtelmischungs-Verbundes. Durch festeres Andrücken einer nicht vollflächigen Mörtelmischungsbelegung entsteht eine dünnere wässrige Mörtelmischungsschicht zwischen Klebestelle und Baustoff als dies bei weniger starker Andrücken der Fall wäre. Dieser Höhenausgleich ist hilfreich bei nicht planparallelen Verlegeflächen.
Besonders bevorzugte Strukturen sind solche, in denen beim Übergießen mit Wasser die zum Abbinden erforderliche Menge Wasser zurückgehalten wird. Das kann z. B. durch Waben- oder Schiffchenmuster, durch einfache Vertiefungen in einer gleichmäßigen Schicht (inverse Noppenstruktur) oder durch axiale Vertiefungen in zylindrischen Strukturen der applizierten Mörtelmischung erreicht werden.
Die vorliegende Erfindung umfasst außerdem die Verwendung eines erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffs bzw. eines nach einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Verbundwerkstoffs zur Errichtung von Bauwerken. Der Verbundwerkstoff wird dabei mit seiner Mörtelschicht auf eine Oberfläche des Bauwerks aufgelegt und anschließend zumindest die Mörtelschicht mit Wasser benetzt, wodurch ein hydraulischer Abbindeprozess initiiert wird, der zu einer festen Verbindung von Bauwerk und Verbundwerkstoff führt.
Die auf den Baustoff durch Schmelzen und Erstarren applizierte Mörtelmischung (aufgebackenes mineralisches Bindemittelpulver inkl. Zuschlagstoff) wird zum Verkleben des Baustoff-Mörtelmischungs-Verbundes mit Wasser benetzt. Der Zuschlagstoff löst sich in Wasser auf oder wird darin zersetzt, und es entsteht eine zähviskose Mörtelmischungssuspension, im folgenden als wässrige Mörtelmischung bezeichnet. Der wässrigen Mörtelmischung muss zwischen Benetzung und Verklebung ggf. noch etwas Zeit zur Reifung der Mischung gegeben werden. Der Baustoff mit der wässrigen Mörtelmischung lässt sich nun an die gewünschte Klebestelle (Boden, Wand, Fassade, etc.) kleben, wobei aufgrund der Zähigkeit der wässrigen Klebemischung ein Verschieben und Korrigieren noch gewährleistet ist.
Alternativ zum beschriebenen Vorgehen kann der Mörtelmischung-Baustoff-Verbund in bestimmten Ausführungsformen auch trocken verlegt und anschließend mit der zum Abbinden erforderlichen Menge Wasser versetzt werden. Dieses Vorgehen kann insbesondere bei Fliesen, z. B. Mosaikfliesen vorteilhaft sein.
Die Wasserzugabe dient weiterhin zum hydraulischen Abbinden und Verfestigen des mineralischen Bindemittels (Mörtels).
Die Benetzung mit Wasser kann z. B. durch Gießen, Tauchen oder Sprühen erfolgen. Die Dosierung der zugesetzten Menge an Wasser kann u. a. durch Abmessen, durch eine bestimmte Kleberstruktur, durch bestimmte Additive zum Trockenmörtel oder mittels bestimmter Vorrichtungen erfolgen.
Besonders bevorzugt ist die Zugabe von Wasser mittels Übergießen und Rückhalten der geeigneten Wassermenge in der Mörtelmischungsstruktur.
Ebenfalls bevorzugt ist der Zusatz von Polyacrylat zur Mörtelmischung. Die Wasserzugabe kann dann durch kurzes Eintauchen der Mörtelmischung in Wasser oder kurzes Übergießen der Mörtelmischung mit Wasser erfolgen.
Neben der Fixierung der Mörtelmischung auf dem Baustoff ist es die Aufgabe des Zuschlagstoffes bei Wasserzutritt die Verteilung des bei der Verarbeitung benötigten Wassers in den Mörtel hinein zu regulieren, sodass eine durch die ganze Schicht hindurch, homogene Masse entstehen kann. Der wasserlösliche Zuschlagstoff darf die Eigenschaften des Mörtels wie z. B. das Abbindeverhalten oder die Endfestigkeit nicht nachteilig beeinflussen. Ggf. müssen die veränderten Eigenschaften durch spezielle Additive wie z. B. Abbindebeschleuniger oder -verzögerer wieder eingestellt werden. Des weiteren kann der Zusatz typischer Mörtelzuschläge wie z. B. Viskositätsmodifizierer, organische Bindemittel für die Verarbeitung vorteilhaft sein.
