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Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von quaderförmigen oder profilierten Bauelementen aus Sand und mineralischen Bindemitteln
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380624eingangs umrissenen Art erreichen, bei dem erfindungsgemäss das eingebrachte Gemisch zu seiner
Verdichtung und zum Ausfüllen der Form gerüttelt und gleichzeitig der Einwirkung des eine elektromagnetische Induktion bewirkenden elektromagnetischen Feldes, insbesondere des Feldes im
Hohlraum einer mit Wechselstrom gespeisten Spule, ausgesetzt wird. Gemäss der Erfindung wird das in der Form enthaltene Gemisch während der Einwirkung des Feldes gerüttelt.
Während der
Feldeinwirkung kann sich das Material innerhalb der Form noch bewegen, denn die der Masse aufgeprägte Schwingung erhält diese in einem fliessfähigen Zustand, so dass sich entstandene Risse wieder schliessen können und zumindest eine beschränkte Umwälzung möglich ist, die zu einer
Vergleichmässigung des Temperaturfeldes führt. Man kann deshalb rasch erwärmen, ohne Schäden befürchten zu müssen. Dieser Prozess vollzieht sich in einem Zeitabschnitt von 15 bis 30 min, je nach
Beschaffenheit des Betons (Schwerbeton, Leichtbeton, Gasbeton) und des Formstückes. Die Erzeugung des elektromagnetischen Feldes mit Hilfe einer Spule ist nicht von ausschlaggebender Bedeutung, aber vorteilhaft, weil dann mit relativ niedrigen Spannungen gearbeitet werden kann.
Abgesehen davon bewirkt das im Spulenhohlraum entstehende Feld das Entstehen von Wirbelströmen in der gesamten
Masse, weitgehend unabhängig von deren geometrischer Gestalt, so dass eine gleichmässige
Wärmeentwicklung auftritt.
Das erfindungsgemässe Verfahren sichert die anzustrebende Gleichmässigkeit der Erwärmung, die bisher oft dazu zwang, auch eine Verlängerung der Wärmebehandlung in Kauf zu nehmen. Es erübrigt sich ein Vorwärmen des Gemisches vor dem Einbringen in die Form zur Abkürzung der
Dampfbehandlung im Autoklaven, in dem die Bauelemente ausgehärtet werden. Damit fällt auch die
Notwendigkeit weg, die Menge des Anmachwassers zu vergrössern, was bei vorzuwärmenden Gemischen erforderlich ist, sich aber schädlich auf die physikalischen und technischen Endeigenschaften der
Bauelemente (Festigkeit, Frostbeständigkeit, Wasseraufnahmefähigkeit, Risssicherheit u. a.) auswirkt.
Besonders vorteilhaft wirkt sich das erfindungsgemässe Verfahren bei der Herstellung von
Bauelementen aus Gasbeton aus, die bisher wesentlich schwieriger zu beherrschen war als der
Arbeitsverlauf bei der Erzeugung von Elementen aus Schwer-oder Leichtbeton (mit porösen
Zugschlagstoffen).
Insbesondere entfällt die Notwendigkeit, die Menge des Anmachwassers bis auf 45 bis 60 Gew.-% der Trockenbestandteile des Gemisches zu erhöhen, woraus bei Gasbeton weitere
Nachteile entstehen, die eine Vereinigung der Gasbläschen, das Auftreten von Gasdurchbrüchen,
Entmischung der Festteilchen und Zusammensinken der Masse nach dem Aufblähen infolge nicht ausreichender Zähigkeit und Plastizität der Masse, längere Vorlagerung der Bauelemente (wegen langsamer Erhärtung), wodurch der Bedarf an Betriebsflächen steigt ; Verlängerung der Behandlungszeit im Autoklaven (bis zu 20 bis 24 h), wodurch die Produktionsleistung der Betriebe sinkt.
Zu den Mängeln der bisherigen Technologie gehört auch die Bildung von Buckeln bei Beendigung der Aufblähung der Zellenmasse und die Notwendigkeit, solche Buckel abzuschneiden und nachher die betreffende Fläche des Bauelementes abzuschleifen.
