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._Pigmentp_ulver 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 Betonzuberεitung schon so hoch ist, daß zusätzliche Zugaben von Wasser - auch in Form von wässrigen Pigment- pastεn - 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 verwend .

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 als an Pigmentpulver eingesetzt werden, um einen identischen Farbton in der Betonmischung zu erzielen.

3. Die Verwendung von bindend. telhaltigem 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 bindend.ttelhaltige 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 erzeilbar 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. Feingemahlende 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, eingesetz 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:

R Alkylphenol, z. B. Igepal C ;

R ein Eiweißfettsäurekondensationsprodukt, z. B. Lampeon ;

Alkylbenzolsulfonat, auch in Form seines Salzes, z. B.

R Marlon ;

R Alkylnaphtalinsulfonat, zu. B. Neσal BXR ;

R Ligninsulfonat, z. B. Sulfitablauge, z. B. Waldhoflauge ; 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 gelösen 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- teσhnik) 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.

Beispiel 1

Herstellung eines Eisenoxidschwarz enthaltenden Perlgranulats

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¬ läge mit Druckdüsenzerstäubung im Gegen/Gleichstrom sprühgetrocknet.

Der Zerstäubungsdruck beträgt 13 bis 18 Bar, die Trock- o nungsluft-Eintrittstemperatur 280 bis 325 C und die o 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/1 erhalten.

Das Perlgranulat hatte eine mittlere Korngröße von 150 bis 200 um und besaß gute mechanische Stabilität.

Beispiel 2

Herstellung eines Kohlenstoff enthaltenden Perlgranulats

Aus einer wässrigen Suspension, die 33 Gew.-% Kohlen- stoffpigment und 1,5 Gew.-% Ammoniumligninsulfonat als Bindemittel (Am 250 Hansa der Lignin-Che ie 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- o 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/1 erhalten.

Die Perlgranulate hatten eine mittlere Korngröße von 150 bis 200 um und besaßen noch bessere mechanische Stabili¬ tät als die in Beispiel 1 erhaltenen Perlgranulate, die Eisenoxid als Pigment enthielten.

Beispiel 3

Herstellung eines Perlgranulates aus einer Eisenoxid und Kohlenstoff enthaltenden Pigmentdispersion

Aus einer wässrigen Suspension (slurry) aus

1,3 Teilen Ammonligninsulfonat

4,7 Teilen Kohlenstoffpigment 22 Teilen Eisenoxidgelb 22 Teilen Eisenoxidrot und 50 Teilen Wasser

werden auf dieselbe Weise wie im Beispiel 1, Perlgranualt hergestellt. Der Zerstäubungsdruck beträgt 11 bis 16 Bar, die Trocknungslufteintrittstemperatur beträgt 280 bis o o

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/1.

Beispiel 4

In einem Betonmischer (Bauart Schlosser) mit 1 m ³ Inhalt werden 1.560 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.

Vergleichsbeispiel 1

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,

Beispiel 5

Es wird verfahren wie in Beispiel 4.

Zur Einfärbung werden jetzt 7 kg Kohlenstoffperlgranulat aus Beispiel 2 eingesetzt.

Vergleichsbeispiel 2

Es wird verfahren wie in Beispiel 5.

Zur Einfärbung werden jetzt 7 kg Kohlenstoff igment in

Pulverform eingesetzt.

Die feuchten Betone und die 24 h lang ausgehärteten

Dachsteine werden miteinander verglichen.

Es zeigen sich keine signifikanten Farbunterschiede.

Beispiel 6

Es wird verfahren wie in Beispiel 4.

Zur Einfärbung werden jetzt 20 kg des braunen Perlgranu¬ lates aus Beispiel 3 eingesetzt.

Vergleichsbeispiel 3

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.

Vergleichsbeispiel 4

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.

Ergebnis von Beispiel 6 und Vergleichsbeispielen 3 und 4

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.

Beispiel 7

In einem 1 m ³ 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 1 Wasser unter weiterem Homogenisieren zudosiert.

Nach einer Gesamtmischzeit von 60 sec. wird der Mischer entleert. Die Betonmischung wird zur Herstellung von Betonverbundpflaster eingesetzt.

Vergleichsbeispiel 5

Es wird verfahren wie in Beispiel 7.

Statt des erfindungsgemäßen Perlgranulates werden 10 kg

Eisenoxidschwarz in Form seines Pulvers eingesetzt.

Ergebnis von Beispiel 7 und Vergleichsbeispiel 5:

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.

Beispiel 8

Es wurde verfahren wie in Beispiel 7.

Als erfindungsgemäßes Färbemittel wurden 3,3 kg des Koh¬ lenstoffperlgranulates aus Beispiel 2 eingesetzt.

Vergleichsbeispiel 6

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.

Ergebnis von Beispiel 8 und Vergleichsbeispiel 6:

Die feuchten Betone und die daraus hergestellten Ver¬ bundsteine nach 28 d langer Aushärtzeit wurden miteinan¬ der verglichen. Farbliche Unerschiede wurden nicht festgestellt.

Beispiel 9

Es wurde verfahren wie in Beispiel 7.

Erfindungsgemäß wurde unter Verwendung von 11 kg Perl¬ granulat aus Beispiel 3 eingefärbt.

Vergleichsbeispiel 7

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.

Ergebnis von Beispiel 9 und Vergleichsbeispiel 7:

Der Vergleich je der zwei feuchten Betonmischungen und der 28 d lang ausgehärteten Steine miteinander, ließ Unterschiede in der Einfärbqualität nicht erkennen.