DE102014013804A1

DE102014013804A1 - Metalloxid-aktivierter Zement

Info

Publication number: DE102014013804A1
Application number: DE102014013804.6A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-03-24
Filing date: 2014-09-23
Publication date: 2015-09-24
Also published as: GB2588536B; AU2014201761A1; GB2514472B; GB2588536A; AU2021269387B2; GB2514472A; AU2019200497B2; AU2017228691B2; CA2847101C; US20170283322A1; AU2014201761B2; AU2017228691A1; CA2847101A1; AU2019257546A1; US20140284309A1; AU2021269387A1; GB201405241D0; GB202018575D0; AU2019200497A1; GB201405234D0

Abstract

Ein Verfahren zur Behandlung von Zement, umfassend synthetisches Silikat in einem Bindemittel, umfassend einen Schritt des Auflösens des Bindemittels unter Verwendung einer organischen Säure.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet hydraulischer Zementmaterialien.
STAND DER TECHNIK
Hydraulische Portlandzemente sind Kalziumsilikat-Zemente, die aus einer Kombination von Verbindungen hergestellt werden, die Elemente von Kalzium, Silizium, Aluminium umfassen, mit Materialien, die eisenhaltigen Schiefer, Ton und Kalkstein beinhalten. Eine Reihe von Oxidationsreaktionen führt zur einer Verschmelzung der Materialien und so zu einer Entstehung von Zementklinkern. Bei der herkömmlichen Herstellung von Zementen werden sehr hohe Temperaturen benötigt. Durch das oben genannte Verfahren erzeugtes fein gemahlenes Pulver bindet nach dem Vermischen mit Wasser ab und eine Vorhärtung beginnt bei der Einwirkung von Luft. Das Pulver fährt auch in Wasser fort, auszuhärten und an Festigkeit zu gewinnen. Portlandzement wird zur Verbindung von Sand und Kiesel zur Bildung von Beton verwendet.
Insbesondere treten die folgenden chemischen Reaktionen bei der Herstellung von hydraulischem Zementkalk auf. Kalkstein (Kalk) CaCO₃ wird gebrannt, um Branntkalk, CaCO, zu erzeugen. Branntkalk, CaCO, wird dann gelöscht (Wasser wird hinzugefügt), um Löschkalk Ca(OH)₂ zu erzeugen. Löschkalk, Ca(OH)₂ wird dann durch die Wirkung von atmosphärischem Kohlendioxid, CO₂, zurück zu Kalk CaCO₃ umgewandelt, welcher den Zement als Ergebnis der Kristallisierung des CaCO₃ (der Bildung von verlängerten kristallinen Nadeln) härtet. Es ist diese Kristallisierung, die dem Zementkalk seine Festigkeit verleiht.
Beton aus hydraulischem Portlandzement ist gegenwärtig eines der beliebtesten und am meisten verwendeten Baumaterialien, da die zur Herstellung verwendeten Rohstoffe weltweit verfügbar sind, er leicht mit Wasser zubereitet werden kann, und leicht zu verschiedenen Formen verarbeitet werden kann. Was die Festigkeit der Materialien anbelangt, entdeckte Smeaton 1757 ferner unter Verwendung von wissenschaftlichen Methoden der untergegangenen Kunst der Zementherstellung, dass die Anwesenheit der Tonverunreinigungen im Kalkstein, CaCO₃, dem Portlandzement seine große Festigkeit verlieh. Die im Portlandzement gefundenen Tonverunreinigungen unterstützen die Kristallisation und die daher erhöhte Festigkeit des Zements.
Die Herstellung von Portlandzement ist ein außerordentlich Ressourcen- und Energieaufwendiges Verfahren. Überdies gibt es große Nachteile hinsichtlich der Nachhaltigkeit der Herstellung von Portlandzement, umfassend:
Etwa 1,5 Tonnen an Rohstoffen werden zur Herstellung einer Tonne Portlandzement benötigt.
