Verfahren zur Herstellung von Leichtbeton. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Leichtbeton aus Zement und Treibmitteln.
Eine Sonderform der Betonerzeugnisse ist der Leichtbeton, das ist ein Produkt, dem durch künstliche Porosierung, insbesondere durch Gasentwicklung infolge von Reaktion eines geeigneten Metallpulvers mit Wasser, eine höhere Porosität gegeben wird.
Es ge lingt auf die3e Weise, das Raumgewicht sol cher Betonerzeugnisse herabzumindern und dadurch die Wärmeisolationsfähigkeit zu steigern. Bekannt ist eine Arbeitsweise, bei, der der Beton in üblicher Weise angemacht und die aus dem aufgetriebenen Gemisch von Zement und Wasser, gegebenenfalls neben Zuschlagstoffen, erzeugte Masse der Erhär tung an der Luft überlassen wird. Daneben ist .der Vorschlag gemacht worden, dem Ze ment feingemahlenen Schieferkalk zuzuset zen und diese Masse der Erhärtung zu über lassen.
Ein dritter Vorschlag .ging ,dahin, aus Kalk, Rückstand bei der Verbrennung von Ölschiefer und Treibmitteln die Rohmischung anzufertigen, diese der Porosierung zu unter- werfen und die endgültig geformten Körper einer Dampfhärtung zu unterziehen.
Alle bekannten Vorschläge führen nur zu einem mangelhaften Ergebnis; denn wenn es auch gelingt, durch die Porosierung .das Raumgewicht zu erniedrigen, so zeigen doch alle bekannten Leichtbetonarten eine sehr be trächtliche Sehwindung, die eigenartigerweise auch nach sehr langem Lagern. noch nicht zum Stillstand gekommen ist, eine mangel hafte Festigkeit, Rissbildung und andere Schäden.
Überraschenderweise wurde nun ein Weg gefunden, der die bisherigen Nachteile be seitigt, der insbesondere die Erzeugung von Leichtbeton gestattet, der praktisch über haupt keine bezw. eine nicht ins Gewicht fallende Sehwindung besitzt, sich also durch hohe Raumbeständigkeit, verbunden mit hoher mechanischer Festigkeit, Rissfreiheit, daneben auch durch ausserordentliche Korro- sionsfestigkeit auszeichnet.
Das neue Verfahren ist dadurch gekenn zeichnet, dass solche Mengen fein zerteilten kieselsäurehaltigen Materials zugegeben wer den, dass der Kalk,des Zementes bei der zur Erhärtung des Betons angewandten Dampf härtung völlig in Kalksilikat, vorzugsweise Monosilikat, übergeführt wird.
Erfindungsgemäss wird also einmal vom Bindestoff Zement (Portlandzement, Eisen portlandzement, hochwertige Schlacken zemente und dergleichen) ausgegangen. Es wird weiter die Erhärtung der Körper mit Hilfe von Dampf bewirkt, vorzugsweise Här tung mit Dampf unter Druck von beispiels- weise 5 bis 15 kgjcm2 während einer Zeit von 5 bis 20- Stunden. Schliesslich wird aber fein zerteilte Kieselsäure oder entsprechendes Kieselsäurematerial mitbenutzt, und zwar in einer solchen Menge, dass der Kalk des Ze mentes völlig in Kalksilikat,
vorzugsweise Monosilikat, übergeführt werden kann. Wird also beispielsweise von einem Zement mit 65% Ca0 und 20%, Si02 ausgegangen, so sind auf 100 Teile Zement mindestens etwa 50 Teile Si0= in Form feinstgemahlenen San des oder dergleichen zuzusetzen.
Die Einhaltung aller drei vorstehend auf gezählten Bedingungen ist für die Erreichung des erstrebten Erfolges von ausschlaggeben der Bedeutung.