Zwecks Beschleunigung der Gasentwicklung und der Erhärtung des Gemisches musste dieses beim Einbringen in die Form auf eine Temperatur von mindestens 40 bis 50 C erwärmt sein und in den Betriebsräumen eine erhöhte Temperatur von mindestens +25 C aufrecht erhalten werden.
Das Einhalten solcher Bedingungen bedeutet aber nicht nur einen zusätzlichen Wärmeverbrauch, sondern zieht auch Beschränkungen z. B. der Verwendbarkeit gewisser Kalksorten nach sich.
Ein grosser Mangel der bisherigen Technologie liegt ferner in der Schwierigkeit, den Prozess der Bildung des Gasbetongefüges zu steuern, dessen Ablauf während des Aufblähens vor allem von der Übereinstimmung der Geschwindigkeiten abhängt, mit der sich einerseits die Gasentwicklung, anderseits die von der Temperatur abhängigen rheologischen Eigenschaften des Gemisches ändern. Bei Störung dieser Übereinstimmung treten bei übermässiger Temperaturerhöhung die erwähnten Vereinigungen der Gasbläschen, Gasdurchbrüche und als deren Folge ein Einfallen der Bauelemente sowie Riss-und Trennfugenbildung, insbesondere wenn stark wärmeabgebender schnellöschender Kalk verwendet wird.
Steigt die Temperatur zu langsam, so ergibt sich eine Verlängerung der Aufblähungsdauer, Sedimentation von Festteilchen, die Elemente erreichen nicht die vorbestimmten Endabmessungen und fallen infolge ungenügender Festigkeit (Stabilität) auch ein. All diese Mängel fallen weg, denn die Regelung der Temperatur mit Hilfe des elektromagnetischen Feldes bietet keine Schwierigkeiten und es erübrigt sich, die Gemischbestandteile bis zu einer bestimmten Temperatur vorzuwärmen, ein teilweises Kalklöschen, die Einführung von Kalklöschverzögerern oder-beschleunigern und eine regelmässige technologische Kontrolle, sämtlich Massnahmen, die sich als nicht ausreichend erwiesen haben, den Ablauf der Verfestigung von Gasbetonelementen soweit zu beherrschen, dass deren Güte verbessert oder garantiert ist.
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All diese Mängel und Nachteile sind bei dem erfmdungsgemässen Verfahren überwunden, bei dem dank der gleichzeitigen Wirkung des Rüttelns und der Erwärmung im elektromagnetischen Feld der
Prozess der Gefügebildung insbesondere bei Gasbeton leicht beeinflussbar ist und die Regelung dieses
Vorganges durch die Erwärmung des gerüttelten Gemisches nach einem bestimmten Ablauf erfolgen kann, bei dem die Gesetzmässigkeiten der Änderungen der Gasentwicklung und der rheologischen
Eigenschaften des gerüttelten Gemisches während der Temperaturerhöhung berücksichtigt werden.
Ausserdem werden durch das Rütteln die Beschleunigung des Wärmeaustausches sowie die
Gleichmässigkeit der Erwärmung der Masse erheblich gefördert.
Die Kombination des Rüttelns mit der Erwärmung des Gemisches nach einem genau festlegbaren
Ablauf beschleunigt den Aufblähungsvorgang stark, sichert einen gleichbleibenden Verfestigungsprozess der Bauelemente, was für die Fliessfertigung besonders wichtig ist, und erübrigt die Verwendung von nur hochaktivem Branntkalk mit einer bestimmten Löschdauer. Dieser Umstand vereinfacht in erheblichem
Masse die Vorbereitung von Rohstoffgemischen, da beim Anmachen kaltes Wasser benutzt werden kann und alle Bestandteile der Mischung einschliesslich von Aluminiumpulver gemeinsam gemischt werden können ; auch die Mischdauer kann zur Erhöhung der Strukturgleichmässigkeit verlängert werden, ohne dass die Gefahr einer Aufblähung der Masse im Mischer besteht. Man kann Kalksorten mit niedriger
Aktivität benutzen.
