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Verfahren zur Verbindung von abgebundenen und frisch angemachten,
hydraulische Bindemittel enthaltenden Baustoffen Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Verbindung von abgebundenen und frisch angemachten, hydraulische Bindemittel
enthaltenden Baustoffen, insbesondere Beton, durch Auftragen einer die Haftschicht
bildenden wäßrigen Dispersion kopolymerer oder polymerer Vinylverbindungen und deren
homologer Abkömmlinge auf den abgebundenen Baustoff und anschließendes Aufbringen
des frisch angemachten Baustoffes auf die noch feuchte Haftschicht.
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Alle bisherigen Verfahren zur Verbindung von altem und frischem Beton
durch eine Polyvinylverbindungen enthaltende Haftschicht haben den großen Nachteil,
daß die Haftschicht nicht genügend wasserabweisend ist und infolge der Feuchtigkeitsaufnahme
aus der Umgebung die Haftfestigkeit zwischen den beiden Baustoffteilen sehr zu wünschen
übrig läßt. Die hydrophile Komponente in der Haftschicht ist im allgemeinen Polyvinylalkohol,
der als Emulgator für die Emulsion der die Haftschicht bildenden Polyvinylverbindungen
dient Da der Polyvinylalkohol infolge seiner Molekülgröße nicht in den Beton eindiffundieren
kann, verbleibt er in der Haftschicht und macht diese auf die Dauer hydrophil. Bei
Feuchtigkeitseinwirkung tritt eine Quellung dieser Schicht auf, wodurch eine Verringerung
des Haftvermögens einsetzt. Besonders bei Anwendung des Verfahrens im Straßenbau
oder in Verbindung mit anderen, der Witterung stark ausgesetzten Bauelementen können
sich diese Erscheinungen sehr nachteilig auswirken.
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Trotz dieser nachteiligen Folgen der Quellung gab es bisher keine
wirksame Gegenmaßnahme. Zwar ist es bekannt, einer PVA-Emulsion zum Zwecke der Härtung
des Polyvinylalkohols eine Kondensationsharzlösung zuzusetzen. Ein derartiger Zusatz
beeinflußt jedoch die geringe Wasserempfindlichkeit der die Haftschicht bildenden,
verseifbaren Polyvinylverbindungen nicht. Vor allem kann die Verseifungsgefahr z.
B. der PVA-Harze infolge der starken Alkalität des frischen Betons nicht behoben
werden.
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Der Zusatz hochmolekularer Fettsäuren als Hydrophobierungsrnittel
zu Kunststoffdispersionen bei der Aufbringung von verschleißfesten Kunstharzschichten
im Straßenbau ist zwar bekannt, doch handelt es sich hierbei nicht um wäßrige Dispersionen,
sondern um solche in Lösungsmitteln bzw. Weichmachern, in denen die hochmolekularen
Fettsäuren mit mehr als 10 C-Atomen löslich sind. Da bei diesem Verfahren die Einbringung
der Fettsäure in die wäßrigen Kunststoffdispersionen unbekannt war, ist die kunststoffhaltige
Verschleißschicht in eine Unterschicht, die als wäßrige fettsäurefreie Dispersion
aufgebracht wird, und eine besonders verschleißfeste, als wasserabweisenden Zusatz
freie Fettsäure enthaltende Oberschicht unterteilt. Dabei enthält jedoch die die
verschleißfeste Schicht bildende Kunststoffdispersion nicht Wasser, sondern ein
Lösungsmittel oder einen Weichmacher als Dispersionsmittel. Da einerseits die Verarbeitung
von wäßrigen Kunststoffdispersionen einfacher und billiger als die Verwendung von
Dispersionen auf Lösungsmittelbasis ist, andererseits aber die Verschleißschicht
wasserabweisend sein soll, wird zunächst eine wäßrige, fettsäurefreie Decke aufgebracht
und dann eine fettsäurehaltige Schicht auf Lösungsmittelbasis. Der Zwang zur Aufbringung
von zwei verschiedenen Schichten ergibt sich aus der Tatsache, daß die Herstellung
eines fettsäurehaltigen Hydrophobierungssystems auf Wasserbasis nicht bekannt war.
