USE OF CONCRETE MIXTURE OR CEMENT MORTAR MIXTURE FOR THE CONSTRUCTION OF SEWAGE WORKS AND A PROCESS FOR THE PREPARATION OF SUCH A MIXTURE

Abstract: 1. Use of a concrete mixture or cement mortar mixture of unadulterated portland cement with high sulphate resistance, aggregates of a carbonate rock (preferably dolomite crushed sand and/or limestone crushed sand), water and optionally further additives such as a hydroxide (preferably calcium hydroxide and/or magnesium hydroxide) and/or an agent for sealing and making hydrophobic the set concrete surface (preferably a stabilized anionic bituminous emulsion) for the construction of sewage works.

Description: Betonmischung bzw. Zementmörtelmischung, deren Herstellung und deren Verwendung Die Erfindung betrifft eine Betonmischung bzw. eine Zementmörtelmischung aus Portlandzement, Zuschlagsstoffen, Wasser und ggfs. weiteren Zusätzen. Ausserdem gibt die Erfindung ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung der Mischung an sowie die bevorzugte Verwendung der Mischung für den Bau von Abwasserkanälen und -anlagen. Es ist bekannt, dass Beton und Zementmörtel durch Säuren mehr oder weniger schnell zersetzt werden können. Aus diesem Grunde weisen Abwasser-Bauwerke aus Beton oder aus einem mit Zementmörtel gemauerten Mauerwerk häufig schon nach wenigen Jahren schwere Schäden auf, die auf einen bakterieninduzierten Schwefelsäureangriff zurückzuführen sind. Die von den Abwässern ausgehenden Faulgase besitzen nämlich in der Regel einen verhältnismässig hohen Gehalt an Schwefelverbindungen, welche durch bestimmte, als "Thiobazillen" oder "Thiooxybazillen bezeichnete Bakterien zu Schwefelsäure oxidiert werden. Diese Bakterien siedeln sich oberhalb des Abwasserspiegels an den Oberflächen der Bauwerke an bzw. dringen in Fugen und Ritzen ein, und die von ihnen produzierte Schwefelsäure zerstört dann den Beton oder Mörtel. Man hat versucht, die durch den bakterieninduzierten Schwefelsäureangriff gefährdeten Bauwerke durch dichtes Versiegeln, Beschichten oder Auskleiden der Oberflächen beispielsweise mit säurebeständigen Kunststoffen zu vermeiden, jedoch ist dies problematisch geblieben. Die Bakterien können sich nämlich auch auf solchen Kunststoffoberflächen ansiedeln und von dort aus die Versiegelungen, Beschichtungen oder Auskleidungen durch Schadstellen, Fugen, Poren und Risse hindurch hinterwandern. Es ist in der Praxis nicht möglich, Versiegelungen, Beschichtungen oder Auskleidungen auf Dauer völlig dicht zu halten, denn selbst bei guter konstruktiver Ausführung können sie bei entstehenden Zwängungsspannungen reissen oder auf andere Weise bauphysikalisch Schaden nehmen und undicht werden. Sie sind dann eher schädlich als nützlich. Ausserdem sind Versiegelungen, Beschichtungen oder Auskleidungen mit Kunststoffen o. dgl. sehr kostspielig. Hier setzt die Erfindung ein. Sie hat zum Ziel, der Bautechnik eine gegen den bakterieninduzierten Schwefelsäureangriff resistente Betonmischung bzw. Zementmörtelmischung zur Verfügung zu stellen, die sowohl zum Neubau als auch zum Sanieren von insbesondere Abwasser-Bauwerken geeignet ist, die preisgünstig hergestellt werden kann und die sich handwerksüblich verarbeiten lässt. Dieses Ziel erreicht die Erfindung dadurch, dass als Portlandzement ein solcher mit hohem Sulfatwiderstand und als Zuschlagstoffe solche mit einer basisch wirkenden Oberfläche in die Mischung eingesetzt sind. