DE10129873C1 - Leichtbaustoff aus aktiviertem Lehmbinder und pflanzlichen oder mineralischen Zuschlägen für die Herstellung von Formkörpern, Verfahren zur Herstellung solcher Formkörper sowie deren Verwendung - Google Patents
Leichtbaustoff aus aktiviertem Lehmbinder und pflanzlichen oder mineralischen Zuschlägen für die Herstellung von Formkörpern, Verfahren zur Herstellung solcher Formkörper sowie deren VerwendungInfo
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Abstract
Bei der Erfindung handelt es sich um einen Leichtbaustoff aus aktiviertem Lehmbinder und pflanzlichen oder mineralischen Zuschlägen, vorzugsweise zur Verwendung als Leichtbaustein bzw. Leichtbauelement für den Hochbau. Der aktivierte Lehmbinder besteht aus Lehm und einem alumosilikatischen Binder. DOLLAR A Die Verfestigung erfolgt durch eine Kondensationsreaktion des alumosilikatischen Binders zu einem stabilen dreidimensionalen Netzwerk. Gegenüber herkömmlichem Lehm können durch aktivierte Lehmbinder höhere Festigkeiten und eine Wasserbeständigkeit unter Beibehaltung der Wasserdampfdiffusionsfähigkeit erreicht werden. Weiterhin ist eine bessere Mikrobenresistenz, bei Masseversätzen mit einem hohen Anteil an pflanzlichen Rohstoffen, zu verzeichnen. DOLLAR A Die Herstellung des Leichtbaustoffes aus aktiviertem Lehmbinder und pflanzlichen oder mineralischen Zuschlägen erfolgt durch Mischung des Lehms und der aktivierten alumosilikatischen Verbindungen und nachfolgendes Beimengen der Zuschläge, wobei die Zugabe von Wasser in Abhängigkeit der Formgebung variiert werden kann. Die Formgebung kann durch Strangpressen, Trockenpressen, Einfüllen (flüssig bis fest) in Formen und Freiformen erfolgen.
Description
Die Erfindung gehört in das Gebiet der Baustoffe und ist vorzugsweise anzuwenden
im Hochbau. Die Erfindung betrifft einen Leichtbaustoff, vorzugsweise zur Verwen
dung als Leichtbaustein bzw. Leichtbauelement für Wände, Decken und Dächer,
fließfähiges Gemenge für die Vorort-Verarbeitung, sowie seine Herstellung und Ver
wendung.
Lehm als traditioneller Bauwerkstoff besitzt durch seinen Gehalt an quellfähigen
Tonmineralen grundsätzlich eine geringe Eigenfestigkeit und Wasserbeständigkeit.
Aufgrund dessen werden Lehmgemenge mit anorganischen oder organischen Zu
sätzen stabilisiert. Stand der Technik hinsichtlich anorganischer Stabilisierungszusät
ze sind Bindemittel wie Gips, Kalk und Zement. In DE 296 21 998 U1 ist ein
Leichtlehmbaustein mit erhöhter Festigkeit beschrieben, der neben pflanzlichen Zu
schlägen zur Erhöhung der Festigkeit Kalk oder Gips enthält. Das Patent DE 41 32 009 C1
beschreibt einen Baustoff für den Lehmbau, der neben gehäckseltem
Stroh, Säge- oder Hobelspänen, Sägemehl, Korkschrot, Glas- oder Mineralfasern
oder Styroporgranulat noch Zement als Härter und Gips als Abbindebeschleuniger
enthält. Auch die aus DE 195 42 676 A1 bekannte, schnell härtbare
Lehmmischung enthält neben mineralischen Zuschlägen, wie Blähton, Blähperlit,
Blähglas oder Blählava, als Härter Zement und als Abbindebeschleuniger Alkalisilikat
wie Natronwasserglas. Die aus dem Patent DE 195 41 119 C1 bekannte Leichtlehm
platte kann neben Stroh und Bentonit oder bentonitähnlichen Tonen eine wässrige
Natronwasserglaslösung enthalten.
Die genannten anorganischen Binder, insbesondere Zement, Kalk und Gips, stellen
jedoch ein konkurrierendes Stoffsystem zum Lehm selbst dar, was sich beispielswei
se in abfallenden Festigkeiten gegenüber der reinen Lehmmischung äußern kann.
Neben anorganischen Stabilisierungszusätzen wird die Eignung organischer Zusätze
beschrieben. Beispielsweise in DE 199 21 815 A1 werden die Eigenschaften
von Lehmbaustoffen mit organischen Zusätzen modifiziert, die wenigstens ein in
Wasser dispergierbares Copolymerisat und wenigstens einen alkoxylierten ionischen
oder nichtionischen Emulgator enthalten, um die mechanische Festigkeit, Beständig
keit und Wasserfestigkeit zu verbessern. Polymerdispersionen als stabilisierende
Zusätze für Lehmgemenge werden in den japanischen Patentanmeldungen 49099719,
08310851, 58190864 und 56050156 sowie im US-Patent 4243563 genannt.
