DE3751633T2

DE3751633T2 - Verfahren zur Herstellung zementhaltiger Produkte

Info

Publication number: DE3751633T2
Application number: DE3751633T
Authority: DE
Inventors: Anthony Dr Barker; Eric Dr Rirsch
Original assignee: Redland Technology Ltd
Current assignee: Redland Technology Ltd
Priority date: 1986-10-03
Filing date: 1987-10-02
Publication date: 1996-07-11
Anticipated expiration: 2007-10-03
Also published as: AU605509B2; GR3019212T3; EP0262981B1; GB2195626B; GB2195626A; JPS63156053A; EP0262981A2; US4880467A; ES2081280T3; GB8623745D0; DE3751633D1; GB8723054D0; JP2582090B2; AU7927187A; ATE131458T1; EP0262981A3

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines zementhaltigen Produkts. Insbesondere betrifft die Erfindung Verfahren zur Herstellung von Produkten, die hydraulischen Zement, Wasser und eine wäßrige Dispersion von Polymerlatex enthalten.
Mit dem Ausdruck "Polymerlatex" werden in dieser Beschreibung in wäßrigem Medium suspendierte kleine Partikel, d. h. Colloid-Partikel, eines wasserunlöslichen polymeren Werkstoffs bezeichnet. Derartige Partikel sind thermodynamisch instabil und sind bestrebt, ihre Gesamtoberfläche dadurch zu verringern, daß sie sich zu einer makroskopischen Phase zusammenlagern. Im Gegensatz zu einer Polymerlatex wird ein thermodynamisch stabiles System als Polymerlösung bezeichnet.
Der hydraulische Zement ist ein Portland-Zement oder ein Aluminat-Zement. Als "hydraulischer Zement" werden auch Mischungen von zwei oder mehr verschiedenen hydraulischen Zementen bezeichnet.
Es soll noch angemerkt werden, daß in der Zementtechnologie die Ausdrücke "Abbinden" und "Härten" Synonyme sind.
Bei der Herstellung zementhaltiger Produkte ist es wünschenswert, daß das fertige Erzeugnis eine möglichst hohe Festigkeit, insbesondere eine hohe Biegefestigkeit, aufweist. Dies ist besonders wichtig, wenn die Erzeugnisse als Baustoffe verwendet werden, beispielsweise für Dachplatten. Für eine derartige Anwendung ist es wünschenswert, daß die Erzeugnisse nicht nur eine Biegefestigkeit von wenigstens 15 MPa, vorzugsweise von 40 MPa, aufweisen, sondern außerdem eine hohe Langzeitbeständigkeit, d. h. eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen
a) Wechsel der klimatischen Bedingungen, insbesondere Frost- Tau-Wechsel und Wechsel von Regen und Sonnenschein;
b) Ultraviolett-Strahlung;
c) sauren Regen und
d) Abtragung der Oberfläche durch Witterungseinflüsse,
so daß die Festigkeit des Erzeugnisses, bspw. einer Dachplatte, während der gesamten Lebenszeit erhalten bleibt.
Zementhaltige Produkte, die aus einer nur hydraulischen Zement und Wasser enthaltenden üblichen hydraulischen Zementpaste hergestellt werden, haben grundsätzlich eine sehr geringe Festigkeit, insbesondere geringe Biegefestigkeit, und eine sehr niedrige Haltbarkeit. Beispielsweise weist eine Dachplatte, die aus einer zementhaltigen Mischung hergestellt wurde, welche nur normalen hydraulischen Zement mit typischer Partikelgrößenverteilung und den üblichen Gehalt an Wasser enthält, nur eine sehr niedrige Biegefestigkeit im Bereich von 5 - 10 MPa auf. Außerdem sind derartige zementhaltige Produkte üblicherweise nicht beständig gegen natürliche Witterungsbedingungen, solange nicht beträchtliche Mengen von Füllstoff, d. h. Sand, Gesteinsmehl oder dergl., zugegeben wird.
Es wurden verschiedene Vorschläge gemacht, um die Festigkeit derartiger zementhaltiger Mischungen zu steigern. Beispielsweise ist bekannt, daß die Biegefestigkeit und/oder die Bruchfestigkeit zunehmen, wenn ein derartiges Produkt aus einer Mischung hergestellt wird, die Fasermaterialien enthält. Derartige faserverstärkte Zementwerkstoffe sind auch durchaus witterungsbeständig; das am besten bekannte Beispiel ist Asbestzement.
