DE102010062762B4

DE102010062762B4 - Verfahren zur Herstellung von Schaumbeton und Verwendung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102010062762B4
Application number: DE201010062762
Authority: DE
Inventors: Dr.-Ing. Lucà Sebastiano F.
Original assignee: Dr Luca & Partner Ingenieurkontor GmbH; Luca & Partner Ingenieurkontor Dr GmbH
Current assignee: LITHOPORE INDUSTRIES AB, SE
Priority date: 2010-12-09
Filing date: 2010-12-09
Publication date: 2012-09-27
Anticipated expiration: 2030-12-10
Also published as: DE102010062762A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung von Schaumbeton mit einer Trockendichte geringer als 400 kg/m3 umfassend die Schritte a. Bildung eines Zementleims bestehend aus Zement, Wasser, einem Netzwerkmittel, wobei es sich um ein Gemisch von negativ geladenen anorganischen Stoffen und organischen Stoffen mit Amidgruppen mit entsprechenden Gegenionen (Kationen) handelt, die zwei oder dreiwertige Kationen oder eine Mischung derselben und/oder eine organische Verbindung mit überschüssigen positiven Ladungen aus der Klasse der kationischen Tenside und/oder der quartären Ammoniumverbindungen umfassen, und gegebenenfalls mindestens einem Zusatzstoff, durch Mischen der Komponenten in einem Mischer (1), b. Bildung eines Schaums bestehend aus Wasser, Luft und einem proteinbasierten Schaummittel aus unpolaren und polaren Aminosäuren mittels eines Schaumgenerators (2), wobei das Schaummittel ein Protein, welches zu 50 bis 80 Masse-% aus den Aminosäuren A (Alanin), E (Glutaminsäure), G (Glycin), I (Isoleucin), L (Leucin), M (Methionin), P (Prolin), Q (Glutamin) und V (Valin) besteht, mit einer Molmasse zwischen 20000 und...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Schaumbeton und dessen Verwendung.
Beton ist ein künstlicher Stein, der aus einem Gemisch von Zement, Betonzuschlag und Wasser – gegebenenfalls auch mit Betonzusatzmitteln und Betonzusatzstoffen (Betonzusätzen) – durch Erhärten des Zementleims (Zement-Wasser-Gemisch) entsteht (DIN 1045). Zement ist dabei das hydraulische Bindemittel. Die Betoneigenschaften werden durch Auswahl der Ausgangsstoffe und deren Mischungsverhältnis eingestellt. Als Betonzuschlag kommen beispielsweise Sand, Kies und/oder Splitt zum Einsatz. Beim Mörtel sind im Unterschied zum Beton die verwendeten Gesteinskörnungen feiner, eine Zugabe von größeren Bruchsteinen fehlt. Beton, bei dem der Zementleim noch nicht abgebunden ist, wird als Frischbeton bezeichnet, der eine Frischrohdichte besitzt. Nachdem der Zementleim abgebunden hat, wird der Beton Festbeton genannt. Dieser besitzt eine Fest- bzw. Trockenrohdichte. Die Rohdichte ist die Dichte eines porösen Körpers, basierend auf dem Volumen einschließlich der Porenräume. Das Gegenstück zur Rohdichte ist die porenfreie Reindichte.
Die Rohdichte des Betons hängt vom Zuschlag ab. Bei Normalbeton beträgt die Trockenrohdichte zwischen 2000 und 2600 kg/m³. Betone oberhalb von 2600 kg/m³ werden als Schwerbeton bezeichnet, unterhalb von 2000 kg/m³ als Leichtbeton.
Zur Reduzierung des Eigengewichts einer Konstruktion sind leichte und dennoch stabile Betone wünschenswert. Um dies zu erreichen, wird in Anlehnung an leichte und poröse natürliche Gesteine in künstliche Steine wie Beton oder Zementstein ein möglichst hoher Anteil an Luft oder Gasen eingebracht. Hierfür sind im wesentlichen drei Ansätze vorbekannt:

1. Zugabe leichter Gesteinskörnungen oder Zusatzstoffe zum Zementleim. Leichtbeton hat meist Zuschläge wie Blähton oder Bimsstein. Als Zusatzstoffe sind auch Blähglas und expandierte Polystyrolkugeln bekannt.
