DE3619363A1 - Verfahren zum einfaerben von beton - Google Patents
Verfahren zum einfaerben von betonInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einfärben von
Beton.
Beton im Sinne dieser Erfindung ist der zementhaltige
Werkstoff zur Herstellung von Betonsteinen und Beton
platten, Betondachsteinen, Verbundsteinen, aber auch
Faserzement- und/oder Zementmörtel.
Beton ist ein bewährter konstruktiver Baustoff, der in
Form von Sichtbeton auch ästhetische Zwecke erfüllt. Die
Einfärbung der Betonmasse zur Herstellung von Sichtbeton
verleiht diesem eine praktisch wartungsfreie Farbigkeit
für viele Jahre.
Dagegen müssen Betonflächen, die durch Anstriche deko
riert wurden, in kurzen Zeitabständen erneuert werden.
Eingefärbter Beton wird z. B. in Fassaden, Platten,
Pflastersteinen, Dachsteinen, Lärmwällen, Uferbefesti
gungen, Brücken und ähnlichen Konstruktionen, aber
beispielsweise auch zur Dekoration von Fassaden in Form
von eingefärbtem Mörtel verwendet.
Beton wird mittels anorganischer und neuerdings organi
scher Pigmente eingefärbt.
Solche für Beton geeigneten Pigmente, die sich seit lan
ger Zeit bewährt haben, sind z. B. Manganoxyd, Eisenoxyde
und Kohlenstoff. Von diesen haben sich insbesondere Pig
mente auf Basis von Kohlenstoff bzw. Eisenoxyd in der
Praxis gut bewährt.
Die Herstellung des eingefärbten Betons ist jedoch pro
blematisch. Das Pigmentpulver staubt und sein Einsatz
verursacht die Verunreinigung von Menschen, Maschinen und
Betrieben.
Weiterhin besitzen Pigmente den Nachteil, daß sie wegen
ihrer Feinteiligkeit bei der Lagerung - insbesondere bei
Zutritt von etwas Feuchtigkeit - zur Brückenbildung nei
gen.
Daher sind in Silos gelagerte Pigmentpulver schon nach
kurzer Zeit nicht mehr frei fließend.
Sie lassen sich daher nur mit Mühe unter erheblichem
apparativem und menschlichem Aufwand aus Silos wieder
austragen.
Deswegen bereitet auch ihre Dosierung über Schnecken bzw.
Vibrationsrinnen erhebliche Schwierigkeiten.
Im Stand der Technik wurden die bei Pigmentpulvern auf
tretenden Probleme des Staubens, der Lagerung im Silo
(Silierung) und der automatischen Dosierung durch die
Verwendung der Pigmente in Form wässriger Pigmentpasten
im Betonbereich zu lösen versucht.
Solche Pasten enthalten meist etwa 70-30% Wasser als
Trägermedium sowie oberflächenaktive Stoffe.
Die Vorteile, die solche wässrige Pigmentpasten gegenüber
trockenen Pigmentpulvern aufweisen, werden jedoch mit
erheblichen Nachteilen erkauft:
In der Praxis lassen sich die Pasten nicht in Silos bzw.
anderen Großraumbehältern längere Zeit lagern, weil diese
sich hierbei durch Absetzen entmischen und auch teilweise
feste Ablagerungen bilden.
Wegen des hohen Wassergehaltes verdoppeln sich die Ver
packungskosten für die wässrigen Pigmentpasten ebenso wie
die Transportkosten. Ein bedeutender Nachteil besteht
auch darin, daß solche Pasten überhaupt nicht einsetzbar
sind, wenn die Eigenfeuchte von Sand und Aggregaten bei
der Betonzubereitung schon so hoch ist, daß zusätzliche
Zugaben von Wasser - auch in Form von wässrigen Pigment
pasten - die Betonkonsistenz in einem untragbaren Maße
verschlechtern.
In den Bereichen Lack- und Kunststoffeinfärbung können
die letztgenannten Nachteile grundsätzlich dadurch ver
mieden werden, daß man das Pigment nicht in Form von Pa
sten oder Pulvern, sondern in Form von Granulaten ein
setzt.
