Verfahren zur Härtung grossporiger Erzeugnisse Bei der sogena,nnten Dampfhärtung gross poriger, Wasser enthaltender Stoffe, z. B. sol- cllen aus Leichtbeton, bei der die Erzeugnisse mit Hitze in Anwesenheit von Wasser bei 100 C übersteigenden Temperaturen behan delt werden, dringt. :die Hitze wegen der wärmeisolierenden Eigensehaft:en des Mate rials nur sehr langsam in diese ein.
Die Tem peratur in der Masse steigt im wesentlichen nur infolge des Eindringens des Dampfes in die Masse, der beim Kondensieren in den Poren seine Verdampfaagswärme abgibt. Dies erfolgt aber wegen der Alleitung der Wärme durch die umgebende Atmosphäre nur in un genügendem Ausmass.
Bei der Heissbehandlung dieser Art ent stehen daher in der Masse beträchtliche Tem- peraturuntersehiede. In der ein Temperatur diagramm. daistellenden Fig.1 zeigt die Kurve 1 ein typisches Beispiel des Temperaturver laufes im Innern einer der Heissbehandlung unterworfenen Platte aus Leichtbeton von etwa .50 cm Höhe und 25 cm Dicke, wobei auf der Abszisse die Zeit in Stunden und auf der Ordinate die Temperaturen in C ange geben sind.
Wie aus dem Diagramm ersichtlich ist, ist. die Temperatur im Innern der Platte noch normal, wenn der die Platte umgebende Dampf, dessen Temperaturkurve mit St be- zeichnet ist, bereits den vollen Druck von etwa 10 kg/cm2 und eine entsprechende Tempera tur von etwa 180 C erreicht hat. Das ent spricht einem Temperaturunterschied zwi schen dem Äussern und Innern der Platte von nicht. weniger als 160 C. Gleiche Temperaturen ausserhalb und innerhalb der Platte werden in diesem Falle erst nach 18stündiger Behand lungsdauer erreicht.
Die Nachteile einer solch langsamen Tem peraturangleichung sind beträchtlich. Die chemischen Reaktionen in den für längere Zeit eine verhältnismässig geringe Temperatur aufweisenden innern Teilen der Masse ver laufen verschieden von denen in den Ober flächenteilen der Masse, die praktisch wäh rend der gesamten Behandlungsdauer die gleiche Temperatur wie der Dampf haben.
Wie durch die Erfahrung bestätigt wird, haben daher die innern.. Teile einer durch Dampf gehärteten Masse nach dem Abschluss der Dampfbehandlung wesentlich geringere Härte als die äussern Teile. Schwerwiegender als dies ist jedoch der Umstand, dass in der Masse infolge der Temperaturunterschiede Spannungen entstehen, die zu gefährlichen Rissen Anlass geben können.
Diese Spannun- gen sind besonders störend., wenn das durch Dampf zu härtende Material nicht homogen ist, was insbesonders bei armiertem Leicht beton der Fall ist. Aus konstruktiven Grün- den wird die Aimierung in der Regel nahe der Oberfläche des herzustellenden Elementes angeordnet, so dass sie beider Dampfbehand lung sehr schnell erhitzt wird:.
Dies kann dazu führen, dass die Temperaturspannungen zwi schen dem Stahl der Armierung und dem Leichtbeton rasch solche Werte erreichen, dass das Element völlig zerstört wird. Ein anderes Beispiel von ungleichartigem Mate rial, in welchem die Temperaturspannlangen einen zerstörenden Einfluss haben können, isst ein aus Schwer- und Leichtbeton misam- mengesetztes Element. Wenn ein solches Ele ment dazu noch armiert ist,
ist es naturgemäss besonders gefährdet..
Es ist bereits auf verschiedene Weise ver sucht worden, ein verbessertes Eindringen der Hitze bei der Dampfhärtung zu erreichen. So wurde z. B. nach der britischen Patent schrift Nr. 682112 beim Einlassen des Dampfes in den Dampfraum ein Auslass für die in dem Dampfraum vorhandene Luft hergestellt, so dass diese Luft vollständig durch Dampf er setzt, wird.
Zu demselben Zweck wurde ver sucht, den Dampfdruck in dem Dampfraum nach Erreichen des vollen Druckes durch Ab lassen von Dampf zu verringern und ihn an schliessend wieder zu steigern. Solche Mass nahmen zeitigen zweifellos gewisse Erfolge, sie stellen aber keine vollkommene Lösung des Problems dar.
