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Verfahren und Einrichtung zur Aufbereitung von vegetabilem
Fasermaterial
Es ist bekannt, dass viele in grossen Mengen vorhandene vegetabilische Materialien, wie z. B. Stroh, Getreidespelzen, Schilf, Hanfstauden, Baumwollstauden, Zuckerbagasse, Erdnuss-Schalen, Späne aus tropischen Hölzern usw., nicht ohne weiteres zur Herstellung von Leichtbaustoffen oder Leichtbeton unter Verwendung anorganischer Bindemittel, wie z. B. Zement, geeignet sind.
Diese Faserstoffe weisen Inhaltstoffe auf, die sich als sogenannte Zementgifte (z. B. als Kristallisationsinhibitoren) auswirken können und je nach Quantität und Beschaffenheit die Hydratation der hydraulischen Bindemittel ganz oder teilweise unterbinden bzw. verzögern.
Nach neueren Erkenntnissen erklärt man sich diese Erscheinung durch Auftreten einer Sperrschicht, welche das Verfilzen der einzelnen Kristalle verhindert.
Die Erscheinung, dass bei gewissen Materialien, z. B. Zuckerbagasse, selbst nach Entfernung sämtlicher wasserlöslicher Inhaltsstoffe immer noch spürbare Störungen im System Faser-Zement auftreten, hat zu der Erkenntnis geführt, dass ausser den bekannten Stoffen, wie z. B. Zucker, noch wasserunlösliche Stoffe für die Inhibitor-Wirkung verantwortlich sind. Man kann daher diese Zementgifte in folgende Gruppen klassieren :
1. wasserlösliche Zucker und verwandte Verbindungen wie Tannin, gewisse Farbstoffe usw.,
2. wasserlösliche höhere Kohlehydrate (Hemicellulosen, Stärke, Pektin),
3. unter Einfluss des alkalischen Bindemittels aus wasserunlöslichen Kohlehydraten entstehende, wasserlösliche Anteile,
4. Harze, Öle, Wachs, Fett und Verwandtes.
Bei bekannten Verfahren wird die sogenannte Selbstverbrennung oder der Abbau dieser verschiedenen Gruppen von störenden Stoffen durch Einwirkung von Bakterien, Hydrolyse mit verdünnten Säuren oder Salzlösungen, Oxydation durch Selbsterwärmung, Kochen mit Laugen usw., erreicht.
Die Methoden, welche eine beschleunigte Selbstverbrennung bezwecken, beanspruchen verhältnismässig langwierige Behandlungen, welche eine grossindustrielle Auswertung sehr erschweren oder praktisch unmöglich machen.
Andere Verfahren sind mehr oder weniger wirksam, sofern bei der Verwendung des aufbereiteten Materials relativ grosse Bindemittelmengen zugesetzt werden. Sobald jedoch mit Bindemittelmengen unter 400 kg/m3 verdichtetem Material gearbeitet wird, treten bei Verwendung der nach diesen Methoden aufbereiteten Materialien trotz Zusatz der üblichen Abbindebeschleuniger in Form von mehrwertigen Metallsalzen häufig Qualitätsverminderungen auf.
Zum Beispiel sind Verfahren bekannt, welche die Verarbeitung von vegetabilischen Fasern, die Zementgifte enthalten, wie z. B. Zuckerbagasse, durch Zugabe von schwach hydraulisch wirkenden Zusätzen, wie Puzzolan, Ton, Flugasche, ermöglichen sollen und damit eine Vorbehandlung der Faser nicht unbedingt notwendig machen. Diese Verfahren beziehen sich jedoch auf Leichtbetone, deren Gesamtdosierung an Bindemittel 400 kg/m3 übersteigt, mit Raumgewichten von über 700 kg/m3 und Zusätzen von Abbindebeschleuniger von über 8% des Bindemittelgewichtes.
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Versuche zeigten jedoch, dass bei Herstellung eines Leichtbetons mit einem Bindemittelgehalt unter 400 kg/m3, einem Raumgewicht unter 650 kg/m3 und mit Abbindebeschleuniger von weniger als 2% des Bindemittelgewichtes erneut Abbindestörungen auftreten.
Erfahrungsgemäss machen die Kosten für die Bindemittel den grössten Anteil am Gesamtpreis des Produktes aus. Puzzolane, Tone usw. sind nicht überall oder in geeignetem Zustand zu erhalten. Hohe Zusätze von Abbindebeschleuniger sind teuer und wegen unerwünschter Nebenwirkungen der Chloride zu vermeiden. Diese Nachteile sollen durch das erfindungsgemässe Verfahren vermieden werden.
Die Einhüllung der Faserstoffe mit Emulsionen von bituminösen und verwandten Stoffen zur Bildung einer isolierenden Hülle ist ein weiteres, praktisch verwendetes Verfahren, wobei die richtige Dosierung und die richtige zeitliche Bemessung der Verfahrensschritte für grössere Betriebe zu grosse Schwierigkeiten bereiten. Ähnliches ist zu bemerken über die Methode der Fällung der Zementgifte durch Bleiacetat oder Cyankalium, die nur bei der Verarbeitung kleiner Quantitäten (von taninhaltigen Fasern) und unter strengen Vorsichtsmassregeln verwendbar ist. Schliesslich werden im bekannten Verfahren Einlagerungen in Kalkmilch oder Zementmilch mit nachfolgendem Auswaschen der entstehenden Saccharate und Seifen angewendet. Die Auswaschung muss sehr gründlich durchgeführt werden und benötigt daher sehr viel Wasser und einen praktisch zu grossen Zeitaufwand.
Neben den angeführten Mängeln haben die erwähnten Methoden noch einen gemeinsamen Fehler.
Jede einzelne ist nur für eine der oben verzeichneten Giftgruppen einwandfrei wirksam und nur innerhalb bestimmter Grenzen des Prozentsatzes des Gehaltes an schädlichen Stoffen in oder an den Fasern.