2. Zugabe von Substanzen, die unter Freisetzung von Gasen in oder mit dem Zementleim reagieren und so Poren bilden, d. h. chemisches Aufschäumen.
3. Einbringen und Stabilisieren von Luftporen in den Zementleim während der Herstellung, d. h. physikalisches Aufschäumen.

Durch den hohen Luft- oder Gasanteil im Zement oder Beton kann Rohstoff eingespart werden und es ergeben sich verbesserte Wärmedämmeigenschaften. Mit steigendem Lufteintrag und damit steigendem Porenanteil sinkt die Frisch- und Trockenrohdichte des Betons.
Die Herstellung von Leichtbeton mit einer Dichte von weniger als 400 kg/m³ ist möglich, aber prozesstechnisch aufwendig. Vorbekannt sind Lösungen, bei denen organische Materialien wie expandiertes Polystyrol (EPS) in Form von Kugeln mit einem Durchmesser zwischen 1 bis 5 mm als Zuschlag zum Einsatz kommen. Bekannte Markenprodukte, die auf diesem Verfahren basieren, sind unter anderem Poriment^® P der Heidelberger Beton Gruppe, sowie Thermozell 250 und 400 der Firma Thermozell GmbH, Glanegg, Österreich. Mit diesem Verfahren können niedrigere Dichten als 400 kg/m³ erreicht werden, für Dichten um 250 kg/m³ muss der Zementleim allerdings zusätzlich geschäumt werden. Die erreichbaren Festigkeiten liegen maximal bei 0,3 MPa.
Porenbeton, früher Gasbeton genannt, ist beispielsweise unter den Markennamen Ytong, Hebel, Porit, Greisel, H + H Celcon, Hansa, Solbet oder Siporex bekannt. Der Anteil der Gesteinskörnung im Porenbeton ist in der Regel gering, weshalb Porenbeton im Grunde kein Beton im Sinne der Definition nach DIN 1045 ist. Die Porosierung von Porenbeton erfolgt durch chemisches Aufschäumen. Dazu dient in der Regel Wasserstoffgas, welches durch die katalytische Spaltung des Anmachwassers in stark alkalischem Milieu entsteht. Als Katalysator dient hierbei Aluminiumpulver. Es entsteht ein hochporöser, mineralischer Baustoff auf der Grundlage von Kalk-, Kalkzement- oder Zementmörtel, der durch Blähen porosiert und grundsätzlich einer Dampfhärtung unterzogen wird. Porenbeton ist daher auch unter der Bezeichnung Autoclaved Aerated Concrete (AAC) oder Autoclaved Cellular Concrete (ACC) bekannt.
Die Herstellung von Leichtbetonen bzw. Mineralschäumen durch Sauerstoffgas als Treibmittel unter Verwendung von Wasserstoffperoxyd ist aus der WO2007/134349A1 vorbekannt.
Schaumbeton, neben dampfgehärtetem Porenbeton eine weitere Form des Porenbetons, wird unter Verwendung von Schaummitteln hergestellt. Im Gegensatz zum chemischen Aufschäumen erfordert das zur Herstellung von Schaumbeton angewandte physikalische Aufschäumen keine Treibmittel. Der Schaumbeton wird durch Einbringen von mit Luft oder Gas gefülltem Schaum in den Zementleim oder Beton gebildet. Physikalische Schäume sind nur bedingt stabil. Die Gasblasen dienen, wie bei den chemischen Schäumen, lediglich vorübergehend als Stützkörper, bis sich eine tragfähige Feststoffstruktur ausgebildet hat. Schaumbeton besteht aus einem Zementleim bzw. einem Zement-Zuschlag-Leim. Dieser umfasst Zement, Wasser, eventuelle Zusatzstoffe und/oder Zusatzmittel. Bei der Verarbeitung wird dem Leim, Mörtel oder Beton ein von einem Schaumgenerator aus Wasser, Luft und Schaummittel vorgefertigter Schaum zugesetzt und untergemischt.
