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Verfahren zum Herstellen von thermohydraulisch gebundenen Steinen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen thermohydraulisch gebundener Steine. Seit vielen Jahren werden solche Steine hergestellt. Seit vielen Jahren versucht man vergebens, nach diesem Verfahren Steine sehr grosser Festigkeit, d. h., von über 600 kg/crrt Druckfestigkeit, herzustellen. Es sind zwar häufig entsprechende Vorschläge gemacht worden, es ist auch gelungen, kleine Probestücke mit so hohen Festigkeiten zu erzeugen, es hat sich aber stets ergeben, dass bei fabrikatorischer Herstellung grössere Stücke, also Stücke in der Grösse ublicher Ziegelsteine oder Leichtbetonsteine oder gar Platten, rissig und deshalb unbrauchbar waren. Daher haben sich alle diese Verfahren nicht in der Praxis einführen lassen.
Das Problem thermohydraulisch gebundener Steine hoher Druckfestigkeit in Formaten, wie sie die Bauindustrie verlangt, serienmässig herzustellen, ist somit bisher nicht gelöst.
Langjährige Versuche des Erfinders haben jetzt diese Lösung ergeben. Die Lösung setzt voraus, dass verschiedene, an sich mehr oder weniger bekannte Merkmale in ganz bestimmter Weise und innerhalb ganz bestimmter Grenzen benutzt werden. Das Ergebnis ist ein Verfahren, das mit völliger Sicherheitund auf sehr wirtschaftliche Weise die Massenherstellung von thermohydraulisch gebundenen Steinen und Platten aller für die Bauindustrie erforderlichen Grössen mit Festigkeiten von über 600 kg/cm, u. zw. insbesondere von 800 bis 1200 kg/cm2ergibt,
Der Zweck der Erfindung ist daher, thermohydraulisch gebundene Steine grosser Dichte und hoher Festigkeit sehr wirtschaftlich herzustellen.
Das erfindungsgemässe Verfahren besteht darin, dass Zement und/oder Kalk (berechnet auf Kalzium-
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und unter Zugabe von höchstens 65 Vol.-% Zuschlagstoff und einer Menge Wasser innig gemischt wird, die zum Zement im Gewichtsverhältnis von etwa 0, 2-0, 35, zum Kalkhydrat im Gewichtsverhältnis von etwa 0, 4-0, 6 steht, dass die Masse dann geformt und dann der Luftgehalt des Formlings durch mechanische Behandlung wie Stampfen, Rütteln, Pressen, gegebenenfalls unter Vakuum, auf weniger als 2 Vol.-% verringert wird, und dass dann der Formling in gespanntem Wasserdampf eine solche Zeit auf mindestens etwa 1700C gehalten wird, dass das Produkt aus Dampfdruck und Zeit 120-170 at/h beträgt.
Einzelne der in diesem Verfahren benutzten Merkmale waren an sich bekannt. Beispielsweise war es bekannt, sehr poröse Steine, die ein entsprechend geringes Gewicht und eine entsprechend geringe Festigkeit besitzen, unter Verwendung eines Gemisches von Kalk und Kieselsäure herzustellen, das dem vorerwähnten Gemisch im wesentlichen entspricht, wobei soviel Wasser zugemischt wird, dass eine dünnflüssige Brühe entsteht, die dann in einem Härtekessel unter Rühren bei einer Temperatur von 70 bis 1000C behandelt wird und dann geformt und bei erhöhter Temperatur fertig gehärtet wird. Ferner war es bekannt, für besondere Zwecke Zemente oder hydraulischen Kalk herzustellen, die aus einem Gemisch üblichen Zementes bzw. Kalkes mit feingemahlener Kieselsäure bestehen.
Für die Lösung des Problems, Steine hoher Druckfestigkeit in Formaten serienmässig herzustellen, wie sie in der Bauindustrie verlangt werden, genügen aber diese Vorschläge nicht. Dagegen wird dieses Problem gelöst bei Benutzung aller vorgenannten Merkmale der Erfindung.
Bei gleichzeitiger Verwendung von Zement und Kalk hat es sich als zweckmässig erwiesen, ein Verhältnis Zement : Kalkhydrat von etwa l : 1, 5 bis 1 : 0, 66 einzuhalten.