Insbesondere bei gesundheitsschädlichen Pigmenten werden
Pigmentgranulate seit vielen Jahren in der Kunststoffin
dustrie eingesetzt.
Herstellung und Einsatz von Granulaten sind grundsätzlich
in vielen Bereichen alte Tradition (vgl. H. Rumpf in
"Chemie-Ing.-Technik, 30, 1958, Nr. 3, Nr. 4, Nr. 5";
W. C. Peck in "Chemistry and Industry, Ausgabe vom
20. 12. 1958, Seiten 1674 ff"; zum Schmelzgranulieren siehe
U. A. W. Boretzky in "Fette-, Seifen-, Anstrichmittel,
Nr. 4, 1967").
So haben sich Briketts im Kohle- und Erzbereich durchge
setzt; Mikrokapseln werden im Durchschreibpapier ver
wendet; im Agrarbereich findet sich das Futter in Form
von Kompaktgranalien im Silo;
im Lacksektor lösen sich staubfreie Nitrozellulose-Pig
mentkonzentrate in Lösungsmitteln einwandfrei auf;
im Kautschukbereich wird Ruß als Aufbaugranulat einge
setzt; und PVC wird in Form von gesprühtem Perlgranulat
verwendet.
Dagegen ist die Einfärbung von Betonen mit Pigmentgranu
lat noch nicht Stand der Technik, denn Pigmentgranulate
gemäß Stand der Technik, waren im Einfärbeprozeß nachtei
lig.
Die Scherkräfte im Beton während des Mischzyklus auf die
Granulate sind zum Pigmentdispergieren zu gering.
Dies bedeutet:
- 1) Die Pigmentgranulate bilden im Beton Stippen und Farbnester; diese machen sich als optische Fehler auf der Betonoberfläche bemerkbar.
- 2) Die im Vergleich zu Pulverpigmenten wesentlich schlechtere Dispergierung der Pigmente während des Mischzyklus im Betonmischer führt zu einer mangel haften Ausnutzung der Farbkraft des Granulates. Dementsprechend muß eine höhere Menge an Pigmentgra nulaten oder Pigmentpulver eingesetzt werden, um einen identischen Farbton in der Betonmischung zu erzielen.
- 3) Die Verwendung von bindemittelhaltigem Pigmentgranu lat bringt Fremdstoffe in den Beton ein, ohne die nachteiligen Dispergierschwierigkeiten zu verbes sern.
- 4) Im Beton findet sich nicht genügend Feuchte und Zeit, um bindemittelhaltige Granulate aufzulösen.
Dieser Nachteile wegen werden z. Zt. auch sprühgetrockne
te Betonpigmente wieder über eine Mahlung in ihre Pulver
überführt, bevor sie zur Einfärbung von Beton zum Einsatz
kommen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Ver
fahren zum Einfärben von Beton zur Verfügung zu stellen,
wodurch die Nachteile aus der Anwendung von Farbpulvern
von wässrigen Pigmentpasten oder von Pigmentgranulaten
gemäß Stand der Technik vermieden werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in
dem Verfahren zur Einfärbung von Beton als Färbemittel
ein Granulat eingesetzt wird, welches im wesentlichen aus
Pigment und einem oder mehreren die Dispergierung des
Pigmentes im Beton fördernden Bindemittel(n) besteht.
Die Herstellung geeigneter Pigmentgranulate ist gemäß
Stand der Technik auf vielfältige Arten möglich, aller
dings eignen sich Granulate aus Brikettier- und Kompak
tierprozessen nicht für das erfindungsgemäße Verfahren,
da hier Dispergierschwierigkeiten auftreten.
Aufbaugranulate sind geeignet.
Auch eignen sich feinteilige Granulate aus Trocknungs
prozessen der Mischungen aus Pigmenten, Bindemitteln,
Flüssigkeit, vorzugsweise Wasser und ggf. anderen Stof
fen.
Besonders geeignet sind Perlgranulate.
Erstaunlicherweise wurde gefunden, daß sich obenerwähnte
Granulate im Betonmischer gut auflösen.