Besondere Wichtigkeit kommt der Fein zerteilung des kieselsäurehaltigen Materials zu. Dieses wird vorteilhaft mindestens eine Feinheit des 10000 Maschensiebes besitzen, damit auch sichergestellt ist, dass die be- absichtigte Reaktion zwischen Kalk und Kie selsäure vor sich geht.
Bei der Auswahl der zu verwendenden Kieselsäurematerialien sind möglichst reine Rohstoffe zu bevorzugen. Es sind also besonders reine Sande, Quarzite und dergleichen geeignet. Die eigentlichen Puzzolane, wie Trass, Schlacken u.sw. sind weniger günstig. Die vergleichsweise besten Resultate wurden bisher bei Benutzung feinstgemahlenen reinen Sandes erhalten.
Hierbei entstehen Körper, die bei verhältnis- mässig geringem Gewicht höchste Raumbe ständigkeit und höchste Festigkeit besitzen. Vorteilhaft ist anderseits aber Ton, und zwar Rohton. Weniger günstig ist Ton, .der eine Erhitzung durchmachte, also beispiels weise gerösteter Ton oder Ziegelmehl.
Der Bemessung des kieselsäurehaltigen Materials kommt besondere Bedeutung zu. Wie vom Erfinder erkannt wurde, verläuft die Erhärtung von Zement bei Anwendung von Dampf in gänzlich andern Bahnen, als bei der gewöhnlichen Erhärtung des Zemen tes an der Luft.
Es bilden sich bei Dampf härtung aus dem Zement allein Kalksilikate mit wesentlich geringerem Kieselsäuregehalt als bei der Erhärtung des Zementes an .der Luft und Körper, die aus Zement ohne Zu schlag feinstgemahlenen Kieselsäurematerials durch Dampfhärtung hergestellt worden sind, sind denen an Güte erheblich unterlegen, die aus den gleichen Materialien durch Erhär tung an der Luft hergestellt sind.
Nach den Erfahrungen des Erfinders scheint die beständigste, bei der Dampf härtung sich bildende KalkkieselsKureverbin- dung das Monosilikat zu sein und dieses zeichnet sich auch dadurch aus, dass es den Körpern die höchste Raumbeständigkeit, die höchste mechanische Festigkeit, sowie die höchste Korrosionsfestigkeit verleiht.
Für die Verwertung .des kieselsäurehal tigen Materials ist, wie oben ausgeführt, Feinzerteilung erforderlich. Hier empfiehlt es sich, eine Feinstmahlung auf nassem Wege durchzuführen. Diese Arbeitsweise liefert das am besten geeignete Produkt. Anschei nend wird durch die Nassmahlung auch die Reaktionsfähigkeit des Kieselsäurerohstoffes gesteigert.
Die Bereitung der Rohmischung kann bei spielsweise in folgender Weise erfolgen.
25 Gewichtsteile Zement werden mit 25 Gewichtsteilen feinstgemahlenen reinen San des und 50 Gewichtsteilen Magerungsstoff, zum Beispiel Steinmehl, bis zu 0,5 mm Grösse, sowie geringen Mengen Aluminium- pulver vermischt. Die Masse wird dann mit der erforderlichen Wassermenge versetzt. Im allgemeinen soll diese nicht weniger als 70 des Zementgewichtes betragen. Ein höherer Wassergehalt zeitigt ein besseres Gefüge des Enderzeugnisses und bringt auch eine Er sparnis an Treibmitteln oder schaumbilden dem Stoff mit sich.
Ein allzu hoher Wasser zusatz vermindert wohl nicht die mechanische 'Festigkeit, erhöht jedoch die Wasseradsorp- tionsfähigkeit des Leichtbetons bis zu einem unerwünschten Grade.
Die Masse wird in Formen eingefüllt und dann 4 bis 12 Stunden der Ruhe überlassen. In .dieser Zeit reagiert das Aluminiumpulver mit dem Wasser unter Bildung von Wasser- stoff, die Masse vergrössert ihr Volumen, füllt die Form vollkommen aus, steigt sogar darüber hinaus. Nach Ablauf von 4 bis 12 Stunden wird die die Form übersteigende Masse abgeschnitten und die Formlinge der Härtung mit Dampf unter Druck, .zum Bei spiel 8 atü, während etwa 10 Stunden unter worfen.