Vorbekannt sind Schaummittel auf Grundlage von Tensiden oder Proteinen. Die Wirkung der Schaummittel beruht auf den polaren Gruppen der Tensid- bzw. Proteinmoleküle. Proteinbasierte Schaummittel weisen gegenüber tensidbasierten Schäumen in der Regel eine höhere Stabilität auf. Bei der Wahl der Wirkstoffe ist der Einfluss auf die Zementchemie und die rheologischen Eigenschaften des Frischbetons zu berücksichtigen. Die hohe Ionen-Konzentration und der hohe pH-Wert im Zementleim können die aufschäumende Wirkung vieler Tenside oder Proteine reduzieren oder unterdrücken. Als Proteinschaummittel werden im Bausektor fast ausschließlich Hydrolyseprodukte eingesetzt, die auf tierischen Abfällen basieren. In Abhängigkeit vom Hydrolyseverlauf und vor allem der zur Verfügung stehenden tierischen Abfälle entsteht ein Gemisch von Proteinen verschiedener Molmassen (3000 bis 350000 Dalton).
Aus der WO2007/134349A1 ist bekannt, dass Schaumbeton üblicherweise Trockenrohdichten im Bereich von 400 bis 2000 kg/m³ aufweist, wobei jedoch Schaumbeton mit einer Trockenrohdichte unter 400 kg/m³ als extrem instabil angesehen wird.
Aus der Dissertation von Dr.-Ing. Jens Uwe Pott „Entwicklungsstrategien für zementgebundene Schäume”, Universität Hannover 2006, ist vorbekannt, dass bei der Herstellung stabiler Zementschäume Luftgehalte von maximal 65 Vol.-% im frischen Zustand erreicht werden können, was zu einer Frischrohdichte von ca. 0,60–0,65 g/cm³ führt. Durch Austrocknung verringerte sich die Rohdichte während der Erhärtung nochmals um ca. 0,10–0,15 g/cm³. In Ausnahmefällen konnten noch geringere Festrohdichten bis ca. 0,40 g/cm³ erreicht werden; entsprechende Prismen wiesen laut Dissertation jedoch keine technisch nutzbaren Festigkeiten auf.
Aus der genannten Dissertation ist weiter bekannt, dass die beim Einbringen des Schaumes in den Zementleim entstehenden Grenzflächen durch grenzflächenaktive Stoffe stabilisiert werden können. Diese Stabilisatoren sollen vor allem bei weichen Betonkonsistenzen das Entmischen verhindern und die Homogenität des Frischbetons verbessern. Gleichzeitig wird der Zusammenhalt der Mischung verbessert, was sich positiv auf die Verarbeitungseigenschaften auswirkt. Ein Nebeneffekt aus den rheologischen Veränderungen der Leime bei Verwendung von Stabilisatoren ist fast immer ein erhöhter Luftporengehalt, da die im Mischprozess eingebrachte Luft durch den besseren Zusammenhalt der Mischung schlechter entweichen kann.
Stabilisatoren können nach den verwendeten Wirkstoffen in die zwei Hauptgruppen organische Polymere und feinkörnige, anorganische Substanzen mit hohem Wasserrückhaltevermögen unterteilt werden, wobei die organischen Polymere weiter unterteilt werden können in

• natürliche Polymere wie z. B. Stärke, Biopolymere, natürliche Gummimodifikationen,
• halbsynthetische Polymere wie z. B. Cellulose-Derivate und
• synthetische Polymere wie z. B. Polyethylen-Oxid, Polyacrylate.

Stabilisatoren auf Basis feinkörniger, anorganischer Substanzen bestehen im Bereich der Betonzusatzmittel in der Regel aus wässrigen Dispersionen von Silikastäuben oder synthetischen Kieselsäuren.
Aus der industriellen Praxis, beispielsweise bei der Herstellung von wärmedämmenden Ausgleichsschichten auf Zementbasis ohne Verwendung von Polystyrolpartikeln, ist bekannt, dass die geringstmögliche Trockenrohdichte von Schaumbeton bei ca. 400–500 kg/m³ liegt.
