-
Als Baustoff dienende Mischungen aus Zement und Zuschlagstoffen Um
die Flexibilität und Chemikalienbeständigkeit von Konstruktionsteilen aus Zement
und Zuschlagstoffe zu verbessern und um ihnen hohe mechanische Anfangsfestigkeiten
zu verleihen, hat man Zementmischungen schon mit Kunststoffen versetzt. Als Zusätze
zu Zementmischungen hat man bisher Polyvinylacetat und Styrol-Butadien-Mischpolymerisate
verwendet. Mit Hilfe dieser Kunststoffe kann zwar die Flexibilität von gehärtetem
Zement verbessert werden, die Chemikalienbeständigkeit läßt aber zu wünschen übrig.
Polyvinylacetat ist nicht alkalibeständig. Dadurch besteht die Gefahr, daß das Polymerisat
in Kontakt mit der stark alkalischen Zementmischung verseift. Styrol-Butadien-Mischpolymerisate
quellen in organischen Lösungsmitteln. Diese Eigenschaft wirkt sich z. B. bei der
Anwendung dieser Stoffe für Industrieböden nachteilig aus.
-
Es wurde nun gefunden, daß man als Baustoff dienende Mischungen von
Zement und Zuschlagstoffen, die 0,5 bis 50 Gewichtsprozent, bezogen auf Zementgewicht,
eines Mischpolymerisates aus a) 40 bis 8001, Vinylchlorid oder Vinylidenchlorid
oder eines Gemisches der beiden Monomeren, b) 10 bis 30 01o Acrylnitril und c) 5
bis 4501o eines Acrylsäure- und/oder Methacrylsäureesters und/oder eines Carbonsäurevinylw
esters enthalten, gehärtete Massen herstellen kann, die sich durch sehr gute Biegezugfestigkeit
und ChemikalienZ beständigkeit und durch hohe mechanische Anfangsfestigkeit auszeichnen.
Vorzugsweise enthalten solche Zementmischungen 1 bis 400/0 der vorgenannten Mischpolymerisate.
Für die Herstellung der Mischpolymerisate eignen sich als unter c) genannte Komponenten
besonders Acrylsäureester oder Methacrylsäureester von einwertigen aliphatischen
Alkoholen mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen, z. B. Acrylsäurebutylester, und Carbonsäurevinylester,
die 2 bis 4 Kohlenstoffatome im Säurerest enthalten, z. B.
-
Vinylacetat oder Vinylpropionat.
-
Die Mischpolymerisate werden mit Vorteil durch Polymerisation in
wäßriger Emulsion hergestellt und in Form ihrer wäßrigen Dispersionen verwendet.
Sie können aber auch in Form eines feinen Pulvers mit dem Zement vermischt werden.
Zur Herstellung der Dispersionen verwendet man zweckmäßigerweise Emulgiermittel,
die den Dispersionen gute Verträglichkeit mit Zement und den sonst üblichen Zusatzstoffen
verleihen. Nichtionische Emulgatoren, wie Polyglykoläther, und Schutzkolloide, wie
Polyvinylalkohol oder Mischpolymerisate auf Basis von Acrylsäure, Meth-
acrylamid
oder Vinylpyrrolidon, sind hierfür geeignet.
-
Die Schutzkolloide können auch noch nach der Polymerisation zugesetzt
werden.
-
Für das Verfahren kann man die handelsüblichen Zementsorten verwenden.
Als Zuschläge kommen die in der Zementverarbeitung bekannten grob- und feinkörnigen
Stoffe, wie Sand, Kies, Quarzsand oder Kalk, in Frage. Außerdem können bekannte
Zusatzstoffe, wie Abbindebeschleuniger oder -verzögerer, Netzmittel oder Betonverflüssiger,
zugesetzt werden.
