AT392962B - Verfahren zur herstellung von leichten betonzuschlagstoffen aus recycling schaumstoff- material und die anwendung desselben zur erzielung ausserordentlicher betoneigenschaften - Google Patents

Description

AT 392 962 B

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Leichtbeton-Zuschlagstoffen, insbesondere aus Recycling-Material und die damit möglich gewordene Erzielung außerordentlicher Betoneigenschaften.

Als Zuschlagstoffe für Leichtbeton wurden bisher stets gebrannter Blähton, Hüttenbims, Perlite, aufgeschäumte Polystyrolkügelchen oder ähnliche Stoffe verwendet S Bei diesen ergibt sich jedoch der Nachteil, daß deren Herstellung, weil nur mit aufwendigen Verfahren möglich, teuer und kompliziert ist. Diese Stoffe (außer Polystyrolschaumkügelchen), weisen hohe Wasseraufnahmefähigkeit auf und zumindest bei Blähton und Hüttenbims, auch eine relativ ungünstige Wärmeleitfähigkeit. Perlite sind in dieser Hinsicht etwas besser, doch ist dies«' sehr feuchtigkeitsempfindlich. Die Haftfähigkeit des Zementleimes auf Polystyrolschaumkügelchen ist problematisch. Daher sind frisch 10 aufgeschäumte Polystyrolschaumkügelchen, vor der Zugabe des Zementleimes "klebrig" zu ummanteln.

Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile der bekannten Zuschlagstoffe zu vermeiden und ein Verfahren anzugeben, daß auf einfache Weise die Herstellung von sehr billigen Zuschlagstoffen, bei denen aber ein Zusammenbacken einzelner Partikel im Herstellungsprozeß weitgehend unterbunden ist, ermöglicht. Darüberhinaus sollen mit solchen Zuschlagstoffen Leichtbetone herstellbar werden, welche nicht nur extreme 15 Druckfertigkeiten aufweisen, sondern dabei auch wasserdurchlässig, elastisch, frostsicher, feuersich« und extrem leicht sind.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch «reicht, daß Partikel aus einem geschlossenzelligen Schaumstoff, wie z. B. Styropor oder Polystyrolschaumstoff, mit einer Mischung aus Wasser und Wasserglas, benetzt und anschließend im selben Mischzyklus mit Zement vermischt und dabei ummantelt w«den. 20 Auf diese Weise wird ein sehr leicht« Zuschlagstoff «halten, der jedoch aufgrund seiner Ummantelung mit einem mit Zementmilch gut bindenden Stoff, wie eben Zement, gut mit d« Zementmilch abbindet und mit dieser gut mischbar ist. Gleichzeitig verhind«t diese Ummantelung auch ein Aufschwimmen der Partikel beim Mischvorgang im gewöhnlichen Freifallmischer, da diese Umhüllung das Gewicht eines jeden einzelnen Partikels wesentlich erhöht, ohne dessen Volumen wesentlich zu erhöhen, sodaß sich ein ausgeglicheneres V«hältnis von 25 Partikelgewicht zu dessen Auftrieb ergibt.

Unbehandelte Kunststoffschaumpartikel, welche z. B. durch Zerkleinern von Verpackungsmaterial gewonnen w«den können, vermischen sich kaum mit Zementmilch und würden in einer solchen aufschwimmen. Dieser Nachteil wird erfindungsgemäß so gelöst, als die zerkleinerten Kunststoff schaumpartikel so vorbehandelt w«den, daß diese Partikel einerseits schwerer werden und andererseits eine bessere Haftfähigkeit aufweisen, damit 30 dieselben dann später, wenn diese zur Leichtbetonherstellung als Hauptzuschlagstoff in gewöhnlichen Mischern verwendet weiden, problemlos verarbeitet werden können.

Durch die Benetzung der Partikel mit einem, eine Beschleunigung der Abbindezeit eines sich mit Zementmilch gut bindenden Mittels, wie z. B. Zementpulver, wird erreicht, daß sich diese Mittel, wie z. B. Zementpulver, rasch an die benetzten Partikel anlegt und mit diesem abbind« und die Kunststoffschaumpartikel 35 umhüllt. Da nun der Zement aufgrund d« Benetzung der Partikel mit einem, ein Abbinden des Zementes beschleunigenden Mittels sehr rasch an diesem erhärtet, kann jedes Partikel nur soviel Zement an sich binden, als das Abbindungs-Beschleunigungsmittel zu binden v«mag.