Daher sind sie im praktischen Gebrauch gut einsetzbar.
Ferner verteilen sie sich homogen im Beton, so daß
Sichtbeton ohne Stippen und Farbnester einwandfrei ein
gefärbt wird.
Ihre Verwendung ist auch wirtschaftlich, da mit der
gleichen Menge an im Granulat enthaltenem Pigment eine
gleich tiefe Einfärbung erzielbar ist, wie die mit der
entsprechenden Menge des Pigmentes in Pulverform.
Das erfindungsgemäß eingesetzte Granulat fließt frei aus
einem Silo und läßt sich pneumatisch fördern.
Es ist in der Handhabung praktisch staubfrei.
Hierbei ist das Perlgranulat in seiner Handhabbarkeit
noch den anderen Granulatformen überlegen.
Damit eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren insbe
sondere zur automatischen, sauberen Einfärbung von Beto
nen.
Als Pigment werden z. B. Manganoxyd, Eisenoxyde, organi
sche Pigmente und/oder Kohlenstoff verwendet.
Ein bevorzugtes Pigment ist das Kohlenstoffpigment.
Feingemahlene Kohle ist wegen ihrer geringen Farbkraft
weniger bevorzugt.
Auch werden Mischungen der einzelnen Pigmente einge
setzt.
In dem erfindungsgemäß verwendeten Granulat, vorzugsweise
Perlgranulat, wird das Pigment mit einem die Dispergie
rung des Pigmentes in Beton fördernden Bindemittel ver
mischt.
Gegebenenfalls können zusätzlich andere Bindemittel, die
in Beton nicht stören, eingesetzt werden.
Zur Einfärbung sind in den Granulaten, vorzugsweise in
den Perlgranulaten, die Kombinationen aus Pigment und den
folgenden technisch verfügbaren, die Dispergierung der
Pigmente in Beton fördernden Bindemitteln einsetzbar:
Alkylphenol, z. B. Igepal CR;
ein Eiweißfettsäurekondensationsprodukt, z. B. LampeonR; Alkylbenzolsulfonat, auch in Form seines Salzes, z. B. MarlonR;
Alkylnaphtalinsulfonat, zu. B. Necal BXRR;
Ligninsulfonat, z. B. Sulfitablauge, z. B. WaldhoflaugeR;
sulfatierter Polyglycolether, z. B. ein solcher von Fett alkoholen oder Alkylphenolen oder sein Salz;
ein Melaminformaldehydkondensat, ein Naphtalinformal dehydkondensat, Gluconsäure, andere betonunschädliche Polyhydroxiverbindungen, Salze von niedrig molekularen teilveresterten Styrolmaleinsäureanhydrid-Copolymerisaten und von Copolymeren aus Vinylacetat und Krotonsäure. Als Bindemittel besonders bevorzugt ist Ligninsulfonat, z. B. Ammoniumligninsulfonat.
ein Eiweißfettsäurekondensationsprodukt, z. B. LampeonR; Alkylbenzolsulfonat, auch in Form seines Salzes, z. B. MarlonR;
Alkylnaphtalinsulfonat, zu. B. Necal BXRR;
Ligninsulfonat, z. B. Sulfitablauge, z. B. WaldhoflaugeR;
sulfatierter Polyglycolether, z. B. ein solcher von Fett alkoholen oder Alkylphenolen oder sein Salz;
ein Melaminformaldehydkondensat, ein Naphtalinformal dehydkondensat, Gluconsäure, andere betonunschädliche Polyhydroxiverbindungen, Salze von niedrig molekularen teilveresterten Styrolmaleinsäureanhydrid-Copolymerisaten und von Copolymeren aus Vinylacetat und Krotonsäure. Als Bindemittel besonders bevorzugt ist Ligninsulfonat, z. B. Ammoniumligninsulfonat.
Die Herstellung der für das erfindungsgemäße Verfahren
einsetzbaren Granulate kann auf vielfältige Weise erfol
gen.
Als Aufbaugranulate werden sie vorzugsweise über übliche
rotierende geeignete Granulierteller (z. B. der Fa.