Es wurde daher nach einer universell wirksamen Massnahme gesucht, welche auch bei den verschiedenen Faserstoffen verwendbar ist, die zwei oder mehrere Giftgruppen kombiniert enthalten. In dem im nachstehenden beschriebenen erfindungsgemässen Verfahren wurde eine geeignete Methode gefunden, die der Forderung der allgemeinen Verwendbarkeit entspricht und welche die oben im einzelnen verzeichneten Nachteile ausschliesst.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Aufbereitung von vegetabilischem Material, welches zur Herstellung eines Leichtbaustoffes hoher Qualität mit einem Raumgewicht unter 650 kg/m3 und einer totalen Bindemitteldosierung unter 400 kg/m3 verdichtetes Material verwendet werden kann und bei welchem Abbindebeschleuniger 2% des Zementgewichtes nicht übersteigen sollen. Ferner sind Gegenstand der Erfindung die Anlagen, die zur Durchführung des Verfahrens notwendig sind ; das Zwischenprodukt, das durch die erfindungsgemässe Behandlung entsteht, und der mit dem Zwischenprodukt erstellte Leichtbeton und die damit gefertigten Leichtbetonelemente.
Gemäss der Erfindung ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass das Fasermaterial mit einem anorganischen Bindemittel im Gewichtsverhältnis von mindestens 42, 5 kg Faser zu 100 kg Bindemittel unter Befeuchtung vorgemischt wird, wobei der Anteil des Bin- demittels für die Vormischung zwischen 10-30 Gew.-% der Gesamtbindemittelmenge des Leichtbaustoffes beträgt, welche Menge 400 kg, auf 1 m3 fertigen Baustoff oder auf 170 kg lufttrockenes Fasermaterial be- zogen, nicht überschreitet, und das so aufbereitete Gemisch nachher einer so starken Luftströmung ausgesetzt wird, dass mindestens 60% des gesamten Wassergehaltes der Mischung innerhalb höchstens 48 h von der Luft weggeführt wird.
Als Bindemittel für dieses Verfahren kann normaler oder hochwertiger Portlandzement, Tonerdeschmelzzement, hydraulischer Kalk, Kalkhydrat, ungelöschter Kalk oder Gips oder ein Gemisch verschiedener Bindemittel verwendet werden. Bei Fasermaterialien mit sehr glatter Oberfläche, wie z. B. Stroh oder Schilf, ist die Zugabe einer kleinen Menge eines Netzmittels (z. B. sekundäres Alkylsulfonat) zum Anmachwasser angebracht. Damit wird eine bessere Benetzung der Faser und dadurch eine erhöhte Haftung des Bindemittels auf dieser erreicht.
Es sind Verfahren bekannt, bei welchen den vegetabilischen Fasern Aluminiumsulfat oder Schwermetallsulfat kurz vor Herstellung der Leichtbetonmischung zugesetzt wird. Beim Verfahren, das Gegenstand dieser Erfindung ist, wird zur Mineralisierung der lufttrockenen Fasern unmittelbar vor Zugabe des Bindemittelanteils und Anmachwassers, eine bestimmte Quantität Aluminiumsulfat in Form einer Lösung zugegeben. Menge und Konzentration dieser Lösung richten sich nach Beschaffenheit und Saugfähigkeit des zu imprägnierenden Materials. Berechnet pro m3 Leichtbaustoffe (Fertigmaterial) sollten in der Regel zirka 3,2 kg Al . 18 HO zugesetzt werden. Die Intensivität dieser Mineralisierung wird durch die oben beschriebene erfindungsgemässe Behandlung erhöht.
Die sogenannte Vormischung wird in einem Gegenstrommischer oder ähnlichen Einrichtungen mit sehr gutem Durchmischungsvermögen vorgenommen, wobei die einzelnen Komponenten entsprechend der in den nachfolgenden Beispielen angeführten Reihenfolge zugegeben werden. Das Anmachwasser ist möglichst knapp zu bemessen, jedoch so, dass eine gleichmässige Verteilung des Bindemittels auf der Oberfläche gewährleistet ist.
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folgende Mengen benötigt :
Beispiel 1 :
EMI3.2
<tb>
<tb> Stroh <SEP> gehäckselt <SEP> 90 <SEP> kg <SEP>
<tb> Al <SEP> (SO <SEP> , <SEP> spez. <SEP> Gew. <SEP> 1064 <SEP> kg/cm3 <SEP> 26 <SEP> l
<tb> Wasser <SEP> 7, <SEP> 31 <SEP> 35 <SEP> kg
<tb> Kalkhydrat <SEP> oder <SEP> Portlandzement <SEP> 60 <SEP> kg <SEP> *)
<tb> Anmachwasser <SEP> (eventuell <SEP> mit
<tb> sek. <SEP> Alkylsulfonat) <SEP> 40 <SEP> 1 <SEP> 40 <SEP> kg <SEP>
<tb> Vormischung <SEP> 225 <SEP> kg
<tb> *) <SEP> zirka <SEP> 20% <SEP> der <SEP> totalen <SEP> Bindemittelmenge <SEP> des
<tb> fertigen <SEP> Leichtbetonproduktes.
<tb>
Beispiel 2 :
EMI3.3
<tb>
<tb> Zuckerbagasse <SEP> (mit <SEP> wenig <SEP> Markanteilen) <SEP> 88 <SEP> kg
<tb> Al <SEP> (SO <SEP> , <SEP> spez. <SEP> Gew. <SEP> l064kg/cm <SEP> 26 <SEP> l
<tb> Wasser <SEP> 7, <SEP> 31 <SEP> 35 <SEP> kg
<tb> Kalkhydrat <SEP> oder <SEP> Portlandzement <SEP> 40 <SEP> kg <SEP> *)
<tb> Anmachwasser <SEP> 50 <SEP> l <SEP> 50 <SEP> kg
<tb> Vormischung <SEP> 213 <SEP> kg
<tb> *) <SEP> zirka <SEP> 14% <SEP> der <SEP> totalen <SEP> Bindemittelmenge <SEP> des
<tb> fertigen <SEP> Leichtbetonproduktes.