Fasermaterialien, die in der Vergangenheit benutzt wurden, um die Biegefestigkeit der zementhaltigen Produkte zu steigern, enthalten Fasern aus Asbest, Glas, Stahl, Keramik, Polymeren und Pflanzenmaterial. Die Verwendung derartiger Fasern hat naturgemäß auch gewisse Nachteile. Die Biegefestigkeit der Produkte, die aus Mischungen hergestellt wurden, welche derartige Fasern enthielten, kann erheblich gesteigert werden bis auf einen Wert in der Größenordnung von 40 MPa im Kurzzeitverhalten oder etwas länger. Im Langzeitverhalten dagegen kann die Gegenwart von Fasern die Festigkeit des Produkts sogar herabsetzen, weil die Fasern abgebaut werden können infolge Alkali-Angriffs, der zusammen mit der Langzeit-Einwirkung der Witterung der Beständigkeit des Endprodukts entgegenwirkt.
Darüber hinaus erhöht die Verwendung derartigem Fasermaterials die Schwierigkeit bei der Herstellung der zementhaltigen Mischung und im Falle einiger Fasern, bspw. Asbest, können Gesundheitsschäden infolge karzinogener und/oder toxischer Eigenschaften des Fasermaterials entstehen.
Zahlreiche Vorschläge wurden auch gemacht, um die Festigkeit von zementhaltigen Produkten zu erhöhen. Beispielsweise ist es möglich, Produkte mit niedriger Porosität und hoher Biegefestigkeit herzustellen durch kapitalintensive Hochdruckverformung, Verdichtung und Verwendung von Vibrationsvor richtungen. Diese Vorschläge wurden verwirklicht, um Erzeugnisse aus zementhaltigen Pasten, Mörteln und keramischen Materialien zu formen. Ein weiterer Vorschlag betrifft den Zusatz von Fertigungshilfsmitteln zur Mischung, welche die Entfernung zumindest des größten Teils der Blasen in aus diesen Mischungen hergestellten Erzeugnissen ermöglichen. Die einzigen Fertigungshilfsmittel, die sich als wirksam für diesen Zweck erwiesen haben, sind wasserlösliche Polymere. Deren Verwendung wurde insbesondere für Mischungen mit niedrigem Wasser/Zement-Verhältnis (bspw. weniger als 30 Gewichts teile Wasser pro 100 Gewichtsteile hydraulischer Zement) vorgeschlagen.
Weitere Beispiele von aus dem Stand der Technik als Fertigungshilfsmittel bekannte Polymere sind Zelluloseäther, insbesondere Hydroxy-propyl-zellulose-äther, und auch Polyacrylamide, hydrolisierte Polyvinylacetate und in Wasser dispergierbare Carboxyl-Gruppen aufweisende Polymere. Während all diese Fertigungshilfsmittel die anfänglichen Eigenschaften zementhaltiger Produkte durchaus verbessern, hat sich in der Praxis herausgestellt, daß die zementhaltigen Produkte diese wertvollen anfänglichen Eigenschaften im Laufe der Zeit verlieren. Es wird vermutet, daß dies daher kommt, daß sich das Fertigungshilfsmittel nach dem Abbinden wieder löst, quillt oder in dem alkalischen Medium abgebaut wird, das in derartigen zementhaltigen Produkten nach längerer Bewitterung vorliegt. In den Vorschlägen zur Verwendung derartiger Fertigungshilfsmittel wird der Einsatz von bis zu 25 Gewichts-% des Fertigungshilfsmittels in einer Zement/Wassermischung beschrieben.
Beispiele veröffentlichter Patentschriften, in denen zementhaltige Mischungen und Produkte der vorstehend genannten Art beschrieben werden, sind die britische Patentschrift Nr. 156 3190 und folgende europäische Patentschriften Nr. 0 021 681, 0 021 682, 0 030 408, 0 038 126 und 0 055 035.
Eine große Zahl der in diesen Patentschriften beschriebenen Mischungen besitzt den Nachteil, daß sie einen relativ großen Anteil an Fertigungshilfsmittel benötigen.
Es wird angenommen, daß die verbesserte Mikrostruktur und die Zunahme der Festigkeit der aus derartigen Mischungen hergestellten Erzeugnisse zu einem großen Teil durch den Einfluß der Polymere auf die Rheologie der Mischung verursacht wird. Es wird vermutet, daß in abgebundenem oder gehärteten Produkten, die aus derartigen Mischungen hergestellt wurden, die Polymere als eine Art Klebstoff zwischen dem Zementkörnchen der Mischung wirken. In diesem Fall wird die Festigkeit der durch das Polymer bewirkten Bindung unter anderem vom Wassergehalt der Mischung abhängig sein.
