AT295381B - Verfahren zum Bereiten von Baugemischen zur Herstellung kompakter oder porenhältiger, unbewehrter oder bewehrter Bauteile - Google Patents

Description

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   Verfahren zum Bereiten von Baugemischen zur Herstellung kompakter oder porenhältiger, unbewehrter oder bewehrter Bauteile 
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bereiten von Baugemischen zur Herstellung kompakter oder porenhaltiger, unbewehrter oder bewehrter Bauteile, wie Wand- und Deckenkonstruktionen, Pfeiler, Wandplatten, Träger, Belagplatten, Ziegel,   Formsteine,   Rohre od. dgl. 



   Bei diesem Verfahren werden 75 bis   95%   saure Feststoffkomponenten, wie Sand, Erz, Schlacke, 
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 fläche in einer Schlagstiftmühle zerkleinert, aktiviert sowie miteinander innig vermengt, wobei die zur Erzielung der gewünschten Fliessfähigkeit des Gemisches erforderliche Wassermenge beigemischt wird. Das erhaltene Gemisch wird zu Formen verpresst und die Formen werden im Autoklaven unter Druck gehärtet. 



   Die Praxis hat gezeigt, dass man aus auf diese Weise bereiteten Mischungen dichtere Fertigteile erhält als aus Mischungen gleicher qualitativer und quantitativer Zusammensetzung und gleicher mechanischer Verdichtung durch Rütteln, bei denen diese Aktivierung praktisch fehlt. Zusätzlich wird die Verformbarkeit des plastischen Gemisches verbessert, denn an der Oberfläche der   Sandkörner   bildet sich eine gleichmässige, dünne Kalkschicht, welche die Reibungskräfte zwischen den Körnern sehr merklich herabsetzt und hiedurch die Fliessfähigkeit verbessert, so dass eine dichtere Packung eintritt. 



   Bei dem bekannten Verfahren ist aber der Gedanke zur Erzielung oder Verbesserung wertvoller Eigenschaften von Steinen, Fertigteilen od. dgl., die aus Kalk- und Sandgemischen hergestellt sind, die Feststoffkomponenten des Gemisches zu aktivieren, durchaus unvollständig ausgeschöpft, wie die folgenden Überlegungen zeigen. 



   Jeder Feststoff besitzt in aktiviertem Zustand einen   grösseren Energiegehalt   als in inaktiviertem und demnach ist der aktivierte Zustand instabil. Die Aktivierung, d. h. der Unterschied zwischen den Energieinhalten in den beiden Zuständen steigt mit zunehmender spezifischer Oberfläche, also Zerkleinerung, keineswegs gleichmässig an, wenn sich auch frische und reaktionsfähige   Kornoberflächen   ergeben, was an   sichwertvollist. Zur   Steigerung der Aktivierung ist daher   nicht eine möglichst grosse   spezifische Ober-   fläche anzustreben,es lässtsichvielmehr,wie eingehende Untersuchungen und Experimente erwiesen   haben, der Energieinhalt weit wirkungsvoller durch Beeinflussung des   Gittergefüges   der Feststoffkömer steigern. 



   Es hat sich erwiesen, dass mit einer Vergrösserung der dem Gitter innewohnenden potentiellen Energie verbundene, instabile Zustände erreichbar sind, die lange genug erhalten bleiben, um eine Ausnutzung in technologischen Verfahren zuzulassen und die dem Zustandekommen und Ablauf chemischer Reaktionen zwischen voneinander verschiedenen Feststoffkomponenten sehr förderlich sind. 



   Als Bedingung für die   Herbeiführung   einer solchen wirksamen Aktivierung ist erkannt worden, dass auf die Feststoffe mechanisch und mit einer Energie eingewirkt werden muss, die oberhalb einer bestimmten Schwelle liegt. 

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   Ziel der Erfindung ist ein Verfahren, bei dem die zur Verfügung stehenden Möglichkeiten einer wirksamen Aktivierung besser ausgenutzt werden. Dieses Ziel lässt sich mit einem Verfahren der ein- gangs umrissenen Art erreichen, bei dem erfindungsgemäss jedes Korn des Gemenges in Zeitabständen von je weniger als 0,05, vorzugsweise weniger als 0, 01 sec wenigstens drei Schlägen von Schlagkörpern ausgesetzt wird, die mit einer Geschwindigkeit von mindestens 15   m/sec,   vorzugsweise mit Geschwin- digkeiten zwischen 50 und 200 m/sec, bewegt werden. 