<tb>
Damit das frisch gemischte Material nachher als Zuschlagstoff für Leichtbeton verwendet werden kann, muss das zugesetzte Bindemittel abgebunden haben und ein Teil des Anmachwassers verdunstet sein. Damit der Abbinde- und Trocknungsprozess stetig und nicht zu langsam verläuft, sieht das erfindungsgemässe Verfahren vor, die Mischung einem Luftstrom auszusetzen, wobei die Luft vorgewärmt werden kann, bis höchstens 900C. Hiebei können die Abgase des als Wärmequelle dienenden Brenners beigemischt werden, womit eine Kohlensäureanreicherung der Luft erzielt wird, was zu einer Intensivierung des Abbindevorganges führt. Ferner kann es unter Umständen notwendig sein, anfänglich die Luft zu befeuchten, um ein zu rasches Austrocknen der Fasern und damit eine unvollständige Hydratation des Bindemittels zu verhindern.
Diese Behandlung des Materials soll durch die nachbeschriebenen erfindungsgemässen Anlagen und Einrichtungen erzielt werden.
Die bekannten Anlagen, die man sonst für Trocknungszwecke verwendet, wie z. B. Kammertrockner, Trommeltrockner, Düsentrockner, Durchlauftrockner usw., haben im allgemeinen den Zweck, das Material so schnell wie möglich zu trocknen, d. h. die Durchsatz- sowie die Wärmeleistung dieser Anlagen sollen möglichst gross sein. Bei dem erfindungsgemässen Vormischverfahren handelt es sich eher um einen Behandlungsprozess, der einige Zeit dauern soll und wo die Durchsatzleistung relativ klein ist. Für diesen Zweck kommen die bekannten Ausführungen im allgemeinen nicht in Frage. Sie wären zu teuer in der Anschaffung wie auch im Betrieb. Ausserdem sind diese Anlagen meist für einen Betrieb bei zu ho- her Temperatur ausgelegt, die für das erfindungsgemässe Vormischverfahren nicht verwendbar ist.
Unter Umständen kann für das erfindungsgemässe Verfahren die Behandlung auch ohne Heizung durchgeführt werden, und auch in diesem Fall wären die erwähnten Anlagen zu teuer.
Die erfindungsgemässe Anlage (Fig. 1 und 3) soll eine kontinuierliche, wirtschaftliche und raumsparende Behandlung ermöglichen. Sie ist ein Kaskadenförderer und dadurch gekennzeichnet, dass dieser aus Förderrosten besteht, die über die Oberseite von mit Lochdecken versehenen Druckkammern laufen. Das Material wird mit einem schrägen Elevator über einen Aufnahmetrichter auf die erste Förderbahn trans-
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portier. Die Beschickungsvorrichtung ist so vorgesehen, dass auf dem Förderband 1 eine gleichmässige-zirka 500 mm hohe - Schicht entsteht. Unter jedem Förderband ist eine Lochdecken-Kammer 3 angebracht. Durch zweckmässige Verteilung der Löcher wird eine vollkommen gleichmässige Verteilung der Behandlungsgase erzielt.
Da die Transportbänder dicht über den Lochdecken 2 verlaufen, müssen die Gasströme durch die hohe Materialschicht hindurch. Da die warmen Gase natürlichen Auftrieb haben und ausserdem über der Materialschicht ein kleiner Unterdruck herrscht, kann die Luft nirgends entweichen. Die Seiten der Materialschicht sind auch mit Wänden abgeschlossen. So ist der Weg der Behandlungsgase eindeutig bestimmt. Beim Herunterfallen des Materials auf das nächste Förderband wird das Material durch sich drehende Prellgabeln 4 aufgelockert und durchgemischt. Nach dem letzten Transportband fällt das Material in einen Trichter, aus welchem es mit einem schrägen Elevator weiter transportiert wird. Die Luft bzw. die Gase werden von der Seite in eine jede Lochdeckenkammer 3 hineingeblasen.
Nachdem die Gase die Schicht passiert haben, kommen sie in Unterdruckkammern 5 und über einen Zwischenraum 6 und werden mit Feuchtigkeit gesättigt mittels eines Ventilators 7 ins Freie befördert.
Das zur Klimatisierung notwendige Luftgasgemisch muss durch eine entsprechende Einrichtung erzeugt werden.
Wie bekannt, werden im allgemeinen die Luft bzw. die Gase in den Klimaanlagen so behandelt, dass am Ausgang entsprechende Eigenschaften in bezug auf Temperatur und Feuchtigkeit erhalten werden.
Solche Anlagen bestehen aus mehreren Teilen - im allgemeinen aus dem Vorwärmer, Kühler, Befeuchter und Nachwärmer - und den dazu notwendigen Wärmeaustauschflächen, Mischkammer usw. Ausserdem braucht man eine separate Wärmequelle (bzw. Kältequelle). Eine solche Anlage wäre z. B. für das erfindungsgemässe Vormischverfahren zur Produktion von Leichtbetonelementen zu teuer in der Anschaffung sowie auch im Betrieb. Ausserdem ist die Regelung bei solchen Anlagen sehr kompliziert und teuer.
Ähnliche Anlagen, die man für Trocknungszwecke verwendet, arbeiten ohne Befeuchtung der Gase und im Umluftprinzip.
