DE102019113570A1 - Process for the production of a foam concrete and a building element - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Herstellung eines Schaumbetons, umfassend folgende Schritte: Herstellen eines Zementleims unter Verwendung von Wasser und Zement, Herstellen eines Schaums aus Luft und Schaumbildner und das Zusammenbringen des Zementleims mit dem Schaum, insbesondere in einer Mischstation, und Mischen der beiden Bestandteile zu einem Schaumbeton, dadurch gekennzeichnet, dass als Zement eine Mischung verwendet wird, welche einen ersten, vorzugsweise größeren, Anteil einer ersten Zementart, insbesondere eines Normalzements, und. einen zweiten, vorzugsweise kleineren, Anteil einer zweiten Zementart, insbesondere eines Schnellzements, aufweist.A method for producing a foam concrete, comprising the following steps: producing a cement paste using water and cement, producing a foam from air and foaming agent and bringing the cement paste together with the foam, in particular in a mixing station, and mixing the two components to form a foam concrete, characterized in that the cement used is a mixture which has a first, preferably larger, proportion of a first type of cement, in particular a normal cement, and a second, preferably smaller, portion of a second type of cement, in particular a quick-release cement.
Description
Die Erfindung betrifft gemäß einem ersten Aspekt ein Verfahren zur Herstellung eines Schaumbetons.According to a first aspect, the invention relates to a method for producing a foam concrete.
Derartige Verfahren sind aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise aus der
Als Schaumbeton wird ein Beton bezeichnet, der durch Mischen eines Zementleims (welcher insbesondere Zement und Wasser enthält) und eines Schaums entsteht. Schaumbeton unterscheidet sich in diesem Sinne von Porenbeton, der typischerweise durch die Zugabe eines Treibmittels (beispielsweise Aluminiumpulver) in den Zementleim erzeugt wird. Das Treibmittel führt bei der Herstellung von Porenbeton zum Aufschäumen der zähen Zementleimmasse. Dabei erfolgt jedoch keine Mischung von Schaum und Zementleim, wie bei der Herstellung von Schaumbeton.Foam concrete is a concrete that is created by mixing a cement paste (which in particular contains cement and water) and a foam. Foam concrete differs in this sense from aerated concrete, which is typically created by adding a blowing agent (e.g. aluminum powder) to the cement paste. During the production of aerated concrete, the blowing agent leads to the foaming of the tough cement paste. However, there is no mixing of foam and cement paste, as in the production of foam concrete.
Das Unterheben von Schaum unter einen Zementleim, und damit die bekannte Herstellung von Schaumbeton, ermöglicht in der Bauindustrie die Bereitstellung neuartiger Bauelemente, wie beispielsweise Dämmplatten aus besagtem Schaumbeton, welche besonders vorteilhafte Eigenschaften aufweisen.Folding foam under cement glue, and thus the known production of foam concrete, enables the construction industry to provide new types of construction elements, such as insulation panels made of said foam concrete, which have particularly advantageous properties.
Gemäß dem Stand der Technik ist es weiterhin bekannt, dem Zementleim gewisse Zuschlagstoffe beizufügen, welche insbesondere die Wärmeleitfähigkeit oder die Rohdichte beeinträchtigen können.According to the prior art, it is also known to add certain additives to the cement paste, which in particular can impair the thermal conductivity or the bulk density.
Auch wenn sich der bekannte Schaumbeton und die daraus hergestellten Bauelemente als durchaus geeignet herausgestellt haben, liegt doch das grundsätzliche Bedürfnis vor, die Rezeptur weiter zu verbessern, insbesondere im Hinblick auf eine größere Festigkeit des hergestellten Schaumbetons beziehungsweise Bauelementes.Even if the known foam concrete and the structural elements made from it have proven to be quite suitable, there is a fundamental need to further improve the recipe, in particular with regard to greater strength of the foam concrete or structural element made.