   Bei einer solchen Behandlung des Gemisches werden die als Korngut oder stückiges Gut in die
Schlagmühle eingeführten Feststoffe nicht zermahlen, sondern infolge einer heftigen Schlagwirkung zerkleinert, so dass sie auch entlang vorhandener Risse oder schwacher Gefügestellen zerbrechen und kompakte Partikel entstehen. Die entstehenden frischen Oberflächen der miteinander innig vermengten
Feststoffe begünstigen die Verbindung der miteinander reagierenden Komponentenbeiweitestgehender Ausnutzung der erzielten Aktivierung. 



   Diesen Umständen ist zuzuschreiben, dass auch lehmiger oder mit organischen Beimengungen ver- unreinigter Natursand verwendet werden kann, u. zw. ohne Erhöhung des Kalkgehaltes im Gemisch, ohne vorherige Erwärmung mit dem Ziel, den schädlichen Einfluss organischer Beimengungen herabzusetzen, oder die Zugabe von Zusätzen chemischer Agentien mit dem gleichen Ziel, sämtlich Massnahmen, die sich als umständlich, teuer und, wenn überhaupt, als wenig wirkungsvoll erwiesen haben. Mit nach dem erfindungsgemässen Verfahren zubereiteten Gemischen können Bauteile mit hohen Festigkeiten sehr wirtschaftlich hergestellt werden, denn dieses Verfahren kann auch kontinuierlich ausgeübt werden. 



   Bei als stückiges Gut aufgegebenen Feststoffen sollen die Durchmesser der Stücke unterhalb 50 mm liegen bzw. empfiehlt sich eine Vorzerkleinerung auf dieses Ausmass. 



   In manchen Fällen empfiehlt es sich, in die Schlagstiftmühle nur einen Teil der vorbemessenen Wassermenge einzubringen, wobei es vorteilhaft ist, die Wassermenge so gross zu bemessen, dass sie zum Löschen des Kalkes ausreicht. 



   Ein sehr vollständiger Ablauf der zwischen den sauren und basischen Komponenten stattfindenden Reaktionen und damit eine besondere Festigkeit der aus dem Gemisch hergestellten Bauteile ergibt sich, wenn darauf geachtet wird, dass die gröberen Körner zumindest der sauren Feststoffkomponente während der Schlagbehandlung wenigstens teilweise mit feineren Körnern der andern, basischen Feststoffkomponente überzogen werden. Wie bereits erwähnt, kann bei dem erfindungsgemässen Verfahren auch die aus einer zeitweiligen Gitterverformung der zerkleinerten Körner entspringende Energie ausgenutzt werden. 



   Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die Körner des zu   zerkleinernden Gutes in der Schlagstiftmühle   in einem Oberflächenbereich zu verformen, der bis zu   10% ihrer   Oberfläche und dessen Dicke bis zu etwa   51o   des Korndurchmessers beträgt. Sehr gute Ergebnisse ergeben sich, wenn die verformte Oberflächenschicht bis zu etwa 10 li dick ist. 



   Erwähnt sei ferner, dass das erfindungsgemässe Verfahren auch zu einer sehr günstigen äusseren Gestalt der einzelnen   Körner   führt, die nicht abgeschliffen sondern scharfkantig sind. Überdies wird der Unterschied zwischen der grössten und kleinsten linearen Abmessung der einzelnen Körner geringer, so dass eine Zerkleinerung der aufgegebenen Feststoffkomponenten auf eine spezifische Oberfläche genügt, welche etwa die Hälfte jener spezifischen Oberfläche beträgt, die bei nach herkömmlichen Methoden zerkleinerten Feststoffen zur Erzielung derselben Festigkeiten notwendig ist und nur eine entsprechend kleinere Energie aufgewendet werden muss. 



   Mit Hilfe des erfindungsgemässen Verfahrens können viele Rohstoffe verwertet werden, die bisher als ungeeignet für die Herstellung von Bauteilen gegolten haben, wie als Abfallprodukte z. B. bei der Verbrennung von Müll anfallender Schlacken oder Aschen. 



   Die Anwendbarkeit des erfindungsgemässen Verfahrens ergibt sich insbesondere aus folgenden Beispielen. 



     Beispiel l : In der   Schlagstiftmühle wurden Quarzsand mit 95%   Si02'Kalk   in Form von Staubkalk und   70%   aktivem   CaO   und Wasser zerkleinert bzw. vermischt. Die   eingeführte Charge enthielt     20, 5 Gew.-% aktives CaO   und   9 Gew.-% Wasser, bezogen auf das Gewicht der trockenen Feststoffe.   