Die erfindungsgemässe Klimafeuerung (Fig. 2) dient als Quelle der in bezug auf Temperatur, Feuchtigkeit und Zusammensetzung konditionierten Gase für den Bereich der mässigen Temperaturen und Feuchtigkeiten. Der eigentliche Brenner für flüssige oder gasförmige Brennstoffe dient als Wärmequelle und erhält entsprechende, regelbare Mengen an Verbrennungsluft. Die Verbrennungsgase werden dann in einem grösseren Rohr direkt mit Wasser befeuchtet. Dieser Raum kann verhältnismässig klein gehalten werden, weil das Wasser - fein zerstäubt - sehr schnell verdampft. Die Mischluft wird den Gasen nach der Befeuchtung durch ein zweites, das erste umhüllende Rohr entsprechend der gewünschten Endtemperatur beigemischt.
Durch Regelung der Brennstoffmenge 8 wird die Wärmezufuhr geregelt, durch Regelung der eingespritzten Wassermenge 9 wird die Feuchtigkeit geregelt, durch Regelung der beigemischten Luftmenge 10 wird die Menge und Zusammensetzung der Endgase geregelt, alles ohne irgendwelche Austauschflächen, grosse Leitungen und viele Schieber usw. Dadurch kann man einen feuerungstechnischen Wirkungsgrad von 95% erreichen. Die Klimafeuerung wird auf die Saugseite eines Ventilators angeschlossen.
Bei Behandlung der Vormischung in der erfindungsgemässen Anlage soll das Gewicht einer bestimmten Menge Material z. B. bei Stroh gegenüber dem ursprünglichen Totalgewicht der frischen Mischung sich innerhalb höchstens 48 h um zirka 25% reduzieren, was einem Wasserverlust von zirka 60ale (zugegebenes Wasser 100%) entspricht ; bei Zuckerbagasse z. B. beträgt der Gewichtsverlust gegenüber der frischen Mischung 30% bzw. der Wasserverlust zirka 70% gegenüber dem zugegebenen Wasser. Die Bindemittel sollen nach der Behandlung abgebunden haben bzw. karbonatisiert sein.
Das durch das bisher beschriebene erfindungsgemässe Verfahren erhaltene Material besteht demnach aus vegetabilischen Fasern, die mit Aluminiumsulfat oder einem Schwermetallsalz imprägniert sind und mit einem anorganischen Bindemittel schwach umhüllt sind. Auch in lufttrockenem, abgebundenem Zustand handelt es sich um Fasern, die durch das erfindungsgemässe Verfahren noch in keiner Weise miteinander verbunden worden sind.
Die so erhaltenen imprägnierten und von aktiven schädlichen Wirkstoffen befreiten Fasern können nun auf bekannte Weise zu einem Leichtbeton verarbeitet werden. Eine weitere Imprägnierung ist nicht notwendig. Es empfiehlt sich zur Beschleunigung des Abbindens ein Zusatz eines mehrwertigen Metallchlorids, wie z. B. Kalziumchlorid oder Aluminiumchlorid. Der Anteil dieser Chloride braucht 2% des Gewichtes der auf die fertige Leichtbetonmischung zugegebenen Bindemittel nicht zu überschreiten. Da Aluminiumchlorid verhältnismässig teuer ist, kommt seine Verwendung trotz seiner sehr guten Wirksamkeit weniger in Frage. Aus zahlreichen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemässen Verfahren durch-
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Bindemittel).
Mit dem nach dem erfindungsgemässen Verfahren aufbereiteten Fasermaterial können z. B. folgende Leichtbetonmischungen erstellt werden :
EMI5.2
<tb>
<tb> Mischung <SEP> I
<tb> Aufbereitetes <SEP> Strohmaterial <SEP> zirka <SEP> 175 <SEP> kg
<tb> Wasser <SEP> 401 <SEP> 40 <SEP> kg
<tb> Normal-Portlandzement <SEP> 260 <SEP> kg
<tb> Anmachwasser <SEP> 1701 <SEP> 170 <SEP> kg
<tb> CaCl2 <SEP> 1,5% <SEP> 4,8 <SEP> kg
<tb> Fertigmischung <SEP> zirka <SEP> 650 <SEP> kg
<tb> Volumen <SEP> lose <SEP> zirka <SEP> 1600 <SEP> l
<tb>
Die Mischung wird verarbeitet zu Hohlblocksteinen, Isolierplatten oder andern Produkten. Dabei soll das Einstampfmass zirka 1, 6 betragen.
Die so erhaltenen Produkte zeigen die nachfolgenden Eigenschaften :
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<tb>
<tb> im <SEP> Alter <SEP> von
<tb> 3 <SEP> Tagen <SEP> 7 <SEP> Tagen <SEP> 28 <SEP> Tagen
<tb> Raumgewicht <SEP> kg/m3 <SEP> 600-620 <SEP> 530-550 <SEP> 500-520
<tb> Biegefestigkeit <SEP> kg/cm2 <SEP> 4-5 <SEP> 7-9 <SEP> 7-10 <SEP>
<tb> Mischung <SEP> II
<tb> Aufbereitetes <SEP> Bagassenmaterial <SEP> zirka <SEP> 150 <SEP> kg
<tb> Wasser <SEP> 501 <SEP> 50 <SEP> kg
<tb> Normal-Portlandzement <SEP> 280 <SEP> kg
<tb> Anmachwasser <SEP> 1801 <SEP> 180 <SEP> kg
<tb> Ca <SEP> Cl <SEP> 1, <SEP> 750/0 <SEP> 5, <SEP> 6 <SEP> kg
<tb> AlCl3 <SEP> 0,25% <SEP> 0,8 <SEP> kg
<tb> Fertigmischung <SEP> zirka <SEP> 666 <SEP> kg
<tb> Volumen <SEP> lose <SEP> zirka <SEP> 1300 <SEP> l
<tb> Einstampfmass <SEP> : <SEP> zirka <SEP> l, <SEP> 3 <SEP>
<tb> Spezifikationen <SEP> :
<SEP>
<tb> im <SEP> Alter <SEP> von
<tb> 3 <SEP> Tagen <SEP> 7 <SEP> Tagen <SEP> 28 <SEP> Tagen
<tb> Raumgewicht <SEP> kg/m3 <SEP> 600-620 <SEP> 510-550 <SEP> 490-500
<tb> Biegefestigkeit <SEP> kg/cm2 <SEP> 4-6 <SEP> 8-10 <SEP> 10-13
<tb>
Diese frischen Leichtbetonmischungen weisen eine erdfeuchte bis leicht plastische Konsistenz auf.