Gemäß dem ersten Aspekt löst die Erfindung die gestellte Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ist demgemäß insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass als Zement eine Mischung verwendet wird, welche einen ersten, vorzugsweise größeren, Anteil einer ersten Zementart, insbesondere eines Normalzements, und einen zweiten, vorzugsweise kleineren, Anteil einer zweiten Zementart, insbesondere eines Schnellzements, aufweist.According to the first aspect, the invention solves the problem with the features of
Mit anderen Worten liegt die Idee der Erfindung darin, Schaumbeton in einem Verfahren herzustellen, bei welchem zur Herstellung des Zementleims zwei unterschiedliche Zementsorten oder Zementarten, nämlich insbesondere ein herkömmlicher Zement (beziehungsweise eine herkömmliche Zementart) und ein Sonderzement, nämlich insbesondere ein Schnellzement oder ein schnellhärtender Zement, eingesetzt beziehungsweise gemischt werden.In other words, the idea of the invention is to produce foam concrete in a process in which two different types of cement or types of cement are used to produce the cement paste, namely in particular a conventional cement (or a conventional type of cement) and a special cement, namely in particular a quick-setting cement or a quick-setting cement Cement, used or mixed.
Hierbei kommt insbesondere dem Schnellzement eine besondere Wichtigkeit zu, da durch die Verwendung (jedenfalls eines Anteils) dieses Schnellzements erreicht wird, dass der Schaumbeton nach dem Mischen von Zementleim und Schaum besonders schnell aushärtet. Auf diese Weise wird verhindert, dass sich der Schaum während des Erhärtungsprozesses des Schaumbetons übermäßig abbauen beziehungsweise einfallen kann. Insgesamt wird dadurch eine höhere Festigkeit oder Stabilität des hergestellten Schaumbetons erreicht.The rapid cement is particularly important here, since the use of (at least a portion) of this rapid cement ensures that the foam concrete hardens particularly quickly after the cement paste and foam have been mixed. In this way, it is prevented that the foam can break down or collapse excessively during the hardening process of the foam concrete. Overall, a higher strength or stability of the foam concrete produced is achieved as a result.
Die Anmelderin ist somit erstmalig auf die Idee gekommen, die Festigkeit des Schaumbetons zu verbessern, indem die Eigenschaften des verwendeten Zements beziehungsweise der verwendeten Zementmischung hinsichtlich einer besonders zügigen Aushärtezeit angepasst beziehungsweise optimiert werden. Andererseits kann durch die Verwendung des herkömmlichen Normalzements eine gewisse Verlässlichkeit und auch vorteilhafte Kostenstruktur erreicht werden.For the first time, the applicant came up with the idea of improving the strength of the foam concrete by adapting or optimizing the properties of the cement used or the cement mixture used with regard to a particularly rapid curing time. On the other hand, a certain reliability and an advantageous cost structure can be achieved through the use of conventional normal cement.
Als Normalzement wird dabei insbesondere ein Zement angesehen, wie er in der EN 197(-1) und/oder der DIN 1164 (als Normalzementart) definiert ist.In particular, a cement is regarded as normal cement as it is defined in EN 197 (-1) and / or DIN 1164 (as normal cement type).
Insbesondere gilt in diesem Zusammenhang zum Beispiel ein sogenannter 52,5 R-Zement als Normalzement (wobei allerdings auch jegliche andere Kombination aus der Gruppe mit der Bezeichnung AB als Normalzement gelten soll, wobei A aus der Gruppe 32,5; 42,5 und 52,5 gewählt wird und B aus der Gruppe L, N oder R; A betrifft dabei die sogenannte Normfestigkeit, B die sogenannte Anfangsfestigkeit).In particular, a so-called 52.5 R cement applies as normal cement in this context (although any other combination from the group with the designation AB should also be considered normal cement, with A from group 32.5; 42.5 and 52 , 5 is selected and B from the group L, N or R; A relates to the so-called standard strength, B the so-called initial strength).
Beispielsweise kann Portlandzement im Sinne der Anmeldung als Normalzement angesehen werden.For example, Portland cement can be regarded as normal cement within the meaning of the application.
Als zweite Zementart kann insbesondere ein sogenannter Sonderzement gewählt werden. Hierbei handelt es sich insbesondere um einen Schnellzement, beispielsweise einen sogenannten CSA-Zement.A so-called special cement can in particular be selected as the second type of cement. This is in particular a rapid cement, for example a so-called CSA cement.