Der Einsatz derartiger Hydrophobierungssysteme auf Lösungsmittelbasis ist nicht
nur erheblich teuerer als entsprechende wäßrige Lösungen, sondern auch sehr feuergefährlich.
Bei leicht flüchtigen Lösungsmitteln entstehen zudem Dämpfe, die insbesondere bei
großen Flächen die mit der Aufbringung der Schicht beschäftigten Arbeiter sehr belästigen.
Die Feuergefährlichkeit des verdunstenden Lösungsmittels ist insbesondere beim Straßenbau
infolge der mannigfachen Entzündungsmöglichkeiten unangenehm. Andererseits ist die
einfache Auflösung der freien Fettsäuren in einer wäßrigen PVA-Dispersion nicht
möglich, da deren Löslichkeit viel zu gering ist. Sie beträgt bei der Undekansäure
größenordnungsmäßig 10-3% und nimmt mit wachsender Alkylkette sehr schnell ab. Es
bestand daher ein Bedürfnis, ein Hydrophobierungsmittel auf Wasserbasis zu entwickeln,
das die erforderlichen hohen Konzentrationen an der wirksamen Substanz
enthält
und mit den üblicherweise benutzten wäßrigen PVA-Dispersionen mischbar ist.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, durch Zugabe eines geeigneten
wäßrigen Hydrophobierungssystems zur wäßrigen Dispersion der Polyvinylverbindungen
zwischen Bauteilen eine Haftschicht zu schaffen, die trotz der unvermeidbaren hydrophilen
Verbindungen wasserabweisend ist und bei der sich die Einwirkung von Luftfeuchtigkeiten
nicht nachteilig auswirkt.
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Erfindungsgemäß wird das Wasseraufnahmevermögen der Haftschicht dadurch
ausgeschaltet, daß der die Haftschicht bildenden Dispersion ein kolloidales, wäßriges
Hydrophobierungssystem aus Ammoniumsalzen und komplexen Metallsalzen langkettiger
Fettsäuren zugesetzt wird. Dadurch ist es möglich, die hydrophile Eigenschaft gewisser
unerläßlicher Verbindungen in der Haftschicht unschädlich zu machen und das durch
diese Komponenten verursachte, allgemein beobachtete Quellvermögen der Haftschicht
praktisch auszuschalten. Der geschilderten Maßnahme fehlen außerdem die vorerwähnten
Nachteile der bisher bekannten und-benutzten Verfahren. Insbesondere können nunmehr
Kunststoffdispersionen mit praktisch unbegrenzt hohen Gehalten an Hydrophobierungskomponenten
zur Herstellung von Haftbrücken eingesetzt werden: Das disperse Gemisch aus copolymeren
Vinylverbindungen besteht vorzugsweise aus PVA-Harzen, Polyvinylpropionaten und/oder
Polyvinylestern, und das hydrophobierend wirkende Kolloidsystem ist vorteilhaft
aus einem Gemisch eines Ammoniumsalzes langkettiger Karbonsäuren mit fettsauren
Metall-Komplexverbindungen, insbesondere von mehrwertigen Metallionen von aliphatischen
Karbonsäuren mit 15- bis 18 Atomen, aufgebaut. Die Haftwirkung -läßt sich noch verbessern,
-wenn dem Dispersionsgemisch -dispergierbare additiv vernetzend reagierende- Kunstharze,
z. B. Epoxyweichharze und Vernetzungsmittel wie Amine, Amide, Polyamine; Polyamide
oder Aminaddukte zugesetzt werden.- Im letzteren Fall kann ein, Zusatz von geringen
Mengen reaktionsbeschleunigenden Stoffen wie - Phenole, Phenolhomologe zu den Dispersionen
zweckmäßig sein. Dem zur Ausbildung der Haftbrücke verwendeten Gemisch können außerdem
dispersionswasserbindende Zusätze, z. B. hydraulische Bindemittel, und Wässer-,
säure-, öl- und benzinfeste Füllstoffe, z. B. Quarzmehl, zugesetzt .werden.