Dies führt dazu, daß jedes Partikel mit einer dünnen, z. B. aus Zementstein bestehenden Schichte umhüllt wird. Dabei hängt die Dicke dieser Schichte von d« Dosierung des Abbindebeschleunigers im zur Benetzung der 40 Kunststoffpartikel vorgesehenen Wass« ab und ist diesem im wesentlichen direkt proportional.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Schaumstoffpartikel vor dem Benetzen einer Wärmebehandlung unterzogen w«den, um deren Dichte zu erhöhen. Mit Erhöhung d« Dichte d« Schaumkunststoffpartikel wird überraschenderweise ein übelproportionaler Anstieg d« Eigenfestigkeit der Schaumstoffpartikel durch Verglasung deren Oberfläche, infolge Schmelzens dieser Thermoplaste, «zielt Mit d« 45 Erhöhung der Partikelfestigkeit wird jedoch auch die Gesamtfestigkeit jeder späteren Mischung erhöht Dabei wird an Bindemitteln, wie z. B. Zement entsprechend gespart, weil dadurch auch mit weniger Zement bereits gewünschte Sollfestigkeit erreicht werden. Dies hat außerdem den Vorteil, daß bei gering««n Eigengewicht des Fertigleichtbetons gleiche Festigkeit und zusätzlich bessere Wärmedämmeigenschaften hervorgerufen werden. Durch diese Maßnahme läßt sich auf einfache Weise die Beschaffenheit des Zuschlagstoffes und damit auch die 50 Beschaffenheit des mit diesem hergestellten Leichtbetons variieren.

Als besonders günstig hat es sich erwiesen, wenn die Partikel auf eine Korngröße von 2 bis 10 mm zerkleinert, vorzugsweise gemahlen werden. (Es können jedoch auch extrem porige Leichtbetone damit helgestellt werden, mit z. B. 20 bis 30 mm Korngröße, um zum Beispiel Drainagekörper, welche frostsicher, wärmedämmend und bis zu einem gewissen Grad elastisch und dabei unvenottbar sein sollen, herzustellen. 55 Insbesondere führt die vorangegangene Hitzebebehandlung der Kunststoffschaumpartikel dazu, daß die einzelnen

Partikel praktisch kein Wasser mehr aufhehmen können, weil deren Oberfläche "v«glast" wurde. Also außer ein« Festigkeitssteigerung ist darüberhinaus noch die Verminderung des Wasseraufnahmevermögens erreicht Damit ist gewährleistet, daß die ohnehin schon kurze Rücktrocknungszeit der fertigen Leichtbetonmasse nochmals verkürzt wird. Dabei wurde jedoch das Diffusionsvermögen der Masse nicht v«schlechtert Ebenso nicht die 60 hygroskopische Leitfähigkeit des lockeren Zementsteingefüges, welches die Schaumstoffpartikel umhüllt Im Gegenteil - dadurch, daß bei gleicher Festigkeit eines solchen Leichtbetons zufolge der Hitzebehandlung der einzelnen Schaumstoffpartikel nun wenig« Zement für die Bildung des Zementleimbindemittels erforderlich wird, -2-

AT 392 962 B wird die Diffusionsfähigkeit der Gesamtmasse erhöht, ebenso die hygroskopische Leitfähigkeit von Feuchtigkeit zur trockeneren Seite der Masse hin.)

Weiters kann vorgesehen sein, daß die ummantelten Partikel erst nach einer Rastzeit und bei nur geringen Zugaben von die Abbindung des Zements beschleunigenden Mitteln, nach einer Zwischenlagerung und einer mechanischen Behandlung, z. B. Rühren, abgefüllt werden.

Bei einer nur geringen Zugäbe von einem die Abbindung beschleunigenden Mittel kann es dagegen günstiger sein, vor dem eigentlichen Abpacken des Zuschlagstoffes eine Zwischenlagerung vorzusehen, und danach das Gut einer mechanischen Behandlung ausgesetzt wird und sich dabei allenfalls vorhandene Klumpen auflösen, bzw. auseinanderfallen.

Bei geringerer Dosierung des Abbindebeschleunigers, wie z. B. Natronwasserglas, kommt es auch zu einer Verlängerung der Abbindezeit des Zements, wodurch sich auch Klumpen mit relativ geringer Haftung bilden können, die sich bei der beim Abfüllen unvermeidlichen Bewegung der Partikel gegeneinander im wesentlichen auflösen. Dies umso mehr wenn es aufgrund einer Zwischenlagerung zu einem vollständigen Abbinden des Zementpulvers mit den Kunststoffpartikeln kommt.

Um die Bildung von Klumpen weitestgehend zu unterbinden, kann weiters vorgesehen sein, daß nach dem Vermischen der Partikel mit dem mit Zementmilch gut abbindenden, vorzugsweise mineralischen Mittel und vorzugsweise einer Rastzeit, die ummantelten Partikel mit Steinmehl vermischt werden.