Die Temperatur beim Härten wird zweck mässig langsam gesteigert und langsam ab sinken gelassen, weil dadurch Spannungen in den Erzeugnissen vermieden werden. So hat es sich als zweckmässig gezeigt, während 3 bis 5 Stunden den Temperaturanstieg vor zunehmen dann 12 Stunden die Härtetem- peratur zu halten und den Temperaturrück gang wieder auf 3 bis 4 Stunden auszu dehnen.
Die Benutzung von Magerungsstoffen ist wohl zweckmässig, jedoch keine Notwendig keit. Werden solche benutzt, zum Beispiel Magerungsmittel von Quarz- und Gesteins natur, wobei von Natur aus porösen allgemein der Vorzug zu geben ist, so ist darauf zu achten, dass,die Korngrösse desselben 0,5 mm Durchmesser nicht übersteigt, damit auch dünnflüssigere Massen .sich nicht entmischen.
Als Magerungsgut kann auch mit Vorteil zerkleinerter Leichtbeton, erfindungsgemäss hergestellt, in grobgeschroteter Form benutzt werden. Hierbei ist die Einhaltung einer bestimmten obern Korngrösse nicht von aus schlaggebenderBedeutung.Vorzugsweisewird das nach der Porosierung der Rohmischung die Formen übersteigende und abgeschnittene Gut der Dampfhärtung mit unterworfen und dann gekörnt und in diesem Zustande frischer Rohmischung zugesetzt.
Die Mitverwendung solchen Magerungs- stoffes schafft vor allem rauhe Aussenflächen des Leichtbetons, auf welchem Putz und der gleichen besonders gut haftet.
Für .die Formung benutzt man vorzugs weise Formen beträchtlicher Grössenabmes sungen und es ist zweckmässig, die Masse, die sich in denn Formen befindet, unmittelbar vor der Dampfhärtung in Formkörper der ge wünschten Grösse zu zerteilen. Man stellt also auf diese Weise in einer einzigen Form zum Beispiel 6 bis 10 Platten oder eine entspre chende Anzahl grossformatiger Blöcke her.
Die erfindungsgemäss erzeugten Leicht betonkörper zeigen durchweg nur eine Sehwindung, die 0,1 mm auf 1 m Länge nicht übersteigt. Die Sehwindung normalen Gasbetons beträgt vergleichsweise 3,0 mm auf 1 m Länge.
Wird von reinem Sand in feinst gemah lenem Zustande ausgegangen, so gelingt un schwer die Herstellung von Körpern, die bei spielsweise bei einem Raumgewicht von 0,8 eine Festigkeit von 150 kg/cm' besitzen. Es ist zu erwähnen, dass Raumgewichte von 0,2 bis 0,3 bei wohl niedrigerer, aber in den mei sten Fällen ausreichender Festigkeit zu er reichen sind.
Wenn das kieselsäurehaltige Material nicht puzzolanartig ist, sondern aus unge branntem Ton, fein gemahlenem Sand und ähnlichen Stoffen besteht, .so hat es sieh über raschenderweise ergeben, @dass hydraulische Bindemittel, wie zum Beispiel Portland- zement, ganz andere Resultate ergeben als nicht 'hydraulische Bindemittel, wie Kalk.
Beispielsweise kann angeführt werden, dass ein Gemisch aus<B>50%</B> Kalk und<B>50%</B> fein vermahlenem Sande bei einem Raumgewicht des Erzeugnisses von 0,8 eine Druckfestig keit von 24 kg/em' nach 12stündiger Dampf härtung ergab, während ein Gemisch aus 50% Zement und 50'% feinvermahlenem Sand unter im übrigen völlig gleichen Ver hältnissen eine Druckfestigkeit von nicht weniger als 112 kg/cmz ergab.