Es wird berichtet, dass die Zement- und Kalkherstellung jährlich 8% bis 10% der weltweiten Kohlendioxidemissionen verursachen. Insbesondere werden etwa 1 Tonne Kohlendioxid (CO₂) für jede erzeugte Tonne Portlandzement freigesetzt.
Ein gemeinsames Mahlen von Zementklinker und Kalkstein, mit CO₂-Einschluss im Zementpulver, kann eingesetzt werden, um Portlandzement herzustellen. Dieses Verfahren hat jedoch nachteilige Wirkung auf die Verarbeitbarkeit des Betons.
Aus Portlandzement hergestellter Beton verschlechtert sich, wenn er ungünstigen Umgebungsbedingungen ausgesetzt ist, und er wird durch schwache Säuren erodiert. Portlandzement weist ein eingeschränktes autogenes Heilungsverhalten auf und Sprungbildung und Korrosion haben einen großen Einfluss auf das Einsatzverhalten, die Lebensdauer und Sicherheit.
Überdies weist Portlandzement Zellulose ab und kann keine organischen Silikatfasern, einschließlich Bambus, Hanf oder Reishüllen in der Zementmatrix integrieren. Werden organische Silikatfasern als verstärkende natürliche Fasern verwendet, insbesondere Lignin und Hemizellulose, ist der erzeugte Zement typischerweise anfällig für Degradation.
Eine Alternative zu hydraulischen Zementen wie Portlandzement sind Alkali-aktivierte Zemente. Alkali-aktivierte Zemente können aus gemahlener granulierter Hochofenschlacke erzeugt werden, einschließlich metallurgischer Schlacke und Flugasche, und sind nicht hydraulisch (verfestigen sich unter Wasser nicht), sondern müssen vielmehr durch das Hinzufügen von Ätzalkalien wie zum Beispiel Ätznatron, NaOH, oder Kalk aktiviert werden, damit der Zement abbindet. Diese Alkali-aktivierten Zemente verwenden herkömmliche industrielle Nebenprodukte und Härten bei Raumtemperatur zu kompakten gut zementierten Kompositen, mit einer ähnlichen Verarbeitbarkeit wie Portlandzement. Alkali-aktivierte Zemente haben den Vorteil von niedrigen Energiekosten, hoher Festigkeit und einer guten Haltbarkeit im Vergleich zu Portlandzement.
Geopolymerzement, ein Alkali-aktivierter Aluminiumsilikatzement, kann Aluminosilikatmineralien aus thermisch aktiviertem Ton und gemahlener granulierter Hochofenschlacke oder Flugasche enthalten. Der aus Geopolymerzement gebildete Mörtel bindet stark unter Hinzugabe einer hochalkalischen Silikatlösung ab. Geopolymere weisen günstige Eigenschaften auf, einschließlich der Fähigkeit, aus reichlich vorhandenen Rohmaterialien hergestellt werden zu können, geringen CO₂-Emissionen, einem geringeren Energieverbrauch, geringen Produktionskosten, einer hohe frühzeitige Festigkeit und einem schnellen Abbinden.
Die Nachteile von Geopolymeren und anderen Alkali-aktivierten Zementen umfassen jedoch:
Wasser wird beim Abbinden freigesetzt anstatt verbraucht, dadurch ist es schwierig, diese Zemente für eine leichte Platzierung ausreichend flüssig zu machen;
Die Anwesenheit von schwach kristallinen Aluminosilikatgelen, die Alkalien enthalten, weisen eine offene Mikrosiebmolekülstruktur auf und leiden dementsprechend unter Mängeln in der Haltbarkeit durch die Nanoporösität;
Die Zemente weisen ferner eine höhere Trocknungsschrumpfung auf als Portlandzement, was zu Sprungbildung führen kann;
Desweiteren weisen Alkali-aktivierte Zemente Effloreszenzprobleme auf, die aus der Bildung von Alkalikarbonaten resultieren.