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die die Schwefelsäure produzierenden Bakterien als Lebensraum ein saures Medium benötigen und dass ein solches saures Medium von den bisher üblichen Beton-Zuschlagstoffen oder Mörtelsanden in einer für die Bakterien nahezu idealen Weise vorgegeben wird. Diese Stoffe sind nämlich überwiegend oder anteilig Kiese oder Sande mit Quarz und Silikaten als Hauptbestandteil. Sie besitzen damit eine Oberfläche, die von Natur aus im Laufe der Zeit durch Erosion von Katio nen sauer geworden sein kann und die es zumindest den Bakterien gestattet, sich unbehindert ein saures Medium selbst zu schaffen. Dadurch offerieren sie sich geradezu als Zentren für die Ansiedlung der schädlichen Bakterien. Sobald sich diese Bakterien erst einmal angesiedelt haben, wird die Oberfläche der Zuschlagstoffe oder Mörtelsande durch die produzierte Schwefelsäure noch bakterienfreundlicher, so dass immer mehr Schwefelsäure produziert wird und schliesslich die gefürchtete Korrosion in der umliegenden Zement-Matrix einsetzt. Ausgehend von dieser Erkenntnis schlägt die Erfindung einen völlig neuartigen Weg zur Behebung des Problems ein. Anstelle einer mehr mechanisch schützenden Versiegelung, Beschichtung oder Auskleidung der Bauwerks-Oberflächen sieht sie nämlich eine Bekämpfung der Ursache der Säure-Korrosion vor, indem sie im Baumaterial konsequent alle Bestandteile vermeidet, welche sauer reagierende Oberflächen besitzen oder bilden können. Dadurch finden die schädlichen Bakterien von vorneherein keinen Lebensraum mehr, auf dem sie gedeihen können, und dementsprechend verschwindet auch die Folgeerscheinung der Säure-Korrosion der Bauwerke, bzw. wird entscheidend vermindert. Der in die erfindungsgemässe Betonmischung bzw. Zementmörtelmischung eingesetzte Portlandzement mit hohem Sulfatwiderstand ist ein spezieller Zement, der sich durch einen geringen Gehalt an der C3A-Phase auszeichnet und der dem sogenannten "Sul- fattreiben" entgegenwirken soll. Bei dem Sulfattreiben handelt es sich um eine Bildung von Verbindungen der C3 A-Phase mit Sulfaten und Wasser, die den Beton durch erhebliche Volumenvergrösserung auseinandertreiben, also um eine andere Erscheinung als die Säure-Korrosion, die in einer Zersetzung der Zement-Matrix durch die auf der Oberfläche der Zuschlagstoffe gebildete Schwefelsäure besteht. Dementsprechend kann ein solcher Portlandzement mit hohem Sulfatwiderstand für sich allein die Säure-Korrosion in Abwasser-Bauwerken auch nicht verhindern. Dieser Zement ist jedoch ein notwendiger Bestandteil der erfindungsgemässen Mischung, und er darf auch nicht durch die in der Betontechnik üblichen Püller, wie Flugasche, Trass o. dgl. verschnitten werden. Als zweiten notwendigen Bestandteil sieht die Erfindung ausschliesslich solche Zuschlagstoffe vor, welche eine basisch wirkende Oberfläche besitzen, auf der sich die schädlichen Bakterien nicht oder - wenn sich organische Bewuchshäute auf der Bauwerks-Oberfläche gebildet haben - allenfalls gebremst betätigen können. Als Zuschlagstoffe mit basisch wirkender Oberfläche haben sich dabei zerkleinerte Karbonatgesteine, die in Form z.B. von Dolomitbrechsand oder Kalksteinbrechsand preisgünstig erhältlich sind, ganz besonders gut bewährt. Sie sind gut mit der Zement Matrix verträglich und haben darüber hinaus auch noch den grössen Vorteil, dass sie Schwefelsäure neutralisieren können. Somit sind die Karbonatgesteine in doppelter Hinsicht wirksam, indem sie einen Bakterienbesatz auf der Bauwerks-Oberfläche verhindern oder vermindern und indem sie, falls es noch in geringem Umfang