Dabei wirkt das Steinmehl praktisch als Trennmittel für die einzelnen Partikel, wodurch ein so behandelter Zuschlagstoff besonders rieselfreudig bleibt

Bei der Verwendung von aus zerkleinertem Polystyrolschaum-Altmaterial hergestellten Partikeln, ergibt sich aufgrund deren zerklüfteter Oberfläche, daß es zu einer gegenseitigen innigen Verzahnung der Partikel bei der Herstellung von Leichtbeton kommt, wodurch sich trotz sehr geringer Rohdichte von z. B. 0,2 bis 0,35 kg/dm3 sehr hohe Biegezugfestigkeitswerte ergeben. Versuche haben darüberhinaus ergeben, daß solche Leichtbetone völlig problemlos auch mit Freifallmischem sogar bis zu Rohdichten von 0,6 bis 0,75 kg/dm3 hergestellt werden können. Dabei zeigte es sich, daß bei der Rohdichte 0,6 die 28 Tage Würfeldruckfestigkeit 2 N/mm2 bzw. 20 kg/cm2 betragen hat und bei Rohdichten von ca. 0,75 wurden Würfeldruckfestigkeiten bis zu 3,2 N/mm2 bzw. 32 kg/cm2 gemessen.

Dieses solche Material eignet sich nun im Tiefbau als Ersatz für die Frostschutzschichte und zugleich als Ersatz für die Tragschichte. Lediglich die Verschleißschichte in Form asphaltgebundener oder zementgebundener

Massen braucht nun auf die z. B. 40 cm dicke Leichtbetonschichte (der Rohdichte 0,6 kg/dm3) aufgebracht zu werden. Es hat sich gezeigt, daß die Verbindung mit der Betonverschleißschicht gut erfolgt. Überraschend war, daß die Aufbringung einer Heißasphaltschicht sehr gute Erfolge bringt.

Durch die Hitzeeinwirkung des Heißasphaltes schmelzen oberflächlich befindliche Thermoplast-Schaumstoffpartikel. Dadurch erfolgt eine extrem gute Verzahnung dieses Unterbaues mit dem Heißasphalt. Dieses Einsatzgebiet gestattet es, daß auf kostspieliege Kies- und Schwerbetonunterbauten im Straßenbau manchmal verzichtet werden kann, da mittels des erfindungsgemäßen Leichtbetons ein billigeres und qualitativ besseres Verfahren angewendet werden kann. Darüberhinaus ist der erfindungsgemäße Leichtbeton sehr wärmedämmend und wasserdurchlässig und dabei aber absolut frostsicher!

Die Erfindung wird nun anhand eines Beispiels näher erläutert

Es wurden 1000 Liter durch Zerreißen von Altmaterial (Styropor bzw. Polystyrolschaum) hergestellte Schaumstoffflocken, die jedoch auch durch Aufschäumen von Perlen, z. B. aus Polystyrolschaum hergestellt werden könnten, mit z. B. einer Korngröße von 2 bis 10 mm in einem Mischtrog eines Zwangsmischers gefüllt und diesem eine Mischung aus 15 Liter Wasser, das vorher mit einem die Oberflächenspannung verminderndem Mittel versetzt wurde, und 15 bis 18 Liter Natronwasserglas, das als Abbindebeschleuniger dient, zugesetzt

Danach wurden bei schnell laufender Mischwelle 70 bis 75 kg Zement u. zw. ein schnell abbindender Zement wie PZ 475 zugegeben.

Aufgrund des hohen Anteils an Wasserglas der Befeuchtungsflüssigkeit erstarrte der diese benetzten Oberflächen der Partikel berührende Zement innerhalb weniger Sekunden, wobei jedes Partikel nur soviel Zement binden konnte, als die Wasserglas-Wassermischung, Zement binden konnte. Dabei bildete sich auf den Partikeln eine durchgehende dünne Zementschicht aus.

Nach einer Mischzeit von 2 min und ein»: Rastzeit von weiteren 2 min, waren die Kunststoffpartikel mit einer erstarrten Zementschichte umgeben und zeigten keine Neigung zur Klumpenbildung. Es «wies sich auch, daß sich nur leichte Verklebungen ergaben, die aber beim Entleeren aus dem Mischtrog, aufgrund der dabei auf diese ein wirkenden relativ geringen Kräfte zerfielen und der fertige Zuschlagstoff sofort in Säcke abgefüllt werden konnte.

Bei geringerer Dosierung des Abbinde-Beschleunigungsmittels hat sich allerdings eine Zwischenlagerung, je nach der Temperatur, für etwa 6 bis 18 Stunden und eine anschließende mechanische Behandlung, z. B. durch Rühren oder eine Druckanwendung, vor der Verpackung des Materials als günstig erwiesen, um Zusammenballungen von Partikeln zu zerbrechen.