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Vorzugsweise wird ein Zuschlagstoff von kleiner Körnung benutzt, beispielsweise ein Sand von höch- stens einigen Millimetern. Korngrösse, beispielsweise von maximal l oder 2 mm oder höchstens 5 mm Korn- grösse. Falls der Zuschlagstoff einen Anteil besitzt, der eine Körnung von etwa 0, 1 mm oder weniger auf- weist, so ist dieser Teil des Zuschlagstoffes als Quarzmehl anzusehen und in die vorstehende Berechnung i nicht als Zuschlagstoff sondern als Quarzmehl einzusetzen. Es ist häufig zweckmässig, als Zuschlagstoff einen Sand zu verwenden, dessen Anteil an Körnern, unter 0, 1 mm Durchmesser gering ist.
Eine sorgfältige Vermischung des Materials ist von erheblicher Bedeutung. Um bei der verhältnismä- ssig wenig feuchten Mischung sicherzustellen, dass genügend Anmachwasser an alle Stellen des aus Ze- ment und/oder Kalk und Quarzmehl bestehenden Bindemittels gelangt, kann man dem Wasser ein nicht schäumendes Netzmittel zusetzen.
Es genügt in der Regel ein Zusatz von 0, 1 bis 1 Vol.-%. Es hat sich als zweckmässig erwiesen, in sol- chem Falle die thermische Behandlung nicht früher vorzunehmen als etwa 6 h nach dem Zusetzen des
Netzmittels.
In manchen Fällen, insbesondere bei der Herstellung von grossen Steinen und bei der Herstellung von
Platten, hat es sich als zweckmässig erwiesen, der Mischung beim Mischen mineralische oder organische
Faserstoffe zuzuführen. Es kommen hiefür beispielsweise Glasfasern, Schlackenwolle aber auch Baumwolle und Kunststoffasern in Betracht.
Die nach diesem Verfahren hergestellten thermohydraulisch gebundenen Steine haben Festigkeiten, die weit über das hinausgehen, was man bisher bei thermohydraulisch gebundenen Steinen in der Massen- fabrikation erreichen konnte. Es ist ohne Schwierigkeit möglich, nach diesem Verfahren Steine von 800 bis 1200 kg/cir Festigkeit zu erhalten. Die Steine sind völlig riss frei und hervorragend scharfkantig.
Das Mischen erfolgt vorzugsweise mit einem Kollermischer, wobei die Zuschlagstoffe von Anfang an dem Zement und/oder Kalk und Quarzmehl zugegeben werden, so dass die grobkörnigeren Zuschlagstoffe die innige Mischung des Zementes und/oder Kalkes mit dem Quarzmehl begünstigen.
Das Entfernen der Luft aus dem Formling erfolgt beispielsweise durch eine Stampfvorrichtung, bei der abwechselnd die eine Hälfte und die andere Hälfte des Steines durch Stempel gestampft werden, so dass die Luft jeweils an der nicht gestampften Stelle austreten kann. Ein solches Stampfen kann mit grosser
Frequenz erfolgen, so dass das gesamte Stampfen in wenigen Sekunden durchgeführt werden kann. Nach einem andern Verfahren, das sich bewährt hat, wird das Material bei dem Pressen zunächst evakuiert, in- dem es in einen Raum gebracht wird, der entsprechenden Unterdruck besitzt. Dabei kann gleichzeitig
Wasser abgesaugt werden, z. B. durch Filterstoffe, die auf die Oberfläche der Formlinge gelegt werden.
Die Temperatur, auf die die Formlinge erwärmt werden, beträgt vorzugsweise 180 - 2100C entsprechend einem Sattdampfdruck von etwa 8 bis 20 at. Der Formling muss, wie schon gesagt, auf dieser Tempera- tur so lange gehalten werden, dass das Produkt aus Dampfdruck und Zeit bei 120 - 170 at/h liegt. Von wesentlicher Bedeutung ist, dass die Temperatur des Formlings langsam auf die Temperatur gebrachtwird, u. zw. ist es notwendig, dass eine Temperatur von 1700C erst nach mindestens 2 h erreicht wird.