Letztendlich wird deshalb ein signifikanter Verlust an Festig keit eintreten, weil sich das Polymer wieder auflösen wird oder seine Festigkeit verlieren oder abgebaut wird, sobald genügend Wasser zur Verfügung steht. Daher haben einige der in den vorstehend genannten Patentschriften beschriebenen Produkte zwar eine relativ hohe Anfangs-Biegefestigkeit in trockenem Zustand, aber sie haben weder eine adäquate Festigkeit im nassen Zustand, noch eine adäquate Beständigkeit zur Verwendung als Baumaterialien. Dies wurde bei aus derartigen Materialien hergestellten Produkten dadurch nachgewiesen, daß eine Abnahme der Biegefestigkeit festgestellt wurde bei Tests unter simulierten Bedingungen, die den Bedingungen für Baustoffe entsprechen, bspw. Wasserabsorptionstests, Frost-Tau- Wechsel-Tests oder Tests, die wiederholtes Befeuchten und Trocknen beinhalten.
In unserer ebenfalls anhängigen Patentanmeldung Nr. 85 25 723 haben wir angegeben, daß die Empfindlichkeit gegen Wasser und natürliche Witterungseinflüsse abnimmt, wenn ein Reagenz zugegeben wird, das eine chemische Quervernetzung zwischen den Polymerketten bewirkt, so daß das Polymer im Wasser unlöslich wird und die Absorption von Wasser abnimmt, demzufolge das Quellen des Polymers und der Verlust von Festigkeit des Produkts abnehmen. Wenn auch sehr wasserbeständige und haltbare Produkte nach dieser Methode hergestellt werden können, so haben wir doch festgestellt, daß es für einige Anwendungen vorteilhaft ist, die Witterungsempfindlichkeit der hochfesten Zemente durch die Verwendung von Fertigungshilfsmitteln für Baustoffe zu reduzieren. Dies sind Polymerlatices, deren dispergierte Partikel beim Entfernen von Wasser in der Lage sind zu koagulieren und dabei eine Matrix zu bilden, die in wäßrigem Alkali oder in Wasser, speziell bei hohem alkalischem pH-Wert, stabil ist. Im Vergleich zu wasserlöslichen Polymeren sind diese Zusätze völlig unlöslich, bilden keine Lösungen und - weil sie von Natur aus unlöslich sind - bewirken sie eine Abnahme der Permeabilität der hochfesten Zementpaste. Solche Polymerlatices sind wesentlich preiswerter und auch ökonomisch einsetzbar, selbst wenn sie in manchen Anwendungsfällen in etwas größeren Anteilen eingesetzt werden als wasserlösliche Polymere.
Der Zusatz von Polymerlatices zu Mörteln und Beton, der aus hydraulischem Zement hergestellt ist, ist durchaus bekannt.
Polymerlatices verleihen der Mischung aus Wasser und hydrauhschem Zement eine größere Plastizität und Verarbeitbarkeit, so daß sie eine Reduktion des Wasser/Zement-Verhältnisses gestatten und demzufolge eine größere Festigkeit und Impermeabilität des abgebundenen Produkts bewirken.
Als Zement modifizierende Zusätze wurden bisher Polymerlatices vorgeschlagen, wie Styrol-butadien-copolymere, natürliches Gummi, Vinylacetat-polymer, Polyacrylester und Polyvinyliden chlorid. Diese Latices sind üblicherweise durch sterische oder ionische Stabilisationsmechanismen stabilisiert, um Ausflockung und Koagulation bei hohem pH-Wert und Ionenkonzentrationen, wie sie im Zement üblich sind, zu verhindern.
Bspw. ist im US-Patent Nr. 2,662,064 eine pumpbare Zementmischung beschrieben, die Zement, faserförmigen Füllstoff und stabilisiertes Latex enthält. Ähnlich ist im kanadischen Patent Nr. 11 43 385 eine Zement-Füllstoff-Kombination mit Polymerlatex beschrieben.
Bei der gegenwärtigen Anwendung von Polymerlatices in Zement werden Wasser/Zement-Gewichtsverhältnisse von 0,3 bis 0,6 bei Polymer/Zement-Gewichtsverhältnisse von 0,05 bis 0,20 gefunden. Derartige Bindersysteme werden mit Sand versetzt, um Mörtel zu erzeugen für Pflastermaterialien, Böden, Abdeckungen und Überzüge.
Infolge des hohen Wasser/Zement-Verhältnisses und des Luftgehaltes haben aus den oben beschriebenen Mischungen hergestellte Erzeugnisse vergleichsweise schwache Biegefestigkeiten verglichen mit den vorstehend beschriebenen Werkstoffen, bei denen wasserlösliche Polymere verwendet wurden. Biegefestigkeiten im Bereich von 2 bis 15 MPa sind üblich. Durch Reduzieren des Wasser/Zement-Verhältnisses in solchen Mischungen und gleichzeitige Anwendung spezieller Mittel, um eine hohe Verdichtung des Mörtels oder Betons zu erreichen, können Biegefestigkeiten von 20 bis 25 MPa erhalten werden, wenn die Materialien trocken sind (bspw. Beton und Mörtel, wie in GB- Patent Nr. 21 01 984 beschrieben). Allerdings nimmt die Festigkeit der Materialien typischerweise um 30% bis 40% ab, wenn sie vollständig oder teilweise mit Wasser gesättigt sind.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, aus hydraulischen Zementen hochfeste Produkte zu schaffen, die durch Zusatz von Polymerlatex modifiziert sind, eine niedrige Empfindlichkeit gegenüber Wasser und eine große Haltbarkeit aufweisen.