Dieser un geheure Unterschied bezüglich der Festigkeit hängt -davon ab, dass der Gasbeton oder Leichtbeton schon vor der Dampfhärtung eine gewisse. Festigkeit haben muss, um, ohne rissig zu werden, die mit der Dampfhärtung verbundenen unerhörten Wärmespannungen aushalten zu können. Diese Wärmespannun gen können vermindert, aber niemals ganz durch Anwendung genügender Vorwärmung aufgehoben werden.
Die Verwendung von Ton als kieselsäure- haltiges Material besitzt ebenfalls ,gewisses Interesse, einmal, weil es sich hier um einen besonders leicht zugänglichen Stoff handelt, anderseits, weil die erforderliche Feinstmah- lung bezw. weitgehende Zerteilung technisch verhältnismässig einfach und mit geringen Kosten zu bewerkstelligen ist..
Es ist hier her vorzuheben, dass bei Benutzung von Ton ein sehr weitgetriebener Zerteilungsgrad von be sonderer Wichtigkeit ist. Bei Benutzung von Ton empfiehlt sich die Verwendung dessel ben in aufgeschlämmtem Zustande, wobei zur Bereitung der Aufschlämmung geeignete Elektrolyte, zum Beispiel Alkalien, als Mit tel zur Zerteilung benutzt werden können.
Bei Benutzung eines Tones mit 50% SiO:: sind gute Ergebnisse beim Arbeiten mit Ge mischen erhalten worden, die 20 bis 60 Teile Zement und 80 bis 40 Teile Ton enthielten. Beim Arbeiten mit einem Gemenge von 40 Teilen Zement und 60 Teilen Ton resultierten beispielsweise Körper mit einem Raum gewicht von 0,7 und einer Druckfestigkeit von 60 kg/em@. Gewöhnlicher Gasbeton glei chen Raumgewichtes zeigte nach 28 Tagen eine Druckfestigkeit von 39 kg/cm@. Zu er wähnen ist,
dass auch die aus Ton und Zement gefertigten Leichtbetonkörper praktisch völlig raumbeständig waren. Die Härtung dieser Körper erfolgte mit Dampf von 12 Atü. Die Härtungsdauer betrug 4 bis 8 Stunden.
Unter Umständen ist es empfehlenswert, der zu verarbeitenden Mischung Salze, ins besondere Chloride, Calciumsalze, Wasser glas oder anderseits- organische Stoffe, wie Zuckerarten oder dergleichen, zuzusetzen.
Da durch wird im allgemeinen eine Erhöhung der Festigkeiten herbeigeführt, ohne die son stigen günstigen Eigenschaften der Erzeug nisse gemäss der Erfindung zu beeinträch tigen. Kalziumchlorid in Mengen von 2 bis 4%, bezogen auf das Trockengewicht von Zement und kieselsäurehaltigem Zuschlags stoff, führt im allgemeinen eine 25 bis 30%ige Steigerung der Druckfestigkeiten herbei. Gleichzeitig gestatten diese Zusätze auch, die Härtungszeit herabzusetzen.
Process for the production of lightweight concrete. The invention relates to a method for producing lightweight concrete from cement and blowing agents.
A special form of concrete products is lightweight concrete, which is a product that is given a higher porosity through artificial porosity, in particular through gas development as a result of the reaction of a suitable metal powder with water.
In this way it is possible to reduce the volume weight of such concrete products and thereby increase the thermal insulation properties. A method of working is known in which the concrete is dressed in the usual way and the mass of the hardening device produced from the blown mixture of cement and water, optionally in addition to aggregates, is left in the air. In addition, the proposal has been made to add finely ground shale lime to the cement and to allow this mass to harden.
A third suggestion was to make the raw mixture from lime, residue from the incineration of oil shale and propellants, to subject it to porosity and to subject the finally formed body to steam hardening.