Unerwartet ließ sich durch Zugabe sogenannter Geopolymere als anorganischer
Stabilisierungszusatz die Festigkeit und insbesondere die Wasserbeständigkeit des
Lehmbaustoffes wesentlich verbessern. Bei den Geopolymeren handelt es sich um
reaktionsfähige Oxidmischungen - zumeist Metakaolin - die in wässrig alkalischem
Medium durch Kondensation zu stabilen anorganischen Netzwerken erhärten.
Erste Patente zu Geopolymerbindern wurden Mitte der 70iger Jahre angemeldet.
Insbesondere wurden durch Herrn J. Davidovits Patentansprüche zur Herstellung
und Anwendung von Geopolymeren erworben (z. B. EP 0 153097 B1, EP 0 026687 B1,
WO 82/00816 A1, WO 83/03093 A1, WO 85/03699 A1). Die Schutzrechte einiger
Patente sind bereits abgelaufen, so daß die Inhalte als Stand der Technik angesehen
werden können. Die Möglichkeit Metakaolin durch preiswertere Komponenten wie
aktivierten Tonen zu ersetzen, wurde in Untersuchungen nachgewiesen [1] und die
Ergebnisse in [2] und [3] veröffentlicht. Durch die Firma HT Troplast AG wurde 1999
das Patent DE 100 11 757 A1 zum Einsatz von thermisch aktivierten Tonen für Geo
polymerbinder angemeldet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen für den Lehmbau geeigneten
Leichtbaustoff zu schaffen, mit dem sich durch die Wahl seiner Zusammensetzung
eine höhere Endfestigkeit und Wasserbeständigkeit der daraus hergestellten Form
körper erzielen lässt.
Diese Aufgabe wird für den Leichtbaustoff mit den Merkmalen des Anspruches 1 und
für daraus hergestellte Formkörper mit den Verfahrensmaßnahmen des Anspruches
3 gelöst.
Im Sinne einer Verfestigung von Lehm durch Aktivierung mit alumosilikatischen Bin
dern (Geopolymeren) zur Erzielung einer höheren Endfestigkeit und Wasserbestän
digkeit sind dem Antragsteller keine Patente bekannt.
Erfindungsgemäß handelt es sich um einen Leichtbaustoff aus aktiviertem Lehmbin
der und pflanzlichen oder mineralischen Zuschlägen. Die pflanzlichen Bestandteile
können dabei in verschiedenen Formen, beispielsweise als Schäben, Fasern, Häck
seln, Spelzen, Schnitzeln, extrudierte Getreide als Leichtzuschlag eingesetzt werden.
Als mineralische Zuschläge können Leichtzuschläge wie Schaumglassplitt, Blähglas,
Perlit, Vermiculit, Bims oder Blähton verwendet werden.
Der aktivierte Lehmbinder setzt sich zusammen aus Lehm und reaktiven alumosilika
tischen Verbindungen. Die Verfestigung des Lehmes erfolgt durch eine Kondensati
onsreaktion der alumosilikatischen Verbindungen zu einem stabilen dreidimensiona
len Netzwerk. Als reaktive alumosilikatische Verbindungen sind nachfolgende
Stoffversätze relevant:
Feststoffkomponente: thermisch durch hydrothermales Brennen aktivierte Tone, Metakaolin, Ziegelmehl und/oder Klärschlammasche
Härterkomponente: alkalische Lösung von Natriumhydroxid und Natronwas serglas.
Feststoffkomponente: thermisch durch hydrothermales Brennen aktivierte Tone, Metakaolin, Ziegelmehl und/oder Klärschlammasche
Härterkomponente: alkalische Lösung von Natriumhydroxid und Natronwas serglas.
Der anteilige Masseversatzes von Lehm und aktivierten alumosilikatischen Verbin
dungen wird entsprechend den gewünschten Eigenschaften des Leichtbaustoffes
variiert, ebenso der Anteil pflanzlicher bzw. mineralischer Zuschläge.
Aufgrund der stofflichen Verwandtschaft von Lehm und alumosilikatischem Binder ist
eine hohe Verträglichkeit der Materialien gegeben. Der aktivierte Lehmbinder erreicht
gegenüber herkömmlichen Lehm eine höhere Festigkeit und Wasserbeständigkeit
unter Beibehaltung der Wasserdampfdiffusionsfähigkeit. Weiterhin ist eine bessere
Mikrobenresistenz, bei Masseversätzen mit einem hohen Anteil an pflanzlichen Roh
stoffen, zu verzeichnen.