Magnesiumphosphatzemente sind chemische Zemente, die auf die Präzipitation von unlöslichem Magnesiumphosphat von einer Mischung aus Magnesiumoxid und einem löslichen Phosphat bauen. Oxide, die Magnesium, Aluminium und Zirkonium umfassen, reagieren mit Phosphorsäure bei Raumtemperatur und bilden eine kohärente Masse, die schnell abbindet und eine hohe frühzeitige Festigkeit verleiht. Magnesiumoxidzement weist im Vergleich zu Portlandzementen einen viel geringeren zugehörigen Energieverbrauch und CO₂ Emissionen auf. Diese Zemente entwickeln im Vergleich zu Portlandzementen hohe Druck- und Zugfestigkeiten. Magnesiumbasierte Zemente weisen ferner eine natürliche Affinität für Zellulose-Materialien auf, einschließlich Pflanzenfasern, die zur Verstärkung verwendet werden können. Ferner können Magnesiumphosphatzemente einen höheren Anteil an nicht toxischem Industrieabfall einschließen als Portlandzemente.
Magnesiumphosphatzemente weisen die folgenden Nachteile auf, umfassend:
Die Produktionskosten bis zu drei Mal höher als diejenigen desselben Gewichtes an Portlandzement;
Die sehr schnellen und hochexothermen Abbindreaktionen können während des Abbindens eine Expansion und Sprungbildung erzeugen;
Sie bestehend überwiegend aus nanometrischen Poren, die aus dem Hydrationsprozess resultieren, die zu einer Absorption von Verunreinigungen und Sprungbildung führen können;
Das Vorhandensein eines großen Anteils an groben Poren, die aus der Freisetzung von Wasser während der Gelkondensation resultieren.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Probleme des Standes der Technik, wie sie durch den Erfinder identifiziert wurden, umfassen:
hohes Volumen an CO₂-Emissionen;
schlechte Verarbeitbarkeit;
atmosphärische Verschlechterung;
schlechte Fähigkeit zum autogenen Heilen;
hohe Kosten;
exotherme Reaktionen, die zu einer Expansion und Sprungbildung führen;
Inkompatibilität mit Fasern aus natürlichem Material, einschließlich Bambus, Zellulose und Reisschalen;
Porositätsprobleme einschließlich nanometrische Porosität;
Effloreszenz;
die Unfähigkeit, nicht-toxische Industrieabfälle einzuschließen.
Technische Aufgabe
Das Abmildern einiger der Wirkungen der oben genannten allgemeinen Probleme und der spezifischen Probleme, und insbesondere das Zur-Verfügung-stellen, wenigstens teilweise, von Zement mit verbesserten physikalischen Eigenschaften, einschließlich einer verringerten Porosität, einer verbesserten Festigkeit und einer verbesserten Haltbarkeit.
Technische Lösung
Technische Lösung: Auflösen organischer Bindemittel, die Silikate in organischer Masse binden, einschließlich Zellulose, um die Silikate zur Reaktion mit anderen Zementbestandteilen freizusetzen, einschließlich Metalloxiden und insbesondere Calcium, das von Kalk stammt. Das Verfahren kann unter Verwendung einer großen Anzahl ganz verschiedener organischer Chemikalien in Form von Lösungen, Kolloiden, Suspensionen und Mischungen durchgeführt werden. Chemikalien, die verwendet werden, um die Bindemittel aufzulösen, umfassen: Chelate, Säuren, alkalische Lösungen und in einigen Fällen Chemikalien, die wohl amphoterer Natur sind. Ein zentraler Punkt der Entdeckung des Erfinders ist die Erkenntnis, dass ein physikalisches Verfahren, sei es ein Verfahren chemischer, elektrischer oder mechanischer Natur, das ausreicht, um synthetische Silikate (Silikate in natürlichem organischem Material im Gegensatz zu denjenigen, die in natürlichen Steinformationen gefunden werden) von ihren Bindemitteln zu entfernen, um den Silikaten zu ermöglichen, mit anderen Zementkomponenten zu reagieren, die Eigenschaften der Zemente verbessern kann. Bevorzugt schädigt auch das Verfahren des Entfernens des Silikats das Silikat durch mehrere Verfahren, von denen einige Silikatätzen umfassen, um so als Zentren für Kristallwachstum zu dienen. Desweiteren löst das Erhöhen der Konzentration von Keimbildungsorten für Metallsilikatkristalle unter Verwendung von mehreren organischen Zusätzen das Problem der Porosität. Bevorzugt verringert auch das physikalische Verfahren, der bei dem Entfernen oder wenigstens dem Aussetzung der Silikate gegenüber anderen Zementreaktanten eine Rolle spielt, die Teilchengröße der Reaktanten, um die Effektivität der Reaktionen, die während der Zementherstellung ablaufen, zu verbessern. Die oben genannten Verfahren können auch bei natürlichen Silikaten (Steinen, Muscheln, Kalkstein und Puzzolanverbindungen) angewendet werden, wobei das Silikat anderweitig gebunden wird, und seine Reaktionen mit anderen Zementbestandteilen gehemmt werden, ohne dass Versuche unternommen werden, die Silikate durch Mittel umfassend wenigstens eines aus chemischen, mechanischen, thermischen oder elektrischen Verfahren, anderen Zementreaktanten auszusetzten.
