MORTAR MIXTURE FOR FAST HARDENING CEMENTITIOUS FLOORING MATERIALS

Abstract: The mortar mixture contains, in addition to conventional aggregates and additives, reactive calcium silicates, reactive aluminates, calcium hydroxide, calcium sulphate hemihydrate, calcium sulphate anhydrite II and organic setting retarders.

Description: Mörtelmischung für schnellerhärtende Zementestriche Die Erfindung betrifft eine Mörtelmischung für schnellerhärtende Zementestriche, enthaltend Bindemittel, übliche Zuschläge und Zusätze. Aus der FR-PS 22 33 295 ist es bekannt, einerseits ein Zement-, Mörteloder Betongemisch und andererseits einen Wirkstoff zur Schnellerstarrung in Form eines Pulvers oder einer Suspension aus Calciumaluminat und anorganischem Sulfat herzustellen, wobei die sich durch Vermischen hiervon ergebende Rohmischung sofort zu verarbeiten ist. Der Wirkstoff kann einen Carboxylsäureverzögerer als auch einen Beschleuniger, der etwa auch geringe Mengen an Kalkhydrat aufweisen kann, enthalten. Der Wirkstoff soll möglichst mindestens eine halbe Stunde nicht erstarren, jedoch bei Vermischung mit dem Zement-, Mörtel- oder Betongemisch sehr rasch zu dessen Erstarrung führen, es wird ein Ansteifen in wenigen Minuten, z.B. zwischen 5 und 10 min, angestrebt. Nachteilig ist es, dass getrennt zwei Mischungen hergestellt werden müssen, die anschliessend miteinander zu mischen sind, wonach sich nur eine sehr geringe Verarbeitungszeit und eine hohe Temperaturempfindlichkeit ergibt. Die Frühfestigkeit beruht auf Ettringitbildung und erfolgt relativ langsam im Stundenbereich. Bei Mörteln für Zementestriche, wie sie als Verbundestrich, schwimmender Estrich, Estrich für Fussbodenheizung, im Strassenbau, für Industriefussböden, o.dgl. verwendet werden, bestehen bei üblicher Zusammensetzung Probleme hinsichtlich eines zu grossen Schwindens, wodurch nur kleine Feldgrössen kleiner 30 m2, mit Feldlängen kleiner 6 m hergestellt werden können, wobei entsprechende Dehnfugen in Kauf zu nehmen sind. Ausserdem sind derartige Zementestriche erst nach drei Tagen begehbar, etwa sieben Tage lang feucht zu halten, und bis zu drei Wochen vor extremen Bedingungen zu schützen. Die Verarbeitbarkeit ist hierbei norma lerweise relativ schlecht, da der Verteilungs- und Verdichtungsaufwand relativ gross ist, da die Konsistenz des Estrichs im Bereich K1 (DIN 1045) liegt. Es sind ferner Zementestriche bekannt, die eine flüssigere Konsistenz aufweisen und damit besser verarbeitbar sind, jedoch besteht hierbei normalerweise ein erhöhter Nachbehandlungsaufwand, ausserdem können Sedimentationserscheinungen auftreten. Die Begehbarkeit wird hierdurch nicht günstig beeinflusst. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Mörtelmischung für schnellerhärtende Zementestriche zu schaffen, die es ermöglicht, Estriche herzustellen, die eine schnelle Begeh- und Belastbarkeit zeigen, möglichst grosser Flächen mit möglichst wenig Dehnfugen herzustellen, Rissfreiheit gewähr leistet und neben guter Verarbeitbarkeit bei geringem Wassergehalt auch ein gutes Austrocknungsverhalten zeigt. Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Mörtelmischung für schnellerhärtende Zementestriche, enthaltend Bindemittel, Zuschläge und Zusätze, und mit einen Gehalt an a. 7 bis 30, insbesondere 7 bis 28 Gew.-Teilen reaktive Calciumsilikate, b. 1,5 bis 7 Gew.-Teilen reaktive Aluminate, berechnet als CA, c. 0,3 bis 5 Gew.-Teilen Calciumhydroxid, d. 0,2 bis 2 Gew.-Teilen Calciumsulfathalbhydrat, e. 0,4 bis 4 Gew.-Teilen Calciumsulfatanhydrit-II, f. 0,01 bis 0,5 Gew.-Teilen organischem, die Keimbildung und das Wachstum von Calciumaluminatsulfathydrat hemmendem Abbindeverzögerer. Vorzugsweise werden verwendet 10 bis 25, insbesondere 10 bis 20 Gew.-Teile reaktive Calciumsilikate und/oder 2,5 bis 6 Gew.