Porenbetone mit Trockenrohdichten unter 400 kg/m³ sind derzeit nur mit sehr hohem prozesstechnischem Aufwand herstellbar, was ökologische und ökonomische Nachteile mit sich bringt. Zudem werden Porenbetone in der Regel als Fertigteile produziert, da die Anlagen zur Produktion dieser Porenbetone, beispielsweise Autoklaven, ortsgebunden sind.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Schaumbeton mit einer Trockenrohdichte unter 400 kg/m³ zur Verfügung zu stellen, das vor Ort zur Verfügung steht und bei dem auf eine aufwendige thermische Nachbehandlung verzichtet werden kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Schaumbeton mit den folgenden Schritten vor:

a. Bildung eines Zementleims bestehend aus Zement, Wasser, einem Netzwerkmittel, wobei es sich um ein Gemisch von negativ geladenen anorganischen Stoffen und organischen Stoffen mit Amidgruppen mit entsprechenden Gegenionen (Kationen) handelt, die zwei oder dreiwertige Kationen oder eine Mischung derselben und/oder eine organische Verbindung mit überschüssigen positiven Ladungen aus der Klasse der kationischen Tenside und/oder der quartären Ammoniumverbindungen umfassen, und gegebenenfalls mindestens einem Zusatzstoff, durch Mischen der Komponenten in einem Mischerb. Bildung eines Schaums bestehend aus Wasser, Luft und einem proteinbasierten Schaummittel aus unpolaren und polaren Aminosäuren mittels eines Schaumgenerators, wobei das Schaummittel ein Protein, welches zu 50 bis 80 Masse-% aus den Aminosäuren A (Alanin), E (Glutaminsäure), G (Glycin), I (Isoleucin), L (Leucin), M (Methionin), P (Prolin), Q (Glutamin) und V (Valin) besteht, mit einer Molmasse zwischen 20000 und 120000 Dalton und die restlichen 20 bis 50 Masse-% andere Aminosäuren sind, ist,
c. Mischen des in Schritt a gebildeten Zementleims und des in Schritt b gebildeten Schaums im Mischer (1) und/oder in einem Fahrmischer (3),
d. Trocknen des Schaumbetons.

Als Zusatzstoffe bzw. weiteres hydraulisches Bindemittel werden Kalkstein, Flugasche bzw. Baukalk bevorzugt. Das Abbinden und Trocknen des Schaumbetons kann bei Raumtemperatur erfolgen. Bei dem Mischer handelt es sich bevorzugt um einen Planetenmischer mit oder ohne Wirbler.
Die Gegenionen des Netzwerkmittels sind ausgewählt aus der Gruppe von Ba²⁺, Ca²⁺, Cu²⁺, Fe²⁺, Zn²⁺, B³⁺, Fe³⁺, Al³⁺ und Cr³⁺. Das Netzwerkmittel ist vorzugsweise LithoFoam^® NWF, besonders bevorzugt LithoFoam^® NWF S mit einem Stickstoffanteil von mindestens 1 Masse-% und einer Dichte zwischen 1,2 und 1,35 g/ml, welche alle Produkte der Firma Dr. Lucà & Partner Ingenieurkontor GmbH sind.
Das Schaummittel ist ein Protein, welches im alkalischen Zementleim negative Ladungen aufweist, welche im erfindungsgemäßen Verfahren genutzt werden, um eine enge Verbindung zwischen den gelösten Proteinsträngen herzustellen, so dass die Schaumstabilität signifikant erhöht wird. Das Schaummittel besteht wie oben erwähnt zu 50 bis 80 Masse-% aus den Aminosäuren A (Alanin), E (Glutaminsäure), G (Glycin), I (Isoleucin), L (Leucin), M (Methionin), P (Prolin), Q (Glutamin) und V (Valin), mit einer Molmasse zwischen 20000 und 120000 Dalton. Die restlichen 20 bis 50 Masse sind andere Aminosäuren, vorzugsweise andere kanonische Aminosäuren. Das Schaummittel ist vorzugsweise LithoFoam^® SL-200 L mit einer Dichte von 1 bis 1,2 g/ml und einem pH-Wert von 6,5 bis 8, welches ein Produkt der Firma Dr. Lucà & Partner Ingenieurkontor GmbH ist.