Dazu wird der Kalk in der Mühle mit der berechneten Vollmenge des grubenfeuchten oder sogar auf 8 bis 10% angefeuchteten Sandes gemeinsam gemahlen. Beim Mahlen wird der Kalk fast vollständig in pulverförmigen Löschkalk verwandelt. Das erzeugte
Kalk-Sand-Bindemittel ist durch seine hohe Homogenität gekennzeichnet, kann ohne Aktivitätsverlust lange aufbewahrt werden und ist zu jeder Zeit gebrauchsfertig.
Bei Gebrauch von Kalkmischungen kann die Anmachwassermenge im Vergleich zu der für
Warmmischungen zusätzlich um 20 bis 25% verringert werden, ohne dass dabei eine Verschlechterung der Einbringbarkeit des Frischbetons verursacht wird, was auf das Verlangsamen der Hydrolyse und der
Hydratation des Bindemittels bei niedriger Temperatur zurückgeht.
Infolge der Anwendung von Rüttelvorgängen und von Kaltgemischen, die bei der Aufblähung angewärmt werden, kann die berechnete Anmachwassermenge für dieselben Raumgewichte des
Gasbetons im Vergleich zu der beim bestehenden technologischen Ablauf um 50 bis 60% verringert werden. Die Kaltgemische sind durch erhöhte Zähigkeit und Plastizität ausgezeichnet, wodurch folgende
Erscheinungen gefördert werden : Vollständigkeit der Gasaufspeicherung, Entstehen gleichmässig verteilter, geschlossener Poren, Wegfall von Gasdurchbrüchen während der Aufblähung.
Beim
Erwärmungsverlauf gehen die Gemische allmählich bis zur Beendigung der Formgebung aus dem zähen und plastischen in den elastisch-plastischen Zustand über, der durch die hohe Strukturfestigkeit gekennzeichnet ist, die bei den nach der bestehenden Technologie hergestellten Gasbetonarten erst nach 4 bis 6 h erreicht wird.
Deshalb erfordern die nach dem erfmdungsgemässen Verfahren gefestigten Bauelemente keine Vorlagerung und werden umgehend der Behandlung im Autoklaven zugeführt.
Auf diese Weise wird der Bedarf an Betriebsflächen zum Ausreifen der Bauelemente stark vermindert, das Abschneiden von Buckeln und das anschliessende Abschleifen der Oberflächen fallen weg. Wegen der verminderten Anmachwassermenge ist die Wärmekapazität der Bauelemente geringer und weil sie in der Form erwärmt worden sind, wird die Behandlungsdauer in den Autoklaven nur 30 bis 40% kürzer als bisher notwendig war. Die Feuchtigkeit der aus dem Autoklaven kommenden Bauelemente beträgt bis 15% gegenüber 25 bis 30% bei Herstellung nach der bekannten Technologie.
Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht, Zellenbeton mit einem stabilen Raumgewicht zu erzeugen, das durch die Begrenzung des Anwachsens der Masse mittels versteiftem Schild gewährleistet ist, der bei Fertigung des Bauelementes die Form abdeckt.
Nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellter Gasbeton hat eine um 40 bis 50% höhere Festigkeit. Im Vergleich mit nach den bisher üblichen Methoden hergestelltem Gasbeton liegt die Festigkeit des erfindungsgemäss erzeugten um 40 bis 50% höher, dessen Wasseraufnahme und Schwindmass überdies kleiner ist und dessen Frostbeständigkeitsfaktor nach 100 Frostwechsel zirka 1 beträgt.
Zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens eignen sich Vorrichtungen, die im Einklang mit der Erfindung einen gegebenenfalls mit einer Transporteinrichtung versehenen Rütteltisch zum Abstützen der Formen sowie eine mindestens aus einer Gruppe von Windungen bestehende, die Formen umgebende Spule aufweisen, die zum Anschliessen an ein ein-oder mehrphasiges Netz oder einen von diesem gespeisten Umformer, wie einen Transformator, Frequenzwandler od. dgl. eingerichtet und vorzugsweise mit einem Kondensator überbrückt ist. In solchen Vorrichtungen kann innerhalb des
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Spulenhohlraumes ein steifes Schild angeordnet sein, das mittels eines Antriebes gegen den Tisch hin bzw. von diesem weg bewegbar ist, zum Ausüben eines Druckes auf das in der Form befindliche Gemisch.
