Granulat, geeignet zur Einbettung in eine Mörtelmischung, und Verfahren zu dessen Herstellung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Granulat mit einer Zellstruktur im Inneren und einer nicht porösen Oberfläche, geeignet zur Einbettung in Mörtelmischungen, die hydraulische Bindemittel enthalten. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Granulats.
Es sind bereits viele Granulate bekannt, die als Beimengungen zu Beton und anderen Mörtelmischungen verwendet werden, um beispielsweise Leichtbeton oder besonders gut wärmeisolierende Baukörper wie Platten oder Blöcke zu schaffen. Solche bekannten Granulate haben meist eine Korngrösse zwischen etwa 1 und 20 mm und runde, ovale oder auch unregelmässige Gestalt; sie bestehen beispielsweise aus Blähton (Handelsbezeichnung LECO), aus Glasschaum, aus Kunststoffschaum oder aus natürlichen Stoffen wie Bims und porösen Mineralien. Um als Zugabe zu den mehr oder weniger plastischen oder teigartigen Mörtelmischungen geeignet zu sein, muss die Oberfläche des Granulats eine möglichst innige Verbindung mit der Mörtelmischung eingehen können.
Eine stark zerklüftete und poröse Oberfläche wäre hierzu eigentlich aus mechanischen Gründen wegen der dann stattfindenden Verzahnung mit den feinkörnigen Bestandteilen der Mörtelmischung am geeignetsten; aber bei solchen porösen Oberflächen besteht die Tendenz des Aufsaugens von Flüssigkeiten, was unerwünscht ist und die thermischen oder mechanischen Eigenschaften des Granulats nachteilig beeinflussen kann. Infolgedessen haben geeignete Granulate eine nicht poröse Oberfläche, die mehr oder weniger glatt ist. Damit muss natürlich eine geringere Haftung zwischen der Granulat-Oberfläche und der Mörtelmischung in Kauf genommen werden, was eine Verminderung der mechanischen Festigkeitswerte der erzeugten Formkörper aus derartigen Mörtelmischungen zur Folge hat.
Die vorliegende Erfindung bezweckt die Beseitigung dieses Mangels bisheriger granulierter Zuschlagstoffe mit Zellstruktur für Mörtelmischungen, die hydraulische Bindemittel enthalten. Das erfindungsgemässe Granulat besitzt zwar eine nicht poröse Oberfläche, ist aber dadurch gekennzeichnet, dass sich auf der Oberfläche Stoffe befinden, die hydraulische Eigenschaften besitzen.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung eines solchen Granulats ist dadurch gekennzeichnet, dass auf der Granulat-Oberfläche eine möglichst lückenlose Schicht aus Stoffen aufgebracht wird, die hydraulische Eigenschaften besitzen, worauf das Granulat wärmebehandelt wird bei einer Temperatur, die niedriger als jene Temperatur ist, bei der die Oberflächenschicht ihre hydraulischen Eigenschaften vollständig verliert.
Die Erfindung ist nachstehend in einigen Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Fig. 1 bis 4 der Zeichnung erläutert. Die Fig. 1 und 2 zeigen im Grundriss bzw. Aufriss die Bruchstellen eines Granulat enthaltenden Formkörpers bisheriger Art. Die Fig. 3 und 4 dagegen das charakteristische Aussehen der Bruchstelle eines Formkörpers, der mit dem vorliegenden Granulat in der Mörtelmischung hergestellt wurde.
Die Schaffung eines Granulats mit einer Oberfläche, die hydraulische Eigenschaften besitzt beruht auf Erkenntnissen und Erfahrungen, die bei der Herstellung von sogenanntem Blähgestein-Granulat entstanden sind.
Ein derartiges Granulat kann in feuchtem Zustande und noch vor der Wärmebehandlung zur Durchführung des Blähprozesses mit einer Oberflächenschicht versehen werden, die beispielsweise aus pulverförmigen hydraulischen Bindemitteln wie Zement oder gebranntem und gemahlenem Klinker bestehen. Die Erhitzung zur Durchführung der Expansion des frischen Granulats übersteigt hierbei niemals 12000C, eine Temperatur, bei welcher die hydraulischen Eigenschaften der auf der Oberfläche befindlichen Stoffe mindestens zum Teil bestehen bleiben, da beispielsweise Zement erst bei einer Temperatur jenseits von 12000C seine hydraulischen Eigenschaften vollständig verliert.