All known suggestions only lead to a poor result; because even if the porosity succeeds in reducing the volume weight, all known types of lightweight concrete show a very considerable visual curvature, which, strangely enough, even after very long storage. has not stopped, poor strength, cracking and other damage.
Surprisingly, a way has now been found that eliminates the previous disadvantages, which in particular allows the production of lightweight concrete, which has practically no BEZW. has an insignificant visual curvature, that is, it is characterized by high spatial stability, combined with high mechanical strength, freedom from cracks, and also by extraordinary corrosion resistance.
The new process is characterized in that such quantities of finely divided silicic acid-containing material are added that the lime of the cement is completely converted into calcium silicate, preferably monosilicate, during the steam hardening used to harden the concrete.
According to the invention, cement (portland cement, iron portland cement, high-quality slag cements and the like) is assumed once as a binding substance. The bodies are further hardened with the aid of steam, preferably hardening with steam under pressure of, for example, 5 to 15 kg / cm 2 for a period of 5 to 20 hours. Finally, however, finely divided silica or corresponding silica material is also used, in such an amount that the lime of the cement is completely converted into lime silicate,
preferably monosilicate, can be converted. If, for example, a cement with 65% Ca0 and 20% Si02 is assumed, at least 50 parts Si0 = in the form of finely ground sand or the like are to be added to 100 parts of cement.
Compliance with all three of the conditions listed above is of crucial importance for achieving the desired success.
The fine division of the silica-containing material is of particular importance. This will advantageously have a fineness of at least 10,000 mesh, so that it is also ensured that the intended reaction between lime and silica takes place.
When selecting the silica materials to be used, raw materials that are as pure as possible are preferred. Pure sands, quartzites and the like are therefore particularly suitable. The actual pozzolans, such as trass, slag, etc. are less cheap. The comparatively best results have so far been obtained using extremely finely ground, pure sand.
This results in bodies that are relatively light and have the highest spatial stability and the highest strength. On the other hand, clay is advantageous, namely raw clay. Clay that has been heated up is less favorable, for example roasted clay or brick flour.
The dimensioning of the silica-containing material is of particular importance. As was recognized by the inventor, the hardening of cement proceeds in completely different paths when using steam than with the usual hardening of the cement in the air.
During steam hardening, the cement alone forms calcium silicates with a significantly lower silica content than when the cement hardens. The air and bodies that have been produced from cement without addition of finely ground silica material by steam hardening are considerably inferior in quality to those that are made from the same materials by hardening in air.
According to the experience of the inventor, the most stable lime-silica compound that forms during steam hardening appears to be monosilicate and this is also characterized by the fact that it gives the bodies the highest spatial stability, the highest mechanical strength and the highest corrosion resistance.
For the recovery of the silicic acid-containing material, fine division is necessary, as stated above. Here it is recommended to carry out a fine grinding on a wet route. This way of working produces the most suitable product. Apparently, wet grinding also increases the reactivity of the silica raw material.
The raw mixture can be prepared in the following way, for example.
25 parts by weight of cement are mixed with 25 parts by weight of finely ground pure sand and 50 parts by weight of lean substance, for example stone meal, up to 0.5 mm in size, and small amounts of aluminum powder. The required amount of water is then added to the mass. In general, this should not be less than 70% of the weight of the cement. A higher water content results in a better structure of the end product and also brings savings in propellants or foam-forming of the substance with it.
An excessively high water addition does not reduce the mechanical strength, but increases the water absorption capacity of the lightweight concrete to an undesirable degree.
The mass is poured into molds and then left to rest for 4 to 12 hours. During this time the aluminum powder reacts with the water to form hydrogen, the mass increases its volume, fills the shape completely, and even rises above it. After 4 to 12 hours, the mass exceeding the mold is cut off and the moldings are subjected to curing with steam under pressure, for example 8 atmospheres, for about 10 hours.
The temperature during hardening is expediently slowly increased and slowly lowered, because this avoids stresses in the products. It has been shown to be expedient to keep the temperature rise for 3 to 5 hours before increasing then the hardening temperature for 12 hours and to extend the temperature drop back to 3 to 4 hours.