In einem der Schritte a, b oder c kann ein Stabilisator zudosiert werden, wobei die Zugabe des Stabilisators vorzugsweise als wässrige Suspension zum Zementleim in Schritt a, besonders bevorzugt zum Wasser des Zementleims vor Schritt a, erfolgt.
Der Stabilisator ist ein Zuckerpolymer mit molekular eingebundenen anorganischen silikataktiven Elementen, d. h. sogenannte Netzwerkbildner, wie beispielsweise Calcium- oder Aluminiumverbindungen, oder deren Mischungen, insbesondere Calcium- oder Aluminiumoxide oder deren Mischungen, wobei die Zuckerpolymere aus Glukoseeinheiten mit einer Molmasse zwischen 50000 und 200000 Dalton, vorzugsweise 125000 bis 150000 Dalton bestehen. Bevorzugt ist der Stabilisator LithoFoam^® MRF, besonders bevorzugt LithoFoam^® MRF 2000-S, mit einer Trocken-Schüttdichte von 0,1 bis 0,5 g/ml, welche alle Produkte der Firma Dr. Lucà & Partner Ingenieurkontor GmbH sind.
Der im Schaumgenerator gebildete Schaum weist eine Dichte zwischen 10 und 160 g/l, vorzugsweise 80 g/l, auf. Der Arbeitsdruck des Schaumgenerators beträgt maximal 1 bar, vorzugsweise weniger als 1 bar. Vorzugsweise wird zur Schaumerzeugung ein Niederdruck-Schaumgenerator FG4 II Industrieversion der Fa. Dr. Lucà & Partner Ingenieurkontor GmbH verwendet.
Die gesamte eingesetzte Wassermenge, bestehend aus dem Anmachwasser des Zementleims sowie dem Wasser zur Schaumbildung, kann unmittelbar vor seiner Verwendung mit einem DC-Strom von 10 bis 50 mA, vorzugsweise 25 mA, pro Liter und Minute behandelt werden.
Zum Hydrophobieren des trockenen Schaumbetons kann dem Zementleim vor der Schaumzugabe maximal 5 kg Silikonöl mit Molmassen zwischen 5 und 5000 Dalton, vorzugsweise 350 bis 1000 Dalton pro Kubikmeter Zementleim, vorzugsweise in einem Anteil von 2 bis 4 kg pro Kubikmeter Zementleim über eine Dosierpumpe 5 zugegeben werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachstehend anhand von 1 und Ausführungsbeispielen erläutert.
1 zeigt ein Ablaufschema des erfindungsgemäßen Prozesses.
Zement wird mit Wasser und einem Netzwerkmittel in einem Mischer 1 gemischt. Optional werden dem Zementleim Zusatzstoffe wie beispielsweise Kalkstein, Feinsand, Flugasche mit einer Korngröße < 500 μm bevorzugt, besonders bevorzugt < 50 μm zugegeben. Der Zementleim besteht vorzugsweise aus mindestens 60 Masse-% Zement, besonders bevorzugt aus 80 bis 95 Masse-% Zement. Als weiteres hydraulisches Bindemittel wird Baukalk bevorzugt. Möglich ist aber auch ein Zementanteil von 100%. Optional kann dem Zementleim mit einer Dosierpumpe 4 ein Stabilisator zugefügt werden. Zur Hydrophobierung kann über eine Dosierpumpe 5 Silikonöl in den Mischer gegeben werden.
In einem Schaumgenerator 2 wird aus Wasser, Schaummittel und Luft ein Schaum gebildet, wobei die Dichte des Schaums 10 bis 160 g/l, vorzugsweise 80 g/l beträgt. Der Schaumgenerator 2 arbeitet vorzugsweise bei einem Betriebsdruck von maximal 1 bar.