Erfindungsgemäß wird durch die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Verfügung gestellt zur Herstellung eines zementhaltigen Produkts, das im wesentlichen frei ist von Teilchenkomponenten mit einem größeren Durchmesser als 100 µm, wobei das Produkt aus einem Teig oder einer Paste hergestellt ist, die zusammengemischt enthält:
(a) wenigstens einen hydraulischen Zement, der Portland- oder ein Aluminat-Zement ist;
(b) wenigstens ein Polymerlatex, wobei das Polymer in einer Menge von 1 bis 20 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteile Zement vorhanden ist;
(c) einem gesamten Wassergehalt im Bereich von 8 bis 20 Gewichtsteilen Wasser pro 100 Gewichtsteile Zement,
wobei das Polymerlatex die einzige organische Polymerkomponente liefert und kolloidale Partikel von wasserunlöslichem Polymermaterial aufweist, die in einem wäßrigen Medium suspendiert sind,
wobei die Inhaltsstoffe (a), (b) und (c) vermischt werden, um ein gleichförmiges Produkt zu erzeugen, und dann einem Hochscherungsmischen unterworfen werden, um das Produkt zu plastifizieren, und um das Produkt in ein Material mit teigartiger oder pastenartiger Konsistenz zu überführen, aus dem die Blasen im wesentlichen entfernt sind, indem das weiche Material evakuiert wird oder indem Druck angewendet wird bis das Material ausgehärtet ist. Vorzugsweise enthält die Mischung 1 bis 5 Gewichtsteile Polymer pro 100 Gewichtsteile Zement und 12 bis 16 Gewichtsteile Wasser pro 100 Teile Zement.
Der Mechanismus der Festigkeitszunahme durch Verwendung von wasserlöslichen Polymeren in zementhaltigen Verbindungen ist unklar, aber es wurden wissenschaftliche Modelle vorgeschlagen, bei denen dem Polymer die Funktion einer Schmierung der Zementkörnchen zugeschrieben wird, so daß unter Einwirkung hoher Scherkräfte und Druck und/oder Vakuum Luft leichter austreten kann. Ähnlich ist auch der Mechanismus der rheologischen Modifikation durch den Zusatz von Latex unklar, aber eine Erklärung besteht darin, daß das Polymerlatex die einzelnen Zementkörnchen einschließt und schmiert.
Wahrscheinlich bilden in beiden Fällen das wasserlösliche Polymer bzw. das Latexpolymer während des Abbinde- und Trocknungsvorgangs eine Comatrix mit den Hydratationsprodukten des Zements und erhöhen dadurch den Zusammenhalt zwischen den Zementteilchen.
Zur Ausführung der vorliegenden Erfindung können viele verschiedene Typen von Polymerlatex eingesetzt werden, um die Festigkeit und die Haltbarkeit zu steigern. Beispiele derart geeigneter Latices sind: Elastomere Polymere wie natürliches oder synthetisches Gummi; Thermoplaste wie Polyacrylsäureester, Ethylen-vinyl-acetat Copolymere, Polyvinylidenchlorid und Polyvinylacetat, sowie wärmeaushärtende Harze wie Epoxyharze.
Die Polymeren der Latices sind wasserunlöslich, d. h. es sind hydrophobe Polymere. Vorzugsweise werden zur Ausführung der Erfindung Latices mit einem Partikeldurchmesser von weniger als 1 µm verwendet.
Die zementhaltige Mischung kann außer Zement, Wasser und Latex auch andere übliche Materialien enthalten. Bspw. können diese Materialien faserförmige Werkstoffe, feingemahlene Füllstoffe, Dispergenzien oder chemische Reagenzien sein, welche das Absetzverhalten der Mischung verändern. Als Füllstoff kommen Schiefermehl, verschiedene Formen von Sand, gemahlene Mineralien und dergl. in Frage, sofern diese im wesentlichen keine Partikel mit einem Durchmesser von mehr als 100 µm enthalten.
Auch können der Mischung Pigmente zugesetzt werden, um dem fertigen Produkt eine gewünschte Farbe zu geben.
Die zementhaltigen Mischungen können außerdem Hochofenschlacke, pulverisierte Asche oder ein natürliches oder künst liches Puzzolan enthalten. Insbesondere wird bevorzugt, zu 100 Gewichtsteilen Zement 5 bis 20 Gewichtsteile feine silikathaltige Partikel zuzufügen, die eine Teilchengröße zwischen 5 x 10&supmin;³ µm und 0,5 µm aufweisen, weil dadurch eine weitere Verbesserung der Beständigkeit erreicht wird. Derartige Partikel sind bekannt als Aerosil, Mikrosilika oder kolloidales Silika.
