DE102016004183A1

DE102016004183A1 - Bau- und Formmaterial aus Sand sowie deren verfahrenstechnische Umsetzung

Info

Publication number: DE102016004183A1
Application number: DE102016004183.8A
Authority: DE
Inventors: Rolf Weigand
Original assignee: Ancorro GmbH
Current assignee: Ancorro GmbH
Priority date: 2016-04-11
Filing date: 2016-04-11
Publication date: 2017-10-12

Abstract

Die Erfindung betrifft Bau- und Formmaterial aus Sand, welche mit einem Binder versehen nach definierter Mischung zu Bau- und Formmaterial für die Errichtung von Wohneinheiten und/oder Mauer- bzw. Wand- und Deckensegmenten mit definierten Verbindungssegmenten und -einheiten geformt werden. Erfindungsgemäß durch eine anorganische, schnellhärtende Formenmasse auf Sandbasis definiert, wobei das Bindermaterial auf Wasserglasbasis ist.

Description

Stand der Technik
Die Herstellung von Bau- und Formmaterial auf Sandbasis ist bisher mit oder ohne Zugabe verschiedener Additive möglich. Die Nutzung von Sand als Zuschlagsstoff der Bauindustrie bzw. als Gießereisand in der Metallurgie ist jedoch Stand der Technik.
In DE 10 2013 005 891 A1 wird eine 3D-Drucktechnik beschrieben, bei der Sand mit Zement oder Polymerwerkstoffen vermischt und Schichtweise aufgetragen wird.
DE 10 2012 013 556 A1 beschriebt lediglich die Verdichtung einer Sandmatrix ohne Zusätze von Bindern, um die Beweglichkeit der Schichten zu ermöglichen.
Typische Anwendungen von Sand in Baumaterialien sind bspw. in DE 10 2011 081 488 A1 als Füllstoff in Polymerbeton, in DE 10 2010 011 713 A1 als Füllstoff in selbstverdichtendem Beton oder in DE2445066A1 für Streich- und Gießmassen ebenfalls als Zuschlags- bzw. Füllstoff genannt, wobei Sand dabei niemals einen bzw. den Hauptanteil in der Materialmischung einnimmt.
Der in DE 10 2011 081 488 A1 beschriebene Polymerbeton kann nach DE 10 2011 082 745 A1 und DE 10 2011 005 187 A1 für die Formgebung und Herstellung von Mauersegmenten bzw. modularisierten Formelementen im Baukastenprinzip verwendet werden, wobei diese durch quaderförmige Aufsätzen bzw. Aussparungen miteinander verbunden werden und letztere als Hohlziegel bzw. Hohlelemente hergestellt werden.
Anders ist dies im Bereich ton- und lehmhaltiger Materialien. So wird eine Mischung aus Sand und Ton in DE10153465A1 zu einem spritzfähigen Gemenge vermischt und zu Wänden und Platten verarbeitet. Ein ähnliches Verfahren kommt bei der Herstellung von Bauwerksmodellen aus Sand und Ton in DE1882945U zum Einsatz. Im Bereich des Lehmbaus wird Sand in DE 10 2004 003 759 B4 sowie in DE29517538U1 in diesem Verbund als Füllstoffe genannt, wobei die Festigkeit der Erzeugnisse maßgeblich über den dabei verwendeten Ton definiert wird. Ähnliches gilt für DE 10 2008 049 294 B4 , wobei die Bauprodukte dabei auf Kaolinbasis beruhen und Al-Si-Phasen beinhalten. Zudem ist für die Herstellung ein Brennprozess von bis zu 1200°C notwendig.
Als Bindemittel für sandhaltige Baumaterialien können weitere Bindesysteme auf organischer oder anorganischer Basis verwendet werden. Im Bereich der organischen Binder sei auf DE20316805U1 verwiesen. In diesem werden Fassaden- und Terrassenplatten aus Sand und Kunststoff mit einem kohlenstoffgebundenem Bindemittel hergestellt.
Die Verwendung von reinen Sandprodukten ist in der Gießereibranche eine gängige Praxis. Dabei kann eine Sand-Wasser-Mischung durch Impulsverdichtung nach DE3916530A1 zu einer Gießform verpresst werden. Als weiteres Bindemittel der Gießereibranche ist Wasserglas bekannt. Nach WO2010025861A1 werden Gießformen und Kerne für den Metallschmelzkontakt aus Sand unter Zugabe von Wasserglas geformt und getrocknet.