-Teile reaktive Aluminate, berechnet als CA > und/ oder 0,5 bis 4 Gew.-Teile Calciumhydroxid und/oder 0,5 bis 1,5 Gew.-Teile Calciumsulfathalbhydrat und/oder 0,8 bis 3 Gew.-Teile Calciumsulfatanhydrit-II und/oder 0,05 bis 0,15 Gew.-Teile organischen Abbindeverzögerer. Mit einer derartigen Mörtelmischung lassen sich Topfzeiten von mehreren Stunden, beispielsweise 2 bis 4 Stunden, einstellen. Die Topfzeit lässt sich durch entsprechende Mengen an Calciumsulfathalbhydrat und organs schem Abbindeverzögerer variieren. Als Calciumsulfathalbhydrat eignet sich beispielsweise Stuckgips, als organischer Abbindeverzögerer eignet sich beispielsweise eine Oxycarbonsäure, etwa Wein-, Apfel-, Glukon oder Zitronensäure sowie deren Salze. Und zwar eignen sich solche or ganischen Abbindeverzögerer, die eine hohe Löslichkeit in Wasser, eine hohe Lösungsgeschwindigkeit aufweisen sowie schwerlösliche Salze mit Calcium bzw. Aluminium bilden. Insbesondere eignet sich Zitronensäu remonohydrat. Die Säuren bzw. deren Salze können auch in Mischung ver wendet werden. Da es sich um eine Fertigmörtelmischung handelt, ver steht es sich, dass die organischen Abbindeverzögerer pulverförmig in der Mörtelmischung enthalten sind. Für die Topfzeit des angemachten Mörtels ist eine Mindestmenge an Calciumsulfathalbhydrat wegen der hohen Lösungsgeschwindigkeit und Löslichkeit hiervon notwendig, jedoch sollte die Menge an Halbhydrat andererseits auch so gering wie möglich gehalten werden. Das Halbhy drat kann auch gegebenenfalls ganz oder teilweise durch Anhydrit-III ersetzt werden, der ebenfalls eine sehr hohe Lösungsgeschwindigkeit und Löslichkeit in Wasser aufweist. Für die Einstellung der Topfzeit ist Anhydrit-II ungeeignet, während das Dihydrat nur geringen Einfluss ausüben kann. Durch die Schnellerhärtung nach Beendigung der Topfzeit ergibt sich sehr schnell eine hohe Frühfestigkeit infolge einer steilen Erstar rungscharakteristik. Im Frühbereich finden vorrangig die Reaktionen der reaktiven Aluminate mit Calciumhydroxid und weiter mit Anhydrit II statt. Die sich hierbei bildenden Reaktionsprodukte sind zunächst Monophasen (Calciumaluminatmonosulfat) und später Ettringit, der na delförmig und langprismatisch ausgebildet ist. Zusätzlich verstärkt sich der Einfluss der sich verspätet bildenden Calciumhydrosilikate. Durch diese Vorgänge werden praktisch in zwei ineinander übergehenden Stufen die Formänderungen im Frühbereich gesteuert. Durch Einstellung des Verhältnisses der reaktiven Aluminate zu den reaktiven Calciumsilikaten, zum Calciumhydroxid und zum Anhydrit-II lassen sich diese Formänderungen im Frühbereich steuern, und zwar vorzugsweise derart, dass zunächst durch Ausbildung der plättchenförmigen Monophasen eine Volumenexpansion (das Druckspannungen erzeugt) in einer ersten Stufe stattfindet, das dem Schwinden (das Zugspannungen erzeugt) während dieses Zeitraumes entgegenwirkt, während anschliessend durch die Ettringitbildung eine Volumenexpansion in einer weiteren Stufe stattfindet, das dem normalerweise auftretenden Schwinden während dieses Zeitraumes entgegenwirkt. Es lässt sich auch eine absolute Volumenvergrösserung des Mörtels durch entsprechende Wahl der Gewichtsteile einstellen. Die Endfestigkeit des erhaltenen Zementestrichs ergibt sich hauptsächlich durch die Reaktion der reaktiven Calciumsilikate mit Wasser, hierbei bilden sich CSH-Phasen. Durch Veränderung des Verhältnisses der reaktiven Calciumsilikate zu den reaktiven Aluminaten werden auch die Endfestigkeiten beeinflusst und können hierdurch entsprechend eingestellt werden. Der Anhydrit-II, der mit einer Blaine-Oberfläche von etwa 1000 bis 10000 cm2/g, insbesondere 3000 bis 8000 cm2/g oder von Zementfeinheit bis Kalkhydratfeinheit eingesetzt werden