Schnellzement wird auch als Blitzzement bezeichnet. Dies ist ein Zement der besonders schnell abbindet. Mörtel, die aus solchem Zement hergestellt sind, haben in der Regel eine Verarbeitungszeit von nur wenigen Minuten. Jedoch können insbesondere auch Zemente mit einer Verarbeitungszeit von bis zu einer Stunde als Schnellzement gelten.Rapid cement is also known as lightning cement. This is a cement that sets particularly quickly. Mortars made from this type of cement usually have a working time of just a few minutes. However, cements with a processing time of up to one hour can also be regarded as rapid cement.
Weil ein Abbinden jedoch viel zu schnell eintritt, gelten Schnellzemente eigentlich als für die Betonherstellung ungeeignet, da Verarbeitungszeiten von unter einer Stunde auf einer Großbaustelle als viel zu kurz gelten.However, because setting occurs far too quickly, quick-release cements are actually considered unsuitable for concrete production, as processing times of less than an hour on a large construction site are considered to be far too short.
Die Anmelderin ist daher insbesondere auf die Idee gekommen, derartige Schnellzemente (lediglich) anteilig einzusetzen, um im regulären Baubetrieb die Herstellung von Schaumbeton zu ermöglichen und trotzdem ein schnelleres Erhärten zu erreichen und somit dem zügigen Abbau des Schaums zuvorzukommen.The applicant therefore came up with the idea of (only) using such rapid cements in part to enable the production of foam concrete in regular construction operations and still achieve faster hardening and thus prevent the rapid breakdown of the foam.
Typischerweise können Schnellzemente beispielsweise hohe Anteile von Aluminium aufweisen und/oder Kalzium und/oder Sulfonat.Typically, quick-setting cements can have high proportions of aluminum and / or calcium and / or sulfonate, for example.
Tatsächlich steht die Abkürzung CSA beim CSA-Zement für Calcium-Sulfo-Aluminat-Zement. Dieser beispielhafte Zement ist ein Schnellzement, der als Rohstoff typischerweise Bauxit und/oder Kalkstein und/oder Gips verwendet.The abbreviation CSA actually stands for calcium sulfo-aluminate cement in CSA cement. This exemplary cement is a rapid cement that typically uses bauxite and / or limestone and / or gypsum as raw material.
Allgemein können sich Schnellzemente durch einen hohen Gipsanteil auszeichnen.In general, quick-setting cements can be characterized by a high proportion of gypsum.
Den genannten CSA-Zement könnte man auch als eine Mischung zwischen Portland- und Tonerde-Zement ansehen.The CSA cement mentioned could also be viewed as a mixture between Portland and alumina cement.
Erfindungsgemäß wird als Zement also eine Mischung von zwei Zementarten verwendet, wobei vorzugsweise der Anteil der ersten Zementart größer als der Anteil der zweiten Zementart ist. Bei der ersten Zementart mit dem größeren Anteil handelt es sich dabei typischerweise um den normalen Zement und bei dem zweiten Anteil der zweiten Zementart um den Sonderzement oder Schnellzement.According to the invention, a mixture of two types of cement is used as the cement, the proportion of the first type of cement being preferably greater than the proportion of the second type of cement. The first type of cement with the greater proportion is typically normal cement and the second type of cement is special cement or rapid cement.
Das Verfahren zur Herstellung des Schaumbetons umfasst dabei insbesondere die in Anspruch 1 genannten Schritte, welche nicht zwingend in chronologischer Abfolge erfolgen müssen. Insbesondere erfolgt das Zusammenbringen des Zementleims mit dem Schaum aber natürlich nach dessen jeweiliger Herstellung.The method for producing the foam concrete comprises in particular the steps mentioned in
Vorteilhafterweise kann insbesondere auch vorgesehen sein, dass bei der Herstellung des Zementleims (welche jedenfalls unter Hinzufügung von Wasser und Zement erfolgt) oder (kurz) nachdem dessen Herstellung erfolgt ist, noch eine zusätzliche Mischung (ein sogenannter „Compound“) zugegeben werden kann. Dieser „Compound“ dient insbesondere als „Alkali-Booster“, sorgt also insbesondere für eine höher Alkalität des Zementleims und/oder des Schaumbetons.Advantageously, it can also be provided that an additional mixture (a so-called “compound”) can be added during the production of the cement paste (which in any case takes place with the addition of water and cement) or (shortly) after it has been produced. This “compound” serves in particular as an “alkali booster”, so it ensures, in particular, that the cement paste and / or the foam concrete are more alkaline.