In einem Fahrmischer 3 wird die Mischung aus dem Mischer 1 mit dem im Schaumgenerator 2 gebildeten Schaum vermischt und der fließfähige und pumpbare Frisch-Schaumbeton gebildet.
Die Mischvorgänge im Mischer 1 und Fahrmischer 3 können auch nacheinander im Mischer 1 erfolgen.
Aus dem Fahrmischer 3 wird mit einer Förderpumpe 6 der Frisch-Schaumbeton am Einsatzort ausgebracht und anschließend getrocknet. Das Trocknen erfolgt bei Raumtemperatur.
Das Verfahren eignet sich insbesondere für die cast-in situ-Technik, vorzugsweise für Wandverfüllungen, als wärmedämmender Ausgleich im Bodenbereich, vorzugsweise unter Fließestrichen, oder Perimeterdämmung, oder zum Verfüllen von Hohlelementen, vorzugsweise von Hohl- und Lochsteinen verschiedener Materialien, zur Verfüllung sonstiger Hohlräume, zur Boden- und Dachisolierung, zur Blockstein-Herstellung und zur Paneelherstellung sowie als Isolierplattenzuschnitt mit Trockendichten kleiner als 200 kg/m³, vorzugsweise 100 bis 150 kg/m³.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird weiterhin anhand der nachfolgenden Ausführungsbeispiele näher erläutert:
Ausführungsbeispiel 1
Trockenzieldichte: 230 kg/m³
43 kg Wasser,
40 kg wässerige Suspension LithoFoam^® MRF,
180 kg Zement der Type CEM I 52,5 N des Zementmahlwerks Königswusterhausen der HeidelbergCement^® AG,
10 kg Baukalk und
5 kg LithoFoam^® NWF
werden gravimetrisch in einem Planetenmischer mit oder ohne Wirbler in der angegebenen Reihenfolge zu einem homogenen Gemisch verarbeitet. Der homogenen Mischung werden unter weiterem Mischen 804 Liter Schaum mit einer Schaumdichte von 80 g/l, bestehend aus 3,47 kg Schaummittelkonzentrat sowie Wasser zugeführt.
Es entsteht ein Kubikmeter Frisch-Schaumbeton mit einer Frischrohdichte von 342 kg/m³ sowie einer Trockenrohdichte von 230 kg/m³ bei einer Festigkeit des Festbetons von 0,3 MPa.
Ausführungsbeispiel 2
Trockenzieldichte: 130 kg/m³
3 kg Wasser,
40 kg wässerige Suspension LithoFoam^® MRF,
100 kg Zement der Type CEM I 52,5 N des Zementmahlwerks Königswusterhausen der HeidelbergCement^® AG,
5 kg Baukalk,
2 kg Silikonöl 350 der Firma Obermeier und
5 kg LithoFoam^® NWF
werden gravimetrisch in einem Planetenmischer mit oder ohne Wirbler in der angegebenen Reihenfolge zu einem homogenen Gemisch verarbeitet. Der homogenen Mischung werden unter weiterem Mischen 890 Liter Schaum mit einer Schaumdichte von 80 g/l, bestehend aus 3,84 kg Schaummittelkonzentrat sowie Wasser zugeführt.
Es entsteht ein Kubikmeter pumpfähiger Frisch-Schaumbeton mit einer Frischrohdichte von 226 kg/m³ sowie einer Trockenrohdichte von 130 kg/m³ bei einer Festigkeit des Festbetons von 0,2 MPa.
Der pumpfähige Frischbeton wird in Formen gegossen, 5 Stunden bei 40°C erwärmt, ausgeschalt und in Platten verschiedener Abmessungen mit einer automatischen Drahtsäge geschnitten und nach weiterer Lufttrocknung als Schaumbeton-Isolierplatte eingesetzt.