  Die Schlaggeschwindigkeit betrug 160 m/sec und die spezifische Oberfläche des zerkleinerten Gutes 1500 cm2/g. Aus diesem Gemisch wurden in Metallformen Probemuster geformt, dabei mit einem Druck von 370 kp/cm2 verdichtet und anschliessend in einem Autoklaven während 12 h einem Dampf- 
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 teile. Die Schlaggeschwindigkeit betrug 200 m/sec und zerkleinert wurde auf eine spezifische Oberfläche von 1800   cm2/g.   Die in Metallformen geformten Probemuster wurden durch Pressen mit einem Druck von 550   kp/cm2   verdichtet und während 16 h im Autoklaven einem Dampfdruck von 12 atü aus- 
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2.CaO, Wasser und Aluminiumpulver als Porenbildner.

   Die aufgegebene Charge bestand aus   22%   aktivem CaO, davon 2/10 vom Kalkstaub und 8/10 vom Branntkalk,   481o   Wasser und 0, 13% Aluminiumpulver. 



  Die gemeinsame Bearbeitung erfolgte mit einer Schlaggeschwindigkeit von 180   m/sec,   wobei auf eine spezifische Oberfläche von 1800   cm2/g   zerkleinert wurde. Die in Metallformen geformten, und im Autoklaven während 11 h unter einemDampfdruck von 12 atü   gehaltenenprobemuster   hatten eine Dichte von 0,41   g/cm und   eine Druckfestigkeit von 45   kp/cm2.   



   Beispiel 4 :
Ausgangsmaterialien : Löss mit   54%      Si02   und einer   spezifischen Oberfläche   von 3500   cms/g,   Staubkalk mit 50% aktivem CaO, Wasser. 
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 tel sechs Schläge empfing. Aus dem Gemisch wurden in Metallformen Probemuster geformt, dabei mit einem Druck von 480   kp/cm2   verdichtet und anschliessend im Autoklaven durch 10 h mit Dampf bei
12 atü behandelt. Die auf diese Weise gewonnenen Muster hatten eine Dichte von 1, 80   g/cm   und eine Druckfestigkeit von 740   kp/cm2.   



   Beispiel 5 :
Ausgangsmaterialien : Tonsand mit   481o     Si02,     221o   Ton und einer spezifischen Oberfläche von 1040 cm2/g, gemahlener Branntkalk mit 70% aktivem CaO, Staubkalk mit 55% aktivem CaO, Wasser und Aluminiumpulver als Porenbildner. 



   Die eingebrachte Charge enthielt 17, 5% aktives CaO, davon 7/10 vom Branntkalk und 3/10 vom Staubkalk, 43% Wasser und 0, 10% Aluminiumpulver. Gemischt wurde mit Schlaggeschwindigkeiten von 120   m/sec,   wobei im Mittel jedes Teilchen fünf Schläge erfuhr. Aus dem fertigen Gemisch wurden in Metallformen Probemuster geformt und im Autoklaven während 8 h mit Dampf von 10 atü behandelt. 



  Die Muster wiesen eine Dichte von 0,59   g/em   und eine Druckfestigkeit von 45 kp/cm2 auf. 



   Beispiel 6 : 
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 160   m/sec.   Aus dem fertigen Gemisch inMetallformen hergestellte und durch Anwendung eines Druckes von 175 kp/cm2 verdichtete, während 16 h einem Dampfdruck von 12 atü ausgesetzte Probekörper wiesen bei einer Dichte von 1, 80 g/cmS eine Druckfestigkeit von 499 kg/cm2 auf. 



   Diese Beispiele zeigen, dass mit Ausgangsstoffen sehr unterschiedlicher Zusammensetzung kompakte oder porenhaltige Baustoffe mit ausgezeichneten Festigkeitseigenschaften herstellbar sind. Aus den folgenden Tabellen I und II ist der Einfluss der erfindungsgemässen Gemischzubereitung auf die Festigkeit deutlich erkennbar. Verglichen werden Ergebnisse, die mit kompakten bzw. porenhältigen Probekörpern   ermitteltwurden.   Die Spalten 1 und 2 der Tabelle I beziehen sich auf erfindungsgemäss bereitete Gemische, wobei die Werte jeder Spalte aus den Messwerten dreier Versuche gemittelt sind.