Zur Verteilung des Wassers im Mörtel, aber auch zur Stabilisierung des feuchten Mörtels eignet sich die Zugabe faserförmiger Komponenten zur Mörtelmischung. Gut geeignet sind Glasfasern, Cellulosefasern und Nylonfasern jeweils in der Länge von 0,2 bis 50 mm, bevorzugt in der Länge von 1 mm bis 15 mm.
Die Verteilung des Wassers und der Reifeprozess können durch Zusatz von Wasser speichernden Stoffen wie z. B. Stärke, Alkyl-Zellulose (z. B. Methylzellulose), organische vernetzte Polymere (z. B. Polyacrylate, vernetzte Harze), Gelatine und Agar verbessert werden. Insbesondere die desintegrierende Wirkung von mit Wasser stark aufquellender „Superabsorber” (z. B. aus der Gruppe der Polyacrylate) kann den Wasserzutritt stark verbessern und so den Reifeprozess des Mörtels enorm beschleunigen.
Wege zur Ausführung der Erfindung
Zur Illustration der Erfindung und zur detaillierten Beschreibung einiger besonders bevorzugter Ausführungsformen werden nachfolgend Ausführungsbeispiele angeführt. Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf die genannten Beispiele beschränkt werden soll.
Beispiel 1: Fliesen-Mörtelmischungs-Verbundmaterial
Eine glasierte Feinsteinzeugfliese wird in einem Ofen auf 140°C erhitzt. Die unglasierte Unterseite, die die Klebefläche des Baustoffs darstellt, wird mit einer homogenen Trockenmörtelmischung, bestehend aus 85 Gew.-% Flex-Fliesenkleber (= Mörtel), 10 Gew.-% Harnstoff (Zuschlagstoff 1) und 5 Gew.-% D-Glukose (= Zuschlagstoff 2), vollflächig und gleichmäßig bis zu einer Mörtelmischungsschichtdicke von 4 mm durch Aufstreuen und leichtes Andrücken der Pulverschüttung beschichtet. Anschließend wird die Fliese mit der aufgestreuten Mörtelmischung wieder auf Raumtemperatur abgekühlt. Es entsteht der Fliese-Mörtel-Verbundwerkstoff, der sich durch eine harte, gut haftende Mörtelschicht auf der unglasierten Unterseite der Fliese auszeichnet.
Durch die Wärmeeinwirkung der vorgeheizten Fliese schmelzen die Zuschlagstoffe Harnstoff und D-Glukose auf und verbinden beim Abkühlen zum einen die Flex-Fliesenkleber Pulverteilchen miteinander und zum anderen den Flex-Fliesenkleber mit der Unterseite der Fliese.
Zum Aktivieren des hydraulischen Abbindevorgangs des Mörtels (Flex-Fliesenkleber) wird der erfindungsgemäße Fliese-Mörtel-Verbundwerkstoff komplett für ca. eine Sekunde in Wasser getaucht. Es entsteht eine zähviskose, wässrige Mörtelschicht auf der unglasierten Unterseite der Fliese. Die Fliese wird direkt anschließend auf einen Zementuntergrund verlegt.
Die Zeit zum hydraulischen Abbinden des Mörtels verlängert sich gegenüber dem nicht additivierten Mörtel um ca. 20–40%. Die Haftfestigkeit und die Endhärte der abgebunden Mörtelschicht ist vergleichbar zu einer Verlegung mit einem herkömmlichen Mörtel ohne Zuschlagstoff.
Nach ca. 24 Stunden kann der Belag mit konventionellem Fugenmaterial verfugt werden.
Prinzipiell können auf diese Art alle plattenförmigen Baustoffe wie z. B. Fliesen, Spaltplatten, Naturstein oder Kacheln aber auch wärmestabile Dammstoffe verlegt werden. Lediglich die Bewässerungsart und die Wassermenge kann sich unterscheiden. So wird bei der Verwendung von Fliesen mit porösen Scherben (z. B. Innenraumfliesen für die Wand) etwas mehr Wasser zur Herstellung der zähviskosen wässrigen Mörtelmischung benötigt. Bei einem Dämmstoff-Mörtel-Verbundwerkstoff sollte zum Initiieren des hydraulischen Abbindeprozesses das Wasser nicht durch Eintauchen des gesamten Verbundmaterials, sondern eher durch Besprühen der Mörtelmischungsschicht bereitgestellt werden.