Eirich) durch Einspeisen der Pigmentpulver über Dosier
schnecken und Eintropfen der in Wasser gelösten Bindemit
tel in den Teller, sowie Abtrennen der ca. 1 mm großen
Granulate per Überlauf, sowie deren Trocknung herge
stellt.
Statt eines Granuliertellers kann auch eine geneigte, ro
tierende Granuliertrommel (z. B. der Fa. Dela Granulier
technik) zum Einsatz kommen. Sowohl im Granulierteller,
als auch in der Trommel erfolgt eine Abrollbewegung der
Pigmentteilchen, wobei sich diese miteinander verkleben
und verfestigen.
In einer weiteren Ausführungsform können für das erfin
dungsgemäße Verfahren Granulate zum Einsatz kommen, die
aus einem Trocknungsprozeß eines Gemisches aus Bindemit
tel, Pigment und Flüssigkeit, vorzugsweise Wasser und
gegebenenfalls anderen Zusätzen, entstammen.
Beispielsweise können solche Gemische in Pastenform in
dünner Schicht auf einen Walzentrockner gebracht, ge
trocknet und zu Feingranulat zerkleinert werden.
Ein solches Gemisch kann auch in dünner Schicht auf einem
Bandtrockner getrocknet und zu Feingranulat zerkleinert
werden.
Die bevorzugte Granulatform für das erfindungsgemäße
Verfahren ist das Perlgranulat.
Dieses wird über Sprühtrockner durch Einstoff- oder
Mehrstoffdüsen bzw. Zerstäuberscheiben in einem Sprühturm
aus Gemischen von Pigment, Bindemittel und Flüssigkeit,
vorzugsweise Wasser und gegebenenfalls anderen Zusatz
stoffen hergestellt.
Die Perlgranulate fallen in Form von Mikrogranulaten an,
wobei 90% der Pigmentteilchen eine Größe von 20 bis 500
Mikron, insbesondere eine Größe von 50 bis 300 Mikron
besitzen.
Die Menge an eingesetztem Bindemittel, das die Disper
gierung des Pigmentes im Beton fördert, beträgt 0,1 bis
15 Gew.-%, bezogen auf das Granulat, vorzugsweise 1 bis 8
Gew.-%, insbesondere 2 bis 6 Gew.-%.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Beispiele
näher erläutert.
Eine Suspension von 53 Gew.-% Eisenoxidschwarz und 2,0
Gew.-% Bindemittel (Hansa Am, ein pulverförmiges
Ammoniumligninsulfonat der Lignin-Chemie Waldhof-Holmen
GmbH), Rest Wasser, werden auf einer Sprühtrocknungsan
lage mit Druckdüsenzerstäubung im Gegen/Gleichstrom
sprühgetrocknet.
Der Zerstäubungsdruck beträgt 13 bis 18 Bar, die Trock
nungsluft-Eintrittstemperatur 280 bis 325°C und die
Ablufttemperatur 115 bis 130°C.
Als Produkt wird ein grobes, rieselfähiges und staub
freies Perlgranulat mit einer Restfeuchte von 0,3 bis
1,3 % und einem Schüttgewicht von 810 bis 820 g/l
erhalten.
Das Perlgranulat hatte eine mittlere Korngröße von 150
bis 200 µm und besaß gute mechanische Stabilität.
Aus einer wässrigen Suspension, die 33 Gew.-% Kohlen
stoffpigment und 1,5 Gew.-% Ammoniumligninsulfonat als
Bindemittel (Am 250 Hansa der Lignin-Chemie Waldhof-
Holmen GmbH) enthielt, wurde auf dieselbe Weise wie in
Beispiel 1 ein Perlgranulat hergestellt.
Jedoch betrugen die Zerstäubungsdrücke bei der Druckdü
senzerstäubung 10 bis 16 Bar, die Trocknungsluftein
trittstemperatur 320 bis 400°C und die Ablufttemperatur
125 bis 150°C.
Es wurden grobe, rieselfähige und staubarme Perlgranulate
mit einer Restfeuchte von 1,2 bis 4,2 % und einem Schütt
gewicht von 370 bis 400 g/l erhalten.