Infolge der gänzlich unterschiedlichen Herstellungsarten beim Schaumbeton einerseits (welcher auch Porenleichtbeton oder mineralischer Schaum genannt wird) und beim Porenbeton andererseits, entstehen unterschiedliche Strukturen in dem ausgehärteten Beton. So sind die Poren bei Porenbeton-Bauteilen durch ein Kapillarsystem miteinander verbunden. Porenbeton-Bauteile nehmen aus diesem Grunde Wasser in beträchtlichem Umfang auf. Beim Schaumbeton hingegen sind die einzelnen Poren (zumindest überwiegend) voneinander getrennt und gerade nicht miteinander verbunden. Deswegen können beispielsweise Schaumbeton-Bauteile kein oder nahezu kein Wasser aufnehmen.As a result of the completely different production methods for foam concrete on the one hand (which is also called aerated lightweight concrete or mineral foam) and for aerated concrete on the other, different structures arise in the hardened concrete. The pores of aerated concrete components are connected to one another by a capillary system. For this reason, aerated concrete components absorb a considerable amount of water. In foam concrete, on the other hand, the individual pores are (at least predominantly) separated from one another and not connected to one another. For this reason, foam concrete components, for example, cannot absorb any or almost no water.
Ein weiterer wesentlicher Unterschied zwischen Schaumbeton und Porenbeton liegt in der Herstellungsart: Porenbeton wird unter Einfluss von Wärme und Druck ausgehärtet. Der erfindungsgemäße Schaumbeton erhärtet hingegen typischerweise ohne Zufuhr von Wärme und/oder bei Atmosphärendruck.Another essential difference between foam concrete and aerated concrete is the method of production: aerated concrete is hardened under the influence of heat and pressure. The foam concrete according to the invention, on the other hand, typically hardens without the supply of heat and / or at atmospheric pressure.
Der erfindungsgemäße Schaumbeton kann typischerweise eine Trockenrohdichte von zwischen 10 kg/m3 und 300 kg/m3 aufweisen, insbesondere von zwischen 30 kg/m3 und 190 kg/m3, beispielsweise etwa 120 kg/m3 bis 140 kg/m3.The foamed concrete according to the invention can typically have a dry bulk density of between 10 kg / m 3 and 300 kg / m 3 , in particular between 30 kg / m 3 and 190 kg / m 3 , for example about 120 kg / m 3 to 140 kg / m 3 .
Der Schaumbeton entsteht erfindungsgemäß durch ein Zusammenbringen oder Vermischen eines Zementleimes mit Schaum. Der Schaum wird dabei typischerweise unter den Zementleim untergehoben oder anders herum. Dies geschieht typischerweise in einer Mischstation, beispielsweise einer Mischstation nach Art eines Rührwerkes. Das Unterheben oder Durchmischen erfolgt dabei in der Regel eher niedrigdrehend. Dies ermöglicht ein schonendes Mischen. Die Mischdauer kann dabei beispielsweise zwischen einigen Sekunden und einigen Minuten, beispielsweise zwischen 30 Sekunden und 5 Minuten liegen, weiter vorzugsweise zwischen 1 und 2 Minuten.The foam concrete is produced according to the invention by bringing together or mixing a cement paste with foam. The foam is typically folded under the cement paste or vice versa. This is typically done in a mixing station, for example a mixing station in the manner of an agitator. Folding in or mixing is usually done at a low speed. This enables gentle mixing. The mixing time can for example be between a few seconds and a few minutes, for example between 30 seconds and 5 minutes, more preferably between 1 and 2 minutes.
Der hierfür benötigte Schaum wird typischerweise in einer gesonderten Schaumeinheit erzeugt und der Mischstation dann zugeführt. Alternativ kann der Schaum selbstverständlich auch in der Mischstation selber erzeugt werden, beispielsweise nach Art eines großen Beckens. In beiden Fällen kann in den Schaum, welcher dann in der Mischstation befindlich ist, sukzessive oder getaktet der Zementleim hinzugefügt werden und mit einem Rührwerk untergehoben oder vermischt werden. Der Zementleim wird dabei auch als „Slurry“ bezeichnet.The foam required for this is typically generated in a separate foam unit and then fed to the mixing station. Alternatively, the foam can of course also be produced in the mixing station itself, for example in the manner of a large basin. In both cases, the cement paste can be added successively or cyclically to the foam, which is then located in the mixing station, and lifted or mixed with an agitator. The cement paste is also referred to as "slurry".