Dementsprechend wurde beobachtet, dass ein derart hergestelltes Blähgestein-Granulat, das in feuchtem Zustande mit einer Oberflächenschicht hydraulischer Bindemittel versehen wurde, nach seiner Fertigstellung mindestens einen Rest der ursprünglichen hydraulischen Eigenschaften der an der Oberfläche befindlichen Stoffe aufweist.
Ein Granulat mit einer derartigen, hydraulische Eigenschaften aufweisenden Oberfläche ist natürlich als Zuschlag zu Mörtelmischungen, die selbst hydraulische Bindemittel enthalten, besonders gut geeignet, da eine echte hydraulische Bindung zwischen der Oberfläche des Granulats und der umgebenden Mörtelmischung stattfindet. Dementsprechend ist die Haftung zwischen der Granulatoberfläche und der ausgehärteten Betonmasse wesentlich stärker als bei einem Granulat, dessen Oberfläche keine derartigen hydraulischen Eigenschaften besitzt, wie dies bisher, beispielsweise bei Blähtongranulat oder Glasschaumgranulat der Fall ist.
Diese stärkere Bindung zwischen Granulatoberfläche und umgebender Mörtelmischung wurde bei der Durchführung von Versuchen über die Biegedruckfestigkeit von Probekörpern aus Leichtbeton mit derartigem Granulat festgestellt. Wird beispielsweise ein rechteckiger Probekörper, wie er in den Fig. 1 und 2 schematisch dargestellt ist, auf einer Biegedruek-Maschine abgebrochen, so zeigen sich an der Bruchfläche charakteristische Unterschiede bei einem Leichtbeton mit dem vorliegenden Granulat und einem entsprechenden Leichtbeton mit Granulat der bisher üblichen Art.
Beim Abbrechen eines Probekörpers 10 aus Leichtbeton, der beispielsweise Blähtongranulat enthält, zeigt die Bruchfläche meist einige, zufällig in der Bruchebene gelegene Blähtonkörper 11, 12 und 13, die zum Teil aus der Bruehebene herausragen; an andern Stellen können auch flache Mulden 14 beobachtet werden, die von einem Blähtonkörper herrühren, der sich grösstenteils im abgebrochenen Teil des Formkörpers befindet. Eine derartige Bruchfiäche lässt demnach erkennen, dass die Haftung der Oberfläche, beispielsweise des Blähtonkörpers 11, in der ihn umgebenden Betonmasse geringer ist als der Zusammenhalt innerhalb der Betonmasse selbst und als die Bruchfestigkeit des Blähtonmaterials.
Ein Granulat mit besonders guten mechanischen Eigenschaften kann dieselben aber nur dann voll zur Wirkung bringen, wenn die Haftung seiner Oberfläche an der sie umgebenden Betonmasse grösser ist als der innere Zusammenhalt im Granulat selbst.
Wird dagegen ein Formkörper 15 aus einer gleichen Mertelmischung hergestellt mit eingebettetem Granulat, das an seiner Oberfläche hydraulische Eigenschaften besitzt, dann zeigt, wie in den Fig. 3 und 4 schematisch dargestellt ist, beim Abbrechen dieses Formkörpers die Bruchfläche keine herausragenden Teile von Granulatkörpern. Vielmehr ist das eingebettete Granulat 16, 17, 18 und 19 ebenso durchgebrochen wie die umgebende Betonmasse. Es ist einzusehen, dass durch die viel stärkere hydraulische Bindung der Granulatoberfläche mit der umgebenden Betonmasse die eigene Bruchfestigkeit des Granulats zu den mechanischen Eigenschaften des hiermit hergestellten Leichtbetons wesentlich mehr beitragen kann als bei der Verwendung eines gleichen Granulats. aber ohne hydraulische Eigenschaften an der Oberfläche.