Die Verarbeitung des frischen Materials zu Hohlblöcken, Deckensteinen, Platten usw. erfolgt nach den bekannten Methoden durch Stampfen, Rütteln, Pressen oder eine Kombination dieser Methoden in Stahloder Holzmodellen, die gleich nach dem Verdichten des Materials entfernt werden und wobei es stets der Zweck des erfindungsgemässen Verfahrens ist, die Herstellung eines Leichtbetons mit weniger als 650 kg/m3 Raumgewicht, einer totalen Bindemitteldosierung und eventuell hydraulischen Zuschlägen unter 400 kg/m zu ermöglichen.
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Die Charakteristiken der nach dem erfindungsgemässen Verfahren erstellten Leichtbetonprodukte, wie z. B. Schwinden und Quellen, Wasseraufnahme, Wärmeleitzahl, Schallabsorption, Festigkeitsabfall durch Wasserlagerung usw., verhalten sich praktisch gleich wie bei entsprechenden Produkten, welche mit nicht vorbehandelten, zementgiftfreien, vegetabilischen Fasern, wie z. B. gesunden Tannenholzspänen, hergestellt worden sind.
Die Wirkungsweise dieser Erfindung ist zum Teil chemischer, zum Teil rein physikalischer Natur.
Durch die Einwirkung des alkalischen Bindemittels während der feuchten Phase der Behandlung dürfte immerhin in den äussersten Schichten der Faser eine teilweise Spaltung der als Inhibitoren wirkenden Stoffe zu unschädlichen Folgeprodukten vor sich gehen. Bei Materialien, die eine sehr glatte und daher für die Zementhaftung ungeeignete Oberfläche aufweisen, wird diese Schicht durch den Einfluss des Alkalis angegriffen. Da es sich dabei meistens um wachsartige Beläge handelt, wie z. B. bei Stroh, werden diese teilweise durch Verseifung aufgeschlossen.
Die Hauptwirkung des Verfahrens dürfte jedoch nicht zur Hauptsache in einer Zerstörung der Zementgifte, sondern vor allem in einer Isolierung derselben innerhalb der Faser liegen. Diese Einkapselung wird während der Vorbehandlung durch die weitgehende Verstopfung der Kapillaren und Poren der Faser durch das Bindemittel erreicht.
Man könnte meinen, dass z. B. im Falle einer Verwendung von Zement als Bindemittel der Vormischung dieser gar nicht in der Lage sei, zu hydratisieren, und daher einerseits nicht zum gewünschten Kapselungseffekt führen könne, anderseits als beträchtlicher Anteil der gesamten Bindemittelmenge von vornherein verlorenginge. Eine grosse Anzahl von Versuchen hat jedoch bewiesen, dass durch die besondere Art der erfindungsgemässen Behandlung (Luftzirkulation, daher ständige Zufuhr von CO;CO-Anrei- cherung der Luft- und Wärmezufuhr) die Karbonatisierung des freien Kalkes beschleunigt und in der Folge davon die Hydratisation des Kalziumsilikates begünstigt und ermöglicht, so dass die langsamere Reaktion der Zementgifte mit den gelösten Zementbestandteilen nicht genügend wirksam werden kann, um eine spürbare Abbindestörung der Bindemittel herbeizuführen.
Dies geht auch aus zahlreichen Versuchen und Beobachtungen hervor, wo nicht vorbehandeltes Material im Inneren infolge totaler Abbindestörung überhaupt nicht erhärtet, an der Oberfläche aber, wo die Luft leicht Zutritt hat, trotzdem auf 2 - 3 mm Tiefe eine gute Qualität aufweist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Aufbereitung von vegetabilem Fasermaterial, welches starke Zementgifte oder Mischungen von solchen enthält, mit dem Zweck, dieses Fasermaterial als Zuschlagsmaterial für mit anorganischen Bindemitteln gebundene Leichtbaustoffe mit einem Raumgewicht unter 650 kg/m3 geeignet zu machen, dadurch gekennzeichnet, dass dasFasermaterial mit einem anorganischen Bindemittel im Gewichtsverhältnis von mindestens 42,5 kg Faser zu 100 kg Bindemittel unter Befeuchtung vorgemischt wird, wobei der Anteil des Bindemittels für die Vormischung zwischen 10-30 Gew.-% der Gesamtbindemittelmenge des Leichtbaustoffes beträgt, welche Menge 400 kg, auf 1 m3 fertigen Baustoff
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Process and device for the preparation of vegetables
Fiber material
It is known that many vegetable materials present in large quantities, such as. B. straw, cereal husks, reeds, hemp perennials, cotton perennials, Zuckerbagasse, peanut shells, shavings from tropical woods, etc., not readily for the production of lightweight building materials or lightweight concrete using inorganic binders such. B. cement are suitable.
These fibrous materials contain ingredients that can act as so-called cement poisons (e.g. as crystallization inhibitors) and, depending on the quantity and nature, completely or partially prevent or delay the hydration of the hydraulic binders.
According to more recent findings, this phenomenon is explained by the appearance of a barrier layer, which prevents the individual crystals from becoming matted.
The phenomenon that with certain materials, e.g. B. Zuckerbagasse, even after removal of all water-soluble ingredients, noticeable disturbances in the fiber-cement system still occur, has led to the realization that in addition to the known substances, such as. B. sugar, nor water-insoluble substances are responsible for the inhibitor effect. These cement poisons can therefore be classified into the following groups:
1. water-soluble sugars and related compounds such as tannin, certain dyes, etc.,
2. water-soluble higher carbohydrates (hemicelluloses, starch, pectin),
3. Water-soluble components arising from water-insoluble carbohydrates under the influence of the alkaline binder,
4. Resins, oils, wax, grease, and related items.
In known processes, the so-called self-combustion or the breakdown of these different groups of interfering substances through the action of bacteria, hydrolysis with dilute acids or salt solutions, oxidation through self-heating, cooking with alkaline solutions, etc. is achieved.
