CH638765A5 - Moertelzusatz, verfahren zur herstellung desselben, sowie herstellung von moertelmassen unter verwendung desselben. - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Zusatz für Mörtelmassen.

Obwohl anorganische Bindemittel wie Zement und Kalk eine überragende Bedeutung im Baugewerbe haben, sind sie in verschiedener Hinsicht durchaus nicht zufriedenstellend. So ist ihre Abbinde- oder Erhärtungszeit in der Regel ziemlich lang, was zu Verzögerungen am Arbeitsort und zu hohen Form- oder Verschalungskosten fuhrt, da z.B. unterschiedliche Zementprodukte erst nach Tagen entformt werden können. Darüber hinaus nehmen Zement- und Kalkmörtel im allgemeinen nach dem Erhärten zuviel Wasser auf, was zu Frostschäden führen kann und üblicherweise eine schlechte Wärmeisolierung bedeutet. Ferner hat Magnesiazement den Nachteil, nicht alterungsbeständig zu sein (im Hinblick auf die Herauslösung von Magnesiumchlorid). Oft findet man auch unbefriedigende Bindeeigenschaften gegenüber anderen Baumaterialien wie Stahl und Holz sowie erwünschten leichteren und stärker isolierenden Füllmaterialien wie Stroh, Holzfasern, Sägemehl, Torf u. dgl. Diese letztgenannte Eigenschaft ist besonders ausgeprägt beim sog. Magnesiazement, der im Gewerbe besondere Schwierigkeiten bereitet. Speziell Stroh von gewöhnlichen Nutzpflanzen, insbesondere Getreide, dessen Oberfläche durch eine Wachsschicht geschützt wird, zeigt sich besonders bindeabweisend gegenüber Zement und speziell Magnesiazement, was einer allgemeineren Anwendung dieses in anderer Beziehung erwünschten Füll- und Verstärkungsmaterials in unterschiedlichen Typen von Zementprodukten entgegenwirkt.

Im Bestreben, die schützende Wachsschicht auf Stroh mit Alkali zu beseitigen, um so die Haftung am Zement, insbesondere Magnesiazement, zu verbessern, wurde gefunden, dass die Alkalibehandlung nicht nur zur Auflösung der Wachsschicht sondern auch anderer Substanzen auf dem Stroh unter Freisetzung der Fasern desselben führt. Die so erhaltene Fasermasse ist nach dem Herausquetschen des Alkali und Waschen ein ausgezeichnetes Verstärkungsmaterial für Zement- und Kalkmörtelmassen.

Erstaunlicherweise ist jedoch nicht nur die freigesetzte Strohfaser von Interesse, sondern der erhaltene Alkaliextrakt erweist sich als ein Mittel zur Verbesserung von Zement- und Kalkmörtelmassen sowie Produkten, die solche Mörtelmassen als Binder enthalten, wobei die oben genannten Nachteile weitgehend vermieden und der Anwendungsbereich der Mörtelmassen ausgedehnt wird. Dieser die Eigenschaften verbessernde Alkaliextrakt wird nicht nur durch Behandlung von Halmen der unterschiedlichen Getreidearten sondern auch von Halmen anderer ähnlicher «Strohpflanzen» wie Gras, Schilfrohr u. dgl. erhalten. Obgleich die Erfindung hier vorwiegend in Verbindung mit,einer Alkalibehandlung von Stroh beschrieben wird, erstreckt sich ihre Anwendung selbstverständlich auf alle Arten von lignocellulosehaltigen bzw. -artigen Materialien. Unter Stroh versteht man üblicherweise die nach dem Dreschen von reifen Getreidepflanzen zurückbleibenden Halme.

Grundlage der Erfindung bildet daher im wesentlichen eine Extraktion von cellulosehaltigen Materialien durch Behandlung mit Alkali, geeigneterweise bei Zimmertemperatur. Das Material wie z.B. Stroh kann dabei im Erntezustand behandelt werden, es kann jedoch vorteilhaft sein, es zunächst in kürzere Stücke zu zerschneiden und ggf. auch einer leichten mechanischen Quetschbehandlung z.B. zwischen Walzen zu unterwerfen, um den Aufschluss bzw. die Digerierung zu beschleunigen.