-
Die Kunststoffdispersionen werden vorteilhaft im Untermischverfahren
mit den bekannten Zementmischeinrichtungen - am besten eignen sich Intensivmischer
- verarbeitet. Zweckmäßigerweise werden die hydraulischen Bindemittel zunächst mit
den Zuschlagstoffen vorgemischt, und anschließend wird die berechnete Menge Anmachwasser
zugegeben. Die innige Mischung aus Zement, Zuschlagstoffen und Wasser kann dann
mit einer wäßrigen Dispersion der erfindungsgemäßen Mischpolymerisate gut gemischt
werden. Man kann aber auch die Kunststoffdispersion mit der Gesamtmenge des Anmachwassers
verdünnen und in der Vormischung verteilen. Erfolgt ein Zusatz von Netzmitteln,
so werden diese am besten in einem Teil des Anmachwassers gelöst und in das Zementgemisch
vor der Zugabe der Dispersion mit dem restlichen Anmachwasser eingearbeitet. Bei
den Ansätzen ist jeweils der Anteil des Dispersionswassers bei der Berechnung des
Wasser-Zement-Faktors zu berücksichtigen. Werden die Mischpolymerisate in Pulverform
verwendet, so kann, wie bei der Herstellung von Zementgemischen üblich, verfahren
werden, nur daß man das Kunststoffpulver vorher in dem Zement gleichmäßig verteilt.
Die aus Zement-Kunststoff-Mischungen gemäß dieser Erfindung hergestellten Massen
zeichnen sich durch eine hervorragende
Chemikalienbeständigkeit
aus. Es wurde beispielsweise die Verseifungsbeständigkeit der Mischpolymerisate
durch 7stündige Behandlung bei 100"C mit einer Natriumhydroxydlösung vom pH 13 geprüft.
Feuchter Zement besitzt etwa den gleichen pH-Wert. Es zeigte sich, daß maximal 100/o,
in den meisten Fällen aber unter 5 °/0 ausgewaschen werden. Polyvinylacetat wird
unter den gleichen Bedingungen zu 90 bis 95 <>/o verseift. Auch gegen mineralische
Treib- und Schmierstoffe sind die erfindungsgemäßen Kunststoffe sehr beständig.
Fahrbahnbeläge aus Zementmischungen sind der dauernden Einwirkung dieser Stoffe
ausgesetzt, die eine zerstörende Wirkung auf den Belag ausüben. Zusatzstoffe für
Zement, die in Treibstoffen leicht quellen und sie zurückhalten, fördern den Verschleiß
des Fahrbahnbelages. Bei den erfindungsgemäßen Mischpolymerisaten wurde nach 1 stündiger
Einwirkung von Autobenzin nur eine Quellung, ausgedrückt in prozentualer Gewichtszunahme,
von weniger als 30/o, in Mineralöl nach 3 Stunden von weniger als 1 °/o festgestellt.
Im Vergleich dazu nahm ein Mischpolymerisat aus 70 Teilen Styrol und 30 Teilen Butadien
etwa 240/o seines Gewichtes Mineralöl auf. In Benzin quoll das Butadienmisch polymerisat
so stark, daß nach einer Stunde kein Wert mehr bestimmt werden konnte.
-
Durch den erfindungsgemäßen Kunststoffzusatz wird die Flexibilität
und entsprechend die Biegezugfestigkeit der gehärteten Zementmischungen bei gleich
bleibender oder zunehmender Druckfestigkeit erhöht.
-
Es überrascht, daß auch die Druckfestigkeit durch den Kunststoffzusatz
teilweise gesteigert werden kann, während man im allgemeinen annahm, daß die Druckfestigkeit
mit steigendem Kunststoff-Zement-Faktor sinkt. Wird das Wasser-Zement-Verhältnis
über das übliche Maß hinaus verringert, so nehmen die Biegezugfestigkeit und die
Druckfestigkeit weit stärker zu, als ohne Kunststoffzusatz zu erwarten war. Die
erfindungsgemäßen Zementmischungen sind auch von Vorteil, weil hieraus hergestellte
Estriche bereits wenige Tage nach der Verlegung zur Benutzung freigegeben werden
können. Schließlich haften die Mischungen auch gut auf Altbeton und Bitumenbelagen.
-
Zement-Kunststoff-Mischungen gemäß dieser Erfindung lassen sich technisch
vorteilhaft zur Herstellung aller Arten von Fahrbahnbelägen, Industrieböden, insbesondere
chemikalienbeständigen Estrichen, Fahrbahnbegrenzungen, Vorsatzbeton, Ausbesserungsarbeiten
auf Altbeton, im Hochbau und Zementverputzmischungen verwenden.