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Auf die Haftschicht wird vorteilhaft ein normaler Oberbeton in einer
Stärke von etwa 0;5 bis 1 cm aufgestampft. Diesem Oberbeton können. in bekannter
Weise Abbindebeschleuniger wie Kalziumchlorid oder Aluminat-Karbonat-Mischungen
zugesetzt werden. Ferner ist -es zur Vergrößerung -der Biegezug-und Druckfestigkeit
und zur Erzielung von Wasser-, Benzinsäure und - Ölresistenz - vorteilhaft, - wenn
man dem Oberbeton etwa 10 bis 20'% der Kunstharzdispersion zusetzt.
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Die hydrophobierende Wirkung bestimmter Metallseifen in Betonmischungen
ist seit langer Zeit bekannt. - Doch bestand bisher keine Möglichkeit, Metallseifen,
auch wenn sie in feinstpulverisierter Form vorlagen, so homogen mit Kunstharzdispersionen
bzw. -emulsionen zu vermischen, daß in den daraus gebildeten Filmen eine völlig
gleichmäßige Verteilung -dieser Stoffe eintrat. Versuche zeigten, daß stets die
einzelnen Partikel .dieser Materialien stellenweise im Film verankert sind, während
sich in anderen Teilen des Films Fehlstellen zeigen, und zwar auch dann, wenn die
einzelnen Partikel sehr klein waren.
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Es wurde gefunden, daß-demgegenüber eine kontinuierliche Verteilung
im Material gelingt, wenn die Metallseifen durch Zusatz von Ammoniumverbindungen
in Anlagerungskomplexe übergeführt werden, die die Eigenschaft haben, kolloidale
Lösungen zu bilden. Besonders eignen sich hierzu mehrwertige Schwermetallionen in
Verbindung mit langkettigen Fettsäuren und Ammoniak. Diese Komplexbildungsreaktionen,
deren chemischer Ablauf noch nicht genau durchschaut werden kann, treten innerhalb
von 15 bis 20 Minuten bei Temperaturen zwischen 80 und 90° C ein, und die entstehenden
Kolloidsysteme lassen sich ohne Schwierigkeiten völlig homogen in Kunstharzdispersionen
oder -emulsionen einrühren und verleihen den daraus gebildeten Filmen völlig gleichmäßige
hydrophobe Eigenschaften.
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Weiterhin wurde gefunden, daß solche Filme bei Einwirkung von Feuchtigkeit
80'% weniger Wasser aufnehmen als. Filme aus Vinylpolymerisatdispersion ohne derartige
Zusätze.
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Es wurde ferner beobachtet, daß geringe Zusätze von Ammoniumsalzen
langkettiger Fettsäuren, z. B. Ammoniumstearat, die Reemulgierbarkeit der Kunstharzfilme
weiter herabsetzen und -gleichzeitig die Verseifungsgefahr - zwischen den stark
alkalisch reagierenden Kalziumverbindungen des -Frischbetons und den PVA-Harzen
wesentlich mindern. Am günstigsten erwies sich ein Gemisch aus gleichen Teilen löslicher
fettsaurer Ammoniumsalze und Metall-Amino-Hydroxo-Komplexverbindungen, vorzugsweise
aus mehrwertigen Schwermetallen und langkettigen Karbonsäuren, als Zusatz zu Emulsionen
oder Dispersionen von Vinylpolymeren.
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Außerdem wurde festgestellt; daß solche Mischungen, insbesondere nach
Zusatz von hydraulischen Stoffen und silikatischen Verbindungen, eine gute Haftbrücke
zwischen Alt- und Frischbeton ergeben. Das als dünne Schlämme auf den- oberflächlich
gereinigten Altbeton aufgebrachte Gemisch ermöglicht eine unlösbare dauerhafte Verbindung
mit dem aufgestampften -Frischbeton. Bei der Abbindung der Haftbrücke tritt wahrscheinlich
folgende chemische Reaktion auf: Die alkalisch reagierenden Kalziumverbindungen
des hydraulischen Baustoffes zersetzen die kolloidal gelösten .fettsauren Metallkomplexe
unter Bildung hydrophob wirkender Metallseifen, Wasser und Ammoniak. Letzteres entweicht
gasförmig, so daß keine schädlich wirkenden Ammoniumsalze im Beton verbleiben. Außerdem
reagieren die fettsauren Ammoniumsalze des Gemisches mit den löslichen Kalziumverbindungen
der hydraulischen Baustoffe unter Bildung - schwerlöslicher Metallseifen und verhindern
somit die Verseif ungsgefahr der PVA-Harze.