Der Aufschluss erfolgt mit Alkali mit einer Konzentration von zumindest 5% (in den vorliegenden Unterlagen sind alle Prozentsätze, wenn nichts anderes angegeben ist, auf das Gewicht bezogen zu verstehen). Stärkere Alkalikonzentrationen als 20% ergeben keine verkürzte Aufschlusszeit. Aus praktischen Gründen ist es daher am zweckmässigsten, ein Alkali von etwa 20% anzuwenden, jedoch sollte der erhaltene Extrakt vor der Anwendung gemäss der Erfindung zur Erleichterung der nachfolgenden Mischoperation mit dem 4-5 fachen seines Volumens an Wasser verdünnt werden. Durch Anwendung von 5%igem Alkali wird ein brauchbarer Extrakt nach etwa 24 Stunden bei Zimmertemperatur erhalten, während nach etwa 36 Stunden auch die Fasern zu einem Hauptteil aufgeschlossen sind. Bei Anwendung von 20%igem Alkali liegen die entsprechenden Zeitdauern bei 6 bzw. 18 Stunden. Eine Erwärmung bei der Durchführung der Behandlung in einem offenen Gefäss führt zu keiner beachtlichen Beschleunigung der Digerierung. Im Gegensatz dazu tritt eine Beschleunigung ein, wenn die Halme beispielsweise zwischen Walzen zerquetscht werden, so dass dann eine Freisetzung der Fasern beim Aufschluss mit 20%igem Alkali in 2 Stunden erreicht werden kann. Bei Anwendung von 20%igem Alkali hat sich ein Mengenverhältnis von 15-20 kg Stroh pro 1001 Alkali als geeignet erwiesen. Der bei Anwendung von konzentriertem Alkali erhaltene Extrakt hat die Konsistenz eines relativ zäh-flüssigen Öls, dessen Viskosität bis zur gelähnlichen Konsistenz ansteigt, wenn längere Aufschlusszeiten angewandt werden. Dies ist einer der Gründe, weshalb er vor der nachfolgenden Verwendung verdünnt werden sollte.

Der wie vorstehend beschrieben hergestellte Alkaliextrakt kann nicht als solcher mit Zement- oder Kalkmörteln gemischt werden, da er unmittelbar zu einer Reaktion führt,

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die den Mörtel klumpig oder kiesartig macht. Diese Reaktionsneigung muss daher modifiziert werden, was einfach durch eine Art von Neutralisation der Alkalinität des Extrakts geschehen kann. Diese Neutralisation oder vielleicht eher Verseifung erfolgt gemäss der Erfindung insbesondere mittels Fettsäuren, die bei Zimmertemperatur oder leicht darüber, wie bis etwa 35°C, in einem flüssigen Zustand sind. Allerdings brauchen Fettsäuren nicht als solche angewandt zu werden, da gefunden wurde, dass ihre öligen Ester, z.B. in Form von Pflanzenölen, ebenfalls brauchbar sind. So wurden hervorragende Ergebnisse mit Rapsöl, Erdnussöl, Getreide- bzw. Maisöl, Absüsseöl, Olivenöl und Senföl erhalten. Geeignete Mengenverhältnisse von zugemischtem Öl zum Alkaliextrakt liegen bei etwa 2,5 bis 5 Volumenteilen Öl pro 100 Volumenteile verdünnten Extrakts.

Für die Herstellung des Alkaliextrakts sind sowohl Natron- als auch Kalilauge brauchbar, jedoch hat sich Kalilauge in der Weise als vorteilhaft erwiesen, dass sie den Mörtel geschmeidiger macht und weniger schäumt, so dass Kalilauge trotz ihres hohen Preises vorzuziehen ist.

Für die Herstellung einer durch Anwendung des erfin-dungsgemässen Extrakts verbesserten Masse werden 3 bis 10 Vol.% Extrakt mit dem benutzten Wasser vermischt, wobei geringere Anteile eine geringere Härte und höhere Anteile eine erhöhte Härte in bezug auf das Endprodukt ergeben.

In der vorliegenden Beschreibung soll die Bezeichnung «Mörtel» alle Arten von Massen beinhalten, die unter Bildung einer festen Struktur abbinden bzw. härten. Die üblichen Bindemittel in solchen Massen sind Zement und Kalk, und wenn Sand und Kies oder Schotter beispielsweise mit einem Zementmörtel oder einer Zementmasse vermischt werden, resultiert ein Zusammenhalt in dichter Struktur, die Beton genannt wird. Wenn nur Sand mit Portlandzement gemischt wird, erhält man Zementmörtel. Die Masse ist es, welche die meisten der wichtigen technischen und chemischen Eigenschaften des endgültigen Betons bestimmt.

Gemäss der Erfindung wird somit ein Zusatz für Mörtel vorgesehen, der gekennzeichnet ist durch einen Alkaliextrakt eines lignocellulosehaltigen Materials, der mit einer Fettsäure oder einem öligen Ester derselben modifiziert ist. Säure oder Ester befinden sich bei oder leicht über Zimmertemperatur in einem flüssigen Zustand.

Der erfindungsgemässe Zusatz eignet sich zur Verbesserung der Abbinde- oder Härtungseigenschaften von Baumörteln auf der Basis von einem anorganischen Bindemittel, wie Zement und/oder Kalk.