zur Schwefelsäure-Bildung kommt, dieser eine Höchstmenge an reak- tionsbereitem Gegenmittel gegenüberstellen, welches die Schwefelsäure abfängt, bevor sie zersetztend auf die Zement-Matrix einwirken kann. Dank dieser Doppelwirkung sind die Karbonatgesteine die bevorzugten Zuschlagstoffe. Die Menge an Zuschlagstoffen und ihre KorngrössenvePtei- lung kann in den für Beton bzw. Zementmörtel üblichen Bereichen liegen. Es hat sich jedoch als zweckmässig erwiesen, die Mischung mit höheren Zementanteilen als üblich anzusetzen und (insbesondere bei einer Betonmischung) die Korngrössen der Zuschlagstoffe im Bereich kleinerer Werte zu halten, weil dadurch die bakterienabweisende Wirkung verbessert wird. Zusätzlich zu den Karbonatgesteinen können noch geringe Mengen (z.B. bis zu 5 Gew.%, bezogen auf die Zementmenge) an Hydroxiden, bevorzugt Calciumhydroxid und/oder Magnesiumhydroxid, der Beton- bzw. Zementmörtelmischung zugesetzt sein, um ihre bakterienabweisende Wirkung zu steigern. Die bevorzugten Hydroxide haben den Vorteil, dass sie in feinster Verteilung vorliegen und deshalb schon in verhältnismässig geringer Konzentration wirksam sind. Das ist wichtig, weil in jedem Fall die erforderlichen Materialeigenschaften z.B. hinsichtlich Festigkeit, Abbindeverhalten u.dgl. gewährleistet bleiben müssen und man deshalb die Mischung nicht mit Zusätzen überladen darf, welche diese Eigenschaften beeinträchtigen können. Eine solche Beeinträchtigung könnte sich bei einer zu groRen Zusatzmenge an Hydroxiden ergeben. Im weiteren Verfolg des Erfindungsgedankens wurde gefunden, dass sich die bakterienabweisende Wirkung der Betonmischung bzw. Zementmörtelmischung noch weiter steigern lässt, wenn dem Anmachwasser eine lösliche oder zumindest dispergierbare Substanz zugefügt wird, die den Beton bzw. Mörtel und insbesondere dessen Oberfläche wasserabweisend macht. Besonders vorteilhaft sind dabei solche Substanzen, die erst im Falle eines Säureangriffs aktiv werden und dann durch Vernetzen, Verharzen, Quellen o.dgl. eine lokale Abdichtung der Beton- bzw. Mörteloberfläche besorgen. Diese Abdichtung führt dazu, dass ein etwaiger Bakterienbesatz nicht mehr so fest an der Oberfläche haften bleibt, sondern sich durch fliessendes Wasser abspülen lässt. Da in einem Abwasser-Bauwerk der Abwasserspiegel entsprechend dem jeweiligen Anfall sporadisch steigt und sinkt, entsteht somit eine mehr oder weniger periodische Selbstreinigung der Bauwerks-Oberflächen, die zusätzlich zur Korrosionsverminderung beiträgt. Besonders kostengünstige und deshalb bevorzugte Substanzen, die erst im Bedarfsfall zu einer lokalen Abdichtung der gefährdeten Oberflächen führen, sind anionische Bitumenemulsionen, die im alkalischen pH-Bereich stabil sind, im sauren Bereich jedoch ausfallen und dann hydrophobierend wirken. Zementverträgliche, ausreichend stabile Emulsionen dieser Art sind im Handel erhältlich. Sie können mit Hilfe geeigneter Stabilisatoren, z.B. Celluloseethern und anderen Hydrokolloiden, noch höher stabilisiert und in Wasser fein verteilt der Beton- bzw. Zementmörtelmi zugegeben werden, wobei die Zusatzmenge bis zu 15 Gew.