Nach dem Verfahren gemäss der vorliegen den Erfindung zur I3ärtuug von Erzeugniissen aus grossporigen, mit Wasser angesetzten und wenigstens in den grössten Poren Gas ent haltenden Massen in einem Dampfraum mit.
100 C übersteigenden Temperaturen werden die genannten Nachteile dadurch praktisch völlig beseitigt, dass der Dampfraum nach dem Einbringen der Erzeugnisse in einem solchen Ausmass entlüftet. wird, dass der Druck im Dampfraum unter 0,9 kg/cm\-' her abgesetzt wird, worauf Dampf eingeleitet wird. Hierdurch werden die in den Poren der Masse enthaltenen nicht kond.ensierbaren Gase (Luft., Wasserstoff usw.) im wesentlichen aus der Masse entfernt.
Der überraschende Erfolg dieser Massnahme ist durch die Kurve 2 des Diagrammes nach Fig.1 aufgezeigt. Diese Kurve ist durch einen Versuch ermittelt wor den, bei dem bei sonst gleichen Bedingungen wie bei dem der Kurve 1 zugrunde liegenden Versuch der Druck im Dampfraum vor dem Einlas's'en des Dampfes auf 0,5 kg/cm2 redu ziert wurde.
Wie aus dem Diagramm ersicht lich ist, bedarf es hierbei nur einer Stunde, bis die Temperatur im Innern der Platte zu steigen beginnt, und der Temperaturanstieg im Platteninnern findet dann so schnell statt., dass die Temperatura.ngleicliung innerhalb der Zeitspanne erfolgt, die erforderlich ist, um den vollen Dampfdruck im Dampfraum zu erreichen.
Fig.2 ist ein Druckdiagramm, das den Druckverlauf im Innern der Masse im Ver hältnis zum Di uck im Dampfraum darstellt, wobei die Kurve S den Druck im Dampf raum und die Kurve M den Druckverlauf im Innern des behandelten Materials zeigt. Es ist ersichtlich, d:
a.ss der Druck im Innern der Masse praktisch dem im Dampfraum auf die Masse einwirkenden Druck folgt, d. h. un abhängig von dlem Temperaturainterschied der beiden Medien. Das bedeutet., da.ss wenn die Entfernung der nicht kondensierbaren Gase nicht oder nur unvollständig erfolgen würde, ein Luftkissen von grösserem oder kleinerem Ausmass im Innern der porösen Masse ver bleiben würde,
das durch den Druck im Dampfraum zusammengepresst und das Ein dringen des Dampfes in die Poren und damit die die Hitze erzeugende Kondensation in den selben verhindern würde.
Wie aus den obigen Ausführungen zu ent nehmen ist, hängt. das Ausmass, bis zu dem die Entfernung der nicht, kondensierbaren Gase vor der Dampfbehandlung durchgeführt wird, von den. Dimensionen des porösen Elementes ab. Wenn, z.. B. Leichtbeton in Formen von 50 cm Höhe gebildet werden soll, rnuss die Entlüftung länger erfolgen als bei Formen von nur 25 cm Höhe.
Es ist möglich, selbst die letzten Spuren von nicht kondensierbaren Gasen aus der porösen Masse zu entfernen, wenn der Druck im Dampfraum in einem solchen Ausmass ge senkt wird, dass er etwas geringer als der Wert. ist, der dem Druck des Wasserdampfes hei der Temperatur im Innern .der Masse entspricht. Das Wasser in der Masse fängt dann an zu kochen, unddurch den dann reich lich aus dem Innern der Masse:
austretenden Dampf wird erreicht, dass die nicht konden- sierbaren Gase ausgeschwemmt werden. Bei zeinentgebundenem Leichtbeton z. B. liegen die Temperaturen im Innern der Masse, wenn sie eine solche Konsistenz hat, da.ss die Dampf härtung beginnen kann, gewöhnlich etwa bei 50-60 C. Wenn mit ungelöschtem Kalk ge arbeitet wird, kann diese Temperatur noch höher, etwa. 80-90 C, sein.
Bei 50 C be trägt der Partia#ld@ruek von Wasserdampf 0,13 kg/cm2 und bei 80 C ist er 0,48 kg/em2. Diese Temperaturen sollten daher in den ent sprechenden Fällen angewendet werden, wenn die maximale Wirkung bezüglich der Ent fernung der nicht kondensierba.ren Gase er wünscht ist.
Die Kurve 3 in dem Diagramm der Fig.1 ist das Ergebnis einer Messung in einer zementgebundenen Leichtbetonplatte derselben Art, wie sie den Kurven 1 und 2 zugrunde le,t. Die Temperatur im Innern der Platte betrug bei deren Einführung in den Dampf raum 60" C, was einem Wasaserdampfdruck von 0,2 kgjcm2 entspricht.