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Es wurde ferner gefunden, daß Alterungsbeständigkeit, Haftvermögen
und Druckfestigkeit der Haftbrücke erhöht werden können, wenn man keine reinen Vinylpolymerisatdispersion
verwendet, sondern Gemische solcher Kunstharze mit additiv vernetzend reagierenden
Kunststoffen.
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Gemäß dem Verfahren der Erfindung ist es gelungen, stabile Dispersion
aus Vinylpolymeren und vernetzend reagierenden Kunstharzgemischen, z. B. Epoxyharzen
und Polyamin- bzw. Polyamidverbindungen
herzustellen. Bei Vermischung
mit hydraulischen Baustoffen wird das Dispersionswasser derartiger Gemische als
Hydratwasser gebunden und somit als freies Wasser dem Gemisch entzogen. Dadurch
kann anschließend die Vernetzungsreaktion zwischen den additiv wirkenden Kunstharzen,
z. B. Epoxyverbindungen, und den Vernetzungsmitteln, z. B. Polyamide, erfolgen.
Die gebildeten Makromoleküle werden gleichmäßig in den Vinylpolymerisatfilm eingebaut.
Ob zwischen den Vinylpolymerisaten und den vernetzten Kunstharzen weitere Reaktionen
erfolgen, was anzunehmen ist, konnte bisher noch nicht genau festgestellt werden.
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Versuchsreihen zeigten eindeutig, daß derartige Kombinationen eine
wesentlich bessere Haftung, selbst auf glatten und porenfreien Materialoberflächen,
besitzen, als die reinen Vinylpolymerisatfilme.
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Weiterhin erhöht sich bei solchen Mischungen die Resistenz des Betons
gegen Wasser, Mineralöl, Motortreibstoff, Säuren, Basen und andere chemische Verbindungen.
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Außerdem wurde festgestellt, daß geringe Zusätze von Phenolen oder
Phenolhomologen, die Bekannterweise als Reaktionsbeschleuniger für Epoxyharzsysteme
Verwendung finden, auch in den angeführten Dispersionsmischungen aus Vinylpolymeren
und vernetzenden Zweikomponentenkunstharzen erhärtungsbeschleunigend wirken. Falls
man zu derartigen Mischungen in Verbindung mit hydraulischen Baustoffen Abbindebeschleuniger
für die letzteren wie Gemische aus Aluminaten oder Alkalikarbonaten zusetzt, lassen
sich Kunststoffbetone herstellen, die wesentlich geringere Abbinde- und Erhärtungszeiten
besitzen als Normalbeton. Wirtschaftlich haben derartige Kombinationen im Straßenbau
besondere Bedeutung, wo möglichst kurze Reparaturzeiten erwünscht sind. Ferner ermöglichen
katalytische Zusätze auf Phenolbasis eine relativ schnelle Vernetzung der Zweikomponentenharze
auch bei niedrigeren Temperaturen bis in Gefrierpunktnähe und bei relativ hoher
Luftfeuchtigkeit, was insbesondere bei Reparaturarbeiten in der kalten Jahreszeit
technisch sehr vorteilhaft ist.
