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Verfahren zur Herstellung von mikroporösen
Leichtbeton-Bausteinen
Die Erfindung betrifft die Herstellung von neuen, mikroporösen Leichtbeton-Bausteinen.
Es wurde bereits vorgeschlagen, Kunststeine für verschiedene Verwendungszwecke aus Zement und Kalk mit verschiedenen Zusätzen wie Steatit, Kaolin, gebrannter Ton, Sand, Gips, usw. herzustellen. Die empfohlenen festen Rohmischungen wurden meistens unter hohem Druck komprimiert und ergaben Steine von hohem Volumgewicht oder eventuell von geringer Festigkeit.
In der brit. Patentschrift Nr. 766,918 wird die Herstellung von leichten, feuerfesten, wärme- und schallisolierenden Nichtbeton-Bauelementen von geringer Druckfestigkeit (Raumgewicht : 128 kg/m, Druckfestigkeit : 3. 36 - 14, 0 kg/cnr) beschrieben, bei welchen ein dünner schlammförmiger Rohansatz aus Wasser, Diatomeenerde, Kalk und verhältnismässig hoher Mengen kostspieliger mineralischer Fasern, eventuell unter Zusatz von (amerikanischem) Bentonit, hergestellt wird. Dieser Ansatz wird, um eine Gelbildung herbeizuführen, in der Wärme stehengelassen. Der Gel-welcher keinen Zement enthält- wird in Formen gegossen, welche in einer Kolbenfilterpresse entwässert und unter hohem Druck verformt werden, wodurch die Gelstruktur des Schlammes zerstört wird.
Hierauf werden die Formlinge im Autoklaven gedämpft.
Durch dieses kompliziere und kostspielige Verfahren erhält man, wie oben gesagt, Formlinge, die zwar sehr leicht und feuerfest, jedoch von geringer Druckfestigkeit sind und somit keine tragfähigen Bausteine, sondern wärme- und schallisolierende Körper bzw. Panels darstellen.
Im Gegensatz hiezu wird gemäss der Erfindung ein Leichtbeton-Baustein hergestellt, welcher neben einem geringen Volum- bzw. Raumgewicht, eine hohe Druckfestigkeit aufweist und als tragfähiges Element von Bauten geeignet ist.
Die Erfindung beruht aufderErkenntnis, dass minderwertige Tonmineralien, wie z. B. Montmorillonit, Illit und auch montmorillonithältige Trasse durch Aktivieren in der Wärme, z. B. Kneten mit einem NaElektrolyten, in einen Zustand gebracht werden können, in welchem sie im wässerigen Medium in ihrer Hauptmenge zu einer Teilchengrösse unterhalb 0, 5 li dispergiert werden können. Diese dispergierten Partikel bleiben sogar in Gegenwart von grossen Mengen von 2-und 3-wertigen Kationen weitgehend hydratisiert, so dass sie mit Wasser stabile, syneresenfreie, hochfeste Gele bilden können. Auch einige Zemente, wie z. B. Portlandzement, zeigen, obzwar in geringerem Masse, ähnliche Eigenschaften.
Die Aktivierung der oben erwähnten Tonmineralien wird wie folgt vorgenommen :
Die grubenfeuchten Rohstoffe werden zu einer Korngrösse von maximal 50 mm zerkleinert und in einem Kollergang mit einem Na-Elektrolyten, z. B. einer Sodalösung, bei einer Temperatur zwischen 40-900C. 5-10 min gut durchgeknetet. Das Gemisch wird vorzugsweise durch Einleitung von Wasserdampf auf einer Temperatur unterhalb 1000C gehalten. Nach etwa 5 - 10 min wird das Produkt zerkleinert und bei einer 1000C nicht übersteigenden Temperatur getrocknet.
Wenn das derart aktivierte Produkt im wässerigen Medium verwendet wird, wird es von sich selbst zum grössten Teil zu Teilchen von kolloidaler Grösse dispergiert, und bildet eine hochviskose, quellende und längere Zeit beständige Suspension.
Es wurde gefunden, dass die oben erwähnten, warmaktivierten Tonmineralien, wie Montmorillonit, Illit, ferner die sogenannten "mixed layer" Tonmineralien und montmorillonithältigen Trasse bereits bei Raumtemperatur, jedoch vorzugsweise bei erhöhter Temperatur in Gegenwart von Wasser mit Kalk (CaO, Ca (OH)) bzw. mit Zement in Reaktion treten, wobei das Kristallgitter des Tonminerals zersetzt wird
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und die freigewordene amorphe Kieselsäure und die ebenfalls amorphen Aluminiumoxyd als Hydraulite reagieren, d. h. die dabei gebildeten stabilen, leichtflüssigen Gelsysteme hydraulische Eigenschaften aufweisen.
Gemäss der Erfindung werden mikroporöse Leichtbeton-Bausteine aus Zement und bzw. oder Kalk und zum Teil bekannten Füllmitteln, wie gewöhnlicher Trass, Flugasche, Tuffmehl, Sand, feinvermahlene
Hochofenschlacke, Kesselschlacken, Bauxit, usw. oder Gemische derselben, unter Verwendung von gelbildenden Stoffen derart hergestellt, dass als gelbildender Stoff ein vorher in oben beschriebener Weise mit einem Alkalielektrolyten unter Zuführung von Wärme durchgeknetetes Tonmineral, wie Illit, Montmorillonit oder montmorillonithältiger Trass verwendet wird.