The methods that aim to accelerate self-immolation require relatively lengthy treatments, which make a large-scale industrial evaluation very difficult or practically impossible.
Other methods are more or less effective if relatively large amounts of binder are added when using the prepared material. However, as soon as binding agent quantities below 400 kg / m3 of compacted material are used, quality reductions often occur when using the materials prepared according to these methods despite the addition of the usual setting accelerators in the form of polyvalent metal salts.
For example, methods are known which the processing of vegetable fibers containing cement poisons, such as. B. Zuckerbagasse, by adding weakly hydraulically acting additives such as pozzolan, clay, fly ash, should enable and thus make a pretreatment of the fiber not absolutely necessary. However, these methods relate to lightweight concrete with a total dosage of binding agent exceeding 400 kg / m3, with densities of over 700 kg / m3 and the addition of setting accelerators of more than 8% of the binding agent weight.
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However, tests have shown that when a lightweight concrete is produced with a binding agent content of less than 400 kg / m3, a density of less than 650 kg / m3 and with a setting accelerator of less than 2% of the binding agent weight, setting failures occur again.
Experience has shown that the costs for the binding agents make up the largest proportion of the total price of the product. Pozzolans, clays etc. are not available everywhere or in suitable condition. High additions of setting accelerators are expensive and should be avoided because of the undesirable side effects of the chlorides. These disadvantages should be avoided by the method according to the invention.
The wrapping of the fibrous materials with emulsions of bituminous and related substances to form an insulating shell is another method that is used in practice, the correct dosage and the correct timing of the process steps causing great difficulties for larger companies. Something similar can be said about the method of precipitating cement poisons with lead acetate or potassium cyan, which can only be used when processing small quantities (of tanine-containing fibers) and under strict precautionary measures. Finally, in the known method, deposits in milk of lime or cement milk are used with subsequent washing out of the saccharates and soaps that are formed. The washout has to be carried out very thoroughly and therefore requires a lot of water and practically too much time.
In addition to the deficiencies mentioned, the methods mentioned also have one common flaw.
Each one is only effective for one of the poison groups listed above and only within certain limits of the percentage of harmful substances in or on the fibers.
A universally effective measure was therefore sought which can also be used with the various fibrous materials that contain two or more groups of poison in combination. In the process according to the invention described below, a suitable method has been found which meets the requirement of general usability and which excludes the disadvantages detailed above.
The subject of the invention is a process for the preparation of vegetable material, which can be used for the production of a high quality lightweight building material with a density of less than 650 kg / m3 and a total binding agent dosage of less than 400 kg / m3 of compacted material and with which setting accelerator 2% of the cement weight is not should exceed. The invention also relates to the systems that are necessary to carry out the method; the intermediate product that results from the treatment according to the invention and the lightweight concrete produced with the intermediate product and the lightweight concrete elements produced with it.
According to the invention, the method is characterized in that the fiber material is premixed with an inorganic binder in a weight ratio of at least 42.5 kg fiber to 100 kg binder with moistening, the proportion of binder for the premix being between 10-30 wt. -% of the total binder amount of the lightweight construction material, which amount does not exceed 400 kg, based on 1 m3 of finished building material or 170 kg of air-dry fiber material, and the mixture prepared in this way is subsequently exposed to such a strong air flow that at least 60% of the total The water content of the mixture is removed from the air within a maximum of 48 hours.
Normal or high-quality Portland cement, high-alumina cement, hydraulic lime, hydrated lime, unslaked lime or gypsum or a mixture of different binders can be used as binding agents for this process. For fiber materials with a very smooth surface, such as. B. straw or reeds, it is advisable to add a small amount of a wetting agent (e.g. secondary alkyl sulfonate) to the mixing water. This results in better wetting of the fiber and thus increased adhesion of the binder to it.
Methods are known in which aluminum sulfate or heavy metal sulfate is added to the vegetable fibers shortly before the lightweight concrete mixture is produced. In the method which is the subject of this invention, a certain quantity of aluminum sulfate is added in the form of a solution to mineralize the air-dry fibers immediately before the addition of the binder and mixing water. The amount and concentration of this solution depend on the nature and absorbency of the material to be impregnated. Calculated per m3 of lightweight building materials (finished material), around 3.2 kg of Al. 18 HO can be added. The intensity of this mineralization is increased by the treatment according to the invention described above.
The so-called premixing is carried out in a countercurrent mixer or similar equipment with very good mixing capacity, the individual components being added in the order given in the examples below. The mixing water should be measured as tight as possible, but in such a way that an even distribution of the binding agent on the surface is guaranteed.
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the following quantities are required:
Example 1 :
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<tb>
<tb> Straw <SEP> chopped <SEP> 90 <SEP> kg <SEP>
<tb> Al <SEP> (SO <SEP>, <SEP> spec. <SEP> weight <SEP> 1064 <SEP> kg / cm3 <SEP> 26 <SEP> l
<tb> water <SEP> 7, <SEP> 31 <SEP> 35 <SEP> kg
<tb> hydrated lime <SEP> or <SEP> Portland cement <SEP> 60 <SEP> kg <SEP> *)
<tb> Mixing water <SEP> (possibly <SEP> with
<tb> sec. <SEP> alkyl sulfonate) <SEP> 40 <SEP> 1 <SEP> 40 <SEP> kg <SEP>
<tb> premix <SEP> 225 <SEP> kg
<tb> *) <SEP> approx. <SEP> 20% <SEP> of the <SEP> total <SEP> amount of binder <SEP> des
<tb> manufacture <SEP> lightweight concrete product.