The use of lean substances is probably appropriate, but not a necessity. If these are used, for example natural lean agents made of quartz and natural stone, whereby naturally porous ones are generally preferred, care must be taken that the grain size of the same does not exceed 0.5 mm in diameter, so that also more fluid masses. do not separate.
Shredded lightweight concrete, produced according to the invention, in coarsely ground form can also advantageously be used as lean material. The adherence to a certain upper grain size is not of decisive importance here. Preferably, the material which exceeds the molds and which is cut off after the porosity of the raw mixture is subjected to steam hardening and then granulated and added in this state to fresh raw mixture.
The use of such a lean substance mainly creates rough outer surfaces of the lightweight concrete, to which plaster and the like adheres particularly well.
For the shaping one uses preferential forms of considerable size dimensions and it is expedient to divide the mass, which is in the forms, immediately before the steam hardening into shaped bodies of the desired size. In this way, for example, 6 to 10 plates or a corresponding number of large-sized blocks are produced in a single mold.
The lightweight concrete bodies produced according to the invention consistently show only one visual bend which does not exceed 0.1 mm over a length of 1 m. The visual curvature of normal aerated concrete is comparatively 3.0 mm over a length of 1 m.
If pure sand in the finest ground condition is assumed, it is not difficult to produce bodies that have a strength of 150 kg / cm 'with a density of 0.8 for example. It should be mentioned that densities of 0.2 to 0.3 with probably lower, but in most cases sufficient strength are to be reached.
If the silica-containing material is not pozzolan-like, but consists of unburned clay, finely ground sand and similar substances, it has surprisingly been shown that hydraulic binders, such as Portland cement, give completely different results than not ' hydraulic binders such as lime.
For example, it can be stated that a mixture of <B> 50% </B> lime and <B> 50% </B> finely ground sand with a density of the product of 0.8 has a compressive strength of 24 kg / em ' after 12 hours of steam curing resulted, while a mixture of 50% cement and 50 '% finely ground sand under otherwise completely identical conditions resulted in a compressive strength of not less than 112 kg / cm2.
This immense difference in strength depends on the fact that the aerated concrete or lightweight concrete has a certain degree of steam hardening. Must have strength in order to be able to withstand the unheard of thermal stresses associated with steam curing without cracking. These thermal stresses can be reduced, but never completely eliminated by applying sufficient preheating.
The use of clay as a silica-containing material also has a certain interest, on the one hand because it is a particularly easily accessible material, on the other hand because the required fine grinding or extensive fragmentation is technically relatively simple and can be accomplished at low cost.
It should be emphasized here that when clay is used, a very extensive degree of division is of particular importance. When using clay, it is advisable to use the same ben in a slurry state, in which case suitable electrolytes, for example alkalis, can be used as means for breaking up the slurry.
Using a clay with 50% SiO :: good results have been obtained working with mixtures containing 20 to 60 parts of cement and 80 to 40 parts of clay. When working with a mixture of 40 parts of cement and 60 parts of clay, for example, bodies with a volume weight of 0.7 and a compressive strength of 60 kg / em @ resulted. Ordinary aerated concrete with the same density showed a compressive strength of 39 kg / cm @ after 28 days. To be imagined
that the lightweight concrete bodies made of clay and cement were practically completely stable. These bodies were hardened with steam of 12 atmospheres. The curing time was 4 to 8 hours.
Under certain circumstances it is advisable to add salts, in particular chlorides, calcium salts, water glass or other organic substances, such as sugars or the like, to the mixture to be processed.
As a result, an increase in strength is generally brought about without impairing the other favorable properties of the products according to the invention. Calcium chloride in amounts of 2 to 4%, based on the dry weight of cement and silica-containing aggregate, generally leads to a 25 to 30% increase in compressive strength. At the same time, these additives also make it possible to reduce the hardening time.