Als hydraulischer Zement kommt normaler Portland-Zement oder schnellabbindender Portland-Zement in Frage.
Die Bestandteile der zementhaltigen Mischung werden unter hohen Scherkräften gemischt, um bei der Verdichtung eine Plastifizierung zu erzielen und um die Mischung in eine weiche Paste oder ein Material mit teigähnlicher Konsistenz zu überführen. Das Mischen unter hohen Scherkräften kann bspw. in einem Mischer mit z-förmigem Rührer erfolgen. Die Paste oder das teigähnliche Material kann anschließend verdichtet und unter Druck gehalten werden bis es abgebunden hat, um im wesentlichen alle größeren Blasen aus dem Material zu entfernen. Alternativ kann es manchmal vorteilhaft sein, erst die festen Komponenten der Zementmischung in bspw. einem Planetenmischer miteinander zu vermischen, bevor die flüssigen Komponenten während eines zweiten Mischvorgangs unter hohen Scherkräften im Vakuum zugefügt werden, bspw. in einem Vakuumextruder. Die Notwendigkeit, während eines längeren Zeitraums Druck anzuwenden, wird dadurch erheblich reduziert bzw. völlig eliminiert.
Es sei betont, daß die Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung einer zementhaltigen Mischung betrifft, bei dem spezifizierte Komponenten (a), (b) und (c) zu einer gleichmäßigen Mischung gemischt werden und alle oder im wesentlichen alle Blasen aus der Mischung entfernt werden. Das scheinbare Volumen der Mischung ist gleich dem Volumen der festen Bestandteile zuzüglich der Poren. In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung weisen nach dem Aushärten der Mischung weniger als 2% des scheinbaren Volumens Poren mit einer Größe von mehr als 100 µm auf. In einer mehr bevorzugten Ausführung weisen weniger als 2% des scheinbaren Volumens des Produktes Poren mit einer Größe von mehr als 50 µm auf und in der am stärksten bevorzugten Ausführung weisen weniger als 2% des scheinbaren Volumens des Produktes Poren mit einer Größe von mehr als 15 µm auf.
Die Paste oder das teigartige Material kann anschließend in der allgemein bekannten Art und Weise weiterverarbeitet und ausgehärtet werden, um das gewünschte Endprodukt herzustellen. Das Verfahren kann das Pressen des pastösen oder teigartigen Materials und/oder das Verformen in eine gewünschte Form des Endproduktes oder auch das Aushärten in feuchter Atmosphäre bspw. mit bis zu 100% relativer Luftfeuchtigkeit und/oder unter Anwendung von Wärme beinhalten. Das Abbinden kann in einem Autoklaven beschleunigt werden und die Temperatur kann über 100ºC liegen. Eine derartige Temperatur wird bevorzugt, wenn die zementhaltige Mischung Kalk und Silika als hydraulischen Zement enthält.
Die zementhaltige Mischung kann weiterhin faserförmiges oder textiles Verstärkungsmaterial enthalten. Natürliche Mineralfasern, wie Asbest, Pflanzenfasern oder Formen von Cellulose- Fasern, Glasfasern, künstlichen Mineralfasern oder künstlichen Polymerfasern können ebenfalls verwendet werden. Bevorzugt werden Polypropylen- oder Polyethylen-Fasern oder Fasern, die aus einem copolymer dieser beiden Olefine hergestellt sind. Besonders bevorzugt werden fibrilierte Polyolefin-Fasern, die einen Sekant-Elastizitätsmodul von mindestens 10 GPa, gemessen bei 0,1% Längendehnung, aufweisen. Die synthetischen Fasern sollten einen Denier-Wert im Bereich von 5 bis 40, vorzugsweise von 16, aufweisen und eine Länge zwischen 5 mm und mm, vorzugsweise von 10 mm, besitzen.
Die beschriebenen Werkstoffe und Verfahren können bspw. verwendet werden, um Baustoffe herzustellen, wie Dachplatten, künstliche Schieferplatten, Rohre und andere Formkörper für Anwendungszwecke, bei denen sie der natürlichen Witterung oder Wasser ausgesetzt sind. Die Erfindung ist insbesondere geeignet, um Dachelemente oder Verkleidungen für die Außenwände von Gebäuden herzustellen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Beispielen be schrieben.