%, bezogen auf den Wassergehalt (Anmachwasser) der Mischung, betragen kann. Anstelle oder zusätzlich zu Bitumenemulsionen können aber auf noch andere abdichtende Substanzen eingesetzt werden, wie z.B. chemische Betonabdichtungsmittel, Leime und/oder Kunststoffdisv persionen-. Im übrigen können bei Bedarf der Betonmischung bzw. Zementmörtelmischung auch noch weitere übliche Zusatzmittel, beispielsweise Abbinderegler, Verflüssiger, Gelbildner o.dgl. zugesetzt werden. Die erfindungsgemäss vorgesehenen Zuschlagstoffe und Zusatzmittel sind so beschaffen, dass sie mit weiteren üblichen Zusatzmitteln verträglich sind und auch die Einhaltung der erforderlichen Eigenschaften des Betons bzw. Mörtels gewährleisten. Die Herstellung der Betonmischung bzw. Zementmörtelmischung kann auf konventionelle Weise geschehen. Bevorzugt erfolgt die Herstellung jedoch derart, dass zunächst in ein Zement Wasser-Gemisch eine hohe Rühr-Energie eingeleitet wird, durch die jedes Zementkorn zerlegt und allseitig benetzt wird, bis schliesslich ein kolloidiertes Zementleimprodukt entstanden ist. Etwaige Zusatzmittel werden dabei aus den schon genannten Gründen einer möglichst feinen Verteilung mitkolloidiert, sofern sie nicht wasserlöslich sind. Für dieses Verfahren ist eine Anlage gemäss EP 81 53 0040.4 besonders geeignet. Die Zuschlagstoffe werden anschliessend in einem zweiten Mischvorgang zugemischt, und zwar in der gleichen Anlage oder in einem nachgeschalteten, für die Beton- bzw. Mörtelherstellung üblichen Hochleistungs-Zwangsmischer Dieses bevorzugte Herstellungsverfahren ergibt eine Betonmischung bzw. Zementmörtelmischung, die sich hervorragend im Spritzverfahren auftragen lässt, insbesondere bei den bevorzugten kleineren Korngrössen der Zuschlagstoffe. Dadurch eröffnet sich ein besonders vorteilhafter Weg zum Sanieren von Altbauten, indem deren Oberflächen im Spritzverfahren mit der Mischung überzogen werden. Wenn der Auftrag dabei in mehreren Schichten erfolgt, ist es zweckmässig, ein Mittel zur Abdichtung und Hydrophobierung der abgebundenen Oberfläche nur in der äusseren Schicht und nicht auch in den darunterliegenden Schichten anzuwenden. In jedem Fall ist ein Spritzverfahren wesentlich kostengünstiger als die bisher praktizierte Methode des Beschichtens bzw. Auskleidens mit säurebeständigen Kunststoffen und ausserdem ist es auch wesentlich wirksamer, da etwaige Spannungsrisse o.dgl. wegen der bakterienabweisenden Wirkung nicht zu einer Hinterwanderung von Bakterien führen können. Natürlich lässt sich die erfindungsgemässe Betonmischung bzw. Zementmörtelmischung, sei sie konventionell oder nach dem bevorzugten Verfahren hergestellt, aber auch auf jede andere Weise entweder zu Betonfertigteilen oder in situ zu Ortbeton bzw. Mörtel weiterverarbeiten. Zahlreiche Untersuchungen und Messungen haben die hervorragende Wirksamkeit der erfindungsgemässen Betonmischung bzw. Zementmörtelmischung bestätigt. Die sei im nachfolgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert: Es wurden drei unterschiedliche Betonmischungen hergestellt, nämlich Beispiel A: eine erfindungsgemässe Mischung. mit Zusatz einer höher stabilisierten anionischen Bitumenemulsion aus 1000 g Portlandzement mit hohem Sulfatwiderstand 380 g/rWasser 32 g handelsüblich stabilisierte Bitumenemulsion 6 g Methylhydroxyethylcellulose 1600 g Dolomitbrechsand mit der Korngrösse 0-3 mm und 400 g Dolomitbrechsand mit der Korngrösse 3-8 mm, Beispiel B: eine erfindungsgemässe Mischung ohne Zusatz einer Bitumenemulsion aus 1000 g Portlandzement mit hohem Sulfatwiderstand 380 g Wasser 1600 g Dolomitbrechsand mit der Korngrösse 0-3 mm und 1400 g Dolomitbrechsand mit der Korngrösse 3-8 mm, und Beispiel C: eine nicht-erfindungsgemässe Mischung zu Vergleichszwecken aus 1000 g Portlandzement mit hohem Sulfatwiderstand 380 g Wasser 1600 g Quarzsand mit der Korngrösse 0,3 mm und 400 g Quarzsand mit der