   In den Spalten 3 bzw. 4 finden sich aus ebenfalls je drei Versuchsergebnissen gemittelte Werte   für Proben,   die ihrer Zusammensetzung nach mit den Proben nach Spalte 1 bzw. 2 korrespondieren, bei welchen das Gemisch aber in einer Kugelmühle hergestellt, also ohne Schlagwirkung gemahlen worden war.

   Tabelle I bezieht sich auf kompakte Probekörper, nämlich gleichwertige Zylinder mit 42 mm Durchmesser, aus Baugemischen, die aus den folgenden Ausgangsmaterialien hergestellt waren :
Quarzsand mit   94%   Si02, einer spezifischen Oberfläche von 97 cm 2/g und einer Dichte von 2,65   g/cm ;

     Staubkalk mit 61, 5% aktivem CaO, Wasser. 

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<tb> 
<tb> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 
<tb> Anteil <SEP> an <SEP> aktivem <SEP> CaO <SEP> in <SEP> % <SEP> 
<tb> des <SEP> Trockengemisches <SEP> 16, <SEP> 4 <SEP> 21, <SEP> 3 <SEP> 15, <SEP> 8 <SEP> 21, <SEP> 4 <SEP> 
<tb> Wassergehalt <SEP> des <SEP> Gemisches <SEP> in <SEP> % <SEP> 7, <SEP> 0 <SEP> 7, <SEP> 0 <SEP> 7, <SEP> 0 <SEP> 7, <SEP> 0 <SEP> 
<tb> spez. <SEP> Oberfl.

   <SEP> des <SEP> Sandes <SEP> im
<tb> zubereiteten <SEP> Gemisch <SEP> in <SEP> cm2/g <SEP> 645 <SEP> 1440 <SEP> 666 <SEP> 1367
<tb> Druck <SEP> bei <SEP> Verdichtung <SEP> der
<tb> Probekörper <SEP> in <SEP> kp/cm2 <SEP> 296 <SEP> 623 <SEP> 400 <SEP> 890
<tb> Autoklavenbehandlung
<tb> Dampfdruck <SEP> in <SEP> atü <SEP> 10 <SEP> 10 <SEP> 10 <SEP> 10
<tb> Zeit <SEP> in <SEP> h <SEP> 1+12+2 <SEP> 1+20+2 <SEP> 1+12+2 <SEP> 1+20+2 <SEP> 
<tb> Dichte <SEP> in <SEP> g/cm3 <SEP> 1, <SEP> 82 <SEP> 1, <SEP> 82 <SEP> 1, <SEP> 82 <SEP> 1, <SEP> 82 <SEP> 
<tb> Druckfestigkeit, <SEP> 24 <SEP> h <SEP> nach <SEP> der
<tb> Autoklavenbehandlung, <SEP> in <SEP> kp/cm2 <SEP> 965 <SEP> 1630 <SEP> 678 <SEP> 715
<tb> 
 
Aus Tabelle II sind ebenfalls aus je drei Versuchsergebnissen gemittelte Werte für porenhältige Probekörper, nämlich Würfel von 50 mm Kantenlänge, aus Baugemischen angegeben,

   die aus folgen-   den Ausgangsmaterialien zubereitet waren : Quarzsand mit 94% Six veiner spezifischen Oberfläche von 97 cm/g und einer Dichte von 2,62 gfcm3 ; gemahlener mit 81, 3% akt. CaO, einer Lösch-   geschwindigkeit von 8 bis 19 min und einer spezifischen Oberfläche von 3500   cm2/g ;   Staubkalk mit 45 bis   59%   akt. CaO und einer spezifischen Oberfläche von 11000 bis 14 800 cm2/g; Aluminiumpulver als Porenbildner ; und Wasser. Spalte 1 bezieht sich auf Probekörper aus erfindungsgemäss, Spalte 2 aus in einer Kugelmühle hergestellten Gemischen. 