Vorteilhafterweise geschieht das Umrühren beziehungsweise Unterheben mit einer gewissen Regelmäßigkeit, wobei immer neuer Zementleim stetig zugegeben werden kann. Dies ist ein bekanntes Vorgehen, beispielsweise aus dem Eisschaum- oder Kaiserschmarrn-Herstellungsbereich. Vorzugsweise befindet sich also nicht sämtlicher Zementleim und sämtlicher Schaum bereits am Anfang des Rührprozesses in der Mischstation.The stirring or folding in is advantageously carried out with a certain regularity, and new cement paste can be added continuously. This is a known procedure, for example from the ice foam or Kaiserschmarrn production area. So preferably not all of the cement paste and all of the foam are already in the mixing station at the beginning of the stirring process.
Bei einer beispielhaften Mischstation befinden sich in einem Kubikmeter der gemischten Masse beispielsweise 750 bis 800 Liter Schaum und 100 bis 300 Liter Zementleim. Dies ist aber selbstverständlich nur ein beispielhafter Wert. Das genannte Verhältnis kann selbstverständlich auch zwischen 5:1 und 20:1 liegen, vorzugsweise zwischen 3:1 und 50:1.In an exemplary mixing station there are, for example, 750 to 800 liters of foam and 100 to 300 liters of cement paste in one cubic meter of the mixed mass. Of course, this is only an exemplary value. The ratio mentioned can of course also be between 5: 1 and 20: 1, preferably between 3: 1 and 50: 1.
Die so hergestellte Masse, welche auch als (flüssiger beziehungsweise viskoser) Schaumbeton oder Schaumbetonrohmaterial bezeichnet werden kann, wird dann typischerweise abgepumpt und zu einem Bauelement weitergeformt oder verarbeitet.The mass produced in this way, which can also be referred to as (liquid or viscous) foam concrete or foam concrete raw material, is then typically pumped out and further shaped or processed into a component.
Der Schaum, der mit dem Zementleim zur Herstellung des Schaumbetons vermischt wird, besteht typischerweise aus einer Zusammensetzung von Luft und einem Schaumbildner, welcher Proteine und/oder Aluminiumsalze und/oder Tenside und/oder Wasser aufweist. Der Schaumbildner ist daher typischerweise flüssig oder jedenfalls fluid.The foam, which is mixed with the cement paste to produce the foam concrete, typically consists of a composition of air and a foaming agent which has proteins and / or aluminum salts and / or surfactants and / or water. The foaming agent is therefore typically liquid or in any case fluid.
Der Schaumbildner wird mit Luft aufgeschäumt zur Herstellung des Schaums, wozu vorzugsweise einem Luftraum der Schaumbildner zugegeben wird. Dies kann unter Einsatz eines Schaumgenerators erfolgen, welcher dann die Mischstation selbst direkt mit Schaum befüllt oder erst ein separates Becken oder ähnliches, aus welchem der Schaum dann der Mischstation zugeführt wird.The foaming agent is foamed with air to produce the foam, for which purpose the foaming agent is preferably added to an air space. This can be done using a foam generator, which then directly fills the mixing station itself with foam, or first a separate basin or the like, from which the foam is then fed to the mixing station.
Vorteilhafterweise weist der Schaumbildner und/oder der Schaum und/oder der Schaumbeton Lipide, insbesondere Rhamnolipide, auf.The foaming agent and / or the foam and / or the foamed concrete advantageously contain lipids, in particular rhamnolipids.
Der Zementleim wird beispielsweise einem Kolloidmischer entnommen, welcher auch als Kolloidalmischer bezeichnet wird.The cement paste is taken, for example, from a colloid mixer, which is also referred to as a colloidal mixer.
