AT394186B - Verfahren zur herstellung von leichten betonzuschlagstoffen - Google Patents

Description

AT 394 186 B

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

Als Zuschlagstoffe für Leichtbeton wurden bisher gebrannter Blähton, Hüttenbims, Perlite, aufgeschäumte Polystyrolkügelchen oder ähnliche Stoffe verwendet.

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 dieser sehr feuchtigkeitsempfindlich, und erleidet beim Mischvorgang durch Reibwirkung Volumsverkleinerungen. Die Haftfähigkeit des Zementleimes auf Polystyrolschaumkügelchen ist problematisch. Daher sind Polystyrolschaumkügelchen oder zerkleinerte Partikel aus Schaumstoffrecycling Material 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 Druckfertigkeiten aufweisen, sondern dabei auch hoch diffusionsfähig, wasserdurchlässig, elastisch, frostsicher, feuersicher und extrem leicht sind.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe dienen erfindungsgemäß die Merkmale der Ansprüche 1 bis 4.

Darüber hinaus sollen neuartige Anwendungsverfahren für Leichtbetone, welche vorwiegend unter Verwendung der erfindungsgemäßen Zuschlagstoffe hergestellt sind, aufgezeigt werden. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß Partikel aus einem geschlossenzeiligen Schaumstoff, wie z. B. Styropor oder Polystyrolschaumstoff, mit einer Mischung z. B. ca. 50 % zu ca. 50 % aus Wasser und einem die Abbindung von Zement beschleunigendem Mittel, z. B. Wasserglas, benetzt und anschließend mit einem mit Zementmilch gut bindendem Stoff, z. B. Zement vermischt und dabei ummantelt werden. Dabei bewährt sich Natronwasserglas (Na 20 + Si02) am besten. Auf diese Weise wird ein sehr leichter Zuschlagstoff erhalten, der jedoch aufgrund seiner Ummantelung mit einem mit Zementmilch gut bindendem Stoff, wie eben Zement, gut mit der Zementmilch abbindet und mit dieser gut mischbar ist. Gleichzeitig verhindert 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 Verhältnis von Partikelgewicht zu dessen Auftrieb ergibt

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

Durch die Benetzung der Partikel mit einem, eine extreme Beschleunigung der Erstarrungszeit bzw. Abbindezeit herbeiführenden, gegebenenfalls verdünnten Mittels, wie z. B. Natronwasserglas oder desgleichen, wird erreicht, daß sich anschließend die in den Mischtrog zugegebenen Mittel, wie z. B. Zementpulver rasch an die benetzten Partikel anlegen und mit diesem abbindet und dabei die Kunststoffschaumpartikel umhüllt. Da nun der Zement aufgrund der Benetzung der Partikel mit einem, ein Abbinden des Zements beschleunigenden Mittel sehr rasch an diesem erhärtet, kann jedes Partikel nur soviel Zement an sich binden, als das Abbindungs-Beschleuni-gungsmittel zu binden vermag.

Dies führt dazu, daß jedes Partikel mit einer dünnen, z. B. aus Zementstein bestehenden Schichte umhüllt wird. Dabei hängt die Dicke dieser Schichte von der Dosierung des Abbindebeschleunigers im zur Benetzung der Kunststoffpartikel vorgesehenen Wasser bzw. der absoluten Menge dieser gegebenenfalls mit Wasser verdünnten Mischung, ab.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Schaumstoffpartikel vor dem Benetzen einer Wärmebehandlung unterzogen werden, um deren Dichte zu erhöhen. Mit Erhöhung der Dichte der Schaumkunststoffpartikel wird überraschenderweise ein überproportionaler Anstieg der Eigenfestigkeit der Schaumstoffpartikel durch Verglasung deren Oberfläche, infolge Schmelzens und der damit verbundenen Oberflä-chenversteifung dieser Thermoplaste, erzielt. Mit der 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 die gewünschten Sollfestigkeiten erreicht werden. Dies hat außerdem den Vorteil, daß bei geringerem Eigengewicht des Fertigleichtbetons gleiche Festigkeiten und zusätzlich bessere Wärmedämmeigenschaften hervorgerufen werden. Durch diese Maßnahme läßt sich auf einfache Weise die Beschaffenheit des Zuschlagstoffes und damit auch die Beschaffenheit des mit diesem hergestellten Leichtbeton 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 hergestellt werden, mit z. B. 20 bis 30 mm Korngröße, um zum Beispiel Drainagekörper, welche frostsicher, wärmedäm- -2-