In DE10117902A1 wird ein Verfahren zur Abdichtung von Erdoberflächen beschrieben, wobei dabei eine Mischung aus Böden, Klärschlamm, Gießereialtsand und Wasserglas ggf. unter Zugabe von Glasschleif- und Keramikschlamm verwendet wird und keine Baumaterialien erzeugt werden. Zudem findet Sand nur als Zuschlagsstoffe Anwendung.
Im Bereich der Baumaterialien auf Wasserglasbasis wird grundsätzlich ein Verbundwerkstoff aus mehreren Komponenten erzeugt. In DE000P0001815DAZ wird Basaltwolle mit gemahlenem Kalkstein oder gebrannten Kalk mit Wasserglas vermischt. Ein Zusatz von Sand als Hauptträger ist nicht benannt. Ähnlich ist dies in DE3930502A1 bei dem Formkörper mit Füllstoffen aus Elektrofiltern von Braunkohlekraftwerken unter Zugabe von Alkalisilikaten geformt und bei Temperaturen von bis zu 100°C trocknen und aushärten.
Ziegel, welche mit Wasserglas herstellt werden, sind in DE000S0000178MAZ genannt und auf Siliziumkarbidbasis. Zudem werden diese Feuerfestziegel unter Zugabe einer keramischen Masse aus Chromit und/oder Magnesit mit Wasserglas vermischt und im Hüttenwessen eingesetzt. Zugaben von Sand sowie die Verwendung als Baumaterial sind nicht genannt oder vorgesehen.
Der Einsatz einer reinen Sand-Wasserglas-Mischung im Baubereich ist bisher nicht bekannt und Ansatzpunkt dieser Anmeldung.
Zusammenfassung der Erfindung
Bislang werden reine Sand-Wasserglas-Mischungen nicht im Bauwesen eingesetzt. Dies soll im Rahmen der Erfindung geschehen um neue technologische Anwendungsgebiete zu generieren und Wertschöpfungsketten zu schaffen.
Für die Baustoffbranche wird ein neuartiger, ressourcenschonender und CO₂-armer Sandziegel erzeugt. Dabei wird Sand mit Wasserglas in einem definierten Verhältnis vermischt und mittels einer Form zu Ziegeln, Platten, Wandelementen o. ä. geformt und bis max. 850°C getrocknet und gebrannt. Es erfolgt die Formgebung der Ziegel und Bausegmente in Formen mit definierter Musterung um die Herstellung einer Ziegelwand bzw. von Mauer- und Deckensegmenten ohne Verfugen im Baukastenprinzip zu realisieren. Durch Erzeugung von bestimmten Hohlräumen (Hoch- und/oder Querlöchern) im Formgebungsprozess können wärme- und/oder schallschutzdämmende Materialien eingefüllt oder die Hohlräume für die Durchführung von Leitungen aller Art (bspw. Strom oder Abwasser) genutzt werden. Unter Zugabe von Fasern und/oder anderen Zuschlagsstoffen während des Misch- und/oder Formgebungsprozesses können Eigenschaftswerte der Baumaterialien wie Festigkeit, Wärmleitfähigkeit etc. verbessert werden. Der neuartige Sandziegel soll vor allem in Regionen zum Einsatz kommen, in denen Sand als natürlicher Rohstoff in hohen Mengen kostengünstig zur Verfügung steht.
Figurenbeschreibung
1 zeigt verschiedene Ziegelformate mit kegelförmigen Verbindungsstücken an der Ober- und Unterseite sowie zylinderförmige Verbindungsstücken an den Seitenflächen, um eine form- und kraftschlüssige Verbindung der Ziegel zu ermöglichen.
2 zeigt einen entsprechenden Schnitt durch die Ziegelformate aus 1.
3 zeigt eine Ziegelmauer aus Ziegeln mit zylinderförmigen Erhebungen und Einkerbungen an Ober- und Unterseite sowie an den Seitenflächen, um eine form- und kraftschlüssige Verbindung der Ziegel in alle Raumrichtungen zu ermöglichen.
Beispiele