Für ein Granulat, das beispielsweise zur Schaffung eines Leichtbetons dient, der selbst Zement als hydraulisches Bindemittel enthält, ist es vorteilhaft, wenn sich auf der Granulatoberfläche ebenfalls Zement befindet in solchem Zustande, dass der Zement noch mindestens einen Rest seiner ursprünglichen hydraulischen Eigenschaften aufweist. Falls erwünscht kann aber auch gebrannter und gemahlener Klinker auf der Oberfläche des Granulats vorhanden sein, wenn der Klinker noch die erwünschten hydraulischen Eigenschaften besitzt. Es muss natürlich gewährleistet sein, dass die auf der Oberfläche des Granulats vorhandenen, hydraulisch noch aktiven Stoffe in der Mörtelmischung, der das Granulat beigefügt wird, keine nachteilige Wirkung ergeben können.
Die vorteilhafte Wirkung einer Oberfläche, die Stoffe mit hydraulischen Eigenschaften aufweist, tritt bei jedem Granulat auf, unabhängig davon, aus welchem Material der Zellkörper selbst besteht. Beispielsweise kann ein Blähtongranulat, das natürlich normalerweise eine völlig inaktive Oberfläche besitzt, mit einer Oberflächenschicht versehen werden, die ihrerseits fest mit dem Zellkörper verankert ist, andererseits aber noch merkliche hydraulische Eigenschaften besitzt. Ebenso kann ein Schaumglasgranulat oder ein Kunststoffgranulat mit derartigen, hydraulisch aktiven Oberflächen versehen werden.
Wie bereits oben erwähnt, wird zur Herstellung eines derartigen Granulats mit hydraulisch aktiver Oberfläche zunächst auf dieser Oberfläche eine möglichst lückenlose Schicht aus Stoffen aufgebracht, die entsprechende hydraulische Eigenschaften besitzen, also etwa eine Schicht aus Zement, aus gebranntem und gemahlenem Klinker, oder aus anderen hydraulischen Bindemitteln. Dann wird dieses so vorbereitete Granulat einer Wärmebehandlung unterzogen, aber dabei jene Temperatur nicht überschritten, bei welcher die auf die Oberfläche aufgebrachten hydraulischen Stoffe ihre hydraulischen Eigenschaften vollständig verlieren würden.
Wird als höchste Behandlungstemperatur 12000C nicht überschritten, so behält beispielsweise Zement oder gebrannter und gemahlener Klinker einen merklichen Anteil seiner ursprünglichen hydraulischen Eigenschaften und verleiht damit der Granulatoberfläche selbst diese hydraulischen Eigenschaften.
Falls bei der Herstellung des Granulats selbst, also bei der Durchführung des Blähvorganges, eine Temperatur von etwa 1200 C nicht überschritten wird, wie dies beispielsweise bei dem obengenannten Blähgesteingranulat der Fall ist, kann das noch feuchte Granulat vor der Durchführung des Blähvorgangs auf seiner Oberfläche mit trockenen, pulverförmigen, hydraulischen Stoffen derart behandelt werden, dass die Oberfläche möglichst vollständig bedeckt und eine am Granulat haftende Oberflächenschicht aus diesen Stoffen geschaffen wird.
Der Blähvorgang kann dann die hydraulischen Eigenschaften dieser Oberflächenschicht höchstens zum Teil beseitigen, so dass das fertige Granulat die gewünschte, hydraulische Eigenschaften besitzende Oberfläche aufweist.
Falls erwünscht kann aber natürlich auch ein derartiges Blähgesteingranulat nach seiner Fertigstellung in einem getrennten Prozess mit einer solchen Oberflächenschicht versehen und diese durch eine getrennte Wärmebehandlung verfestigt werden unter wenigstens teilweiser Beibehaltung der hydraulischen Eigenschaften dieser Oberflächenschicht. Bei der nachträglichen Aufbringung einer solchen hydraulisch aktiven Oberflächenschicht auf fertiges Granulat ist es zweckmässig, eine Emulsion mit einem Gehalt an Stoffen zu verwenden, die nach dem Trocknen hydraulische Eigenschaften besitzen.
Mit dieser Emulsion, die flüssig oder breiartig sein kann, wird die Oberfläche des Granulats möglichst lückenlos bedeckt und die Emulsion dort angetrocknet, vorteilhafterweise mittels einer Wärmebehandlung, die aber natürlich die oben bereits angegebene Temperaturgrenze von etwa 1200 oC nicht überschreiten darf.
