AT7308U1 - Verfahren zur herstellung von bauelementen für den hoch- und tiefbau - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Herstellung von Bauelementen wie Ziegel, Platten oder Formteilen für den Hoch- und Tiefbau, bei dem ein Gemenge von jeweils gleichen Anteilen an Ton mit Korngrößen unter 100 µm, Feinsand mit Korngrößen von 100 µm bis 2 mm und Sand mit Korngrößen über 2 mm in einem Mischer mit Polyelektrolyten, vorzugsweise Polymere oder Copolymere auf Basis von Acrylamid, sowie einem hydraulischen Bindemittel oder einer Bitumenemulsion vermengt, in Formen eingebracht und bei einem Pressdruck von mindestens 40 N/mm2 gepresst wird. Das erfindungsgemäße Verfahren bewirkt eine irreversible Gefügebeeinflussung der Bestandteile des Gemenges aufgrund der Agglomeration der Feinteile und einer Veränderung der kapillaren Wasserführung durch das Aufbrechen des Haftwasserfilmes an den kolloiden Bestandteilen.

Description

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   Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Bauelementen wie Ziegel, Platten oder Formteilen für den Hoch- und Tiefbau. 



   Bei Verfahren dieser Art ist zu beachten, dass die Bauwirtschaft aus vielerlei Gründen mit stän- dig abnehmenden Gewinnspannen konfrontiert ist, die einen starken Bedarf nach preisgünstigen Bauelementen schaffen. Neben der Anforderung möglichst preisgünstig zu bauen, wird von der Bauwirtschaft auch die Einhaltung stets strengerer Sicherheitsbestimmungen und Baunormen gefordert, sodass an diese preisgünstigeren Bauelemente, etwa Formteile für den Hoch- und Tiefbau, in qualitativer Hinsicht dennoch hohe Anforderungen zu stellen sind. 



   Es ist daher Ziel der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Bauelementen wie Ziegel, Platten oder Formteilen für den Hoch- und Tiefbau zu schaffen, wobei das Verfahren kostengünstig ausführbar sein soll und die so erzeugten Bauelemente sich als widerstandsfähig gegen Zug- und Druckbeanspruchung sowie gegen Witterung erweisen. Dieses Ziel wird durch die kennzeichnen- den Merkmale von Anspruch 1 erreicht. 



   Anspruch 1 sieht vor, ein Gemenge von jeweils gleichen Anteilen an Ton mit Korngrössen unter 100   um,   Feinsand mit Korngrössen von 100 um bis 2 mm und Sand mit Korngrössen über 2 mm in einem Mischer mit Polyelektrolyte, vorzugsweise Polymere oder Copolymere auf Basis von Acryl- amid, sowie einem hydraulischen Bindemittel zu vermengen, in Formen einzubringen und bei einem Pressdruck von mindestens 40 N/mm2 zu pressen. Dieses Verfahren ist einerseits beson- ders einfach durchzuführen, da nur geringe Anforderungen and die apparative Ausrüstung gestellt werden und andererseits die erforderlichen Zumischanteile leicht und billig erhältlich sind.

   Als Ton wird hierbei jener Bodenanteil verstanden, dessen Korngrössen unter 100 um liegen, als feinsand jener Anteil mit Korngrössen von 100   um -   2 mm und als Sand jener Anteil mit Korngrössen über 2 mm. Diese Ton-, Feinsand- und Sandanteile sind in Böden reichlich vorhanden, wenngleich die durch Abtragung des Bodens gewonnenen Ton-, Feinsand- und Sandanteile in ihren Mengenantei- len von der geforderten Zusammensetzung selbstverständlich abweichen können. Europäische Böden weisen etwa einen hohen Lehm- und Kiesgehalt auf, sodass in diesem 'Fall Sandanteile zuzumischen sind. Auch die erforderlichen hydraulischen Bindemittel, beispielsweise Zement, hochhydraulischer Kalk, Kalkhydrat oder Feinkalk, sind reichlich und billig verfügbar. 