Eine derartige Einrichtung ist vorteilhaft, denn sie ermöglicht die Erzeugung von Bauelementen aus Gasbeton mit gleichbleibendem Raumgewicht, denn das Schild beschränkt die Aufblähung des Gemisches. Zweckmässig ist es, die Spule mit einer Wärmeisolierung zu versehen.
Die Erfindung ist im folgenden an Hand einer beispielsweisen Ausführungsform und den Zeichnungen näher erläutert, in denen eine erfindungsgemässe Vorrichtung veranschaulicht ist. In den Zeichnungen zeigt Fig. 1 diese Vorrichtung in einem Prinzipschema und Fig. 2 teils in Seitenansicht, teils im Längsschnitt.
Die dargestellte Vorrichtung weist ein schwingfähiges abgestütztes Gestell-l-zum Aufsetzen einer Form oder von Formen-6-, eine dieses Gestell und die Form umgebende Spule-2-und eine Transportvorrichtung --5-- zum Befördern der mit Gemisch gefüllten Formen durch die Spule auf. Das Gestell ist vorzugsweise als Rütteltisch --10-- ausgebildet, der mit Federn gegen das Fundament abgestützt und mit drehbar gelagerten Unwuchten--11--versehen ist, die mittels eines Motors antreibbar sind und mit denen dem Tisch Schwingungen mit einer Frequenz von beispielsweise 11 bis 50 Hz und Amplituden von 0, 25 bis 0, 35 mm aufgeprägt werden können. Als
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--17-- dienen,Speisenetzes --7-- angeglichen sein.
Ausser dem unmittelbaren Anschluss an ein ein-oder mehrphasiges Netz kommt noch die Speisung aus einem Umformer-8-, wie beispielsweise einem Transformator oder Frequenzwandler, in Betracht. Die Verwendung solcher Geräte ermöglicht in einfachster Weise die Regelung oder Einstellung des Spulenfeldes auf einen als zweckmässig erkannten Wert. Es empfiehlt sich, die Spule mit einem Kondensator --9-- zu überbrückenden und damit die Blindleistung zu kompensieren. Die Spulenwindungen sind an einem Spulenträger --16-- aus diamagnetischem Werkstoff befestigt. Die Spule umgibt den Kettenförderer --17-- und die auf diesen aufgesetzte Form--6--und ist jedenfalls so abgestützt, dass die Schwingungen des Rütteltisches--10--nicht auf den Träger und die Windungen übertragen werden.
Innerhalb des von den Windungen umgebenen Raumes ist oberhalb der Form ein auf-und abbewegbares Schild-3angeordnet. Die zu dieser Bewegung vorgesehene Antriebsvorrichtung besteht aus einem ortsfesten Rahmen-4-, an dem eine hydraulische oder pneumatische Kolben-Zylindereinheit--13befestigt ist. Einerseits mit der Kolbenstange dieser Einheit, anderseits mit von dem Schild-3-
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Zur Herstellung von Bauelementen aus Gasbeton kann beispielsweise von folgenden Gemischbestandteilen ausgegangen werden, von Portlandzement Z 400 bis 500, mit mittleren Aluminiumverbindungsgehalt und einer spezifischen Oberfläche von 3500 bis 4000 cm2/g, Branntkalk mit Aktivität von 65 bis 70%, einer Mahlfeinheit von 5000 bis 6000 cm2fg und einer Löschgeschwindigkeit von 5 bis 10 min, gemahlenem Sand mit einer spezifischen Oberfläche von 1800 bis 2000 cm2/g und Aluminiumpulver, das mindestens 87 bis 90% aktives Aluminium enthält. Damit das Aluminiumpulver hydrophile Eigenschaften erhält, wird es mit einer Lösung von oberflächenaktiven Stoffen behandelt. Zur Erzeugung von Gasbeton mit einem Raumgewicht von 650 bis 700 kg/m3 empfiehlt sich die Einhaltung von Mischungsverhältnissen. Zement : Kalk : Sand in den Bereichen
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Das Mischen erfolgt in einem Mischer, in dem zuerst die gemessene Wassermenge und dann das suspendierte Aluminium eingebracht wird. Danach werden die restlichen Gemischbestandteile zugesetzt und sämtliche Bestandteile werden bis zum Entstehen einer plastischen homogenen Masse gemischt, was zirka 5 min in Anspruch nimmt.