Der erfindungsgemäße Leichtbaustoff kann durch seine erhöhte Festigkeit zu groß
formatigen Bauteilen verarbeitet werden. Ebenso wird die Transport- und Montagefä
higkeit verbessert.
Die Herstellung des Leichtbaustoffes aus aktiviertem Lehmbinder und pflanzlichen
bzw. mineralischen Zuschlägen erfolgt durch Mischung des Lehmes und der akti
vierten alumosilikatischen Verbindungen und nachfolgendes Beimengen der Zu
schläge, wobei die Zugabe von Wasser in Abhängigkeit der Formgebung variiert
wird. Die Formgebung kann durch Strangpressen, Trockenpressen, Einfüllen in For
men (flüssig bis fest) und Freiformen erfolgen.
[1] H. Hohmann, Ch. Kaps:
Projekt-Nr. 1997-WF-6064 Fördermittelgeber Thüringer Ministerium für Wirtschaft und Infrastruktur (Projektlaufzeit 1.1.1998-30.03.1999, Abschlußbericht am 30.07.1999)
[2] Ch. Kaps und M. Hohmann:
Tagungsbeitrag der 14. Ibausil (20.-23.09.2000) S. 1-0415 bis 1-0424
[3] Ch. Kaps, M. Hohmann und H. Hohmann:
In: Materials Science and Restoration, Tagungsbeitrag auf der MRS V (30.11.-1.12.1999); S. 1593-1602; 1999
Projekt-Nr. 1997-WF-6064 Fördermittelgeber Thüringer Ministerium für Wirtschaft und Infrastruktur (Projektlaufzeit 1.1.1998-30.03.1999, Abschlußbericht am 30.07.1999)
[2] Ch. Kaps und M. Hohmann:
Tagungsbeitrag der 14. Ibausil (20.-23.09.2000) S. 1-0415 bis 1-0424
[3] Ch. Kaps, M. Hohmann und H. Hohmann:
In: Materials Science and Restoration, Tagungsbeitrag auf der MRS V (30.11.-1.12.1999); S. 1593-1602; 1999
Claims (8)
1. Leichtbaustoff für die Herstellung von Formkörpern, bestehend aus
Lehm,
pflanzlichen oder mineralischen Zuschlägen und
aktivierten alumosilikatischen Verbindungen in Form eines reaktiven Gemisches aus den Bestandteilen aktivierte Tone, Metakaolin, Zie gelmehl, Klärschlammasche und als Härterkomponenten Natrium hydroxid, Natronwasserglas und Wasser in variablen Mengenantei len.
pflanzlichen oder mineralischen Zuschlägen und
aktivierten alumosilikatischen Verbindungen in Form eines reaktiven Gemisches aus den Bestandteilen aktivierte Tone, Metakaolin, Zie gelmehl, Klärschlammasche und als Härterkomponenten Natrium hydroxid, Natronwasserglas und Wasser in variablen Mengenantei len.
2. Leichtbaustoff nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass er in verschiedenen Mengenanteilen
als pflanzliche Zuschläge unterschiedliche Pflanzenarten und in un terschiedlichen Formen als Schäben, Schnitzel, Häcksel Fasern, Nadeln, Halme, extrudiertes Getreide oder
als mineralische Zuschläge Schaumglassplitt, Blähglas, Perlit, Ver miculit, Bims, Blähton
enthält.
als pflanzliche Zuschläge unterschiedliche Pflanzenarten und in un terschiedlichen Formen als Schäben, Schnitzel, Häcksel Fasern, Nadeln, Halme, extrudiertes Getreide oder
als mineralische Zuschläge Schaumglassplitt, Blähglas, Perlit, Ver miculit, Bims, Blähton
enthält.
3. Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers aus einem Leichtbaustoff nach
Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
Lehm mit variablen Mengenanteilen der aktivierten alumosilikatischen
Verbindung und den pflanzlichen oder mineralischen Zuschlagstoffen
sowie gegebenenfalls Wasser gemischt wird, daraus Formkörper ge
formt werden, wobei die Zugabe von Wasser in Abhängigkeit der Form
gebung variiert wird, und die Formkörper bei Umgebungstemperatur
oder bei 50°C bis 110°C beschleunigt ausgehärtet werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Formkörper ohne Zugabe von Wasser durch Trockenpressen ge
formt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Formkörper bei Zugabe von Wasser durch Strangpressen geformt
werden.
6. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein fließfähiges Gemenge für eine Vorort-Verarbeitung in eine Schalung
oder in eine Form gefüllt wird.
7. Verwendung eines nach einem der Ansprüche 3 bis 6 hergestellten Formkör
pers als Leichtbaustein oder Leichtbauelement für Wände, Decken und Dä
cher.
8. Verwendung eines nach einem der Ansprüche 3 bis 6 hergestellten Formkör
pers im Hochbau.
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