-
Die in den Beispielen angegebenen Teile sind Gewichtsteile.
-
Beispiel 1 100 Teile einer 50°/Oigen wäßrigen Dispersion eines Mischpolymerisates
aus Vinylidenchlorid,Vinylchlorid, Acrylnitril und Acrylsäurebutylester im Gewichtsverhältnis
46:18:11: 25 werden mit 2000 Teilen eines Zement-Sand-Gemisches (500 Teile Eisenportlandzement
EPZ 275, 500 Teile Normensand I [fein] und 1000 Teile Normensand II [grob]) innig
gemischt. Der Mischung werden 175 Teile Wasser zugegeben, um den nach DIN 1164 §
25 erforderlichen Wasser-Zement-Faktor von 0,45 zu erreichen. Die Herstellung und
das Verdichten der Zementmischungen wird ebenfalls nach der DIN-Vorschrift 1164
§ 25 vorgenommen. Aus der Mischung werden Prüfkörper hergestellt, die
28 Tage bei
650/o relativer Luftfeuchtigkeit und 20"C gelagert und nach dieser Zeit einer Biegezug-
und Druckbeanspruchung nach DIN 1164 §16 und § 17 unterworfen werden.
-
Analog werden Mischungen aus 200 Teilen Kunststoffdispersion, 2000
Teilen Zement-Sand-Gemisch und 125 Teilen Wasser, aus 300 Teilen Kunststoffdispersion,
2000 Teilen Zement-Sand-Gemisch und 75 Teilen Wasser sowie aus 300 Teilen Kunststoffdispersion
und 2000 Teilen Zement-Sand-Gemisch und hieraus Prüfkörper hergestellt.
-
Die ermittelten Werte sind im Vergleich zu den an Zement-Sand-Mischungen
ohne Kunststoffzusatz gewonnenen in der folgenden Tabelle zusammengefaßt:
| Kunststoffzusatz 0 statt Wasser- Biegezug- Druck- |
| (Teile wäßrige Zement- Zement- festigkeit festigkeit |
| Dispersion) Faktor Faktor |
| Faktor Faktor |
| 0 0 0,45 50 275 |
| 0 0 0,3 60 300 |
| 100 (500/0ig) 0,1 0,45 95 290 |
| 200 (500/0in) 0,2 0,45 110 310 |
| 300 (500/0ig) 0,3 0,45 125 330 |
| 300 (500/0ig) 0,3 0,3 150 450 |
Beispiel 2 Mit einer Mischung aus einer wäßrigen Dispersion des im Beispiel 1 genannten
Mischpolymerisates, Eisenportlandzement EPZ 275 und Rheinsand mit einer Sieblinie
zwischen E und F nach DIN 1045 (Verhältnis Zement zu Sand gleich 1: 3; Kunststoff-Zement-Faktor
0,1; Wasser-Zement-Faktor 0,2) wurde ein Estrichboden verlegt. Seine Festigkeit
wurde im Vergleich zu einem ähnlichen Estrich ohne Kunststoffzusatz nach 2tägiger
Feuchtlagerung durch Stoßen eines 50-kg-Gewichtes mit der Kante aus 40 bis 50 cm
Höhe in die Estrichoberfläche geprüft. Bei dem Estrich mit dem Zusatz von Kunststoffdispersion
entstand nur eine kleine Einbuchtung, während bei dem gewöhnlichen Estrichbelag
eine Fläche von 20 cm2 ausgebrochen wird. Die Estrichfläche mit Kunststoffzusatz
konnte nach 2 Tagen schweren Belastungen durch 250-kg-Fässer und Elektrokarren ausgesetzt
werden, ohne daß dabei eine Schädigung eintrat. Selbst als ein volles 250-kg-Faß
hochkant an einer Stelle mehrmals gedreht wurde, traten durch die Mahlarbeit keine
Beschädigungen auf. Die gewöhnlichen Estrichbeläge müssen nach dem Verlegen 12 bis
14 Tage für den rollenden Faßverkehr gesperrt bleiben, um die optimalen Festigkeitseigenschaften
zu erreichen.