Kolloid- beziehungsweise Kolloidalmischer werden zum Beispiel bei der Herstellung von Suspensionen mit kleinsten Partikeln eingesetzt. Neben der gleichmäßigen Verteilung der Feststoffteilchen in der fluiden Phase steht dabei der Aufschluss der Partikel, also das Trennen von Verklumpungen, im Fokus. Der Partikelaufschluss wird unter anderem angestrebt, um eine Erhöhung der reaktiven Oberfläche des Materials zu erreichen. Alternativ kann aber auch jeder andere geeignete Mischer verwendet werden, beispielsweise sogar ein Handmischer oder Ähnliches.Colloid or colloidal mixers are used, for example, in the production of suspensions with the smallest particles. In addition to the even distribution of the solid particles in the fluid phase, the breakdown of the particles, i.e. the separation of clumps, is the focus. Particle breakdown is aimed at, among other things, in order to increase the reactive surface area of the material. Alternatively, any other suitable mixer can also be used, for example even a hand mixer or the like.
Je nach Anwendungsfall werden bestimmte Zuschlagsstoffe eingesetzt.Depending on the application, certain additives are used.
Als Zuschlagsstoffe kommen beispielsweise Metakaolin, Microsilika, Nanosilika, Hydroxylapatit, Trycalciumphosphat und/oder pyrogene Kieselsäure in Frage.Metakaolin, microsilica, nanosilica, hydroxyapatite, trycalcium phosphate and / or pyrogenic silica, for example, can be used as additives.
Der erfindungsmäße innovative Schaumbeton eröffnet aufgrund seiner wesentlichen Vorteile gegenüber anderen Wärmedämmstoffen (kostengünstig, nicht brennbar, umweltfreundlich, etc.) eine Vielzahl von neuen Anwendungsgebieten. Die naheliegende Entwicklung hin zum Ersatz von Styropor und anderen bekannten Dämmstoffen erfordert eine Anpassung des Schaumbetons an die spezifischen Anforderungsprofile der Bauteilkonstruktionen (zum Beispiel WDVS oder Wärmedämmung von Steil- und Flachdächern). Sowohl in Neubauten als auch in der energetischen Bestandsanierung bilden sich umfangreiche Anwendungspotenziale für die nachhaltige Wärmedämmung. Darüber hinaus werden zukunftsorientierte und vollkommen neue Konstruktionen durch die vorteilhaften Eigenschaften und Fertigungsverfahren des Schaumbetons ermöglicht, wie zum Beispiel tragfähige Verbundkonstruktion für Außenwände und Dächer mit Beton-, Mauerwerk- und Holzelementen.The innovative foam concrete according to the invention opens up a large number of new areas of application due to its significant advantages over other thermal insulation materials (inexpensive, non-flammable, environmentally friendly, etc.). The obvious development towards the replacement of Styrofoam and other known insulation materials requires an adaptation of the foam concrete to the specific requirement profiles of the component constructions (e.g. ETICS or thermal insulation of steep and flat roofs). Both in new buildings and in the energetic renovation of existing buildings, there is extensive application potential for sustainable thermal insulation. In addition, future-oriented and completely new constructions are made possible by the advantageous properties and manufacturing processes of foam concrete, such as load-bearing composite construction for external walls and roofs with concrete, masonry and wooden elements.
Ein typischer Einsatz ist in der Außenwand- oder Dachkonstruktion. Insbesondere kann der Schaumbeton aber auch an der Innenwand eingesetzt werden. Vorzugsweise wird er dazu geformt und beispielsweise nach Art von Platten oder Blöcken gesägt und/oder geschnitten.A typical use is in external wall or roof construction. In particular, the foam concrete can also be used on the inner wall. For this purpose, it is preferably shaped and, for example, sawn and / or cut in the manner of plates or blocks.
Hierbei kann er dann besonders vorteilhafterweise als Dämmplatte eingesetzt werden, insbesondere mit besonders niedrigen Wärmeleitfähigkeiteigenschaften .It can then be used particularly advantageously as an insulation board, in particular with particularly low thermal conductivity properties.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Schaumbeton, beziehungsweise das der Mischstation Entnommene, zu einem Bauelement weiterverarbeitet. Sollte das Bauelement allerdings keiner besonderen Form bedürfen, kann das Verfahren auch schon vorher als abgeschlossen gelten. Bei der Weiterverarbeitung kann es sich insbesondere um eine Formgebung und/oder einen Trocknungsprozess handeln.According to a particularly advantageous embodiment of the invention, the foam concrete, or that taken from the mixing station, is processed further to form a component. However, if the component does not require a special shape, the process can also be considered to have been completed beforehand. The further processing can in particular involve shaping and / or a drying process.