Beispiel 2: Fliesen-Mörtelmischungs-Verbundmaterial
Plan geschliffene, unregelmäßig geformte Marmorstücke mit einer Stärke von 8 mm werden auf einem löchrigen Förderband zu einem monolagigen, flächendeckenden Muster gelegt, wobei zwischen den einzelnen Steinen Abstände von 3 bis 6 mm eingehalten werden. Die Steinschicht wird kontinuierlich mit einem Polyestergewirk mit einer Maschenweite von 3 mm überdeckt und mit einer trockenen Mischung aus 88 Gew.-% Flex-Fliesenkleber, 10 Gew.-% Harnstoff und 2 Gew.-% Magnesiumacetat Tetrahydrat 4 mm hoch bestreut. Das zwischen die Steine fallende Mörtelmischungspulver fällt durch die löchrige Struktur des Förderbandes und kann wieder verwendet werden. Die textil bedeckten und mit Mörtelmischung bestreuten Steine werden durch einen Tunnelofen bei 180°C gefördert und anschließend wieder auf Raumtemperatur abgekühlt. Nach dieser Behandlung ist die Mörtelmischung mit dem Textil und den Steinen verbacken.
Der Stein-Textil-Mörtel-Verbundwerkstoff wird trocken mit der Mörtelseite nach unten auf einem Zementuntergrund verlegt und anschließend mit soviel Wasser übergossen, dass der Wasserstand kurzfristig die Mörtelmischung vollständig bedeckt. Nach etwa 2 bis 5 Minuten Reifezeit werden die Steine leicht gegen den Untergrund fest gedrückt.
Die Zeit zum hydraulischen Abbinden des Mörtels verlängert sich gegenüber dem nicht additivierten Mörtel um ca. 20–40%. Die Haftfestigkeit und die Endhärte der abgebunden Mörtelschicht ist vergleichbar zu einer Verlegung mit einem herkömmlichen Mörtel ohne Zuschlagstoff.
Nach ca. 24 Stunden kann der Belag mit konventionellem Fugenmaterial verfugt werden.

Claims

Verbundwerkstoff bestehend aus einem formstabilen, zumindest eine im wesentlichen ebene Oberfläche aufweisenden Baustoff und einer fest mit der im wesentlichen ebenen Oberfläche des Baustoffs verbundenen Mörtelschicht, wobei die Mörtelschicht aus zumindest einem mineralischen Bindemittel und zumindest einem zwischen 40°C und 600°C schmelzenden, wasserlöslichen oder durch Wasser zersetzbaren Zuschlagstoff besteht.
Verbundwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Zuschlagstoff um ein organisches Polymer ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyvinylalkohol, Acryl-Maleinsäure-Copolymere, Polyethylenglykol und Poly(vinylpyrrolidon/Vinylacetat)-Copolymere handelt.
Verbundwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Zuschlagstoff um ein Salz oder ein Salzhydrat ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Acetate, Meta-Borate, Ortho-Phosphate, Tartrate, Sulfate und deren Hydrate handelt.
Verbundwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Zuschlagstoff um eine Carbonsäure, bevorzugt um eine Monocarbosäure, eine Dicarbonsäure oder deren Salze handelt.
Verbundwerkstoff nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Zuschlagstoff um eine C₁₂-C₂₂ Fettsäure, Adipinsäure oder um eine C₈-C₁₃ Dicarbonsäure handelt.
Verbundwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Zuschlagstoff um einen hydrophilisierten hydrophoben Stoff ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Wachse, langkettige Fettsäuren, Fettsäureamide und langkettige Polyethylenglykole handelt.
Verbundwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Zuschlagstoff um einen Zucker, Harnstoff, einen höheren, ein- oder mehrwertigen Alkohol, ein Makromolekül, bevorzugt eine ethoxilierte Fettsäure oder einen Fettalkohol, handelt.
Verbundwerkstoff nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des Zuschlagstoffs in der Mörtelschicht 1 bis 20 Gew.-% beträgt.
Verbundwerkstoff nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem mineralischen Bindemittel um ein Bindemittel ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Kalk, Zement, Gips und Magnesit handelt.
Verbundwerkstoff nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Mörtelschicht zusätzlich zumindest einen schmelzpunkterniedrigenden Stoff enthält.
Verbundwerkstoff nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem schmelzpunkterniedrigenden Stoff um ein anorganisches oder organisches Salz, bevorzugt um Magnesiumacetat, handelt.
Verbundwerkstoff nach zumindest einem der Ansprüche 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des schmelzpunkterniedrigenden Stoffs bis zu 30 Gew.-%, bevorzugt zwischen 10 und 20 Gew.-%, bezogen auf die Menge an Zuschlagstoff, beträgt.