AT394 186 B mend und bis zu einem gewissen Grad elastisch und dabei unverrottbar sein sollen, herzustellen. Insbesondere führt die vorangegangene Hitzebebehandlung der Kunststoffschaumpartikel dazu, daß die einzelnen Partikel praktisch kein Wasser mehr aufnehmen können, weil deren Oberfläche "verglast” wurde. Also außer einer Festigkeitssteigerung ist darüberhinaus noch die Verminderung des Wasseraufnahmevermögens erreicht. Damit ist gewährleistet, daß die ohnehin schon kurze Rücklrocknungszeit der fertigen Leichtbetonmasse nochmals verkürzt wird. Dabei wurde jedoch das Diffusionsvermögen der Masse nicht verschlechtert. Ebenso nicht die 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 weniger Zement für die Bildung des Zementleimbindemittels erforderlich wird, 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 Zugabe 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 geringer Dosierung des Abbindebeschleunigers, wie z. B. Natronwasserglas, kommt es auch zu einer Verlängerung der Abbindezeit des Zements, wodurch sich auch Klumpen von ummantelten Partikeln 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 weitgehendst zu unterbinden, kann weiters vorgesehen sein, daß nach dem Vermischen der Partikel mit dem mit Zementmilch gut abbindenden, vorzugsweise mineralischen Mittel 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/dm^ sehr hohe Biegezugfestigkeitsweite ergeben. Versuche haben darüberhinaus ergeben, daß solche Leichtbetone völlig problemlos auch mit Freifallmischem sogar bis zu Rohdichten von 0,6 kg/Liter bis 0,75 kg/Liter hergestellt werden können. Dabei zeigte es sich, daß bei der Rohdichte 0,6 kg/Liter die 28 Tage Würfeldruckfestigkeit 2 N/mm^ bzw. 20 kg/cm^ betragen hat und bei Rohdichten von ca. 0,75 kg/Liter wurden Würfeldruckfestigkeiten bis zu 3,2 N/mra^ bzw. 32 kg/cm^ gemessen.

Dieses solche Material eignet sich nun im Straßenbau bzw. 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 aufgebracht zu werden. Es hat sich gezeigt, daß die Verbindung des erfindungsgemäß bereiteten Leichtbetones auch mit asphaltgebundenen Verschleißschichten sehr gut erfolgt Überraschend war, daß die Aufbringung reiner Heißasphaltschichten 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 kostspielige 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 vermindernden Mittel versetzt wurde, und 15 bis 18 Liter Natronwasserglas, das als Abbindebeschleuniger dient, zugesetzL

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 Zementleimschicht.

Nach einer Mischzeit von 2 min und einer Rastzeit von weiteren 2 min, waren die Kunststoffpartikel mit -3-

AT 394 186 B einer erstarrten Zementleimschichte umgeben und die Partikel zeigten keine Neigung zur Klumpenbildung. Es erwies sich auch, daß sich nur leichte Verklebungen ergaben, die aber beim Entleeren aus dem Mischtrog, aufgrund der dabei auf diese einwirkenden relativ geringen Kräfte zerfielen und der fertige Zuschlagstoff sofort in Säcke abgefüllt werden konnte.

Bei geringerer Dosierung des Abbinde-Beschleunigungsmittels hat sich allerdings eine Zwischerlagerung, 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 mit dem Zuschlagstoff gefüllten Säcke am nächsten Tag leicht zu walken, um die Zusammenballung zu zerstören.

Eine weitere Zugabe von Zementpulver bei der Herstellung des oben beschriebenen Mischvorganges führte zu keiner Änderung, und keinem Anwachsen der, die Schaumstoffjpartikel umhüllenden Zementleimschichte, da das weitere Zementpulver nicht mehr benetzt werden 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 Schaumstoffpanikei 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 der Schaumstoffpartikel befindliche Luft der Treibgasreste expandieren durch die Erwärmung. Auch die Kunststoffsackhülle wird heiß und dehnbar. Somit ist eine selbständige Vermehrung der erzeugten Produkte in Gang gesetzt, Volumsvergrößerungen (des Schnittvolumens) von 5 -10 % sind die Regel.

Der so erhaltene Zuschlagstoff ließ sich unter Zugabe von Wasser und Zement auch in einem üblichen Freifallmischer unter normalen Baustellenbedingungen zu Leichtbeton verarbeiten. Dieser Leichtbeton wies eine Wärmeleitzahl im Bereich von 0,05 bis 0,07 W/mk bei Rohdichten von 0,18 kg/drn^ bis 0,25 kg/dm^ auf und war hoch diffusionsfähig, alsolut frostsicher und erwies sich überdies als nicht spröde und völlig feuersicher.

Ein mit den erfindungsgemäß hergestellterr Zuschlagstoffen hergestellter Leichtbeton eignet sich neben zahlreichen Anwendungsgebieten auch besonders für die Anwendung im Dachgeschoß-Deckenisolierungsbereich und Niveauausgleich, weil dieser nicht nur extrem gute Dämmeigenschaften besitzt, sondern auch deshalb, weil damit die Feuersicherheit gegeben ist Aber auch im Straßenbau läJßt sich dieser mit Prottelith bezeichnete Leichtbeton gewinnbringend einsetzen.