Optional kann vorgesehen sein, dass der der Mischstation entnommene, noch nicht ausgehärtete Schaumbeton im Autoklav aushärtet. Je nach Anwendungsfall kann eine Nutzung des Autoklavs vorgesehen sein oder nicht.Optionally, it can be provided that the not yet hardened foam concrete removed from the mixing station hardens in the autoclave. Depending on the application, the autoclave may or may not be used.
Beispielsweise für den Fall, dass das Bauelement als Dämmplatte ausgebildet sein soll, sollte der dann gegebenenfalls noch flüssige oder breiige oder viskose Schaumbeton in eine Form gegeben werden, um zu trocknen. Bei der Form kann es sich beispielsweise um eine Verschalung handeln.For example, in the event that the component is to be designed as an insulating board, the foam concrete, which is then still liquid or pulpy or viscous, should be placed in a mold in order to dry. The shape can be a casing, for example.
Die fertige Dämmplatte kann dann block- oder plattenartig ausgebildet sein. Insbesondere kann das aus der Form Entnommene zugesägt oder zugeschnitten werden oder ähnliches, beispielsweise in eine Plattenform. Aus einer Verschalung können auf diese Weise auch mehrere Dämmplatten herausgearbeitet werden. Auch andere Formen für andere Bauelemente sind selbstverständlich ohne weiteres realisierbar.The finished insulation board can then be designed in the form of blocks or plates. In particular, that which has been removed from the mold can be sawn or cut to size or the like, for example in a plate shape. In this way, several insulation panels can be worked out of a casing. Other shapes for other components can of course also be easily implemented.
Der Schaumbeton kann allerdings auch in ein aus einem anderen Material, wie Holz oder Stein oder ähnliches, bestehendes Element eingegeben werden, welches dann mit dem eingegebenen, getrockneten Schaumbeton das fertige Bauelement darstellt. Das Bauelement kann in diesem Sinne beispielsweise auch andere Materialien als Schaumbeton aufweisen, insbesondere Holz oder Stein oder eine andere Betonsorte oder ähnliches.The foam concrete can, however, also be entered into an element made of a different material, such as wood or stone or the like, which element then represents the finished component with the input, dried foam concrete. In this sense, the component can also have materials other than foam concrete, in particular wood or stone or another type of concrete or the like, for example.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird als erste Zementart Portlandzement verwendet, insbesondere ein Portlandzement EN 197-1, vorzugsweise 32,5; 42,5 oder 52,5 Portlandzement.According to a particularly advantageous embodiment of the invention, Portland cement is used as the first type of cement, in particular a Portland cement EN 197-1, preferably 32.5; 42.5 or 52.5 portland cement.
Als zweite Zementart wird vorzugweise der oben beschriebene CSA-Zement, also Calcium-Sulfo-Aluminat-Zement.The CSA cement described above, i.e. calcium sulfo-aluminate cement, is preferably used as the second type of cement.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung liegt das Verhältnis von der ersten Zementart (also beispielsweise Normalzement) zur zweiten Zementart (also beispielsweise Schnellzement) zwischen 1,5 und 4 beziehungsweise zwischen 1,5:1 und 4:1. Vorteilhafterweise liegt das Verhältnis zwischen 1,8 und 2,5, weiter vorzugsweise bei etwa 2:1.According to a particularly advantageous embodiment of the invention, the ratio of the first type of cement (for example normal cement) to the second type of cement (for example rapid cement) is between 1.5 and 4 or between 1.5: 1 and 4: 1. The ratio is advantageously between 1.8 and 2.5, more preferably about 2: 1.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Zement (also beispielsweise die erste und/oder zweite Zementart) kleingemahlen wird, beispielsweise nachdem er vermischt wurde oder davor.According to a further advantageous embodiment of the invention, it can be provided that the cement (for example the first and / or second type of cement) is finely ground, for example after it has been mixed or before.
Der Mahlprozess kann bis zu einer Partikel- und/oder Korngröße von im Mittel weniger als 10 Mikrometern führen, weiter vorteilhafterweise von weniger als 5 Mikrometern, weiter vorteilhafterweise von zwischen 1 und 4 Mikrometern (im Mittel).The grinding process can lead to a particle and / or grain size of on average less than 10 micrometers, further advantageously less than 5 micrometers, further advantageously between 1 and 4 micrometers (on average).