<tb>
Example 2:
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<tb>
<tb> Zuckerbagasse <SEP> (with <SEP> little <SEP> brand components) <SEP> 88 <SEP> kg
<tb> Al <SEP> (SO <SEP>, <SEP> spec. <SEP> weight <SEP> l064kg / cm <SEP> 26 <SEP> l
<tb> water <SEP> 7, <SEP> 31 <SEP> 35 <SEP> kg
<tb> Lime hydrate <SEP> or <SEP> Portland cement <SEP> 40 <SEP> kg <SEP> *)
<tb> Mixing water <SEP> 50 <SEP> l <SEP> 50 <SEP> kg
<tb> Premix <SEP> 213 <SEP> kg
<tb> *) <SEP> approx. <SEP> 14% <SEP> of the <SEP> total <SEP> binder amount <SEP> des
<tb> manufacture <SEP> lightweight concrete product.
<tb>
So that the freshly mixed material can subsequently be used as an aggregate for lightweight concrete, the added binding agent must have set and some of the mixing water must have evaporated. In order for the setting and drying process to run steadily and not too slowly, the method according to the invention provides for the mixture to be exposed to a stream of air, whereby the air can be preheated up to a maximum of 90.degree. The exhaust gases from the burner serving as a heat source can be mixed in, with the result that the air is enriched with carbon dioxide, which leads to an intensification of the setting process. Furthermore, it may be necessary to humidify the air initially in order to prevent the fibers from drying out too quickly and thus prevent incomplete hydration of the binder.
This treatment of the material is to be achieved by the systems and devices according to the invention described below.
The known systems that are otherwise used for drying purposes, such. Chamber dryers, drum dryers, jet dryers, tunnel dryers, etc., generally have the purpose of drying the material as quickly as possible, i.e. drying it. H. the throughput and heat output of these systems should be as large as possible. The premixing method according to the invention is more a treatment process which should take some time and where the throughput is relatively small. The known designs are generally out of the question for this purpose. They would be too expensive to buy as well as to operate. In addition, these systems are mostly designed for operation at too high a temperature, which cannot be used for the premixing process according to the invention.
Under certain circumstances, the treatment for the method according to the invention can also be carried out without heating, and in this case too the systems mentioned would be too expensive.
The system according to the invention (FIGS. 1 and 3) is intended to enable continuous, economical and space-saving treatment. It is a cascade conveyor and is characterized in that it consists of conveyor grids that run over the top of pressure chambers provided with perforated ceilings. The material is transported to the first conveyor track with an inclined elevator via a receiving hopper.
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porter. The charging device is provided in such a way that a uniform layer, approximately 500 mm high, is created on the conveyor belt 1. A perforated ceiling chamber 3 is attached under each conveyor belt. A perfectly even distribution of the treatment gases is achieved by appropriate distribution of the holes.
Since the conveyor belts run tightly over the perforated ceilings 2, the gas flows have to pass through the high material layer. Since the warm gases are naturally buoyant and there is also a small negative pressure above the material layer, the air cannot escape anywhere. The sides of the material layer are also finished with walls. The path of the treatment gases is thus clearly determined. When the material falls onto the next conveyor belt, the material is loosened and mixed by rotating bounce forks 4. After the last conveyor belt, the material falls into a funnel, from which it is transported on with an inclined elevator. The air or the gases are blown into each perforated ceiling chamber 3 from the side.
After the gases have passed the layer, they come into negative pressure chambers 5 and via an intermediate space 6 and, saturated with moisture, are conveyed outside by means of a fan 7.
The air gas mixture required for air conditioning must be generated by an appropriate device.
As is known, the air or the gases in the air conditioning systems are generally treated in such a way that corresponding properties with regard to temperature and humidity are obtained at the outlet.
Such systems consist of several parts - generally the preheater, cooler, humidifier and post-heater - and the necessary heat exchange surfaces, mixing chamber, etc. In addition, a separate heat source (or cold source) is required. Such a system would be z. B. for the inventive premixing process for the production of lightweight concrete elements too expensive to purchase and also to operate. In addition, the regulation in such systems is very complicated and expensive.
Similar systems that are used for drying purposes work without humidifying the gases and using the circulating air principle.
The climatic furnace according to the invention (FIG. 2) serves as a source of the gases conditioned with regard to temperature, humidity and composition for the range of moderate temperatures and humidities. The actual burner for liquid or gaseous fuels serves as a heat source and receives appropriate, controllable amounts of combustion air. The combustion gases are then directly moistened with water in a larger pipe. This space can be kept relatively small because the water - finely atomized - evaporates very quickly. The mixed air is mixed with the gases after the humidification through a second, the first enveloping tube according to the desired final temperature.
By regulating the amount of fuel 8, the heat supply is regulated, by regulating the amount of water injected 9, the humidity is regulated, by regulating the added amount of air 10, the amount and composition of the end gases is regulated, all without any exchange surfaces, large pipes and many slides, etc. one can achieve a combustion efficiency of 95%. The air conditioning is connected to the suction side of a fan.
When treating the premix in the inventive system, the weight of a certain amount of material z. B. in the case of straw, compared to the original total weight of the fresh mixture, is reduced by approx. 25% within a maximum of 48 h, which corresponds to a water loss of approx. 60% (added water 100%); at Zuckerbagasse z. B. the weight loss compared to the fresh mixture is 30% and the water loss is approximately 70% compared to the added water. The binding agents should have set or carbonated after the treatment.
The material obtained by the process according to the invention described so far accordingly consists of vegetable fibers which are impregnated with aluminum sulfate or a heavy metal salt and are lightly coated with an inorganic binder. Even in the air-dry, bound state, these are fibers which have not yet been connected to one another in any way by the method according to the invention.