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Die gemäß dem Verfahren der Erfindung entwickelten Kunstharzdispersionen
lassen sich nicht nur als Haftbrücken zwischen Alt- und Frischbeton, sondern auch
als Haftvermittler zwischen Frischbeton und anderen Baustoffen wie Metalle einschließlich
Aluminium, Holz, Asbestzement, Terrazzo usw. verwenden. Es wurde festgestellt, daß
das Adhäsionsvermögen derartiger Kunststoffgemische so groß ist, daß auch auf völlig
glatten und porenfreien Oberflächen unlösliche Verbindungen mit anderen Materialien
hergestellt werden können. Durch Festigkeitsprüfungen wurde ermittelt, daß Zusätze
der erfindungsgemäß hergestellten Kunstharzdispersionen zu Betonmischungen eine
beträchtliche Erhöhung der Druck- und Biegezugfestigkeit bringen, die auch nach
längerer Feuchtigkeitseinwirkung erhalten bleibt, wie die nachfolgende Tabelle zeigt:
| Biegezug- Druckfestigkeit Biegezug- Druckfestigkeit |
| Zusammensetzung festigkeit Abbindezeit festigkeit Wasserlage |
| nach 28 Tagen nach 7 Tagen |
| kg kg kg kg |
| Grundmischung: |
| 1 Teil Portlandzement, 3 Teile Sand 0 bis 3 mm . . 48 360 38
320 |
| Mischung wie 1, Zusatz von 20°/o PVA-Dispersion |
| (50o/oig) ..................................... 58 298 42 243 |
| Mischung wie 1 -h 20 % Zusatz A*) .............. 65
322 58 320 |
| Mischung wie 1 -I- 20 % Zusatz B *) .............. 82
536 78 526 |
| Zusammensetzung der Zusätze: |
| A = 40 % innerlich weichgemachte PVA-Dispersion, B = 25 % PVA-Dispersion, |
| 50 % weichmacherfreie PVA-Dispersion, 25 % Epoxyharz-Polyamid-Gemisch, |
| 10 % kolloidale fettsaure Eisen-Komplexlösung **); 50 % Wasser. |
| **) Die kolloidale fettsaure Eisen-Komplexlösung wurde wie
folgt hergestellt: |
| 10 Teile Eisenpalmitat wurden in einer 5o/oigen Ammoniumhydroxydlösung
suspendiert und unter langsamem Rühren |
| 20 Minuten lang auf eine Temperatur von 80 bis 90° C gebracht.
Hierbei bildete sich eine völlig homogene Kolloid- |
| lösung, die auch nach längerer Zeit nicht ausflockte. (Gleiche
Ergebnisse wurden zwischen Eisenstearat, Aluminium- |
| stearat, Zinkstearat und Ammoniumhydroxyd erzielt.) |
Beispiel 1. Stufe Zur Herstellung von festhaftenden wasser- und ölfesten Betonzusätzen
auf Kunstharzbasis wurden zwei getrennte Ansätze hergestellt.
| Ansatz I |
| 100 Teile Copolymerisat-Dispersion, |
| 66 Teile flüssiges Epoxyharz, |
| 100 Teile Wasser, |
| 10 Teile kolloidale fettsaure Metall-Komplex- |
| Lösung. |
| Ansatz II |
| 100 Teile Copolymerisat-Dispersion, |
| 34 Teile Polyamide, Polyamine oder Amin- |
| addukte, |
| 100 Teile Wasser, |
| 10 Teile kolloidale fettsaure Metall-Komplex- |
| Lösung. |
Die Herstellung erfolgte durch homogene Vermischung der einzelnen Zusätze in der
angeführten Reihenfolge mit einem Schnellrührwerk, bis sich eine homogene Dispersion
gebildet hatte. In getrennten
Gefäßen aufbewahrt, sind beide Komponenten
unbegrenzt lagerfähig.
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2. Stufe Vor der Verarbeitung als Haftvermittler zwischen Alt- und
Frischbeton wurden gleiche Teile der Ansätze 1 und 2 gut verrührt und mit dem erforderlichen
Anmachwasser, hydraulischen Zuschlagstoffen und silikatischen Füllstoffen zu einer
Schlämme vermischt. Nach Reinigung der alten Betonoberfläche durch Abkehren und
Abspritzen mit Wasser wurde die Schlämme in etwa 1 bis 2 mm Dicke aufgebracht und
anschließend auf die noch feuchte Haftschicht ein erdfeuchter Oberbeton in bekannter
Zusammensetzung in 0,5 bis 1 cm Dicke aufgestampft.
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Zur Anwendung als Haftvermittler auf porenfreien Baumaterialien wie
Metall, Terrazzo usw. wird die reine Kunstharzdispersion zweckmäßig ohne Zusätze
von Füllstoffen verwendet.
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Bei der Herstellung eines öl-, benzin-, säure- und wasserfesten Betons
hat sich folgende Zusammensetzung zur Aufbringung als Oberbeton auf die gemäß dem
Verfahren der Erfindung hergestellte Haftschicht als günstig erwiesen:
| 35 Gewichtsteile Portland-Zement, |
| 5 Gewichtsteile Kunstharzmischung |
| aus Ansatz 1 und 2, |
| 60 Gewichtsteile Sand 0 bis 3 mm. |