   Das zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens erforderliche Gemenge an Ton, Feinsand und Sand ist einfach zu gewinnen, da die meisten Böden diese drei Bestandteile in ausreichendem Mass enthalten. In der praktischen Durchführung sind zur Gewinnung des Gemen- ges an Ton, Feinsand und Sand lediglich die oberen Bodenschichten abzutragen und nach Besei- tigung von Kies-, Stein sowie organischer Anteile Mischanlagen zuzuführen, in denen sie mit dem jeweiligen Bindemittel sowie den Polyelektrolyten vermengt werden. Es ist lediglich die Zusam- mensetzung an Ton, Feinsand sowie Sand zu überprüfen und sicherzustellen, dass sie zu jeweils gleichen Anteilen vorkommen. Gegebenenfalls ist eine Komponente zuzumischen, falls sie in einem zu geringen Anteil vorkommt.

   Liegen Ton-, feinsand- und Sandanteile wie oben definiert im wesentlichen zu jeweils gleichen Anteilen vor, kann dieses Gemenge, das im folgenden auch als .aufbereitetes Gemenge" bezeichnet wird, den weiteren Verfahrensschritten zugeführt werden. 



   Die Wahl des jeweiligen Bindemittels sowie dessen erforderliche Zumischmenge richtet sich insbesondere nach der genauen Korngrössenverteilung sowie Feuchtigkeit des aufbereiteten Ge- menges. Hinsichtlich der Korngrössenverteilung des aufbereiteten Gemenges ist nicht nur die Mengenverteilung zwischen Ton-, Feinsand- und Sandanteil von Interesse, sondern auch die Korngrössenverteilung innerhalb jeder dieser Gruppen. Daraus können bereits grundlegende Eigenschaften des aufbereiteten Gemenges etwa hinsichtlich seiner Verdichtungsfähigkeit abgelei- tet werden. 



   Wie noch näher ausgeführt werden wird, erweisen sich als hydraulische Bindemittel zur Durch- führung des erfindungsgemässen Verfahrens in der Regel Feinkalk oder Kalkhydrat als geeignet, wobei in manchen Fällen auch Hochhydraulischer Kalk, Zement und bituminöse Bindemittel Ein- satz finden können. 



   Als Polyelektrolyt wird hier im herkömmlichen Sinn ein wasserlösliches ionisches Polymer be- zeichnet, das anionisch aus Polysäuren (z.B. Polycarbonsäuren), kationisch aus Polybasen (z.B. 



  Polyvinylammoniumchlorid) entsteht oder neutral ist (Polyampholyte oder Polysalze). Ein Beispiel für natürliche Polyelektrolyte sind Polysaccharide mit ionischen Gruppen wie Carrageen, aber auch Proteine und langkettige Polyphosphate. Erfindungsgemäss werden vorzugsweise Polyacrylamide 

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 als Polyelektrolyte eingesetzt, also Verbindungen aus Monomeren auf Acrylamidbasis. Es ist des weiteren denkbar, auch Mischungen mono- und polymerer Polyelektrolyte, eventuell gemeinsam mit Lösungsvermittlern, Emulgatoren und Katalysatoren sowie mit Beimengungen an Propylendia- min, Dimethylammoniumchlorid oder Isopropylalkohol einzusetzen. Alternativ dazu können auch Mischungen kationischer Tenside eingesetzt werden.

   Wie noch ausgeführt werden wird, bewirken diese Polyelektrolyte eine Agglomeration der feinkörnigen Bestandteile, die nicht auf der chemi- schen Umwandlung von Wasser beruht. 



   Das Gemisch bestehend aus Ton-, Feinsand- und Sandgemenge, Polyelektrolyt sowie hydrau- lischem Bindemittel wird in weiterer Folge in Formen eingebracht und bei einem Pressdruck von mindestens 40 N/mm2 gepresst. Die Wahl des Pressdruckes beeinflusst die letztendliche Festigkeit der Bauelemente, wobei man in der Regel aber mit einem Pressdruck von 40-120   N/mm2   das Auslangen findet. 



   Gemäss Anspruch 2 wird das Polyelektrolyt mit einem bevorzugten Mengenanteil von 0.001-2 Gewichtsprozent, bezogen auf das Trockengewicht des Gemenges von Ton, Feinsand und Sand, beigemengt. Gemäss Anspruch 3 wird vor Zugabe des hydraulischen Bindemittels dem hydraulischen Bindemittel ein Styren-Acryl Kopolymer beigemengt, was insbesondere bei nassen und salzigen Gemengen vorteilhaft ist. 