Weiters weist der so erzeugte Leichtbetonzuschlagstoff den Vorteil auf, als nun jederzeit an iedem Ort mittels gewöhnlicher Freifallmischer die erfindungsgemäßen Leichtbetone herstellbar wurden. Es sind keine komplizierten Herstellungstechnologien "vor Ort" erforderlich.

Ein weiteres Anwendungsverfahren mit den erfindungsgemäßen Leichtbetonen besteht darin, als solche Leichtbetone vorzugsweise mit großer "Körnung" der Polystyrolschaumstoffpartikel als Dachgefällebildner eingesetzt werden. So wird dieser Leichtbeton zunächst aus "Prottelith-Trocken” also aus den unter Verwendung von Abbindebeschleunigem hergestellten mineralisch ummantelten Partikeln (bis 30 mm Korngröße) - vor Ort auf der Baustelle unter Zugabe von Wasser und Zement im Freifallmischer oder im Estrichfördergerät gemischt und über Schlauchleitungen auf Flachdächer gefördert. Dort wird der Leichtbeton "Prottelith" genannt entsprechend dem gewünschten Dachgefälle aufgeteilt

Vorher werden jedoch gelochte Schläuche aus Kunststoff oder anderen Stoffen in die Masse eingelegt. Diese Schläuche z. B. 15 mm bis 80 mm Durchmesser messend, werden auch untereinander verbunden, damit dann, wenn die Oberfläche des geschütteten Prottelith Materiales mittels wasserdichten Stoffen wie z. B. Polyuraethan-schaum oder dergleichen abgedichtet werden - eine 'Entlüftung des Prottelith-Materiales” bewirkt wird.

Einige Enden der Luft- oder Dampfdruckdrainageschläuche werden dabei zu Dachenüüfungsstutzen geführt um etwaig entstehende Wasserdampf- oder zufolge von Wärmeeinwirkung entstandenen Luftüberdruck aus der Prottelith Leichtbetonschicht entweichen zu lassen.

Die Drainageschlauchanordnung ermöglicht es auch, daß Restfeuchtigkeit aus der Prottelith-Schüttgutmasse entweichen kann. Damit wird gesichert, daß keine Aufblähungen des Dachgefälleschüttgutes bzw. der darüber befindlichen Abdichtungshaut entstehen.

Erst durch die Verwendung des extrem porigen erfindungsgemäßen Leichtbetones "Prottelith" ist dieses kostensparende Verfahren möglich geworden, weil die Porigkeit des Prottelith-Materiales so groß ist, daß die Enüüftungsrohre oder Schläuche nur im Abstand von 3-4 Metern verlegt zu werden brauchen.

Es kann sich auch trotz dieser großen "Feldweiten" kein "Dampfdruck" aufbauen.

Dabei wirkt sich eine größere Korngröße des Polystyrolzuschlagstoffes von z. B. 20 bis 40 mm begünstigend aus. Auch wird das Eigengewicht des Belages damit erheblich vermindert. -4-

Claims (5)

1. AT 394 186 B PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Herstellung von leichten Betonzuschlagstoffen aus geschäumten Kunststoffen oder solchen aus zerkleinerten Schaumstoffverpackungen gewonnenen Partikeln, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel aus geschäumtem Kunststoff, welche vor Einbringung in einen Mischtrog einer Hitzebehandlung ausgesetzt werden, die eine Verglasung der Partikeloberflächen bewirkt, in einem Mischtrog eines Zwangsmischers mit Wasser oder einem die Abbindung von Zement beschleunigenden Mittel, wie Wasserglas, benetzt werden und vorzugsweise im gleichen Mischzyklus anschließend mit soviel Zementpulver versetzt werden, daß die gesamte Menge der Benetzungsflüssigkeit mit Zementpulver gebunden wird und daß diese Mischung sofort nach Verlassen des Mischers bzw. nach Beenden des Mischvorganges in die Endverpackung abgefüllt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korngröße der Partikel 2 bis 10 mm, 10 bis 20 mm oder auch 20 bis 30 mm oder darüber beträgt.
3. 3. Verfahren zur Herstellung von Leichtbetonzuschlagstoffen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die frisch erzeugten Zuschlagstoffe in mindestens 200 Liter fassende Kunststoffsäcke abgefüllt werden.
4. 4. Verwendung von Leichtbeton, welcher aus Zuschlagstoffen nach Anspruch 1 bis 3 hergestellt ist, zur Herstellung von Straßenunterbauten, auf welchen unmittelbar nach Einbau oder später nach Aushärtung des Leichtbeto-nes Heißasphalt, Straßenbeläge oder Schwerbeton aufgebracht wird.
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