-
Beispiel 3 2000 Teile der im Beispiel 1 beschriebenen Zement-Sand-Mischung
werden mit 100 Teilen einer 500/0eigen wäßrigen Dispersion eines Mischpolymerisates
aus Vinylchlorid, Vinylidenchlorid, Acrylnitril und Acrylsäurebutylester (Gewichtsverhältnis
41,5: 20:11,5: 27) und 175 Teilen Wasser innig gemischt. Analog wird eine Mischung
aus 2000 Teilen Zement-Sand-Gemisch, 200 Teilen wäßrigerKunststoffdispersionund
125 Teilen Wasser hergestellt. Hieraus werden, wie im Beispiel 1 beschrieben, Prüfkörper
hergestellt, gelagert und auf Festigkeit geprüft.
-
Die erzielten Festigkeiten sind:
| Kunst- |
| Kunststoffzusatz Wasser- Biegezug- Druck- |
| stoff- |
| (Teile wäßrige Zement- festigkeit festigkeit |
| Zement- |
| aktor I Faktor Faktor |
| kg/cm2 kg/cm2 |
| 0 0 0,45 50 275 |
| 100 (50%ig) 0,1 0,45 85 250 |
| 200 (50%ig) 0,2 0,45 96 280 |
Belastungsversuche, wie im Beispiel 2 beschrieben, zeigen bei den gleichen Arbeitsbedingungen
dieselben Vorteile gegenüber Zementestrichen ohne Kunststoffzusatz.
-
Die Beständigkeit von Estrichen aus den Zement-Kunststoff-Mischungen
gegen organische Lösungsmittel und monomere Verbindungen, wie Acrylsäureester, Carbonsäurevinylestern,
Vinylidenchlorid und Vinylchlorid, ist sehr gut. Nach mehrtägiger Einwirkung unter
einer Glasglocke wird kein schädigender Einfluß festgestellt. Auch diese Flächen
halten den hohen Anforderungen, wie im Beispiel 2 angegeben, stand.
-
Beispiel 4 100 bzw. 200 Teile einer 50%igen wäßrigen Dispersion eines
Mischpolymerisates aus Vinylchlorid, Acrylnitril und Acrylsäurebutylester (Gewichtsverhältnis
57,5: 16,5 : 26) werden, wie im Beispiel 1 beschrieben, mit einer Zement-Sand-Mischung
und 175 bzw.
-
125 Teilen Wasser innig vermischt. Herstellung und Lagerung von Prüfkörpern
erfolgt ebenfalls wie im Beispiel 1 beschrieben. Die Prüfung ergibt im Vergleich
zu Zementmischungen ohne Kunststoffzusatz folgende Daten:
| Kunst- |
| Kunststoffzusatz Wasser- Biegezug- Druck- |
| stoff- |
| (Teile wäßrige Zement- festigkeit festigkeit |
| Zement- |
| Dispersion) Faktor |
| Faktor kg/cm2 |
| 0 0 0,45 50 275 |
| 100 (50%ig) 0,1 0,45 75 220 |
| 200 (500/0ig) 0,2 0,45 78 270 |
Beispiel 5 125 Teile, 250 Teile und 375 Teile einer 40%igen wäßrigen Dispersion
eines Mischpolymerisates aus 40 Teilen Vinylchlorid, 16 Teilen Acrylnitril und 44
Teilen Acrylsäurebutylester werden, wie im Beispiel 1 beschrieben, mit einer Zement-Sand-Mischung
und 150 bzw. 75 Teilen Wasser innig vermischt. Die Herstellung und Lagerung der
Prüfkörper erfolgt nach Beispiel 1. Die Prüfung ergibt im Vergleich zu Zement-Mischungen
ohne Kunststoffzusatz folgende Daten:
| Kunststoffzusatz Kunst- |
| (Teile wäßrige stoff Zement- festigkeit festigkeit |
| Zement- |
| Dispersion) Faktor |
| Faktor |
| kg/cm² kg/cm² |
| 0 0 0,45 50 275 |
| 125 (40%ig) 0,1 0,45 110 310 |
| 250 (40%ig) 0,2 0,45 130 360 |
| 375 (40%ig) 0,3 0,45 140 335 |