Auf die zuletzt genannte Weise kann auch nachträglich durch einen getrennten Prozess jedes beliebige Granulat mit einer Oberflächenschicht versehen werden, die der Granulatoberfläche hydraulische Eigenschaften verleiht. Sowohl Blähtongranulat als auch Glasschaumgranulat und Granulat aus Kunststoffschäumen können mit derartigen Oberflächenschichten versehen werden.
PATENTANSPRUCH I
Granulat mit einer nicht porösen Oberfläche, geeignet zur Einbettung in eine hydraulische Bindemittel enthaltende Mörtelmischung, dadurch gekennzeichnet, dass sich auf der Oberfläche des Granulats Stoffe befinden, die hydraulische Eigenschaften besitzen.
Granules suitable for embedding in a mortar mix and process for their production
The present invention relates to a granulate with a cell structure inside and a non-porous surface, suitable for embedding in mortar mixtures which contain hydraulic binders. The invention also relates to a method for producing such granules.
Many granulates are already known that are used as admixtures to concrete and other mortar mixtures, for example to create lightweight concrete or particularly good heat-insulating structures such as slabs or blocks. Such known granules usually have a grain size between about 1 and 20 mm and round, oval or even irregular shape; they consist, for example, of expanded clay (trade name LECO), glass foam, plastic foam or natural materials such as pumice and porous minerals. In order to be suitable as an addition to the more or less plastic or dough-like mortar mixtures, the surface of the granulate must be able to form as intimate a connection as possible with the mortar mixture.
A strongly fissured and porous surface would actually be most suitable for mechanical reasons because of the interlocking with the fine-grained components of the mortar mixture; but with such porous surfaces there is a tendency to absorb liquids, which is undesirable and can adversely affect the thermal or mechanical properties of the granulate. As a result, suitable granules have a non-porous surface that is more or less smooth. Thus, of course, a lower adhesion between the granulate surface and the mortar mixture has to be accepted, which results in a reduction in the mechanical strength values of the shaped bodies produced from such mortar mixtures.
The present invention aims to eliminate this deficiency of previous granulated aggregates with a cellular structure for mortar mixes containing hydraulic binders. Although the granulate according to the invention has a non-porous surface, it is characterized in that there are substances on the surface that have hydraulic properties.
The method according to the invention for producing such a granulate is characterized in that on the granulate surface a layer as seamless as possible is applied from substances which have hydraulic properties, whereupon the granulate is heat-treated at a temperature which is lower than the temperature at which the surface layer completely loses its hydraulic properties.
The invention is explained below in some exemplary embodiments with reference to the accompanying FIGS. 1 to 4 of the drawing. 1 and 2 show in plan and elevation the break points of a granulate-containing shaped body of the previous type. FIGS. 3 and 4, on the other hand, show the characteristic appearance of the break point of a shaped body made with the present granulate in the mortar mixture.
The creation of a granulate with a surface that has hydraulic properties is based on knowledge and experience that arose in the production of so-called expanded rock granulate.
Such granules can be provided with a surface layer in the moist state and before the heat treatment to carry out the expansion process, which consists for example of powdery hydraulic binders such as cement or burnt and ground clinker. The heating to carry out the expansion of the fresh granulate never exceeds 12000C, a temperature at which the hydraulic properties of the substances on the surface are at least partially retained, since cement, for example, only loses its hydraulic properties completely at a temperature above 12000C.
Accordingly, it has been observed that expanded rock granules produced in this way, which have been provided with a surface layer of hydraulic binders in the moist state, have at least some of the original hydraulic properties of the substances on the surface after their completion.
A granulate with such a surface exhibiting hydraulic properties is of course particularly well suited as an additive to mortar mixtures which themselves contain hydraulic binders, since a real hydraulic bond takes place between the surface of the granulate and the surrounding mortar mixture. Correspondingly, the adhesion between the granulate surface and the hardened concrete mass is significantly stronger than with a granulate whose surface does not have such hydraulic properties as was previously the case with expanded clay granulate or glass foam granulate.
This stronger bond between the surface of the granulate and the surrounding mortar mixture was found when tests were carried out on the flexural strength of test specimens made of lightweight concrete with such granulate. If, for example, a rectangular test specimen, as shown schematically in FIGS. 1 and 2, is broken off on a bending press machine, characteristic differences between a lightweight concrete with the present granules and a corresponding lightweight concrete with granules of the previously customary ones appear on the fracture surface Art.