Korngrösse 3-8 mm. Zur Herstellung der Betonmischungen wurde jeweils nach dem bevorzugten Verfahren vorgegangen, d.h. es wurde der Zement mit dem Wasser (und im Falle des Beispiels A den weiteren Zusätzen) zunächst in einem Intensiv-Rührwerk ca. 5 min lang gerührt, bis ein kolloidiertes Zementleimprodukt entstanden war. Danach wurde dann der Sand zugemischt. Die so erhaltenen Mischungen wurden anschliessend zu Prüfkörpern verarbeitet. Eine Gruppe dieser Prüfkörper wurde mit Thiobazillen bzw. Thiooxybazillen geimpft, über eine vorbestimmte Zeit in einem die Bedingungen in einem Abwasserkanal simulierenden Schadgasschrank gelagert und dann untersucht. Dabei zeigte sich, dass sich auf den Prüfkörpern gemäss Beispiel C ein dichter Bakterienbesatz gebildet hatte, dass sich auf den Prüfkörpern gemäss Beispiel B die Bakterien nicht nennenswert vermehrt hatten und dass die Bakteriendichte auf den Prüfkörpern gemäss Beispiel A noch geringer war. Ausserdem liessen sich bei den letztgenannten Prüfkörpern die Bakterien verhältnismässig leicht mit fliessendem Wasser wegschwemmen. Eine weitere Gruppe der Prüfkörper wurde durch direkten Auftrag von Schwefelsäure zur Korrosion gebracht. Für die Prüfkörper aus den erfindungsgemässen Beispielen wurde dabei zum Teil mehr als die siebenfache Menge an Schwefelsäure benötigt, um den gleichen Korrosionseffekt zu erhalten wie bei den Prüfkörpern ge mäss Beispiel C. Dies belegt die deutlich verbesserte Resistenz, die mit der Erfindung erreicht wird. Da diese verbesserte Resistenz mit einem drastisch verminderten Bakterienbesatz einhergeht, ergibt sich in der Praxis eine Verminderung der tatsächlichen Korrosion um Grössenordnungen.

Claims: Patentansprüche 1.) Betonmischung oder Zementmörtelmischung aus Portlandzement, Zuschlagstoffen und Wasser sowie ggfs. weiteren Zusätzen, dadurch gekennzeichnet, dass als Portlandzement ein solcher mit hohem Sulfatwiderstand und als Zuschlagstoffe solche mit einer basisch wirkenden Oberfläche in die Mischung eingesetzt sind. 2.) Mischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuschlagstoffe aus einem Karbonatgestein, vorzugsweise Dolomitbrechsand und/oder Kalksteinbrechsand bestehen. 3.) Mischung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischung noch ein Hydroxid, vorzugsweise Calciumhydroxid und/oder Magnesiumhydroxid zugesetzt ist. 4.) Mischung nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischung noch ein Mittel zur Abdichtung und Hydrophobierung der abgebundenen Betonoberfläche zugesetzt ist. 5.) Mischung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdichtungsmittel eine stabilisierte anionische Bitumenemulsion ist. 6.) Verfahren zur Herstellung einer Betonmischung oder Zementmörtelmischung nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zement-Wasser-Gemisch, ggfs. mit den Zusätzen versehen, intensiv vermischt wird, bis ein kolloidierter Zementleim entstanden ist, welcher anschliessend mit den Zuschlagstoffen vermischt wird. 7.) Verwendung einer Betonmischung oder Zementmörtelmischung nach einem der Ansprüche 1 - 5, bzw. einer nach Anspruch 6 hergestellten Betonmischung oder Zementmörtelmischung, zur Herstellung von Abwasser-Bauwerken. 8.) Verwendung einer nach Anspruch 6 hergestellen Betonmischung oder Zementmörtelmischung zur Sanierung von Abwasser-Bauwerken durch Spritzauftrag einer Beschichtung.

Inventors: VOSS, JOHANN, DIPL.-ING.
Applicants: LUDWIG VOSS GMBH & CO. KG
Application year: 1984
Main classification: C04B28
IPC codes: C04B28, C04B40