   Die Erfindungsziele werden auch durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 4 er- reicht. Diese Vorgangsweise ist besonders bei aufbereiteten Gemengen vorteilhaft, die über gerin- ge Feuchtigkeit und hohem Feinsandanteil verfügen. Anspruch 4 sieht hierbei vor, dass dem aufbereiteten Gemenge eine Bitumenemulsion sowie Polyelektrolyte, vorzugsweise Polymere oder Copolymere auf Basis von Acrylamid, beigemengt werden. 



   Gemäss Anspruch 5 wird das Polyelektrolyt mit einem bevorzugten Mengenanteil von 0.001-2 Gewichtsprozent, bezogen auf das Trockengewicht des Gemenges von Ton, Feinsand und Sand, beigemengt. Anspruch 6 beansprucht schliesslich die Verwendung von Polyelektrolyten, vorzugsweise Polymere oder Copolymere auf Basis von Acrylamid, zur Herstellung von Bauele- menten wie Ziegel, Platten oder Formteilen für den Hoch- und Tiefbau. 



   Die Ansprüche 7 und 8 beanspruchen Ziegel sowie Formteile für den Hoch- und Tiefbau, die Polyelektrolyte, vorzugsweise Polymere oder Copolymere auf Basis von Acrylamid, enthalten. 



   Im folgenden wird das erfindungsgemässe Verfahren näher beschrieben: 
Zunächst sind zur Gewinnung des Gemenges an Ton, Feinsand und Sand die oberen Boden- schichten abzutragen und nach Beseitigung von Kies-, Stein sowie organischer Anteile Mischanla- gen zuzuführen. An der Zusammensetzung dieser Bodenschichten sind keine grossen Anforderun- gen zu stellen, da die zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens erforderlichen Ton-, Feinsand- und Sandanteile zumeist reichlich vorkommen. Es ist lediglich die relative Zusammen- setzung an Ton, Feinsand sowie Sand zu überprüfen und sicherzustellen, dass sie zur weiteren Verarbeitung zu jeweils gleichen Anteilen vorkommen. Gegebenenfalls ist eine Komponente zuzu- mischen, falls sie in einem zu geringen Anteil vorkommt. 



   Liegen Ton-, Feinsand- und Sandanteile wie oben definiert im wesentlichen zu jeweils gleichen Anteilen vor, wird dieses aufbereitete Gemenge in einem anschliessenden Verfahrensschritt mit dem Polyelektrolyt in einem Mischer vermengt. Wie bereits erwähnt, werden hier als Polyelektroly- te wasserlösliche ionische Polymere bezeichnet, die anionisch aus Polysäuren (z. B. Polycarbon- säuren), kationisch aus Polybasen (z. B. Polyvinylammoniumchlorid) entstehen oder neutral sind (Polyampholyte oder Polysalze). Es ist des weiteren denkbar, auch Mischungen mono- und poly- merer Polyelektrolyte, eventuell gemeinsam mit Lösungsvermittlern, Emulgatoren und Katalysato- ren sowie mit Beimengungen an Propylendiamin, Dimethylammoniumchlorid oder Isopropylalkohol einzusetzen.

   Diese Polymere verfügen über ionische dissoziierbare Gruppen, die Bestandteil der Polymerkette sein können und deren Zahl so gross ist, dass die Polymere in der dissoziierten Form wasserlöslich sind. Vorzugsweise wird Polyacrylamid in Suspensionsform verwendet. In wässriger Lösung verfügen Polyelektrolyte über reaktive Gruppen, die eine starke Affinität zu den Oberflä- chen der Kolloide und Feinstpartikel des Feinkornanteils des Bodens zeigen.