Verbundwerkstoff nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Mörtelschicht zusätzlich zumindest einen faserförmigen Stoff enthält.
Verbundwerkstoff nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der faserförmige Stoff ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Glasfasern, Cellulosefasern und Nylonfasern.
Verbundwerkstoff nach zumindest einem der Ansprüche 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern eine Länge von 0,2 bis 50 mm, bevorzugt 1 bis 15 mm, aufweisen.
Verbundwerkstoff nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Mörtelschicht zusätzlich zumindest einen Wasser speichernden Stoff enthält.
Verbundwerkstoff nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasser speichernde Stoff ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Stärke, Alkyl-Zellulose, organische vernetzte Polymere, Gelatine, Agar und Superabsorber.
Verbundwerkstoff nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Wasser speichernden Stoff um Methylzellulose, ein Polyacrylat oder ein vernetztes Harz handelt.
Verbundwerkstoff nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Mörtelschicht eine im wesentlichen gleichmäßige Dicke zwischen 0,5 und 50 mm, bevorzugt zwischen 3 und 15 mm, aufweist.
Verbundwerkstoff nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Mörtelschicht um eine strukturierte Mörtelschicht handelt.
Verbundwerkstoff nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Mörtelschicht versetzt angeordnete Zylinder, Kugelabschnitte, ein Zahnmuster oder ein Wellenmuster bildet.
Verbundwerkstoff nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Baustoff um eine flächig als Belag auf einen Untergrund aufzuklebende Platte handelt.
Verbundwerkstoff nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Baustoff um zur Aufeinanderschichtung vorgesehene Steine handelt.
Verbundwerkstoff nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Baustoff um einen flächig auf einen Untergrund aufzuklebenden Dämmstoff handelt.
Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 24 umfassend die Schritte – Aufbringen einer pulverförmigen Mörtelmischung auf eine im wesentlichen ebene Oberfläche eines Baustoffs, wobei die Mörtelmischung aus zumindest einem mineralischen Bindemittelpulver und zumindest einem zwischen 40°C und 600°C schmelzenden, wasserlöslichen oder durch Wasser zersetzbaren Zuschlagstoff besteht, – Erwärmung der Mörtelmischung und des Baustoffs auf mindestens die Erweichungstemperatur des Zuschlagstoffs, – Abkühlen des Verbundwerkstoffs auf Raumtemperatur, wobei sich durch die Erstarrung des Zuschlagstoffs eine fest mit dem Baustoff verbundene Mörtelschicht ausbildet.
Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 24 umfassend die Schritte – Erwärmung einer pulverförmigen Mörtelmischung aus zumindest einem mineralischen Bindemittelpulver und zumindest einem zwischen 40°C und 600°C schmelzenden, wasserlöslichen oder durch Wasser zersetzbaren Zuschlagstoff auf mindestens die Erweichungstemperatur des Zuschlagstoffs, wodurch sich eine zähe Mörtelmasse ausbildet, – Aufbringen der zähen Mörtelmasse auf eine im wesentlichen ebene Oberfläche eines Baustoffs, – Abkühlen des Verbundwerkstoffs auf Raumtemperatur, wobei sich durch die Erstarrung des Zuschlagstoffs eine fest mit dem Baustoff verbundene Mörtelschicht ausbildet.
Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 24 umfassend die Schritte – Erwärmung eines eine im wesentlichen ebene Oberfläche aufweisenden Baustoffs auf mindestens die Erweichungstemperatur eines in einer pulverförmigen Mörtelmischung enthaltenen Zuschlagstoffs, wobei die Mörtelmischung aus zumindest einem mineralischen Bindemittelpulver und zumindest einem zwischen 40°C und 600°C schmelzenden, wasserlöslichen oder durch Wasser zersetzbaren Zuschlagstoff besteht, – Aufbringen der pulverförmigen Mörtelmischung auf die im wesentlichen ebene Oberfläche des Baustoffs, – Abkühlen des Verbundwerkstoffs auf Raumtemperatur, wobei sich durch die Erstarrung des Zuschlagstoffs eine fest mit dem Baustoff verbundene Mörtelschicht ausbildet.
Verwendung eines Verbundwerkstoffs nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 24 oder eines gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 27 hergestellten Verbundwerkstoffs zur Errichtung von Bauwerken, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbundwerkstoff mit seiner Mörtelschicht auf eine Oberfläche des Bauwerks aufgelegt und anschließend zumindest die Mörtelschicht mit Wasser benetzt wird, wodurch ein hydraulischer Abbindeprozess initiiert wird, der zu einer festen Verbindung von Bauwerk und Verbundwerkstoff führt.