kann, spielt bei der Steuerung der Schnellerstarrung infolge seiner Reaktionsträgheit nur eine untergeordnete Rolle. Während das Halbhydrat bei der Bildung von Primärettringit und der Monophasen verbraucht wird, bleibt der Anhydrit-II grösstenteils erhalten und kann nun, nachdem die Aluminate ausreagiert sind, mit den vergleichsweise Al-reichen und S04-armen Monophasen und nicht reagiertem Restaluminat zu dem S04-reicheren Sekundärettringit, der durch seinen langstrahligen, faserigen Habitus ein sehr günstiges Verfilzen und Verwachsen der Restmonophasen und der übrigen Restkomponenten bewirkt, gemäss folgender Reaktion reagieren C3ACs H12 + 2Cs + 20H EMI5.1 C3A3Cs-H32 Die Sekundärettringitbildung ist mit einem weiteren Festigkeitsanstieg verbunden. Sowohl Zitronensäure (oder die ansonsten verwendete organische Verbindung) als auch Halbhydrat und Anhydrit stellen Abbindeverzögerer für reaktives Aluminat - etwa vom Tonerdezement - dar (ggf. kann Sulfat aber auch die Reaktion von reinem Tonerdezement beschleunigen), wirken jedoch alleine nicht in kalkhydratreichen Systemen, da sie dann das reaktive Aluminat nicht genügend gegen das Kalkhydrat abschirmen und dadurch auch keine Abbindeverzögerung herbeiführen können. überraschenderweise hat es sich jedoch gezeigt, dass durch die Kombination beider Abbindeverzögerer reaktives Aluminat auch in kalkhydratreicher Umgebung, d.h. in solcher Umgebung, in der vorzugsweise wenigstens etwa 30 % des zur stöchiometrischen Reaktion mit dem Aluminat erforderlichen Kalkhydrats (als solches zugegeben oder durch Löschen von Branntkalk im angemachten Mörtel in der Anfangsphase fortlaufend entstehend) vorhanden ist, in gewünschter Weise verzögert werden kann. Die reaktiven Calciumsilikate, die vorzugsweise in einer Menge von 10 bis 20 Gewichtsteilen enthalten sind, umfassen C3S, C25 und C2AS. Als reaktive Aluminate, die vorzugsweise in einer Menge von 2,5 bis 6 Gewichtsteilen vorhanden sind, eignen sich C3A, CA, C12A7 und C4AF (letzteres ist jedoch weniger reaktiv als die vorstehenden). Als reaktive Aluminate können CA bzw. C12A7 alleine oder in Kombination und mit den übrigen aufgeführten Aluminaten verwendet werden, jedoch ist eine CA- oder C12A7-Komponente erforderlich, da nur diese mit Kalkhydrat zu Monophasen und Ettringit reagieren können. C12A7 kann fluorstabilisiert sein. Stattdessen oder zusammen mit den aufgeführten reaktiven Aluminaten kann auch schwer lösliches Aluminiumsulfat verwendet werden. Abhängig von der erforderlichen Verzögerungszeit, der Erstarrungscharakteristik und der anzustrebenden Volumenexpansion im Frühbereich kann das Verhältnis von reaktiven Aluminaten, berechnet als CA, und dem Gesamtsulfatgehalt zwischen etwa 5:1 und 1:1, vorzugsweise zwischen 3:1 und 2:1, liegen. Ausserdem ist ein gewisser Sulfatgehalt zweckmässig, um Monophasen und Ettringit zu stabilisieren und keine unerwünschten Umwandlungsprodukte wie Hydrogranat und Gehlenithydrat zu erhalten. Insgesamt bleibt man aber bei den vorstehend genannten Verhältnissen bei einem sehr niedrigen Sulfatgehalt, der eine Langzeitraumbeständigkeit sicherstellt. In Kombination mit den aufgeführten reaktiven Calciumsilikaten können auch latenthydraulische Stoffe, beispielsweise Hochofenschlacke und puzzolanisch-hydraulische Stoffe verwendet werden. Calciumhydroxid wird vorzugsweise in einer Menge von 0,5 bis 4 Gewichtsteilen verwendet und kann gegebenenfalls ganz oder teilweise als Branntkalk eingebracht werden. Calciumhydroxid kann auch teilweise ersetzt werden durch ein lösliches Calciumcarbonat und/oder durch ein lösliches wasserhaltiges Magnesiumcarbonat. Calciumsulfathalbhydrat wird vorzugsweise in einer Menge von 0,5 bis 15Gewichtsteilen verwendet und beispielsweise als Stuckgips oder als Autoklavgips