Dementsprechend wird eine Klasse hydraulischer, organisch chemischer, aktivierter Zemente gebildet, indem pulverisierte Metalloxide, Alkalisilikate und Siliziumdioxid-enthaltende Mineralien reagieren, die in nahezu neutralen pH- und Umweltbedingungen unter dem Einfluss eines organischen chemischen Aktivierungsmittels abbinden, wenn sie mit Wasser vermischt werden, um einen monolithischen Zement zu bilden (der Zement kann Füllmittel, Aggregate oder natürliche organische Siliziumdioxidfasern enthalten).
In einem Aspekt der Erfindung ist ein Zement genannt, der folgendes umfasst:
ein Alkalisilikat;
ein organisches Silikat;
eine Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Puzzolanverbindungen und synthetischen Puzzolansubstituten;
ein Metalloxid;
einen organischen Aktivator.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Beste Ausführungsform
Definitionen und Begriffe
Die Schilderung im Hauptteil der Beschreibung betrifft die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung. Dementsprechend sollten die in dem Hauptteil zitierten Merkmale nicht als wesentliche Merkmale der Erfindung ausgelegt werden, außer dies ist ausdrücklich angegeben. Ferner sollte jedwede Bezugnahme im Hauptteil auf den Begriff „Erfindung” nur als Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen ausgelegt werden.
Die obenstehende Angabe der im Stand-der-Technik Abschnitt genannten Probleme bedeutet kein Eingeständnis, dass andere Personen als der Erfinder der vorliegenden Erfindung die Probleme des Standes der Technik identifiziert haben.
Gesser HD, Applied Chemistry, Springer, 2002, stellt eine Bezugsquelle für eine grundlegende technische Terminologie bezüglich Zementen zur Verfügung.
Eine Liste einiger Zementverbindungen, die mit den hier offenbarten Verfahren verwendet werden können, ist nachstehend aufgeführt.
Reaktanten, die teilweise primäre Metalloxide gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweisen, umfassen:
Primäre Metalloxide und ganz besonders bevorzugt Aluminiumoxid Al₂O₃ und bevorzugt;
Calciumoxid CaO;
Magnesiumoxid MgO;
Eisenoxid Fe₂O₃.
Sekundäre Metalloxide umfassen bevorzugt Titandioxid TiO₂ (Titanweiß) aufgrund seines Selbstreinigungseffektes und seiner Rolle bei der Erzeugung von Kristallkeimbildungsstellen.
Übergangsmetalloxide, die eine gefärbte Pigmentierung bilden, umfassen bevorzugt:
Zinkoxid ZnO (Neutralweiß)
Eisenoxid Fe₃O₄ (Mars Black);
hydratisiertes Eisenoxid Fe₂O₃·H₂O (Ockergelb);
wasserfreies Eisenoxid Fe₂O₃ (Ockerrot).
Es können Puzzolanverbindungen verwendet werden, die eine Quelle von Siliziumdioxid-enthaltenden Mineralien und Materialien mit Metallsilikaten zusammen mit SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃ und CaO sind.