   Je nach der lonogeni- tät des Polyelektrolyts beruhen die Wechselwirkungen gegenüber den Feststoffteilchen auf der Bildung von Wasserstoff-Brücken, wie dies bei den nichtionischen Polymeren der Fall ist, oder auf elektrostatischen Wechselwirkungen und auf Ladungsaustausch und dadurch bedingte Entstabili- sierung der Partikeloberfläche: In diesem Sinne wirken die anionischen (= negativ geladenen) und 

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 die kationischen (= positiv geladenen) Polyelektrolyte. Durch Entstabilisierung und Verknüpfung sehr vieler Einzelpartikel kommt es zur irreversiblen Agglomeration der Feinteilchen im Ton-, Feinsand- und Sandgemenge, was eine höhere Dichte und somit eine höhere Festigkeit des letzt- endlich erzeugten Bauelements bewirkt. Die erfindungsgemäss verwendeten Polyelektrolyte können somit auch als grenzflächenaktive Substanzen bezeichnet werden. 



   Ausschlaggebend für die optimale Wirkung des Polyelektrolyts sind die an der Partikeloberflä- che wirksamen Potentiale. Sie sind sowohl von den Teilchen selbst als auch von den Umgebungs- bedingungen abhängig, d. h. von der lonenstärke des Gemenges und den dadurch vorgegebenen Eigenschaften, wie pH-Wert, elektrische Leitfähigkeit oder Härte. Durch relativ einfache Vorversu- che wird der Fachmann das für den jeweiligen Anwendungsfall geeignete Polyelektrolyt mit der entsprechenden lonogenität ermitteln. Es hat sich aber gezeigt, dass etwa Polyacrylamid in den meisten Fällen geeignet ist und gute Eigenschaften hinsichtlich Verfestigung zeigt. Das Polyelekt- rolyt wird hierbei mit einem bevorzugten Mengenanteil von 0. 001-2 Gewichtsprozent, bezogen auf das Trockengewicht des Gemenges, verwendet.

   Der Mengenanteil wird sich insbesondere an der lonogenität des verwendeten Polyelektrolyts sowie am Feinkornanteil des Gemenges orientieren. 



  Bei Verwendung von Polyacrylamid haben sich meistens 0. 01 Gewichtsprozent als ausreichend erwiesen. Über die Verdünnung mit Wasser kann bei Ton-, Feinsand- und Sandgemengen mit niedrigem Feuchtigkeitsgehalt eine eventuell erforderliche Zugabe von Wasser dosiert werden. 



   In einem weiteren Verfahrensschritt wird im Falle eines nassen und/oder salzigen Gemenges und/oder Gemenge mit hohem Feinkornanteil ein Styren-acryl Copolmer, etwa eine Acrylsäuredis- persion zugefügt. Im Fall eines aufbereiteten Gemengen mit geringem Feuchtigkeitsgehalt und hohem Feinsandanteil wird bevorzugt eine Bitumenemulsion beigegeben.   -Es   ist aber nicht ausge- schlossen, dass sich auch eine Mischung eines Styren-acryl Copolmers und einer Bitumenemulsi- on als vorteilhaft erweisen kann. 



   Anschliessend wird das hydraulische Bindemittel beigegeben. In der Regel erweisen sich Fein- kalk oder Kalkhydrat zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens als geeignete Binde- mittel, wobei sich in Fällen mit jeweils hohem Anteil an grösseren Korngrössen auch Hochhydrauli- scher Kalk, Zement und bituminöse Bindemittel als vorteilhaft erweisen können. Die Zumischmen- ge des jeweiligen Bindemittels orientiert sich insbesondere auch an der Feuchtigkeit des aufberei- teten Gemenges, wobei man bestrebt ist, das sogenannte Proctor-Optimum zu erreichen, bei dem es sich um jenen Sättigungsgrad des Gemenges handelt, bei dem die optimale Verdichtungsfähig- keit des Gemenges gegeben ist.

   Oft weisen Böden und somit die daraus gewonnenen Ton-, Fein- sand- und Sandanteile einen zu hohen Feuchtigkeitsgehalt auf, wobei beim Einsatz von Feinkalk, Kalkhydrat oder Hochhydraulischem Kalk dem Gemenge Wasser entzogen wird. Das ist einerseits auf die chemische Umwandlung von Kalziumoxid   (Ca0)   in Kalziumhydroxid (Ca(OH)2) unter Ein- bindung von Wasser zurückzuführen, andererseits aber auch auf die bei dieser Reaktion frei wer- denden Wärmeenergie, die zum physikalischen Verdampfen von Wasser führt. Der Wassergehalt des Gemenges sollte für dieses erfindungsgemässe Verfahren beim Proctor-Optimum oder gering- fügig darüber liegen. 