   Tabelle   II   
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<tb> 
<tb> 1 <SEP> 2
<tb> Anteil <SEP> an <SEP> akt. <SEP> CaO <SEP> in <SEP> % <SEP> vom
<tb> Trockengemisch <SEP> 22, <SEP> 0 <SEP> 21, <SEP> 4 <SEP> 
<tb> Wasseranteil <SEP> des <SEP> Gemisches <SEP> in <SEP> % <SEP> 55, <SEP> 6 <SEP> 51, <SEP> 2 <SEP> 
<tb> Spez. <SEP> Oberfl. <SEP> des <SEP> Sandes <SEP> im
<tb> fertigen <SEP> Gemisch <SEP> in <SEP> cm2/g <SEP> 1650 <SEP> 3200
<tb> Al-Pulver <SEP> in <SEP> % <SEP> vom
<tb> Trockengewicht <SEP> 0, <SEP> 2 <SEP> 0, <SEP> 25 <SEP> 
<tb> Autoklavenbehandlung
<tb> Dampfdruck <SEP> in <SEP> atü <SEP> 9, <SEP> 0 <SEP> 10, <SEP> 0 <SEP> 
<tb> Zeit <SEP> in <SEP> h <SEP> 1+13+1 <SEP> 3+6+5
<tb> Dichte <SEP> der <SEP> nach <SEP> der <SEP> Autoklavenbeh.
<tb> zwischen <SEP> 105 <SEP> und <SEP> 110 C <SEP> bis <SEP> auf
<tb> konstantes <SEP> Gew.

   <SEP> getrockneter <SEP> Probekörper <SEP> 0, <SEP> 423 <SEP> 0, <SEP> 399 <SEP> 
<tb> Druckfestigkeit <SEP> in <SEP> kp/cm2 <SEP> 23,1 <SEP> 18, <SEP> 2 <SEP> 
<tb> 
 

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<tb> 
<tb> II1 <SEP> 2
<tb> Druckfestigkeit <SEP> in <SEP> kp/cm2 <SEP> für
<tb> folgende <SEP> Dichten
<tb> 400 <SEP> kg/m <SEP> 3 <SEP> 21, <SEP> 0 <SEP> 18, <SEP> 3 <SEP> 
<tb> 500 <SEP> kg/m <SEP> 3 <SEP> 41, <SEP> 0 <SEP> 36,0
<tb> 600 <SEP> kg/ms <SEP> 63, <SEP> 0 <SEP> 56,0
<tb> 700 <SEP> kg/m3 <SEP> 87,0 <SEP> 75,0
<tb> 
 
Tabelle I lässt erkennen, dass die Festigkeiten der aus erfindungsgemäss bereiteten Gemischen her- gestellten Probekörper 1,4 bis 2,3 mal grösser als dieDruckfestigkeiten der Vergleichskörper waren. Der
Festigkeitszuwachs zeigt sich nach Tabelle   TI   auch bei porenhaitigen Probekörpern.

   Er beträgt 13 bis 30%, wobei nicht ausser acht bleiben darf, dass die spezifische Oberfläche des Sandes in dem aus der
Kugelmühle stammenden Gemisch 3200 cm2/g betrug, also praktisch doppelt so gross war, wie in dem nach der Erfindung zubereiteten. 



   PATENTANSPRÜCHE : 
1. Verfahren zum Bereiten von Baugemischen zur Herstellung kompakter oder porenhältiger, unbe- wehrter oder bewehrter Bauteile, wie Wand- und Deckenkonstruktionen, Pfeiler, Wandplatten, Träger, 
 EMI5.3 
 Körnern mit   frischeroberfläche   in   einer Schlagstiftmühle   zerkleinert, aktiviert sowie miteinander innig vermengt werden und die zur Erzielung der gewünschten Fliessfähigkeit des Gemisches erforderliche Wassermenge beigemischt wird, sodann das erhaltene Gemisch zu Formen verpresst und die Formen im Autoklaven unter Druck gehärtet werden,   dadurch gekennzeichnet,   dass jedes Korn des Gemenges in Zeitabständen von je weniger als 0,05, vorzugsweise weniger als 0, 01 sec wenigstens drei Schlägen von Schlagkörpern ausgesetzt wird,

   die mit einer Geschwindigkeit von mindestens 15   m/sec,   vorzugsweise mit Geschwindigkeiten zwischen 50 und 200   m/sec,   bewegt werden.

Claims (1)

1. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nur ein Teil der vorbemessenen Wassermenge mit den Feststoffen in die Schlagstiftmühle eingebracht wird.

   3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass lediglich eine zum Löschen der Kalke erforderliche Wassermenge in die Schlagstiftmühle eingeführt wird. EMI5.4 beren Körner zumindest der sauren Feststoffkomponente während der Schlagbehandlung wenigstens teilweise mit feineren Körnern der ändern, basischen Feststoffkomponente überzogen werden.

   5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass inder Schlagstiftmühle die Körner des zu zerkleinernden Gutes in einem Oberflächenbereich verformt werden, der bis zu 10% ihrer Oberfläche und dessen Dicke bis zu etwa 5% des Korndurchmessers beträgt.

   6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die verformte Oberflächenschicht bis zu etwa 10 je dick ist.