Synthetische Verbindungen mit ähnlichen Eigenschaften wie Puzzolansilikate umfassen (im Nachfolgenden synthetische Puzzolansubstitute genannt):
Flugasche Klasse F;
Flugasche Klasse C;
Metakaolin;
kaolinitischer Ton;
Zeolith;
Hochofenschlacke;
Silikastaub;
Reisschalenasche.
Alkalische Silikate sind bevorzugt Kaliumsilikat K₂SiO₃ und bevorzugt:
Lithiumsilikat Li₂SiO₃;
Natriumsilikat Na₂SiO₃.
Bevorzugtes organisches Siliziumdioxid, umfassend:
Pflanzenfaserverstärkung wie zum Beispiel unbehandelter Reis;
Schalen;
Hanf;
Sisal;
Bambusfasern;
Kongojute (Caesar Weed);
Bananenstängel;
Zuckerrohr;
Dattelpalme;
Stroh;
Kokosfasern von Kokosnussschalen;
Naturschwammfasern;
Holzabfall.
Wasserlösliche Aktivatoren, einschließlich in einigen Fällen Chelate zum Entfernen von Silikaten aus ihren Bindemitteln, umfassend:
Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA) C₁₀H₁₆N₂O₈ (ein starker kolloidaler Siliziumdioxidlöser und ein Chelat);
Ammoniumdifluorid F₂H₅N;
Ammoniumfluorid FH₄N;
Kaliumbifluorid F₂HK;
Phosphorsäure H₃O₄P;
Phosphorige Säure H₃O₃P;
PBTC Phosphonobutan-Tricarboxylsäure C₇H₁₁O₉P;
Natriumglucoheptonatdihydrat C₇H₁₃NaO₈·2H₂O;
HEDTA Ethylendiamintriessigsäure C₁₀H₁₈N₂O₇;
DTPA Diethylentriaminpentaessigsäure C₁₄H₂₃N₃O₁₀;
DTPA (Diethylentriaminpentaessigsäure) C₁₄H₂₃N₃O₁₀;
DL-Äpfelsäure C₄H₆O₅;
Pyridin-N-oxid C₅H₅NO;
L-Histidin C₆H₉N₃O₂;
L-Phenylalanin C₉H₁₁NO₂;
Oxyquinolin C₉H₇NO;
Dopamin C₈H₁₁NO₂;
Carboxylsäuren;
Zitronensäure C₆H₈O₇;
Essigsäure C₂H₄O₂;
Oxalsäure C₂H₂O₄;
Ameisensäure HCOOH;
EDTA (Ethylendiamintetraessigsäure) C₁₀H₁₆N₂O₈;
Borsäure BH₃O₃;
Milchsäure C₃H₆O₃;
Acetylaceton C₅H₈O₂;
DHBA Catechol C₆H₆O₂;
Gallussäure C₇H₆O₅;
DHBA Protocatechusäure C₇H₆O₄;
DOPAC C₈H₈O₄;
Fluoronschwarz C₁₉H₁₂O₅;
Mononatriumglutamat C₅H₈NNaO₄.
Obwohl obenstehend mehrere Aktivatoren genannt wurden, sollte diese Liste nicht als vollständig angesehen werden, da jeder Aktivator verwendet werden kann, der ausreichend stark ist, um ein Bindemittel aufzuspalten, der ein Silikat und andere bevorzugte Zementkomponenten enthält, und der bevorzugt die Zementkristallisierung und Verfestigung verstärkt.
Ausführungsform der Erfindung
Industrielle Anwendbarkeit
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet alternative wasserbasierte Lösung-Kolloid-Verfahren zur Herstellung von modernen funktionalen anorganischen Materialien wie Beton, Zemente, Mörtel, Betonziegel, Steinzeug und mit einer Maurerkelle verarbeitbare Gipsmörtel, wasserbeständige Gipsplatten, Silikatfarben.