Die in der Wärme aktivierten Tonmineralien werden mit Zement und/oder Kalk, ferner mit den an sich bekannten Füllmitteln vermischt, das Gemisch in der Wärme mit soviel Wasser homogenisiert, dass ein dünnflüssiges Gel rahmartiger Konsistenz entsteht, welches unmittelbar, ohne jede weitere Vorbehandlung in-Formen gegossen und hierauf zweckmässig unter einem verhältnismässig geringen Druck von etwa 6 bis 8 atü, vorzugsweise etwa 8 h im Autoklaven mit Dampf behandelt wird.
Die zugesetzte Wassermenge ist danach zu wählen,. wie hoch bzw. niedrig das Volumgewicht der herzustellenden Leichtbetonsteine sein soll. Das homogene Gel erstarrt rasch im Laufe der Dampfbehandlung z. B. im Autoklaven, u. zw. ohne Volumveränderung oder Rissbildung, zu einem mikroporösen Formstück, dessen festes Gerüst das im Gel fein verteilte Wasser einschliesst. Da das gebildete Porensystem nicht geschlossen ist, entweicht das Wasser einerseits beim Entspannen im Autoklaven, anderseits später, durch Verdunsten an der Luft. Um das Verdunsten zu beschleunigen, kann man den Autoklaven nach dem Entspannen unter Vakuum setzen.
Es sei bemerkt, dass das Gel (Rohbeton) auch bei Raumtemperatur und unter atmosphärischem Druck bindet, jedoch verläuft die Reaktion unter diesen Umständen langsamer.
Nach einer Ausführungsform des Verfahrens können zwecks Erhöhung der Zugfestigkeit der fertigen Bausteine dem Ansatz organische oder anorganische Faserstoffe zugesetzt werden, die das Volumgewicht des Produktes nicht erhöhen. Solche Füllstoffe sind z. B. Papierbrei, Spreu, Glaswolle, Schlackenwolle, usw.
Ferner kann der Umsatz, zwecks Stabilisierung der Gelstruktur, mit Sulfitablauge versetzt werden.
Es ist von Vorteil, den zum Ansatz zu verwendenden Portlandzement vorangehend mit höchstens 25% Wasser und 1-2% aktivem Bentonit durchzukneten. Der derart vorbehandelte Zement setzt sich in dem flüssigen Rohansatz nicht ab und trägt dazu bei, dass die Anfangsfestigkeit des Betons gegenüber demjenigen, welcher mit unbehandeltem Zement hergestellt ist, bedeutend erhöht wird.
Das Homogenisieren des Ansatzes wird bei Temperaturen über 35 C, vorzugsweise bei 70-80 C, entweder mittels Einleitung von Dampf oder mit vorgewärmtem Wasser, unter Rühren vorgenommen.
Das Verfahren ist gegenüber den Bekannten sehr einfach. Es werden keine kostspieligen Ausgangsmaterialien, wie Diatomeenerde usw. verwendet und für die Durchführung sind auch keine kostspieligen Maschineneinrichtungen, wie hydraulische oderKolbenfilterpressen und spezielle hochdruckfeste Apparate erforderlich.
Die fertigen Leichtbeton-Bausteine haben eine gleichmässige mikroporöse Struktur, ihre Wasseraufnahmefähigkeit beträgt, abhängig vom Volumgewicht, 30-100%. Um die Wasseraufnahmefähigkeit herabzusetzen, können die Formkörper mit einer Wasserglas-, Silikon- oder einer ändern Kunstharzlösung imprägniert werden. Das Raumgewicht des Leichtbetons beträgt - je nach Menge und Natur der zu-
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Die gemäss der Erfindung erhaltenen Leichtbeton-Bausteine sind volumbeständig undihre Festigkeitseigenschaften werden in Funktion der Zeit erhöht.
Die Erfindung wird an Hand der folgenden Beispiele erläutert. Je nach dem gewünschten Raumgewicht der herzustellenden Leichtbeton-Bausteine ist der Fachmann in der Lage, Menge und Art der zu verwendenden Bestandteile (Bentonite und/oder Trass, Zement bzw. Kalk, Füllmittel und Wasser) zu wählen.
B eisp iel 1 : 40 kg eines nach der deutschenAuslegeschrift Nr. 1 062 683 in der Wärme aktivierten, hochviskosenMontmorillonit-Tons werden mit 200 kg Trassmehl und 40 kg Papierbrei in 850 l Wasser, unter Einleitung von Dampf gut verrührt. Hierauf werden unter Rühren und Erwärmen auf 70-80 C 250 kg Portlandzement und 100 kg vermahlener gebrannter Kalk zugesetzt. Das Rühren des warmen Gemisches wird so lange fortgesetzt, bis eine homogene Masse von Rahmkonsistenz entsteht, was sich nach etwa 5 min einstellt.
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