In diesem Fall wurde der Druck vor der Dampfbehandlung auf 0,18 kg/cm2 herabgesetzt. Das Eindringen des Dampfes erfolgt dann augenblicklich, so fern die Innentemperatur der Platte nur um ein geringes Mass unter derjenigen des Dampf raumes liegt, wenn dieser unter Druck gesetzt wird'.
Naturgemäss können die Vorteile des be schriebenen Verfahrens nur dann voll erreicht werden, wenn es bei solchen Materialien an gewendet wird, welche gerade bei der Be schaffenheit, bei der sie dampfbehandelt wer den sollen, wesentliche wärmeisolierendle Ei genscha.ften zeigen, d.h. deren Poren oder wenigstens deren grösste Poren mit Luft oder einem andern Gas gefüllt. sind, wenn sie in den Dampfraum eingebracht werden.
Dies ist insbesondere bei solchem Leichtbeton der Fall, zu dessen Herstellung einer durchnässten Mi schung aus einem Bindemittel und mehr oder weniger fein verteiltem Zuschlagstoff ein schaum- oder gaserzeugendes Mittel zugesetzt wird. Solche Mittel können z. B. Metallpulver, insbesondere Aluminiumpulver, Wasserstoff- superoxyd, Karbid oder dergleichen sein.
Es ist noch darauf hinzuweisen, d:ass selbst eine sehr geringfügige Reduzierung des Druckes vor Beginn der Dampfhärtung eine beachtliche Wirkung hat. Die Kurve 4 im Diagramm der Fig.1 zeigt das Ergebnis eines den vorbeschriebenen Versuchen ähnlichen Versuches, bei dem aber der Druck nur auf 0,85 kg/cm2 herabgesetzt wurde.
Die Vorteile einer solch geringfügigen Druckminderung ergeben sich aus dem Vergleich mit der Kurve 1 ohne weiteres. Diese Behandlungsart kann vorteilhaft dann .angewendet werden, wenn Elemente einfacher Formen, insbesondere aus homogenem, nicht armiertem Material herge- stellt werden sollen.
Process for the hardening of large-pored products. In the so-called steam hardening of large-pored, water-containing substances, e.g. B. should be made of lightweight concrete, in which the products are treated with heat in the presence of water at temperatures exceeding 100 C, penetrates. : because of the heat-insulating properties of the material, the heat enters it very slowly.
The tem perature in the mass increases essentially only as a result of the penetration of the vapor into the mass, which gives off its evaporation heat when condensing in the pores. However, this is only done to an inadequate extent because the heat is dissipated by the surrounding atmosphere.
In the case of hot treatment of this type, there are therefore considerable temperature differences in the mass. In the a temperature diagram. 1 shows the curve 1 a typical example of the Temperaturver course inside a plate of lightweight concrete subjected to the hot treatment, about 50 cm high and 25 cm thick, with the time in hours on the abscissa and the temperatures in C on the ordinate are given.
As can be seen from the diagram, is. the temperature inside the plate is still normal when the steam surrounding the plate, the temperature curve of which is denoted by St, has already reached the full pressure of about 10 kg / cm2 and a corresponding temperature of about 180 ° C. This corresponds to a temperature difference between the outside and inside of the plate of not. less than 160 C. In this case, the same temperatures outside and inside the plate are only reached after 18 hours of treatment.
The disadvantages of such a slow temperature adjustment are considerable. The chemical reactions in the inner parts of the mass, which have a relatively low temperature for a long time, run differently from those in the upper surface parts of the mass, which have practically the same temperature as the steam during the entire treatment period.
As has been confirmed by experience, the inner .. parts of a mass hardened by steam have much less hardness than the outer parts after the completion of the steam treatment. More serious than this, however, is the fact that tensions arise in the mass as a result of the temperature differences, which can give rise to dangerous cracks.
These tensions are particularly disruptive if the material to be hardened by steam is not homogeneous, which is the case in particular with reinforced lightweight concrete. For structural reasons, the aiming is usually arranged near the surface of the element to be manufactured, so that it is heated very quickly during steam treatment.
This can mean that the temperature stresses between the steel of the reinforcement and the lightweight concrete quickly reach such values that the element is completely destroyed. Another example of dissimilar material, in which the temperature ranges can have a destructive influence, is an element made up of heavy and lightweight concrete. If such an element is also reinforced,
it is naturally particularly endangered ..