The impregnated fibers obtained in this way and freed from active harmful substances can now be processed into lightweight concrete in a known manner. No further impregnation is necessary. It is recommended to add a polyvalent metal chloride, such as z. B. calcium chloride or aluminum chloride. The proportion of these chlorides need not exceed 2% of the weight of the binding agent added to the finished lightweight concrete mixture. Since aluminum chloride is relatively expensive, its use is less of a question despite its very good effectiveness. From numerous in connection with the inventive method carried out
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Binder).
With the processed by the inventive method fiber material z. B. the following lightweight concrete mixes are created:
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<tb>
<tb> Mixture <SEP> I
<tb> Processed <SEP> straw material <SEP> approx. <SEP> 175 <SEP> kg
<tb> water <SEP> 401 <SEP> 40 <SEP> kg
<tb> normal portland cement <SEP> 260 <SEP> kg
<tb> Mixing water <SEP> 1701 <SEP> 170 <SEP> kg
<tb> CaCl2 <SEP> 1.5% <SEP> 4.8 <SEP> kg
<tb> Ready-mixed <SEP> approx. <SEP> 650 <SEP> kg
<tb> Volume <SEP> loose <SEP> approx. <SEP> 1600 <SEP> l
<tb>
The mixture is processed into hollow blocks, insulating panels or other products. The shrinkage should be around 1.6.
The products thus obtained show the following properties:
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<tb>
<tb> at <SEP> age <SEP> of
<tb> 3 <SEP> days <SEP> 7 <SEP> days <SEP> 28 <SEP> days
<tb> Volume weight <SEP> kg / m3 <SEP> 600-620 <SEP> 530-550 <SEP> 500-520
<tb> Flexural strength <SEP> kg / cm2 <SEP> 4-5 <SEP> 7-9 <SEP> 7-10 <SEP>
<tb> Mixture <SEP> II
<tb> Recycled <SEP> bagasse material <SEP> approx <SEP> 150 <SEP> kg
<tb> water <SEP> 501 <SEP> 50 <SEP> kg
<tb> normal portland cement <SEP> 280 <SEP> kg
<tb> Mixing water <SEP> 1801 <SEP> 180 <SEP> kg
<tb> Ca <SEP> Cl <SEP> 1, <SEP> 750/0 <SEP> 5, <SEP> 6 <SEP> kg
<tb> AlCl3 <SEP> 0.25% <SEP> 0.8 <SEP> kg
<tb> Ready-mixed <SEP> approx. <SEP> 666 <SEP> kg
<tb> Volume <SEP> loose <SEP> approx. <SEP> 1300 <SEP> l
<tb> Shrinkage <SEP>: <SEP> approx. <SEP> l, <SEP> 3 <SEP>
<tb> Specifications <SEP>:
<SEP>
<tb> at <SEP> age <SEP> of
<tb> 3 <SEP> days <SEP> 7 <SEP> days <SEP> 28 <SEP> days
<tb> Volume weight <SEP> kg / m3 <SEP> 600-620 <SEP> 510-550 <SEP> 490-500
<tb> Flexural strength <SEP> kg / cm2 <SEP> 4-6 <SEP> 8-10 <SEP> 10-13
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These fresh lightweight concrete mixes have an earth-moist to slightly plastic consistency.
The processing of the fresh material into hollow blocks, ceiling stones, slabs, etc. is carried out according to the known methods by tamping, shaking, pressing or a combination of these methods in steel or wooden models, which are removed immediately after the material has been compacted and it is always the purpose of the invention The process is to enable the production of lightweight concrete with a density of less than 650 kg / m3, a total binder dosage and possibly hydraulic aggregates below 400 kg / m3.
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The characteristics of the lightweight concrete products created by the inventive method, such as. B. shrinkage and swelling, water absorption, coefficient of thermal conductivity, sound absorption, loss of strength due to water storage, etc., behave practically the same as with corresponding products that are made with non-pretreated, cement-poison-free, vegetable fibers such. B. healthy fir wood chips have been produced.
The mode of operation of this invention is partly chemical, partly purely physical.
Due to the action of the alkaline binder during the moist phase of the treatment, a partial breakdown of the substances acting as inhibitors into harmless secondary products should take place in the outermost layers of the fiber. In the case of materials that have a very smooth surface that is therefore unsuitable for cement adhesion, this layer is attacked by the influence of the alkali. Since it is mostly waxy coverings, such as B. in straw, these are partially broken down by saponification.
However, the main effect of the process should not be mainly in the destruction of the cement poisons, but above all in an insulation of the same within the fiber. This encapsulation is achieved during the pretreatment by the extensive clogging of the capillaries and pores of the fiber by the binder.
One might think that z. B. in the case of using cement as a binding agent of the premix it is not able to hydrate, and therefore on the one hand could not lead to the desired encapsulation effect, on the other hand as a considerable proportion of the total amount of binder would be lost from the start. A large number of tests have shown, however, that the special type of treatment according to the invention (air circulation, therefore constant supply of CO; CO enrichment of the air and heat supply) accelerates the carbonation of the free lime and, as a result, the hydration of calcium silicate favors and enables, so that the slower reaction of the cement poisons with the dissolved cement constituents cannot be effective enough to cause a noticeable disruption of the binding agent's setting.
This is also evident from numerous tests and observations where material that has not been pretreated inside does not harden at all due to total disruption of the setting, but on the surface, where air can easily access, it is still of good quality at a depth of 2 - 3 mm.
PATENT CLAIMS:
1. A method for processing vegetable fiber material which contains strong cement poisons or mixtures of such, with the purpose of making this fiber material suitable as aggregate material for lightweight building materials bound with inorganic binders with a density below 650 kg / m3, characterized in that the fiber material with an inorganic binder in a weight ratio of at least 42.5 kg fiber to 100 kg binder is premixed with moistening, the proportion of the binder for the premix being between 10-30% by weight of the total binder amount of the lightweight construction material, which amount is 400 kg to 1 m3 finished building material
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