eingebracht. Calciumsulfatanhydrit-II wird vorzugsweise in einer Menge von 0,8 bis 3,0 Gewichtsteilen verwendet, und zwar in Form von fein aufgemahlenem Naturanhydrit oder als Chemieanhydrit, und zwar in schwer löslicher bis unlöslicher Form. Falls lösliche Anteile im Anhydrit vorhanden sind, ist dies bei der Dosierung des Calciumsulfathalbhydrates zu berücksichtigen. Das Verhältnis zwischen reaktiven Aluminaten und Calciumhydroxid ist vorzugsweise kleiner als 3, um die gewünschte Schnellerstarrungscha rakteristik über die Monophasen zu erhalten. Insbesondere bei Verwendung der Mörtelmischung bei sehr hohen Aussentemperaturen kann auch ein Wert für dieses Verhältnis grösser als 3, vorzugsweise kleiner gleich 5, zweckmässig sein. Das Calciumsulfatanhydrit und/oder -halbhydrat kann partiell durch Calciumsulfatdihydrat ersetzt werden, um den Dbergang zwischen den Formänderungsstufen zu glätten. Letzeres kann aber auch durch die Wahl des Anhydrits-II bewirkt werden. Die Mörtelmischung muss, um zusätzlich zu einer geringen Langzeitschwindung zu führen, einen Mindestgehalt an Calciumhydroxid abspaltenden Verbindungen, beispielsweise C35, enthalten, damit wenigstens bis zum Erreichen der Endfestigkeit ein hochalkalisches Milieu aufrechterhalten bleibt. Dies ist insbesondere bei luftporosierten Mörteln zweckmässig, um den Ettringit vor Carbonatisierung in den oberen Schichten zu schützen. Eine Erhöhung der Menge an reaktiven Calciumsilikaten erhöht die Endfestigkeit. Eine Erhöhung der Menge an reaktiven Aluminaten erhöht die Früh- und Endfestigkeit. Eine Erhöhung des Calciumhydroxidgehalts erhöht im Zusammenhang mit einer Erhöhung der reaktiven Aluminate die erste Stufe der Frühfestigkeit und ergibt eine steilere Erstarrungscharakteristik. Eine Erhöhung des Calciumsulfathalbhydratgehaltes führt zu einer Verlängerung der Topfzeit und einer Abflachung der Erstarrungscharakteristik. Eine Erhöhung des Calciumsulfatanhydrit II-Gehaltes im Zusammenhang mit einer Erhöhung der reaktiven Aluminate führt zu einer Erhöhung der Schwindkompensation im Frühbereich und damit der Frühfestigkeit. Eine Vergrösserung der Menge an eingesetztem organischem Verzögerer führt zu einer Verlängerung der Topfzeit und einer Abflachung der Erstarrungscharakteristik. Zur Erzielung der angestrebten Zusammensetzung kann man eine Mischung aus Portland- und Tonerdezement verwenden, wobei die zuzusetzenden Mengen an Halbhydrat und Anhydrit-II sowie an Calciumhydroxid auf den Gehalt und die Art des Sulfats bzw. den Freikalkgehalt des Portland Zements abzustimmen ist. Anstelle des Portlandzements lässt sich auch vorteilhaft ein Portlandzementklinker - auf Zementfeinheit gemahlen einsetzen, wobei das Sulfat getrennt zu dosieren ist. Als Zuschläge für die Mörtelmischung kommen beispielsweise Quarzsand, dessen Sieblinie in Abhängigkeit von der Schichtdicke des Estrichs zu wählen ist, Kalksteinsand, Flugasche oder dergleichen infrage, die das Stützgerüst des Estrichs bilden. Die Zuschläge sind in üblicher Weise auf eine stetige Sieblinie abzustimmen. Auch können mineralische oder organische Fasern beigemengt werden. Im Estrich kann ein Armierungsgewebe eingebettet sein. Als Zusatzmittel und -stoffe kommen beispielsweise Beschleuniger, insbesondere Alkalisalze (Lithiumverbindungen etwa Li2C03, Li(OH), Na2C03, Na(OH), K2C03, K(OH) oder Wasserglas, etwa K- bzw. Na-Wasserglas, in trockener kristalliner Form, wobei ein Alkaligehalt berechnet als Na20, unter 0,6 Gew.