Beispiel 1

64 g Dow 460 SBR Latex (48 Gewichts-% Feststoffanteil) wurden mit 216 g Wasser verdünnt und zu 1.500 g Portland-Zementpulver mit einer Partikelgröße von 95% mit weniger 75 µm gegeben und in einem Mischer mit Z-Rührer und einem Volumen von 4 l gemischt. Nach einer Mischzeit von 10 Minuten wurde eine weiche und formbare Paste erhalten, die aus dem Mischer ausgetragen und von Hand zu einer Platte mit etwa 5 mm Dicke geformt. Diese Platte wurde anschließend in schmale Streifen geschnitten und zwischen weichen Formplatten 18 Stunden lang bei einem Druck von 6 MPa gepreßt. Die daraus erhaltene Platte wurde dann entnommen und weiterhin bei 50ºC und einer relativen Luftfeuchte von 100% während 16 Stunden ausgehärtet. Aus dieser Platte wurden Testkörper von 150 mm x 70 mm x 5 mm geschnitten und 13 Tage lang bei üblichen Umweltbedingungen natürlich getrocknet. Einige der Teststücke wurden dann vor dem Test einen Tag lang bei Raumtemperatur in Wasser gelegt.
Alle Proben wurden nach der 3-Punkt-Biegemethode getestet entsprechend folgender Formel:
S = 3 * W * l/b * d²
Darin ist
S = Biegefestigkeit
W = Bruchlast
l = Abstand zwischen den Auflagepunkten und dem mittleren Belastungspunkt
b = Breite und
d = Dicke.
Folgende Ergebnisse wurden erhalten:
Trocken-Festigkeit 27 MPa
Naß-Festigkeit 35 MPa.
Die Mengen der Komponenten in der oben beschriebenen Probe entsprechen einem Wasser/ Zement-Gewichtsverhältnis von 0,16 und einem Polymer/Zement-Gewichtsverhältnis von 0,02. Die ermittelten Festigkeitswerte können verglichen werden mit einem Wert für die Trocken-Festigkeit von 20 MPa, die eine Probe aus Zementpaste ohne Polymerlatex bei einem erhöhten Wassen Zement-Gewichtsanteil von 0,2 erreicht. Bei einem Wasser/ Zement-Gewichtsverhältnis von 0,16 ist es ohne den Zusatz von Latex nicht möglich, bei dem verwendeten Druck eine vollständige Platte mit einer Biegefestigkeit von mehr als 10 MPa herzustellen.
In einem Test zur Ermittlung der Produkthaltbarkeit wurde die Beständigkeit gegenüber natürlichen Witterungsbedingungen in einem beschleunigten Test gemessen, wobei Frost-Tau-Wechsel, Erwärmen und Kühlen sowie Nässen und Trocknen enthalten waren. Die Proben wurden in Kontakt mit Wasser gebracht, in dem sie mit einer Fläche 5 Tage lang auf mit Wasser vollgesaugtes Schaumgummi gelegt wurden, während die Temperatur zweimal am Tage zwischen +20ºC und -20ºC wechselte, so daß insgesamt Zyklen von Frost und Tau während der Testzeit durchlaufen wurden. Danach wurden die Probestücke zwei Tage lang an Luft bei relativ geringer Luftfeuchtigkeit auf 700 erwärmt. Wenn die Proben dem vorstehend beschriebenen Frost-Tau-Wechsel-Test unterzogen wurden, haben alle Proben, die entsprechend dem o. g. Beispiel hergestellt wurden, mindestens 10 Hauptzyklen standgehalten, während alle Proben, die aus unmodifizierter Zementpaste hergestellt wurden, spätestens innerhalb von Zyklen versagten.
In einem weiteren Test zur Bestimmung der Widerstandsfähigkeit wurde die Wasserempfindlichkeit der ausgehärteten Zementpaste bestimmt, indem Dickenunterschiede gemessen wurden, die eintreten, wenn die Probe in alkalisches Wasser (pH = 12) von 60ºC gegeben wird. Nach zwei Stunden haben sich die Proben, die aus einer ausgehärteten Paste mit 2 Gewichts-% Latex hergestellt waren, um 0,08% ausgedehnt, während eine etwa gleich stabile Paste, die mit Hydroxy-propyl-methyl-cellulose als Rheologie-Modifikationsmittel hergestellt war, eine Ausdehnung um 0,25% zeigte.
In einem weiteren Test zur Feststellung der Widerstandsfähigkeit gegen zyklische Veränderung im Wassergehalt wurden die oben beschriebenen Materialproben Zyklen unterworfen, wobei sie bei Raumtemperatur sechs Stunden in Wasser getaucht wurden, anschließend 17 Stunden bei 70ºC getrocknet und eine Stunde bei Raumtemperatur abgekühlt wurden. Bei diesen Tests traten die ersten Risse in Proben etwa nach 17 bis 33 Testzyklen auf. Vergleichsweise wurden in mit Hydroxy-propylmethyl-cellulose hergestellten ähnlich stabilen Proben derartige Risse bereits nach 2 bis 7 Zyklen gefunden.

Beispiel 2

330 g Doverstrand Revinex 29Y40 Latex mit einem Feststoffgehalt von 47 Gew.-% wurden zu 1.500 g des gleichen Portland Zementpulvers gegeben wie im Bsp. 1 beschrieben und in einem Mischer mit Z-Rührer und einem Volumen von 4 l gemischt. Der Feststoffgehalt der Latex entspricht 10,3 Gew.-% des Zements.
Die entstandene weiche formbare Paste wurde dann in einem 2- Walzen-Stuhl zu einer flachen Platte ausgewalzt, die anschließend gepreßt und ausgehärtet wurde wie vorstehend in Bsp. 1 beschrieben. Beim 3-Punkt-Biegetest wurden Trocken- und Naß- Festigkeiten von 30 MPa und 35 MPa gemessen.
Im Frost-Tau-Wechsel-Beständigkeitstest, wie vorstehend beschrieben, überstanden alle ausgehärteten Proben mehr als 80 Zyklen ohne einen einzigen Ausfall. Dagegen versagten innerhalb dieser Periode im Mittel 50% der Hydroxy-propyl- methyl-cellulose-Proben, während sämtliche aus unmodifizierter Zementpaste hergestellten Proben bereits nach 5 Zyklen versagten.
Im Wasserempfindlichkeitstest wurde nach 2 Stunden Eintauchen bei 60ºC eine Zunahme der Dicke von 0,03% festgestellt.