Ausführungsbeispiel 3
Trockenzieldichte: 130 kg/m³
3 kg Wasser, behandelt mit einem Strom von 25 mA pro Liter und Minute,
40 kg wässerige Suspension LithoFoam^® MRF mit Wasser, das mit einem Strom von 25 mA pro Liter und Minute behandelt wurde,
100 kg Zement der Type CEM I 52,5 N des Zementmahlwerks Königswusterhausen der HeidelbergCement^® AG,
5 kg Baukalk und
5 kg LithoFoam^® NWF
werden gravimetrisch in einem Planetenmischer in der angegebenen Reihenfolge zu einem homogenen Gemisch verarbeitet. Der homogenen Mischung werden unter weiterem Mischen 890 Liter Schaum mit einer Schaumdichte von 80 g/l, bestehend aus 3,84 kg Schaummittelkonzentrat sowie Wasser zugeführt, das mit einem Strom von 25 mA pro Liter und Minute behandelt wurde.
Es entsteht ein Kubikmeter pumpfähiger Frisch-Schaumbeton mit einer Frischrohdichte von 224 kg/m³ sowie einer Trockenrohdichte von 130 kg/m³ bei einer Festigkeit von 0,4 MPa.
Der pumpfähige Frisch-Schaumbeton kann als wärmedämmende Ausgleichsschicht verpumpt oder in Formen gegossen werden. Beim Giessen in Formen wird er dabei 5 Stunden bei 40°C erwärmt, ausgeschalt und in Platten verschiedener Abmessungen mit einer automatischen Drahtsäge geschnitten und nach weiterer Lufttrocknung als Schaumbeton-Isolierplatte eingesetzt.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lässt sich in der industriellen Praxis ohne hohe Trocknungstemperaturen Schaumbeton mit Trockenrohdichten zwischen 60 und 400 kg/m³ mit der erforderlichen technischen Festigkeit und hervorragenden wärmedämmenden Eigenschaften herstellen.
Der vernetzte Schaum weist eine wesentlich höhere Elastizität auf, welche die mechanische Festigkeit des fertigen Schaumzementes und/oder Schaumbetons sehr positiv beeinflusst.
Vorteile ergeben sich beim nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Schaumbeton auch wegen der fließfähigen und pumpbaren Konsistenz des Frisch-Schaumbetons sowie durch seine Autonivellierfähigkeit. Durch das preiswerte und universell einsetzbare Verfahren ergeben sich zahlreiche Einsatzmöglichkeiten. Als Beispiele für Schaumbetonanwendungen seien hier Blocksteinherstellung, Paneelherstellung, Boden- und Dachisolierung sowie cast-in-situ Wandverfüllung genannt.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen, anorganischen und ökologischen Schaumbetons ist nicht zuletzt seine Unbrennbarkeit. Auch für das auf lange Sicht vorgesehene Recycling der Baumaterialien eignet sich der erfindungsgemäße Schaumbeton uneingeschränkt, da er im Gegensatz zu organischen Schäumen und EPS-Schaumbeton keine potentiellen Schadstoffe enthält.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Schaumbeton ist die Möglichkeit, diesen in einfacher Weise zu hydrophobieren. Es ist bekannt, dass Öle, insbesondere Silikonöle und oder Silikonölemulsionen als Antischaummittel in verschiedenen technischen Prozessen eingesetzt werden. Auch Silane wirken schaumzerstörend. Überraschenderweise wurde aber gefunden, dass die Zugabe von bis 5 kg Silikonöl pro Kubikmeter fertigen Schaumbetons den nach Anspruch 1 erzeugten und eingesetzten Schaum nicht zerstört. Eine gute Hydrophobierung kann bereits mit 2 kg eines Silikonöls pro Kubikmeter des erfindungsgemäßen Schaumbetons erreicht werden.