Beispiel l : 50 kg Portland-Zement und 70 kg Weisskalkhydrat und 100 kg Quarzmehl einer Korngrösse, die auf dem Sieb von 4900 Maschen/cm höchstens 5% Rückstand hinterlässt, werden mit 450 kg
Sand von einer Korngrösse 0, 3 bis 5 mm im Kollermischer unter Zugabe von 47 kg Wasser 3 - 5 min lang innig gemischt. Zur Herstellung einer Platte von 30. 30. 4, 5 cm wird entsprechend viel Masse unmittelbar nach dem Mischen in eine entsprechende Form einer Schlag-Formmaschine gefüllt und darin 6 sec lang Schlägen einer Frequenz von etwa l & O bis 200 in der Minute in der Weise ausgesetzt, dass abwech- selnd die eine und die andere Hälfte getroffen wird. Die Platte wird dann sofort entformt.
Viele dieser
Platten werden hochkant auf einen Plattenwagen nebeneinander und unter Einschaltung einer Papierzwischenlage übereinander gestapelt und 3 h nach dem Entformen einem Härtekessel zugeführt. Nachdem der Härtekessel mit vielen solchen Platten gefüllt ist, wird der Dampfdruck innerhalb von 3 h allmählich auf
10 at und somit die Temperatur auf 1800C gesteigert und 12 h auf dieser Höhe belassen. Dann wird der Dampf sofort abgelassen und die aus dem Kessel herausgezogenen Platten könnendem Verwendungszweck unmittelbar zugeführt werden. Sie weisen eine Druckfestigkeit von 850 kg/cm2 auf.
Beispiel 2 : 50 kg Hochofenzement, gegebenenfalls unter Zugabe eines Abbindeverzögerers und 70 kg Weisskalkhydrat und 100 kg Quarzmehl einer Korngrösse, die auf dem Sieb von 4900 Maschen/cm' höchstens 51o Rückstand hinterlässt, werden mit 450 kg Sand einer Korngrösse von 0, 1 bis 3 mm im Kollsr- mischer unter Zugabe von 40 kg Wasser, welchem 200 g des Netzmittels Nekal der Badischen Anilin- und Sodafabrik zugegeben werden, 3-10 min innig gemischt, wobei der Masse gleichzeitig im Kollermischer 1/2 kg ungereinigte, rohe Baumwollfaser mittels eines Zerfaserers zugeführt wird.
Die fertige Mischung lagert in einem Silo 12 h und wird dann einer Schlag-Formmaschine zugeführt, auf welcher unter wechsel-
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seitigem Schlagen auf die in dem Formkasten eingefüllte Masse während einer Schlagzeit von 6 sec eine Platte der Grösse 50. 75. 5 cm geformt wird. Die Platte wird sofort entformt, hochkant auf einem Plattenwagen neben-und übereinander eventuell unter Zwischenlage eines Papierstreifens gestapelt und unmittelbar in den Härtekessel gebracht. In die geschlossenen und gefüllten Härtekessel wird nun innerhalb von 3 h Wasserdampf bis zu einem Druck von 10 at eingelassen und 12 h auf diesem Druck gehalten. Dann wird der Dampf sofort abgeblasen und die Platten werden ihrem Verwendungszweck zugeführt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Herstellen von thermohydraulisch gebundenen Steinen von hoher, 600 kg/cm2 übersteigender Druckfestigkeit, die aus Zement und/oder Kalk, Quarzmehl und gröberem Zuschlagstoff bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass Zement und/oder Kalk (berechnet auf Kalziumoxyd) mit Quarzmehl ungefähr im Gewichtsverhältnis von 60 : 40 (bei Zement) bzw. 40 :
60 (bei Kalk) und unter Zugabe von höchstens 65 Vol.-Zuschlagstoffund einerMenge Wasser innig gemischt wird, die zum Zement im Gewichtsverhältnis von etwa 0, 2 bis 0, 35, zum Kalkhydrat im Gewichtsverhältnis von etwa 0, 4 bis 0,6 steht, dass die Masse dann geformt und dann der Luftgehalt des Formlings durch mechanische Behandlung wie Stampfen, Rütteln, Pressen, gegebenenfalls unter Vakuum, auf weniger als 2 Vol.-% verringert wird, und dass dann der Formling in gespanntem Wasserdampf eine solche Zeit auf mindestens etwa 1700C gehalten wird, dass das Produkt aus Dampfdruck und Zeit 120-170 at/h beträgt.