Beispiel 3

Bsp. 2 wurde wiederholt mit dem Unterschied, daß der Doverstrand-Latex zuerst mit Wasser verdünnt wurde im Verhältnis 2 Teile Latexdispersion zu 1 Teil Wasser, so daß eine Suspension mit einem Feststoffgehalt von etwa 30 Gew.-% entstand. 300 g dieser Suspension wurden mit 1.500 g Zementpulver vermischt, wie in Bsp. 1 beschrieben. Dies ergab eine Zementpaste, die im ausgehärteten Zustand einen Styrol-butadien-gummi-Gehalt von 6 Gew.-% aufwies.
Beim 3-Punkt-Biegetest wurden Trocken- und Naß-Festigkeiten von 22 MPa bzw. 28 MPa festgestellt. Beim Frost-Tau-Wechsel- Beständigkeitstest, wie in Bsp. 1 beschrieben, überstanden alle ausgehärteten Proben 80 Zyklen ohne Ausfall.

Beispiel 4

80 g Acryllatex E330 von Rhom & Haas mit einem Feststoffgehalt von 47 Gew.-% wurden mit 360 g Wasser verdünnt. Diese wurden mit 2 kg eines normalen Portland-Zementpulvers, wie im Bsp. 1 beschrieben, in einem Mischer mit Z-Rührer vermischt. Das Gewichtsverhältnis von Polymer zu Zement betrug rund 2%. Nach dem Pressen und Abbinden zeigte die ausgehärtete Paste Trocken-/Naßbiegefestigkeiten von 30 MPa bzw. 35 MPa.
Die Anteile der eingesetzten Rohstoffe im obigen Beispiel entsprechen einem Gewichtsverhältnis von Wasser zu Zement von 0,2 und einem Gewichtsverhltnis von Polymer zu Zement von 0,02. Die ermittelten Festigkeitswerte können mit Werten für Zementpasten verglichen werden, wie in der nachfolgenden Tabelle angegeben. Die Zementpasten wurde nach derselben Methode hergestellt, aber ohne Polymerlatex. Weiterhin wurde Mörtel in konventioneller Mischtechnik hergestellt, aber mit Zusatz von Polymerlatex und Sandpartikel mit bis zu 2,4 mm Durchmesser enthaltend. Biegefestigkeit Sand/Zement Verhältnis Wasser/Zement-Verhältnis Polymer/Zement-Verhältnis Trocken Naß Zementpaste Zementpaste + Latex (Bsp. 4) Mörtel + Latex ähnlicher Mörtel ohne Latex

Beispiel 5

400 g der E330 Latex, wie im Bsp. 4 beschrieben, wurde mit 110 g Wasser verdünnt und mit 2 kg Zementpulver, wie im Bsp. 1 verwendet, in der vorstehend beschriebenen Art und Weise zu einer Paste gemischt.
Die ausgehärtete Platte zeigte besonders hohe Festigkeitswerte, nämlich Trocken- und Naß-Biegefestigkeit von 42 MPa bzw. 43 MPa.
In einem zusätzlichen Test wurde die Schlagfestigkeit der Zementpaste gem. Bsp. 5 gemessen, wobei ein Zwick-Charpy-Gerät mit 0,5 Joule-Arm verwendet wurde. Die ausgehärtete Paste gem. Bsp. 5 zeigte eine mittlere Schlagfestigkeit von 1.400 Jm&supmin;². Ein Produkt mit ähnlicher Festigkeit, das durch Zugabe von 1 Gew.-% Hydroxy-propyl-methyl-cellulose erhalten war, zeigte dagegen eine Schlagfestigkeit von nur 900 Jm&supmin;².