It has already been tried in various ways to achieve improved penetration of the heat during steam curing. So was z. B. prepared according to British Patent No. 682112 when the steam is let into the steam space, an outlet for the air present in the steam space, so that this air is completely replaced by steam.
For the same purpose, attempts were made to reduce the steam pressure in the steam chamber after reaching full pressure by letting off steam and then to increase it again. Such measures undoubtedly have some success, but they do not represent a complete solution to the problem.
According to the method according to the present invention, for the hardening of products made of large-pored masses made up with water and containing gas in at least the largest pores in a vapor space.
Temperatures exceeding 100 C, the disadvantages mentioned are practically completely eliminated in that the vapor space is vented to such an extent after the products have been introduced. is that the pressure in the steam space is reduced below 0.9 kg / cm \ - ', whereupon steam is introduced. As a result, the non-condensable gases (air, hydrogen, etc.) contained in the pores of the mass are essentially removed from the mass.
The surprising success of this measure is shown by curve 2 of the diagram according to FIG. This curve was determined by an experiment in which, under otherwise identical conditions as in the experiment on which curve 1 is based, the pressure in the steam space was reduced to 0.5 kg / cm2 before the steam was let in.
As can be seen from the diagram, it only takes an hour for the temperature inside the plate to begin to rise, and the temperature rise in the interior of the plate then takes place so quickly that the temperature equalization takes place within the period of time required is to achieve the full vapor pressure in the vapor space.
FIG. 2 is a pressure diagram showing the pressure curve inside the mass in relation to the pressure in the steam space, curve S showing the pressure in the steam room and curve M showing the pressure curve inside the treated material. It can be seen d:
a.ss the pressure inside the mass practically follows the pressure acting on the mass in the vapor space, d. H. regardless of the temperature difference between the two media. This means that if the removal of the non-condensable gases were not carried out or only incompletely, an air cushion of larger or smaller size would remain inside the porous mass,
which would be compressed by the pressure in the steam space and the penetration of the steam into the pores and thus the heat-generating condensation in the same would prevent.
As can be seen from the above, depends. the extent to which the removal of the non-condensable gases prior to the steam treatment is carried out from the. Dimensions of the porous element. If, for example, lightweight concrete is to be formed in molds that are 50 cm high, ventilation must take longer than for molds that are only 25 cm high.
It is possible to remove even the last traces of non-condensable gases from the porous mass if the pressure in the vapor space is lowered to such an extent that it is slightly less than the value. which corresponds to the pressure of the water vapor in the interior of the mass. The water in the mass then begins to boil, and through the then plentifully from the inside of the mass:
escaping steam ensures that the non-condensable gases are flushed out. With zeinentgebundenem lightweight concrete z. B. are the temperatures inside the mass, if it has such a consistency that the steam hardening can begin, usually around 50-60 C. If you work with quick lime, this temperature can be even higher, for example. 80-90 C.
At 50 C the partia # ld @ ruek of water vapor is 0.13 kg / cm2 and at 80 C it is 0.48 kg / em2. These temperatures should therefore be used in the appropriate cases when the maximum effect in terms of removing the non-condensable gases is desired.
The curve 3 in the diagram of FIG. 1 is the result of a measurement in a cement-bound lightweight concrete slab of the same type as the curves 1 and 2 are based on. The temperature inside the plate was 60 "C when it was introduced into the steam chamber, which corresponds to a water vapor pressure of 0.2 kg / cm 2.
In this case, the pressure was reduced to 0.18 kg / cm2 before the steam treatment. The penetration of the steam takes place instantaneously as long as the internal temperature of the plate is only slightly below that of the steam room when it is pressurized '.
Naturally, the advantages of the process described can only be fully achieved if it is used with materials which, precisely in the nature in which they are to be steam-treated, show significant heat-insulating properties, i.e. whose pores or at least their largest pores are filled with air or another gas. when they are introduced into the steam room.
This is particularly the case with lightweight concrete in which a foam- or gas-generating agent is added to a soaked mixture of a binding agent and a more or less finely divided aggregate. Such means can e.g. B. metal powder, especially aluminum powder, hydrogen superoxide, carbide or the like.
It should also be pointed out that even a very slight reduction in pressure before steam curing begins has a considerable effect. Curve 4 in the diagram of FIG. 1 shows the result of an experiment similar to the experiments described above, but in which the pressure was only reduced to 0.85 kg / cm2.
The advantages of such a slight pressure reduction result from the comparison with curve 1 without further ado. This type of treatment can advantageously be used when elements of simple shapes, in particular of homogeneous, non-reinforced material are to be produced.