1.) Normsand wird mit 5 Gew.-% Natronwasserglaslösung für 5 min gemischt und mittels Stampftechnik in der Form verdichtet. Anschließend wird der Formkörper in der Form für 12 h bei 100°C getrocknet und danach entformt und nachgetrocknet.
2.) Normsand wird mit 25 Gew.-% Natronwasserglaslösung sowie 5 Gew.-% Glaspulver für 5 min gemischt und mittels Rütteltechnik in die Form gefüllt und bei 100°C für 24 h getrocknet. Anschließend erfolgt ein Brand bei 850°C für 3 h, wobei bei den Temperaturen 250°C und 550°C eine Haltezeit von 30 min eingehalten wird und die Aufheizrate 5 K/min beträgt.
3.) Sand mit monomodaler Korngrößenverteilung wird mit 20 Gew.-% alkalischer Wasserglaslösung für 5 min gemischt und mittels Stampftechnologie in einer Form im Ziegelformat verdichtet, sodass nach der Formgebung ein Ziegel mit den Abmaßen 240 × 120 × 60 mm und definierten Konturen an den Außenflächen vorliegt. Die Trocknung erfolgt bei 100°C für 24 h.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013005891 A1 [0002]
DE 102012013556 A1 [0003]
DE 102011081488 A1 [0004, 0005]
DE 102010011713 A1 [0004]
DE 2445066 A1 [0004]
DE 102011082745 A1 [0005]
DE 102011005187 A1 [0005]
DE 10153465 A1 [0006]
DE 1882945 U [0006]
DE 102004003759 B4 [0006]
DE 29517538 U1 [0006]
DE 102008049294 B4 [0006]
DE 20316805 U1 [0007]
DE 3916530 A1 [0008]
WO 2010025861 A1 [0008]
DE 10117902 A1 [0009]
DE 0000001815 [0010]
DE 3930502 A1 [0010]
DE 0000000178 [0011]

Claims

Bau- und Formmaterial dadurch gekennzeichnet, dass diese aus einer anorganischen, wasserhaltigen, bei niedriger Temperatur abbindenden Formmassen bestehend aus Sand als fester Komponente und Alkalisilikatglaslösung vermischt und gegebenenfalls unter Zumischung von Füllstoffen und/oder Hilfsstoffen hergestellt werden.
Bau- und Formmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Korngrößenverteilung des Sandes monomodal, bimodal oder polymodal ist und der Sand auch als Gebrauchssand mit Verunreinigungen vorliegen kann.
Bau- und Formmaterial nach den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass wässrige Lösung von Alikalisilikaten als Natron- und/oder Kaliumwasserglaslösung vorliegt und die Alkalisilikate der Mischung aus Sand, Wasser und Zusätzen in Pulver- bzw. Feststoffform zugegeben werden können und der Wasserglashalt der Mischung 0,5–75 Gew.-%, vorzugsweise unter 40 Gew.-%, dabei vorzugsweise bis 25% beträgt.
Bau- und Formmaterial nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass vor oder während des Mischvorgangs Füll- und/oder Hilfsstoffe in Form von Fasern (organisch und/oder anorganische und/oder metallisch) und/oder Blähglas und/oder Blähton und/oder Glasmehl und/oder Glasscherben und/oder Blähschiefer und/oder Metallspanne und/der Zuschlagsstoffe aus Holz mit oder ohne Wasser zugegeben werden.
Bau- und Formmaterial nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitung und Formgebung durch gießen, rütteln, stampfen, spitzen, streichen, beschichten oder einer Kombination dieser in der Form oder auf einem Substrat erfolgt.
Bau- und Formmaterial nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Trocknung und Aushärtung bei 20 bis 850°C, vorzugsweise unter 350°C, dabei vorzugsweise bis 150°C erfolgt.
Bau- und Formmaterial nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Trocknung und Aushärtung in der Form erfolgt und diese an der Außenseite mit einer dunklen Farbgebung, vorzugsweise in schwarz, versehen sein kann um eine Trocknung bei Lichteinfall, vorzugsweise bei Sonnenlichteinfall, zu verbessern.
Bau- und Formmaterial nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung für Formteile für Bauzwecke wie Platten, Steine, Ziegel und/oder Rohre hergestellt wird.
Bau- und Formmaterial nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung für Bauzwecke aus modulartigen Formelementen und/oder Mauersegmente aus einem oder mehreren Bauelementen verwendet wird.
Bau- und Formmaterial nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Formelement und/oder Mauersegmente als Vollelementen(en) oder Hohlelement(en) herstellt werden bzw. bestehen und Vertikal- und/oder Horizontallöcher enthalten und die Hohlräume der Hohlelemente mit schall- und/oder wärmedämmenden Materialien im Aufbauprozesse aufgefüllt werden kann.
Bau- und Formmaterial nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Formelement und/oder Mauersegmente kegelförmigen Verbindungsstücken an der Ober- und Unterseite und/oder zylinderförmige Verbindungsstücken an den Seitenflächen aufweisen, um eine form- und kraftschlüssige Verbindung der Elemente zu ermöglichen.
Bau- und Formmaterial nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Formelement und/oder Mauersegmente zylinderförmigen Erhebungen und Einkerbungen an Ober- und Unterseite und/oder an den Seitenflächen aufweisen, um eine form- und kraftschlüssige Verbindung der Elemente zu ermöglichen.
Bau- und Formmaterial nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass Ziegel im Normalformat (NF) und Dünnformat (DF) von 1 DF bis 20 DF hergestellt werden.