-Teilen bevorzugt wird), Dichtmittel, Verflüssiger, Haftverbesserer, Frostschutzmittel, Stabilisatoren, Hydrophobierungsmittel, Mittel zur Verbesserung des Wasserrückhaltevermögens ebenso wie Luftporenbildner, Pigmente oder dergleichen infrage. Der Anteil des Bindemittels an der Mörtelmischung liegt im allgemeinen im Bereich zwischen 20 und 30 Gewichtsteilen. Die Dosierung des Anmachwassers und gegebenenfalls Verflüssigers bestimmt sich durch die Anforderungen an die Verarbeitbarkeit und aus dem Anwendungszweck, die Konsistenzen grösser K3 (DIN 1045) bis selbstnivellierend bzw. bei üblichen Konsistenzen hohe Frühfestigkeiten erforderlich machen. Durch die Schnellerstarrung, gegebenenfalls unterstützt durch Stabilisatoren, können Sedimentationserscheinungen (bei Konsistenzen grösser K3) unterdrückt werden. Selbst für Konsistenzen grösser K3 benötigt man einen geringen Wasser/Bindemittel-Wert von etwa 0,3 bis 0,5. Im Frühbereich wird Wasser durch Monophasen- und Ettringitbildung gebunden, wodurch sich eine schnelle und relativ gleichmässige Austrocknung ergibt. Bezüglich der Definition der Calciumsulfatphasen, etwa Anhydrit-II, wird beispielsweise auf Winnacker, Küchler, Chemische Technologie, München 1983, Band III, S. 263 ff. verwiesen. Portland- und Tonerdezemedtzusam- mensetzungen sind beispielsweise im Zement-Taschenbuch, Wiesbaden 1984, S. 49 ff. herausgegeben vom Verein Deutscher Zementwerke, aufgeführt.

Claims: Patentansprüche 1. Mörtelmischung für schnellerhärtende Zementestriche, enthaltend Bindemittel, übliche Zuschläge und Zusätze, gekennzeichnet durch einen Gehalt an a. 7 bis 30 Gew.-Teilen reaktive Calciumsilikate, b. 1,5 bis 7 Gew.-Teilen reaktive Aluminate, berechnet als CA, c. 0,3 bis 5 Gew.-Teilen Calciumhydroxid, d. 0,2 bis 2 Gew.-Teilen Calciumsulfathalbhydrat, e. 0,4 bis 4 Gew.-Teilen Calciumsulfatanhydrit-II, f. 0,01 bis 0,5 Gew.-Teilen organischem, die Keimbildung und das Wachstum von Calciumaluminatsulfathydrat hemmendem Abbinde verzögerer. 2. Mörtelmischung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch 10 bis 25, insbesondere 10 bis 20 Gew.-Teile reaktive Calciumsilikate und/oder 2,5 bis 6 Gew.-Teile reaktive Aluminate, berechnet als CA, und/ oder 0,5 bis 4 Gew.-Teile Calciumhydroxid und/oder 0,5 bis 1,5 Gew.-Teile Calciumsulfathalbhydrat und/oder 0,8 bis 3 Gew.-Teile Calciumsulfatanhydrit-II und/oder 0,05 bis 0,15 Gew.-Teile organischen Abbindeverzögerer. 3. Mörtelmischung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der reaktiven Calciumsilikate zu den reaktiven Aluminaten entsprechend den erforderlichen Früh- und Endfestigkeiten ein gestellt ist. 4. Mörtelmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Calciumsulfatanhydrit und/oder -halbhydrat partiell durch Calciumsulfatdihydrat ersetzt ist. 5. Mörtelmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Calciumhydroxid ganz oder teilweise durch Calciumoxid ersetzt ist. 6. Mörtelmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Calciumhydroxid teilweise ersetzt ist durch ein lösliches Calciumcarbonat. 7. Mörtelmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Calciumhydroxid teilweise ersetzt ist durch lösliches, wasserhaltiges Magnesiumcarbonat. 8. Mörtelmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzielung einer geringen Langzeitschwindung Calciumhydroxid wenigstens bis zum Erreichen der Endfestigkeit abspaltende Verbindungen enthalten sind. 9. Mörtelmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie als organischen Abbindeverzögerer Oxycarbonsäure(n), insbesondere Zitronensäure, oder deren Salz(e) enthält. 10. Mörtelmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch einen Alkaligehalt, berechnet als Na2O, unter 0,6 Gew.-Teilen. 11. Mörtelmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Luftporenbildner in einer solchen Menge enthalten ist, dass sich ein Luftporengehalt von etwa 3 bis 15% im Estrich ergibt.

Inventors: KOSLOWSKI, THOMAS, DR.
Applicants: SICOWA VERFAHRENSTECHNIK FUER BAUSTOFFE GMBH & CO. KG
Application year: 1986
Main classification: C04B28
IPC codes: C04B28