Bezugszeichenliste

1: Mischer
2: Schaumgenerator
3: Fahrmischer
4: Dosierpumpe
5: Dosierpumpe
6: Förderpumpe

Claims

Verfahren zur Herstellung von Schaumbeton mit einer Trockendichte geringer als 400 kg/m³ umfassend die Schritte a. Bildung eines Zementleims bestehend aus Zement, Wasser, einem Netzwerkmittel, wobei es sich um ein Gemisch von negativ geladenen anorganischen Stoffen und organischen Stoffen mit Amidgruppen mit entsprechenden Gegenionen (Kationen) handelt, die zwei oder dreiwertige Kationen oder eine Mischung derselben und/oder eine organische Verbindung mit überschüssigen positiven Ladungen aus der Klasse der kationischen Tenside und/oder der quartären Ammoniumverbindungen umfassen, und gegebenenfalls mindestens einem Zusatzstoff, durch Mischen der Komponenten in einem Mischer (1), b. Bildung eines Schaums bestehend aus Wasser, Luft und einem proteinbasierten Schaummittel aus unpolaren und polaren Aminosäuren mittels eines Schaumgenerators (2), wobei das Schaummittel ein Protein, welches zu 50 bis 80 Masse-% aus den Aminosäuren A (Alanin), E (Glutaminsäure), G (Glycin), I (Isoleucin), L (Leucin), M (Methionin), P (Prolin), Q (Glutamin) und V (Valin) besteht, mit einer Molmasse zwischen 20000 und 120000 Dalton und die restlichen 20 bis 50 Masse-% andere Aminosäuren sind, ist, c. Mischen des in Schritt a gebildeten Zementleims und des in Schritt b gebildeten Schaums im Mischer (1) und/oder in einem Fahrmischer (3), d. Trocknen des Schaumbetons.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der im Schaumgenerator (2) gebildete Schaum eine Dichte zwischen 10 und 160 g/l, vorzugsweise 80 g/l, aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenionen des Netzwerkmittels ausgewählt sind aus der Gruppe von Ba²⁺, Ca²⁺, Cu²⁺, Fe²⁺, Zn²⁺, B³⁺, Fe³⁺, Al³⁺ und Cr³⁺ und das Netzwerkmittel vorzugsweise LithoFoam^® NWF, besonders bevorzugt LithoFoam^® NWF S mit einem Stickstoffanteil von mindestens 1 Masse-% und einer Dichte zwischen 1,2 und 1,35 g/ml, ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaummittel LithoFoam^® SL-200 L mit einer Dichte von 1 bis 1,2 g/ml und einem pH-Wert von 6,5 bis 8 ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in einem der Schritte a, b oder c ein Stabilisator zudosiert wird, wobei die Zugabe des Stabilisators vorzugsweise als wässerige Suspension zum Zementleim in Schritt a, besonders bevorzugt zum Wasser des Zementleims vor Schritt a, erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stabilisator ein Zuckerpolymer mit molekular eingebundenen anorganischen silikataktiven Elementen ist, wobei die Zuckerpolymere aus Glukoseeinheiten mit einer Molmasse zwischen 50000 und 200000 Dalton, vorzugsweise 125000 bis 150000 Dalton, bestehen, und dass der Stabilisator vorzugsweise LithoFoam^® MRF, besonders bevorzugt LithoFoam^® MRF 2000-S, mit einer Trockenschüttdichte von 0,1 bis 0,5 g/ml, ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsdruck des Schaumgenerators (2) 1 bar nicht überschreitet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zum Hydrophobieren des trockenen Schaumbetons dem Zementleim vor der Schaumzugabe maximal 5 kg Silikonöl mit Molmassen zwischen 5 und 5000 Dalton, vorzugsweise 350 bis 1000 Dalton pro Kubikmeter Zementleim, vorzugsweise in einem Anteil von 2 bis 4 kg pro Kubikmeter Zementleim zugegeben werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Zusatzstoffe Kalksteinmehl ist und als weiteres hydraulisches Bindemittel Baukalk bevorzugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Mischer (1) ein Planetenmischer verwendet wird.
Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 für die cast-in-situ-Technik, vorzugsweise für Wandverfüllungen, als wärmedämmender Ausgleich im Bodenbereich, vorzugsweise unter Fließestrichen oder als Perimeterdämmung, oder zum Verfüllen von Hohlelementen, vorzugsweise von Hohl- und Lochsteinen verschiedener Materialien, zur Verfüllung sonstiger Hohlräume, zur Boden- und Dachisolierung, zur Blockstein-Herstellung und zur Paneel-Herstellung sowie als Isolierplattenzuschnitt mit Trockendichten kleiner als 200 kg/m³, vorzugsweise 100 bis 150 kg/m³.