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Process for the production of thermohydraulically bound stones
The invention relates to a method for producing thermohydraulically bound stones. Such stones have been made for many years. For many years, attempts have been made in vain to use this method to produce stones of very high strength, i.e. i.e., of over 600 kg / crrt compressive strength. Corresponding suggestions have often been made, it has also been possible to produce small test pieces with such high strengths, but it has always been found that larger pieces, i.e. pieces the size of conventional bricks or lightweight concrete blocks or even slabs, cracked and therefore unusable. As a result, none of these procedures could be implemented in practice.
The problem of thermo-hydraulically bonded bricks with high compressive strength in the formats required by the construction industry to be mass-produced has thus not yet been solved.
Many years of attempts by the inventor have now resulted in this solution. The solution assumes that different, more or less known features are used in a very specific way and within very specific limits. The result is a process which, with complete safety and in a very economical manner, enables the mass production of thermohydraulically bonded stones and slabs of all sizes required for the construction industry with strengths of over 600 kg / cm, and the like. between in particular from 800 to 1200 kg / cm2,
The purpose of the invention is therefore to produce thermohydraulically bonded stones of high density and high strength very economically.
The method according to the invention consists in that cement and / or lime (calculated on calcium
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and with the addition of a maximum of 65% by volume of aggregate and an amount of water that is intimately mixed with cement in a weight ratio of about 0.2-0.35 and with hydrated lime in a weight ratio of about 0.4-0.6, that the mass is then shaped and then the air content of the molding is reduced to less than 2% by volume by mechanical treatment such as tamping, shaking, pressing, if necessary under vacuum, and that the molding is then kept in pressurized steam for such a time to at least about 1700C it is held that the product of vapor pressure and time is 120-170 at / h.
Some of the features used in this process were known per se. For example, it was known to produce very porous stones, which have a correspondingly low weight and a correspondingly low strength, using a mixture of lime and silica which essentially corresponds to the above-mentioned mixture, with enough water being added that a thin liquid is formed , which is then treated in a hardening kettle with stirring at a temperature of 70 to 1000C and then shaped and hardened to completion at an elevated temperature. It was also known to produce cements or hydraulic lime for special purposes, which consist of a mixture of conventional cement or lime with finely ground silica.
However, these proposals are not sufficient to solve the problem of mass-producing stones with high compressive strength in formats required in the construction industry. In contrast, this problem is solved by using all of the aforementioned features of the invention.
If cement and lime are used at the same time, it has been found to be useful to maintain a cement: hydrated lime ratio of about 1: 1.5 to 1: 0.66.
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Preferably, an aggregate with a small grain size is used, for example a sand of a few millimeters at most. Grain size, for example of a maximum of 1 or 2 mm or a maximum of 5 mm grain size. If the aggregate has a grain size of about 0.1 mm or less, then this part of the aggregate is to be regarded as quartz powder and is not used as an aggregate but as quartz powder in the above calculation i. It is often expedient to use a sand with a small proportion of grains, less than 0.1 mm in diameter, as the aggregate.
Careful mixing of the material is essential. A non-foaming wetting agent can be added to the water in order to ensure that sufficient mixing water gets to all parts of the cement and / or lime and quartz powder binder in the relatively slightly moist mixture.
As a rule, an addition of 0.1 to 1% by volume is sufficient. In such a case it has proven to be useful not to carry out the thermal treatment earlier than about 6 hours after the addition of the
Wetting agent.
In some cases, especially when making large stones and when making
Plates, it has been found convenient to mix when mixing mineral or organic
To supply fibers. For this purpose, for example, glass fibers, slag wool, but also cotton and synthetic fibers.
The thermo-hydraulically bonded stones produced by this process have strengths that go far beyond what could previously be achieved with thermo-hydraulically bound stones in mass production. It is possible without difficulty to obtain stones with a strength of 800 to 1200 kg / cir using this process. The stones are completely free of cracks and have excellent sharp edges.