   Anschliessend wird das Gemisch bestehend aus Ton-, Feinsand- und Sandgemenge, Polyelekt- rolyt sowie hydraulischem Bindemittel bzw. gegebenenfalls erforderlicher Zusatzstoffe wie Styren- Acryl-Copolymere, in Formen eingebracht und bei einem Pressdruck von mindestens 40 N/mm2 gepresst. Die Wahl des Pressdruckes beeinflusst die letztendliche Festigkeit der Bauelemente, wobei man in der Regel aber mit einem Pressdruck von 40-120 N/mm2 das Auslangen findet. Nach der Pressung sind die Bauelemente nach einem 50-prozentigen Rücktrocknen belastbar. 



   Die erfindungemässen Verfahren bewirken somit zunächst eine irreversible Gefügebeeinflus- sung der Ausgangskomponenten, nämlich Ton, Feinsand und Sand. Dies wird durch Agglomerati- on der kleinkörnigen Anteile und einer Veränderung der kapillaren Wasserführung durch das Aufbrechen des Haftwasserfilmes an den kolloiden Bestandteilen erreicht. Dadurch wird eine bessere Verdichtbarkeit des Gemenges sowie eine hohe Festigkeit des mithilfe des erfindungsge- mässen Verfahrens erzeugten Bauelemente erwirkt.

Claims (8)

1. ANSPRÜCHE : 1. Verfahren zur Herstellung von Bauelementen wie Ziegel, Platten oder Formteilen für den Hoch- und Tiefbau, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gemenge von jeweils gleichen Anteilen an Ton mit Korngrössen unter 100 um, Feinsand mit Korngrössen von 100 um bis 2 mm und Sand mit Korngrössen über 2 mm in einem Mischer mit Polyelektrolyte, vor- zugsweise Polymere oder Copolymere auf Basis von Acrylamid, sowie einem hydrauli- schen Bindemittel vermengt, in Formen eingebracht und bei einem Pressdruck von min- destens 40 N/mm2 gepresst wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyelektrolyt mit einem Mengenanteil von 0. 001-2 Gewichtsprozent, bezogen auf das Trockengewicht des Ge- menges von Ton, Feinsand und Sand, beigemengt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Vermengung mit dem hydraulischen Bindemittel dem hydraulischen Bindemittel ein Styren-Acryl Kopo- lymer beigemengt wird.
4. 4. Verfahren zur Herstellung von Bauelementen wie Ziegel, Platten oder Formteilen für den Hoch- und Tiefbau, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gemenge von jeweils gleichen Anteilen an Ton mit Korngrössen unter 100 um, Feinsand mit Korngrössen von 100 um bis 2 mm und Sand mit Korngrössen über 2 mm in einem Mischer mit Polyelektrolyte, vor- zugsweise Polymere oder Copolymere auf Basis von Acrylamid, sowie einer Bitumen- emulsion vermengt, in Formen eingebracht und bei einem Pressdruck von mindestens 40 N/mm2 gepresst wird.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyelektrolyt mit einem Mengenanteil von 0. 001-2 Gewichtsprozent, bezogen auf das Trockengewicht des Ge- menges von Ton, Feinsand und Sand, beigemengt wird.
6. 6. Verwendung von Polyelektrolyten, vorzugsweise Polymere oder Copolymere aufBasis von Acrylamid, zur Herstellung von Bauelementen wie Ziegel, Platten oder Formteilen für den Hoch- und Tiefbau.
7. 7. Ziegel für den Hoch- und Tiefbau, dadurch gekennzeichnet, dassr Polyelektrolyte, vor- zugsweise Polymere oder Copolymere auf Basis von Acrylamid, enthält.
8. 8. Formteile für den Hoch- und Tiefbau, dadurch gekennzeichnet, dass sie Polyelektrolyte, vorzugsweise Polymere oder Copolymere auf Basis von Acrylamid, enthalten.

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