Die Perlgranulate hatten eine mittlere Korngröße von 150
bis 200 µm und besaßen noch bessere mechanische Stabili
tät als die in Beispiel 1 erhaltenen Perlgranulate, die
Eisenoxid als Pigment enthielten.
Aus einer wässrigen Suspension (slurry) aus
1,3 TeilenAmmonligninsulfonat
4,7 TeilenKohlenstoffpigment
22 TeilenEisenoxidgelb
22 TeilenEisenoxidrot und
50 TeilenWasser
werden auf dieselbe Weise wie im Beispiel 1, Perlgranulat
hergestellt. Der Zerstäubungsdruck beträgt 11 bis 16 Bar,
die Trocknungslufteintrittstemperatur beträgt 280 bis
300°C, die Ablufttemperatur ist 90 bis 110°C.
Das erhaltene Perlgranulat ist grob, rieselfähig und
staubfrei.
Die Restfeuchte ist 2 bis 2,2 %.
Das Schüttgewicht liegt bei 600 bis 650 g/l.
In einem Betonmischer (Bauart Schlosser) mit 1 m3 Inhalt
werden 1560 kg Sand und erfindungsgemäß 18 kg Eisen
oxidschwarz in Form seines Perlgranulates aus Beispiel 1
15 min lang gemischt; danach werden 440 kg Portlandze
ment hinzugegeben und 15 min lang mit der vorliegenden
Mischung homogenisiert; dann wird der Mischer entleert.
Die Mischung wird zum Herstellen von Betondachsteinen
eingesetzt.
Es wird verfahren wie in Beispiel 4.
Statt des erfindungsgemäßen Perlgranulates wird die
gleiche Menge (18 kg) Eisenoxidschwarz in Pulverform
eingesetzt.
Die feuchten Betone und die 24 h lang ausgehärteten
Dachsteine werden farblich miteinander verglichen.
Es werden keine signifikanten Unterschiede festgestellt.
Es wird verfahren wie in Beispiel 4.
Zur Einfärbung werden jetzt 7 kg Kohlenstoffperlgranulat
aus Beispiel 2 eingesetzt.
Es wird verfahren wie in Beispiel 5.
Zur Einfärbung werden jetzt 7 kg Kohlenstoffpigment in
Pulverform eingesetzt.
Die feuchten Betone und die 24 h lang ausgehärteten
Dachsteine werden miteinander verglichen.
Es zeigen sich keine signifikanten Farbunterschiede.
Es wird verfahren wie in Beispiel 4.
Zur Einfärbung werden jetzt 20 kg des braunen Perlgranu
lates aus Beispiel 3 eingesetzt.
Es wird verfahren wie in Beispiel 4.
Zur Einfärbung werden jetzt 20 kg des Pulvergemisches aus
den Einzelkomponenten der Pigmente wie in Beispiel 3
eingesetzt.
Es wird verfahren wie in Beispiel 4.
Zur Einfärbung werden jetzt 40 kg der Pigmentsuspension
eingesetzt, die in Beispiel 3 sprühgranuliert wurden.
Außerdem wurde die der Betonmischung zugegebene Wasser
menge von 100 kg auf 80 kg vermindert, um dem Wasser in
der zugesetzten Pigmentsuspension Rechnung zu tragen.
Die feuchten Betone sowie die 24 h lang ausgehärteten
Dachsteine aus Beispiel 6 und den Vergleichsbeispielen 3
und 4, wurden farblich miteinander verglichen.
Der erfindungsgemäß eingefärbte Beton und der Beton aus
Vergleichsbeispiel 4 zeigen keine Unterschiede.
Der Beton aus Vergleichsbeispiel 3 war deutlich inhomo
gener eingefärbt.
In einem 1 m3 Betonmischer (Bauart Drais) werden mit 975
kg Sand und 580 kg Kies erfindungsgemäß 10 kg Eisen
oxidschwarz in Form seines Perlgranulates aus Beispiel 1
10 sec lang vermischt; danach werden 200 kg Portland
zement in die Mischung gegeben und 15 sec lang homoge
nisiert; es werden dann 100 l Wasser unter weiterem
Homogenisieren zudosiert.