Bei einer direkten Abpackung nach der Rastzeit von wenigen Minuten, war es aber durchaus ausreichend die -3-

Claims (6)

1. AT 392 962 B mit dem Zuschlagstoff gefüllten Säcke am nächsten Tag leicht zu walken, um die Zusammenballung zu erhalten. Eine weitere Zugäbe von Zementpulver führte zu keiner Änderung, und keinem Anwachsen der, die Schanmstoffpartikel umhüllenden Zementschichte, da das weitere Zementpulver nicht mehr abbinden konnte. Als günstigen Effekt zeigte es sich, daß obwohl der zufolge von längerer Ablagerung der zerkleinerten Schaumstoffabfälle bereits entwichenen Reste des Aufschäumtreibgases (wie Penthan oder Frigen) während der ersten 8 Stunden nach Abfüllung der frisch ummantelten Schaumstoffpartikel in Kunststoffsäcken, eine überraschende Expansion des Sackinhaltes erfolgte. Besonders dann, wenn die Säcke mit z. B. 200 Liter Inhalt Mann an Mann gelagert wurden. Erklärt wird diese unerwartete Volumsvergrößerung um 5 bis 10 % dadurch: Die freiwerdende Hydradationswärme des Zements im Zusammenhang mit der extremen Wärmedämmeigenschaft des Schaumstoffmaterials ergibt Temperaturen von 80 bis 100 Grad Celsius. Die Partikel werden dabei etwas plastisch und die in den Poren befindliche Luft expandiert durch die Erwärmung. Auch die Kunststoffsackhülle wird heiß und dehnbar. Somit ist eine selbsttätige Vermehrung der erzeugten Produkte in Gang gesetzt Der so erhaltene Zuschlagstoff ließ sich in einem üblichen Freifallmischer unter normalen Baustellenbedingungen zu Leichtbeton verarbeiten. Dieser wies eine Wärmeleitzahl im Bereich von 0,05 bis 0,07 W/mk bei Rohdichten von 0,18 kg/dnp bis 0,25 kg/dm^ auf und war hoch diffusionsfähig und absolut frostsicher und «wies sich überdies als nicht spröde und völlig feuersich«. Dadurch eignet sich ein mit erfindungsgemäß hergestellten Zuschlagstoffen hergestellter Leichtbeton neben zahlreichen Anwendungsgebieten besonders für Anwendungen im Dachgeschoß-Deckenisolierungsbereich, weil dieser nicht nur extrem gute Dämmeigenschaften besitzt, sondern auch deshalb, weil damit die Feuersicherheit gegeben ist. Aber auch im Straßenbau läßt sich dieser mit Prottelith bezeichnete Leichtbeton gewinnbringend einsetzen. Weiters weißt der so erzeugte Leichtbetonzuschlagstoff den Vorteil auf, als nun jederzeit an jedem Ort mittels gewöhnlicher Freifallmischer die erfindungsgemäßen Leichtbetone herstellbar wurden. Es sind keine kompliziert«! Herstellungstechnologien "vor Ort" erforderlich. PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Herstellung von leichten Betonzuschlagstoffen, insbesondere aus Kunststoffrecyclingstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß Partikel aus geschlossenzeiligen Schaumstoffen, wie Styropor, wobei gegebenenfalls die Schaumstoffpartikel vor deren Umhüllung mit den nachfolgend genannten Mineralstoffen durch eine Wärmebehandlung vorbehandelt werden, im Mischtrog eines Zwangsmischers mit einer Mischung aus Wasser und Wasserglas benetzt werden und in selbem Mischzyklus anschließend mit soviel Zementpulver versetzt werden, daß die gesamte Menge der Benetzungsflüssigkeit mit Zementpulver gebunden wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korngröße der Partikel 2 bis 10 mm oder auch 20 bis 30 mm darüber beträgt.
3. 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die so hergestellten Leichtbetonzuschlagstoffteilchen anschließend im Mischtrog mit Steinmehl vermischt werden.
4. 4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die frisch erzeugten Zuschlagstoffe mit ihren im Abbinden begriffenen Zementmörtelumhüllungen in mindestens 200 literfassende Kunststoffsäcke abgefüllt werden.
5. 5. Verfahren zur Nachbehandlung von Leichtbetonen, hergestellt mit gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4 hergestellten Leichtbetonzuschlagstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Oberfläche dieser Leichtbetone entweder sofort oder erst nach einem oder mehreren Tagen Heißasphalt oder dergleichen Straßenbeläge oder Schwerbeton aufgebracht wird.
6. 6. Verwendung von Leichtbetonen, hergestellt aus Zuschlagstoffen gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, wobei diese Leichtbetone auch schon mit gewöhnlichen Freifallmischem hergestellt werden, zur Herstellung von Geschoßdeckenwärmedämmungen oder zur Herstellung von Baukonstruktionsteilen oder Straßenunterbauten. -4-