In einer Ausführungsform sind bei einem hydraulischen Chelat-aktivierten Zement die folgenden Eigenschaften (in etwa nach Wichtigkeit sortiert) umfasst:
Betonherstellung, als Ersatz-Zementmaterial zu Portlandzement;
Dämme und andere strukturelle Auffüllungen (für Gewöhnlich für den Straßenbau);
Abfallstabilisierung und -Verfestigung;
Mineralfüllung und asphaltierter Beton;
Mienenbohrflüssigkeit und Bohrlochzement;
Stabilisierung von weichen Böden und Wassernutzung;
Straßenunterbau;
als Ersatz-Aggregat-Material (zum Beispiel zur Ziegelherstellung);
wasserfeste Hartwandgipsplatte, Verbindungen zum Abbinden von Gips und Gipsstuck;
als Ersatz für keramische Fließen für Boden, Wand und Straßenbelag;
als Ersatz für Beton und keramische Dachziegel;
isolierte Komposit-Platten für Hausverkleidungen;
als Bindemittel bei mineralischen Silikatfarben und Grundierungen;
Herstellung von einspritzbarer und fließbarer Füllung;
Flickmörtel für Mauerreparaturen;
Kohlenstoffaser-verstärkter Autokörper und Boothüllen.
Andere Anwendungen umfassen Oberflächen von Küchenarbeitsplatten, Schwimmkörper, Stuck, Bodenbeläge, Umfassungen von Feuerstellen, Schlackenbetonblöcke, isolierte Bauplatten, Gebläsekies, Kunststoffbauholz aus wiederaufbereitetem Kunststoff, Strommasten, Eisenbahnschwellen, Autobahnschallschutz, marine Pfahlkonstruktionen, Tür- und Fensterrahmen, Wegweiser, Pflastersteine, Parkbänke, Landschaftshölzer, Pflanzgefäße, Palettenblöcke, Bowlingkugeln und künstliche Riffe.
Es folgen unverbindliche, qualitative Erklärungen einiger der Verfahren in bevorzugten Ausführungsformen. In den folgenden Ausführungsformen können einige Aktivatoren Chelate umfassen, einige Reaktionen können katalytischer Natur sein und einige Produkte der Reaktionen können das Erscheinungsbild eines mineralischen Polymers annehmen.
Alternative, auf Wasser basierende Lösungsverfahren für die Herstellung von auf funktionalem anorganischem Siliziumdioxid basierenden, schwer abbindenden Materialien, können unter Verwendung von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung aus Metallalkoxidlösungen gebildet werden. Der in einem Sol-Gel-Verfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendete Präkursor besteht aus einem metalloiden Element, kolloidalem amorphem Silikat und einer beliebigen Anzahl organischer Aktivatoren. Metalloxide wie zum Beispiel Aluminate, auf Calcium basierende Reaktanten und Titanate sind aufgrund ihrer hohen Reaktivität mit Wasser bevorzugte Präkursoren. Das Sol-Gel-Verfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht aus einer Reihe von Hydrolyse- und Kondensations-Reaktionen von aufgelösten kolloidalen Silikaten.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren:
Die Auflösung von Metalloxid-, Silikat- und Metall-Silikat-Präkursoren durch einen organischen Aktivator, um das Metallion und alle oder einen Teil der benötigten Si-Konstituenten zur Verfügung zu stellen, gefolgt von;
einer Hydrolysereaktion zur Erzeugung von Metall- und Silikatspezies und schließlich;
die Kondensation dieser Spezies und oder Silikaten von dem Aktivator, um eine Struktur aufzubauen, die unter REM (Rasterelektronenmikroskopie) das Aussehen einer Mineralpolymer-Netzwerk-Struktur hat.
Verbesserte Haltbarkeit
Durch das Sol-Gel-Verfahren können homogene Metallsilikate hoher Haltbarkeit bei Zimmertemperatur und bei einem neutralen oder schwach alkalischen pH-Wert hergestellt werden, im Gegensatz zu der hohen Temperatur und Alkalität, die bei herkömmlichen Ansätzen für hydraulische Zementmaterialien erforderlich sind.