Nach einer Gesamtmischzeit von 60 sec wird der Mischer
entleert. Die Betonmischung wird zur Herstellung von
Betonverbundpflaster eingesetzt.
Es wird verfahren wie in Beispiel 7.
Statt des erfindungsgemäßen Perlgranulates werden 10 kg
Eisenoxidschwarz in Form seines Pulvers eingesetzt.
Die feuchten Betone und die 28 d lang ausgehärteten
Verbundsteine wurden miteinander farblich verglichen.
Die erfindungsgemäß hergestellten Steine waren etwas
dunkler und gleichmäßiger in der Einfärbung als mit
Eisenoxidpulver eingefärbte Steine.
Es wurde verfahren wie in Beispiel 7.
Als erfindungsgemäßes Färbemittel wurden 3,3 kg des Koh
lenstoffperlgranulates aus Beispiel 2 eingesetzt.
Es wurde verfahren wie in Beispiel 7.
Als Färbemittel gemäß Stand der Technik wurden 3,3 kg des
Kohlenstoffpigmentes aus Beispiel 2 in Form seines
Pulvers eingesetzt.
Die feuchten Betone und die daraus hergestellten Ver
bundsteine nach 28 d langer Aushärtzeit wurden miteinan
der verglichen.
Farbliche Unterschiede wurden nicht festgestellt.
Es wurde verfahren wie in Beispiel 7.
Erfindungsgemäß wurde unter Verwendung von 11 kg Perl
granulat aus Beispiel 3 eingefärbt.
Es wurde verfahren wie in Beispiel 7.
Gemäß Stand der Technik wurde eingefärbt mit 22 kg
Slurry, wie sie in Beispiel 3 zur Herstellung von Perl
granulat eingesetzt wurde. Statt 100 kg Wasser wurde 89
kg eingesetzt, um dem Wassergehalt der Slurry im Beton
Rechnung zu tragen.
Der Vergleich je der zwei feuchten Betonmischungen und
der 28 d lang ausgehärteten Steine miteinander, ließ
Unterschiede in der Einfärbqualität nicht erkennen.
Claims (8)
1. Verfahren zum Einfärben von Beton, dadurch gekenn
zeichnet, daß man als Färbemittel Pigmentgranulate,
mit Ausnahme von Press- und Brikettiergranulaten,
einsetzt, die aus einem oder mehreren Pigmenten und
einem oder mehreren die Dispergierung der Pigmente
im Beton fördernden Bindemittel und gegebenenfalls
anderen Zusatzstoffen bestehen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet
daß die Pigmente Kohlenstoff und/oder Eisenoxide
sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Dispergierung der Pigmente im
Beton fördernden Mittel ein Alkylbenzolsulfonat,
Alkylnaphthalinsulfonat, Ligninsulfonat, ein
sulfatierter Polyglykoläther, Melaminformal
dehydkondensat, Naphthalinformaldehydkondensat,
Glukonsäure, ein Salz eines niedrigmolekularen teil
veresterten Styrol-Maleinsäureanhydrid-Copoly
merisats und/oder ein Copolymeres aus Vinylacetat
und Krotonsäure ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Bindemittel ein Ligninsulfonat
ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Granulate durch Aufbaugranu
lierung hergestellt wurden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Granulate durch Trocknung
eines Gemisches aus Pigment, Bindemittel und Flüssig
keit, vorzugsweise Wasser und gegebenenfalls anderen
Zusatzstoffen, hergestellt wurden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und/oder
6, dadurch gekennzeichnet, daß die Granulate durch
Sprühgranulieren eines Gemisches aus Pigment, Binde
mittel und Flüssigkeit, vorzugsweise Wasser und
gegebenenfalls anderen Zusatzstoffen, hergestellt
wurden.
8. Verwendung von durch Sprühtrocknung hergestellten
Perlgranulaten, die Kohlenstoffpigment und Bindemit
tel enthalten, zum Einfärben von Beton.
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