Die durch Anwendung des Extrakts erzielte Verbesserung äussert sich primär durch ihre Wirkung auf die Abbindezeit oder die sog. Entformungszeit. Während diese mit gewöhn-

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lichem Portlandzement bei Anwendung auf der Baustelle normalerweise in der Gegend von 7 Tagen liegt, kann sie durch Zumischung des modifizierten Extrakts gemäss der Erfindung auf 2 Tage verkürzt werden. In Verbindung mit Magnesiazement wird die entsprechende Entformungszeit von etwa 2 Tagen auf etwa 4 Stunden verkürzt. Eine Zugabe des Extrakts zu gewöhnlichem Kalkbrei führt zu einer erheblichen Verkürzung der Trockenzeit. Durch Zugabe des Extrakts zu Zementmörteln werden diese geschmeidiger und leichter zu vibrieren, und sie ergeben eine bessere Ausfüllung der Formen, beispielsweise bei der Vorfertigung unterschiedlicher Profile. Ferner ist die Haftung an Füllmaterialien verbessert und zwar nicht nur in bezug auf Sand, Kies und Kiesel, sondern auch auf unbehandeltes Stroh, Sägemehl und Holzfasern. Die Masse haftet auch besser an anderen Baukonstruktionsmaterialien wie altem Beton, Stahl, Glas, Ziegeln und Holz. Das vollständig erhärtete Endprodukt ist bei allen geprüften Anwendungen mit einer besseren porenlosen Zementhaut versehen und von verbesserter Schlagfestigkeit. Insbesondere bezüglich des Magnesiazements erweist sich der Zusatz des Extrakts als vollkommenes Gegenmittel gegen eine Schädigung durch Herauslösung von Magnesiumchlorid, die sonst fortschreitend stattfindet. Eine wiederholte Behandlung von Testkörpern aus Magensiazement in abwechselnd warmem und kaltem Wasser über 7 Tage hinweg ergab keinerlei Auflösung von MgCh im Wasser sowie keinerlei Abnahme der Druckfestigkeit.

Eine gemäss der Erfindung verbesserte Mörtelmasse von Magnesia- oder Portlandzement kann auch mit Vorteil mit einem synthetischen Bindemittel vermischt werden, das aus gleichen Volumenteilen polymeren Acrylat und Carboxy-methylcellulose (CMC) besteht. Im Falle von Magnesiazement wird CMC geeigneterweise in einem Teil der Magnesiumchloridlösung für die Masse gelöst, wonach das flüssige Acrylat zugemischt und die so erhaltene Mischung mit dem Rest der Vergussmassenmischung vermischt wird. Im Fall von Portlandzement wird CMC in einem Teil des für die Masse bestimmten Wassers digeriert und das Acrylat dann zugemischt und die Mischung mit den restlichen Bestandteilen des Mörtels vermischt. Die zugesetzte Acrylatmenge sowie die Menge der nicht-wässrigen CMC liegt geeigneterweise bei etwa 5% des Wasservolumens der Masse. In dieser Weise ist es möglich, das Verhältnis von Füllmaterial zu Zement in der Masse beträchtlich zu erhöhen, so dass es beispielsweise bei Anwendung von Holzfasern oder -spänen, Torf, Stroh und Rinde als Füllstoff möglich ist, durch Giess-verfahren holzähnliche Produkte mit einem stabilisierenden Zementskelett zu erzeugen, welche Produkte ausgezeichnet nagelbar und mit Schneidwerkzeugen zu bearbeiten sind.

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Claims (8)

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1. Mörtelzusatz, gekennzeichnet durch einen mit einer Fettsäure oder einem öligen Fettsäureester modifizierten Alkaliextrakt von lignocellulosehaltigen Materialien, wobei die Fettsäure oder der Fettsäureester sich bei Zimmertemperatur oder leicht darüber in einem flüssigen Zustand befindet.

2. Zusatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Extrakt von Stroh stammt.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren zur Herstellung eines Mörtelzusatzes nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Schritte:

(a) Behandlung eines lignocellulosehaltigen Materials mit einer alkalischen Lösung;

(b) Aufsammeln der so erhaltenen Extraktlösung und

(c) Modifizierung der Extraktlösung durch Behandlung mit einer Fettsäure oder einem öligen Ester derselben, die bei Zimmertemperatur oder leicht darüber flüssig sind.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlung (a) mit Natron- oder Kalilauge durchgeführt wird, deren Alkalikonzentration im Bereich von 5-20 Gew.% liegt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass man Stroh als lignocellulosehaltiges Material verwendet und dass man die Extraktlösung mit 3-5% Pflanzenöl, bezogen auf das Volumen der Extraktlösung, behandelt.

6. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Modifizierung gemäss (c) mit Pflanzenöl vorgenommen wird.

7. Verfahren zur Herstellung von Mörtelmassen auf der Basis von anorganischen Bindemitteln mit verbesserten Abbinde- bzw. Erhärtungseigenschaften, dadurch gekennzeichnet, dass dem Mörtel ein Zusatz nach Anspruch 1 oder 2 beigefügt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das anorganische Bindemittel durch Zement und/oder Kalk gebildet wird.