Beispiel 6

Portland-Zement, wie in Bsp. 1 verwendet, Doverstrand SBR Latex-Emulsion (46% Feststoffanteil) und fibrilierte Polypropylenfasern (10 mm lang, 38.000 Denier, mittlerer Radius 35 µm) wurden im Gewichtsverhältnis von 100 : 24 : 2,5 kontinuierlich in einem Zwillings-Schrauben-Extruder gemischt, so daß infolge der hohen Scherkräfte des Extruders aus diesen Rohstoffen eine Masse mit teigartiger Konsistenz entstand. In einem stromabwärts der Hauptplastifizierungsstrecke gelegenen Bereich des Extrudergehäuses waren Mittel vorgesehen, um ein Vakuum von 98,5% zu erzeugen und gleichzeitig das teigartige Material Scherkräften auszusetzen, so daß praktisch sämtliche eingeschlossene Luft entfernt wurde. Der blasenfreie Teig wurde dann durch die Extruderdüse gepreßt, wobei ein flaches Band von etwa 80 mm Breite und 8 mm Dicke geformt wurde. Das Extrudergehäuse und die Düse wurden mit Wasser von 1ºC ge kühlt. Die extrudierten Streifen wurden kurz gepreßt, um sie zu verflachen und die Oberflächenstruktur zu verbessern. Dann wurden sie 16 Stunden bei 50ºC und 100% relativer Luftfeuchtigkeit ausgehärtet. Die ausgehärteten Proben wurden in Teststreifen von 150 mm * 70 mm * 5 mm geschnitten und 13 Tage lang unter natürlichen Bedingungen bei Raumtemperatur getrocknet. Einige der Proben wurden vor dem Test einen Tag lang bei Raumtemperatur in Wasser eingetaucht. Alle Proben wurden nach der 3-Punkt-Biegefestigkeit-Methode in der in Bsp. 1 beschriebenen Art und Weise untersucht. Beide Festigkeitswerte, nämlich die höchste Festigkeit (die Biegefestigkeit, berechnet aus der Formel gem. Bsp. 1 entsprechend der größten Last W, die während des Tests beobachtet wurde) und die PrG (Proportionalitätsgrenze: das ist die Belastung an dem Punkt, bei dem die Kraft/Durchbiegungskurve nichtlinear wird) wurden ermittelt.
Die Ergebnisse waren folgende: Höchste Festigkeit Trocken-Festigkeit Naß-Festigkeit

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines zementhaltigen Produkts, das im wesentlichen frei ist von Teilchenkomponenten mit einem größeren Durchmesser als 100 Mikron, wobei das Produkt aus einem Teig oder einer Paste gebildet ist, die zusammengemischt enthält:

(a) zumindest einen hydraulischen Zement, wobei der Zement Portlandzement oder ein Aluminatzement ist,

(b) zumindest ein Polymerlatex, wobei das Polymer zu einem Anteil von 1 bis 20 Gewichtsteilen von 100 Teilen Zement vorhanden ist,

(c) Gesamtwasser zu einem Anteil von 8 bis 20 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteilen Zement,

wobei das Polymerlatex die einzige organische Polymerkomponente liefert und kolloide Partikel von nichtwasserlöslichem Polymermaterial aufweist, die in einem wässrigen Medium suspendiert sind,

wobei die Inhaltsstoffe (a), (b) und (c) vermischt werden, um ein gleichformiges Produkt zu erzeugen und dann einem Hochscherungsmischen ausgesetzt werden, um das Produkt zu plastifizieren und das Produkt in ein Material mit teigartiger oder pastenartiger Konsistenz zu wandeln, aus dem Hohlräume im wesentlichen entfernt sind, durch Aussetzen des weichen Materials einem Unterdruck oder durch Anwendung von Druck, bis das Material ausgehärtet ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Mischung 1 bis 5 Gewichtsteile des Polymers pro 100 Gewichtsteile des Zements und 12 bis 16 Gewichtsteile Wasser pro 100 Teile Zement aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Polymer ein naturliches oder synthetisches Gummi, ein thermoplastisches oder wärmeaushärtendes Harz ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das synthetische Gummi ein Kopolymer aus Styrol und Butadien ist oder das thermoplastische Harz ein Polyacrylester, Polyvenylacetat, Polyethylenvinylacetat oder Polyvenylidenchiond ist oder das wärmeaushärtende Harz ein Epoxy-, Phenol-, Urethan- oder Akrylharz ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der hydraulische Zement ein schnelihärtender Portlandzement ist.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, zusätzlich enthaltend einen fein geteilten Fullstoff mit einem Durchmesser vcn weniger als 100 µm.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Fullstoff eine Hochofenschlacke, pulverisierte Brennasche oder ein naturliches Pozzolan ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Pczzolan amorphe Kielselerde mit einer Partikelgrößenverteilung von im wesentlichen 5 x 10&supmin;³ und 0,5 µm ist.

9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche mit des weiteren fibrösen oder textilen Verstärkungen.

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Fiber fibriliertes Polypropylen oder Polyethylen oder ein Copolymer von beiden sind und einen Sekant-Elastizitätsmodul vcn zumindest 10 GPa aufweist, gemessen bei 0,1% Dehnung.

11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Hochscherungsmischen unter Verwendung eines Extruders durchgefuhrt wird.

12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das hergestellte Produkt weniger als 2% des scheinbaren Volumens der Mischung aufweist, das Poren mit einer Große von mehr als 10 µm aufweist.

13. Verfahren nach Anspruch 12, wcbei das Produkt weniger als 2% des scheinbaren Volumens des Produktes mit Poren mit einer Große von mehr als 50 µm aufweist.

14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Produkt weniger als 2% des scheinbaren Volumens des Produktes mit Poren mit einer Große von mehr als 15 µm aufweist.

15. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Produkt geformt und ausgehärtet wird, um ein Erzeugnis zur Verwendung als Bedachungselement oder zutn Abdecken des Außeren von Gebäudewänden zu bilden.