Zusätzlich zu dem oben genannten ergibt sich aus Testergebnissen durch Rasterelektronenmikroskopie, dass beim Abbinden ein 3-dimensionales Gel durch die ganze Probe hindurch gebildet wird, die das Erscheinungsbild eines mineralischen Polymers hat. Dieser Prozess der Füllung der Poren, der Metallsilikatkristalle beinhaltet, stellt zusätzliche vorteilhafte Wirkungen zur Verfügung, wie zum Beispiel eine höhere Festigkeit, eine bessere Beständigkeit gegen Abnutzung, eine größere Haltbarkeit, eine geringere Porosität und chemische Stabilität im Vergleich zu herkömmlichen Zementen.
Autogenes Heilen
Calciumkomplexe werden wohl nicht verbraucht, wenn sie Zementkristalle bilden, sondern sie arbeiten eher auf ihrem Substrat weiter. Es kann argumentiert werden, dass komplexe Moleküle durch die Lösung durch die Poren und Hohlräume von Zement, Gemäuer und Gipsmörtelmaterialien diffundieren. Sowohl Wasser als auch Raum müssen vorhanden sein, damit sich die Kristalle bilden. Der Raum wird häufig durch Risse zur Verfügung gestellt, die sich aufgrund von Schäden am Substrat durch Verwitterung, sowie durch Trockenschwindung oder andere Mechanismen wie zum Beispiel Angriffe durch Chlorid oder Säure bilden.
Pigment-Bindemittel
Metalloxide in Form von Mineralpigmenten werden in die Siliziumdioxid-Matrix eingebaut, anstatt als inertes Füllmittel vorzuliegen. Es wurde auch gezeigt, dass Aktivatoren Siliziumdioxidverbindungen mit den am häufigsten vorkommenden Pigmenten bilden, die im Zement als farbgebende Oxide verwendet werden. Diese Pigmentkristalle sind mit der Beschichtung integral und weniger Wartung wird an der Oberfläche benötigt, wenn durch Absplitterung oder Sprungbildung der innere Beton freigelegt wird. Die Pigmente wurden durch Rasterelektronenmikroskopie untersucht und es wurde gezeigt, dass sie chemisch, zumindest in gewissem Ausmaß, im Zementkristallisierungsverfahren kristallisieren, und dadurch den Grad der Kristallisation und daher die Zementstärke erhöhen.
Selbstreinigungsfähigkeiten
Wenn Titandioxid (TiO₂) ultraviolettes Licht absorbiert, wird es hochreaktiv und bricht Verunreinigungsstoffe auf, die mit der Oberfläche des Betons in Kontakt kommen. Mehrere neue Untersuchungen berichteten von der Fähigkeit von Titandioxid und Siliziumdioxidkomplexen (TiO₂·SiO₂), in Kombination mit UV-Licht, verschiedene mikrobielle Verschmutzungen abzutöten und Luftverschmutzungen zu entfernen, vgl. JS Dalton, PA Janes, NG Joes, JA Nicholson, KR Hallam, GC Allen, Photocatalytic oxidation of NOx gases using TiO2: a surface spectroscopic approach, Environmental Pollution 120 (2002) Seiten 415–422. Überdies wurde bereits früher durch thermische Analyse und Rasterelektronenmikroskopie belegt, dass TiO₂ nicht mit Portlandzement und Wasser reagiert werden konnte und stattdessen ein feines nicht-reaktives Füllmittel für den Zement bildete, das die Hydrationsreaktion vor allem durch Verdünnung modifiziert, vgl. Thanongsak Nochaiya und Arnon Chaipanich, The effect of nano-TiO2 addition on Portlandcement properties, Cement and Concrete Research Laboratory, Department of Physics and Materials Science, Faculty of Science, Chiang Mai University, Chiang Mai, Thailand, 50200. Das Hinzufügen eines Aktivators, der gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ein Chelat umfassen kann, hat gezeigt, dass Titandioxid und Siliziumdioxidkomplexe unter dem Einfluss des Aktivators gebildet werden (die in einer Ausführungsform eine katalytische Wirkung haben können).