Mixing is preferably done with a pan mixer, the aggregates being added to the cement and / or lime and quartz flour from the start, so that the coarse-grained aggregates promote the intimate mixing of the cement and / or lime with the quartz flour.
The air is removed from the molding, for example, by a tamping device, in which one half and the other half of the stone are tamped alternately by punches, so that the air can escape at the point not tamped. Such a pounding can with great
Frequency so that all of the tamping can be done in a few seconds. According to another method that has proven itself, the material is first evacuated during the pressing process by placing it in a room with a corresponding negative pressure. You can do this at the same time
Water can be sucked off, e.g. B. by filter materials that are placed on the surface of the moldings.
The temperature to which the moldings are heated is preferably 180-2100C, corresponding to a saturated steam pressure of approximately 8 to 20 atm. As already mentioned, the molding must be kept at this temperature for so long that the product of steam pressure and time is 120 - 170 at / h. It is essential that the temperature of the molding is slowly brought to the temperature, u. between it is necessary that a temperature of 1700C is only reached after at least 2 hours.
Example 1: 50 kg of Portland cement and 70 kg of white lime hydrate and 100 kg of quartz flour with a grain size that leaves a maximum of 5% residue on the sieve of 4900 mesh / cm are weighed against 450 kg
Sand with a grain size of 0.3 to 5 mm in a pan mixer with the addition of 47 kg of water for 3 to 5 minutes. To produce a plate of 30, 30, 4, 5 cm, a corresponding amount of mass is poured into a corresponding mold of a blow molding machine immediately after mixing and beats at a frequency of about 1 & O to 200 per minute for 6 seconds Wise exposed that alternately one and the other half is hit. The plate is then removed from the mold immediately.
Lots of these
Plates are stacked upright on a plate trolley next to each other and with an interlayer of paper inserted and fed to a hardening kettle 3 hours after demolding. After the hardening kettle has been filled with many such plates, the steam pressure will gradually rise within 3 hours
10 at and thus the temperature increased to 1800C and left at this level for 12 h. Then the steam is released immediately and the plates pulled out of the boiler can be used immediately. They have a compressive strength of 850 kg / cm2.
Example 2: 50 kg of blast furnace cement, optionally with the addition of a setting retarder and 70 kg of white lime hydrate and 100 kg of quartz flour with a grain size that leaves a maximum of 51o residue on the sieve of 4900 mesh / cm ', are mixed with 450 kg of sand with a grain size of 0.1 to 3 mm in the Kollsr mixer with the addition of 40 kg of water, to which 200 g of the Nekal wetting agent from the Badische Anilin- und Sodafabrik are added, mixed intimately for 3-10 min, the mass at the same time in the pan mixer by means of 1/2 kg of uncleaned, raw cotton fiber a defiber is fed.
The finished mixture is stored in a silo for 12 hours and is then fed to a blow molding machine on which, under alternating
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side beating on the mass filled in the molding box during a beating time of 6 seconds a plate of size 50, 75, 5 cm is formed. The plate is immediately removed from the mold, stacked upright on a plate trolley next to and on top of one another, possibly with a paper strip in between, and brought directly into the hardening kettle. Steam up to a pressure of 10 atm is then let into the closed and filled hardening kettle within 3 hours and kept at this pressure for 12 hours. Then the steam is blown off immediately and the panels are put to their intended use.
PATENT CLAIMS:
1. Process for the production of thermohydraulically bound stones of high compressive strength exceeding 600 kg / cm2, which consist of cement and / or lime, quartz powder and coarse aggregate, characterized in that cement and / or lime (calculated on calcium oxide) with quartz powder approximately in a weight ratio of 60:40 (for cement) or 40:
60 (for lime) and with the addition of a maximum of 65 vol. Aggregate and an amount of water that is in a weight ratio of about 0.2 to 0.35 to the cement and about 0.4 to 0.6 to the hydrated lime that the mass is then shaped and then the air content of the molding is reduced to less than 2% by volume by mechanical treatment such as tamping, jarring, pressing, if necessary under vacuum, and that the molding is then reduced to at least such a time in pressurized steam about 1700C is kept so that the product of steam pressure and time is 120-170 at / h.