Die Konsistenz der fertigen Gemische wird nach dem Ausbreitmass im Soutard-Zylinder bestimmt. Bei einer Temperatur der Mischung von 16 bis 200C soll das Ausbreitmass 7, 5 bis 8 cm betragen.
Mit dem Gasbetongemisch wird hierauf in die vorgeschmierte Stahlform--6--bis auf die halbe Höhe gefüllt und der Gemischspiegel geebnet.
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Antriebsvorrichtung fest an das Rüttelwerk anpresst.
Nach dem Absenken des Schildes --3-- werden sofort das Rüttelwerk-l-und die Spule - -2-- eingeschaltet. Der Aufblähungsvorgang der Zellenmasse dauert 8 bis 10 min.
Sobald sich an dem Spalt zwischen Schild und Form zeigt, dass das Gemisch sich bis zum Rand der Form aufgebläht hat, wird der Rütteltisch abgeschaltet und es erfolgt ein weiteres Anwärmen des in der Form enthaltenen Gemisches unter statischen Bedingungen. Die Anwärmungsdauer nach dem
Abschalten des Rütteltisches beträgt 6 bis 8 min. In diesem Zeitabschnitt steigt die Temperatur des
Gemisches bis auf 75 bis 800C. Danach wird das Schild abgehoben und das geformte Bauelement wird aus der Spule ausgefahren und der Behandlung in einem Autoklav zugeführt. An die Stelle dieses
Bauelementes tritt die nächstfolgende Form und der Arbeitsvorgang wiederholt sich.
Zur Erhöhung des Wirkungsgrades der Einrichtung kann der Induktor mit einer Wärmeisolierung versehen sein, welche die Wärmeverluste und damit den Verbrauch der Spule herabsetzt, die nach den einzuhaltenden Betriebsbedingungen ausgelegt werden muss.
Es versteht sich, dass die Antriebsvorrichtung des Schildes auch anders als in Fig. 2 dargestellt beschaffen sein, z. B. aus mehreren hydraulischen oder pneumatischen Einheiten oder aus motorisch antreibbaren Spindelhebern bestehen kann.
Das Schild-3-in der Spule --2-- bewirkt einen Schutz der oberen Bewehrung von Bauelementen gegen Überhitzung im elektromagnetischen Feld wegen der Schirmwirkung, eine Sicherung des Kontaktes in offenen Formen, was von grosser Bedeutung für die Wirksamkeit der Induktionserwärmung ist, Andrücken der Form an den Rütteltisch ohne zusätzliche Befestigungen und gewährleistet die Erzeugung von Bauelementen mit ebener und glatter Oberfläche ohne jedwede Nachbearbeitung.
Die Aussenmasse der erfindungsgemässen Vorrichtungen sind gering, die mit ihnen durchgeführten Arbeitsgänge lassen sich leicht mechanisieren und automatisieren, sie sind wirtschaftlich und gefahrlos im Betrieb. Zu ihrer Herstellung ist kein grosser Werkstoff-bzw. Zeitaufwand erforderlich, sie sind aus erprobten Einzelbestandteilen aufgebaut, die ihrerseits aus üblichen und nicht aus teuren, speziellen Werkstoffen bestehen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Herstellen von quaderförmigen oder profilierten Bauelementen aus Sand und mineralischen Bindemitteln, bei welchem ein aus Sand, Zement und/oder Kalk, dem nötigen Anmachwasser und gegebenenfalls aus einem Treibmittel bestehendes Gemisch in Formen eingebracht sowie dem Einfluss eines elektromagnetischen Feldes ausgesetzt wird, dadurch gekenn- zeichnet, dass das eingebrachte Gemisch zu seiner Verdichtung und zum Ausfüllen der Form gerüttelt und gleichzeitig der Einwirkung des eine elektromagnetische Induktion bewirkenden elektromagnetischen Feldes, insbesondere des Feldes im Hohlraum einer mit Wechselstrom gespeisten Spule, ausgesetzt wird.
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