Die Rasterelektronenmikroskopie(REM)-Analyse der Beschichtung bestätigt, dass im Falle eines erfindungsgemäßen Katalysatoraktivators ein Ligand Chelatkomplexe innerhalb der Beschichtung bildet. Metallionen formten unlösbare Präzipitate mit Siliziumdioxid, wobei ein bekanntes Beispiel Calciumsilikathydrat ist, das Primärprodukt der Hydration von Portlandzement, das vor allem für die Festigkeit der Zement-basierten Materialien verantwortlich ist. REM-Bilder zeigen, dass die sekundären Hydrationsprodukte in Form von Fasern sowohl auf C₃S-Gerüst, Ca(OH)₂ und CaCO₃-Kristallen wachsen. Eine SEMQuant-Mikroanalyse der faserförmigen Teilchen weist auf Calcium-Metasilikat CaOSiO₂ als Wollastonit hin.
Unter dem Einfluss einer Oxalsäure, C₂H₂O₄, verwendet als Chelat, zeigt der Element-Spektrograf (element spectra graph) die Gegenwart von anderen Metallsilikaten einschließlich: Natriummetasilikat Na₂SiO₃·nH₂O; Aluminiumsilikat Al₂SiO₃; Kaliumsilikat K₂SiO₃; Titansilikat TiO₂SiO₂; und Eisensilikat Fe₂SiO₄.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

Gesser HD, Applied Chemistry, Springer, 2002 [0022]
JS Dalton, PA Janes, NG Joes, JA Nicholson, KR Hallam, GC Allen, Photocatalytic oxidation of NOx gases using TiO2: a surface spectroscopic approach, Environmental Pollution 120 (2002) Seiten 415–422 [0043]
Thanongsak Nochaiya und Arnon Chaipanich, The effect of nano-TiO2 addition on Portlandcement properties, Cement and Concrete Research Laboratory, Department of Physics and Materials Science, Faculty of Science, Chiang Mai University, Chiang Mai, Thailand, 50200 [0043]

Claims

Verfahren zur Behandlung von Zement, der ein synthetisches Silikat in einem Bindemittel enthält, umfassend einen Schritt des Auflösens des Bindemittels.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Schritt des Auflösens des Bindemittels unter Verwendung eines Chelats, einer organischen Säure, einer anorganischen Säure, Borsäure, einer Säure ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Phosphorsäure und phosphoriger Säure, eines Alkalis, einer amphoteren Verbindung und/oder Natriumglucoheptonatdihydrat (sodium glucoheptonate dehydrate).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, ferner umfassend einen Schritt des Auflösens des Bindemittels unter Verwendung einer Verbindung ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus Ammoniumdiflourid, Ammoniumfluorid, Kaliumbifluorid und Fluoronschwarz.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner umfassend einen Schritt des Auflösens des Bindemittels unter Verwendung einer Verbindung ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus Edetinsäure, PBTC, HEDTA, DTPA Diethylentriaminpentaessigsäure, DTPA (Diethylentriaminpentaessigsäure), DL-Äpfelsäure, Zitronensäure, Essigsäure, Oxalsäure, Ameisensäure, Milchsäure, Gallussäure, Protocatechusäure.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner umfassend einen Schritt des Auflösens des Bindemittels unter Verwendung einer Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Pyridin-N-oxid, L-Histidin, L-Phenylalanin, Oxyquinolon und Dopamin.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner umfassend einen Schritt des Auflösens des Bindemittels unter Verwendung von Acetylaceton.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner umfassend einen Schritt des Auflösens des Bindemittels unter Verwendung von Catechol und/oder DHBA-Catechol.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner umfassend einen Schritt des Auflösens des Bindemittels unter Verwendung von DOPAC.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner umfassend einen Schritt des Auflösens des Bindemittels unter Verwendung von Mononatriumglutamat.
Hydraulisch aktivierter Zement umfassend: ein pulverisiertes Metalloxid; ein synthetisches Silikat, das in einem Bindemittel enthalten ist; ein Aktivierungsmittel; wobei das Silikat durch den Aktivator von dem Bindemittel freigesetzt wird.