When breaking off a test specimen 10 made of lightweight concrete containing, for example, expanded clay granulate, the fracture surface usually shows some expanded clay bodies 11, 12 and 13 that happen to be located in the fracture plane, some of which protrude from the brewing plane; In other places, shallow depressions 14 can also be observed which originate from an expanded clay body which is for the most part in the broken-off part of the shaped body. Such a fracture surface therefore shows that the adhesion of the surface, for example of the expanded clay body 11, in the concrete mass surrounding it is lower than the cohesion within the concrete mass itself and than the breaking strength of the expanded clay material.
A granulate with particularly good mechanical properties can only bring these to full effect if the adhesion of its surface to the surrounding concrete mass is greater than the internal cohesion in the granulate itself.
If, on the other hand, a molded body 15 is made from the same Mertel mixture with embedded granulate, which has hydraulic properties on its surface, then, as shown schematically in FIGS. Rather, the embedded granules 16, 17, 18 and 19 have broken through, as has the surrounding concrete mass. It can be seen that due to the much stronger hydraulic bond between the granulate surface and the surrounding concrete mass, the granulate's own breaking strength can contribute significantly more to the mechanical properties of the lightweight concrete produced with it than when using the same granulate. but without hydraulic properties on the surface.
For a granulate that is used, for example, to create a lightweight concrete that itself contains cement as a hydraulic binder, it is advantageous if there is also cement on the granulate surface in such a state that the cement still has at least a remainder of its original hydraulic properties. If desired, however, burnt and ground clinker can also be present on the surface of the granulate if the clinker still has the desired hydraulic properties. It must of course be ensured that the hydraulically still active substances present on the surface of the granulate in the mortar mixture to which the granulate is added cannot have any adverse effect.
The beneficial effect of a surface that has substances with hydraulic properties occurs with every granulate, regardless of what material the cell body itself is made of. For example, expanded clay granules, which of course normally have a completely inactive surface, can be provided with a surface layer which in turn is firmly anchored to the cell body, but on the other hand still has noticeable hydraulic properties. A foam glass granulate or a plastic granulate can also be provided with such hydraulically active surfaces.
As already mentioned above, in order to produce such a granulate with a hydraulically active surface, a layer of materials that are as seamless as possible and that have appropriate hydraulic properties is first applied to this surface, i.e. a layer of cement, burnt and ground clinker, or other hydraulic ones Binders. The granulate prepared in this way is then subjected to a heat treatment, but the temperature is not exceeded at which the hydraulic substances applied to the surface would completely lose their hydraulic properties.
If the highest treatment temperature does not exceed 12000C, cement or burnt and ground clinker, for example, retains a noticeable proportion of its original hydraulic properties and thus gives the granulate surface itself these hydraulic properties.
If a temperature of about 1200 C is not exceeded during the production of the granulate itself, i.e. when the expansion process is carried out, as is the case, for example, with the above-mentioned expanded rock granulate, the still moist granulate can be on its surface before the expansion process is carried out dry, powdery, hydraulic substances are treated in such a way that the surface is covered as completely as possible and a surface layer adhering to the granulate is created from these substances.
The expansion process can then at most partially eliminate the hydraulic properties of this surface layer, so that the finished granulate has the desired surface that has hydraulic properties.
If desired, however, such expanded rock granulate can of course also be provided with such a surface layer after its completion in a separate process and this can be solidified by a separate heat treatment while at least partially maintaining the hydraulic properties of this surface layer. When such a hydraulically active surface layer is subsequently applied to finished granulate, it is advisable to use an emulsion containing substances which, after drying, have hydraulic properties.
With this emulsion, which can be liquid or pulpy, the surface of the granulate is covered as completely as possible and the emulsion is dried there, advantageously by means of a heat treatment, which of course must not exceed the temperature limit of about 1200 oC already specified above.
In the last-mentioned way, any granulate can also be provided with a surface layer afterwards through a separate process, which gives the granulate surface hydraulic properties. Both expanded clay granules and glass foam granules and granules made from plastic foams can be provided with such surface layers.
PATENT CLAIM I
Granules with a non-porous surface, suitable for embedding in a mortar mixture containing hydraulic binders, characterized in that there are substances on the surface of the granules which have hydraulic properties.