Der Mahlprozess kann beispielsweise in einer Kugelmühle erfolgen.The grinding process can take place in a ball mill, for example.
Typischer Zement hat eine Korngröße von etwa 40 bis 50 Mikrometern.Typical cement has a grain size of about 40 to 50 micrometers.
Gemäß der bevorzugsten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Zementleim einen alkalitätserhöhenden Zusatz, einen sogenannten „Compound“ enthält. Dieser kann für eine besonders hohe Alkalität des Zementleims sorgen.According to the most preferred embodiment, it is provided that the cement paste contains an additive to increase alkalinity, a so-called “compound”. This can ensure a particularly high alkalinity of the cement paste.
Dieser Zusatz oder „Compound“ kann daher auch als „Alkali-Booster“ bezeichnet werden. Die Masse des Zusatzes kann dabei insbesondere etwa der Masse der Zementart mit dem geringeren Anteil entsprechen, plus/minus 20 Prozent. Beispielsweise kann die Masse des „Compounds“ also beispielsweise der Masse des Schnellzements entsprechen.This additive or “compound” can therefore also be referred to as an “alkali booster”. The mass of the additive can in particular correspond approximately to the mass of the cement type with the lower proportion, plus / minus 20 percent. For example, the mass of the “compound” can correspond to the mass of the quick-setting cement.
Für das Verhältnis von Masse des Zusatzes beziehungsweise „Compounds“ zu Zementmischung kann sich daher ein in etwa ähnliches Verhältnis ergeben wie von erster (einen größeren Anteil aufweisender) Zementart zu zweiter (einen kleineren Anteil aufweisender) Zementart. Das Verhältnis von Zementmischung zu „Compound“ kann dabei also beispielsweise zwischen 2,5 und 5 liegen.The ratio of the mass of the additive or “compound” to the cement mixture can therefore be roughly similar to that of the first type of cement (which has a larger proportion) to the second type of cement (which has a smaller proportion). The ratio of cement mixture to “compound” can be between 2.5 and 5, for example.
Vorteilhafterweise kann der Zusatz oder „Compound“ Natron und/oder Kalium aufweisen. Diese Stoffe können beispielsweise in oxidischer Form beziehungsweise als Hydroxid verwendet werden.The additive or “compound” can advantageously comprise sodium bicarbonate and / or potassium. These substances can be used, for example, in oxidic form or as hydroxide.
Sofern Natron verwendet wird, kann dies beispielsweise in Form von Natronlauge, in Pulverform, als Ätznatron oder ähnlichem im „Compound“ vorhanden sein.If soda is used, it can be in the form of caustic soda, powder, caustic soda or the like in the “compound”.
Alternativ oder zusätzlich kann der „Compound“ auch Mikroselikia aufweisen, wie sie an anderer Stelle als Zuschlagstoff in dieser Anmeldung beschrieben werden.As an alternative or in addition, the “compound” can also have microselikia, as described elsewhere as an additive in this application.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird bei der Herstellung des Zementleims ein Betonverflüssiger oder Plastifizierer verwendet. Hierbei kann es sich insbesondere um ein sogenanntes Fließmittel für Beton nach EN 934-2 handeln. Eine derartige Substanz kann insbesondere durch die Herabsetzung der Oberflächenspannung des Wassers vorteilhafte Eigenschaften herbeiführen, so beispielsweise eine starke Plastifizierung des Schaumbetons, ohne hierbei Luftporen in den Beton einzubringen.According to a further advantageous embodiment of the invention, a concrete liquefier or plasticizer is used in the production of the cement paste. This can in particular be a so-called flow agent for concrete according to EN 934-2. Such a substance can bring about advantageous properties in particular by reducing the surface tension of the water, for example strong plasticization of the foam concrete without introducing air pores into the concrete.
Besonders vorteilhafterweise kann beim Herstellen des Zementleims Flugasche verwendet werden. Vorzugsweise wird hochfeine Flugasche verwendet, welche erfindungsgemäß insbesondere noch einem zusätzlichen Mahlprozess unterzogen worden ist, beispielsweise in einer (separaten) oder derselben Kugelmühle. Bei Flugasche handelt es sich typischerweise um den festen, dispersen (teilchenförmigen, partikelförmigen, staubförmigen) Rückstand von Verbrennungen.Fly ash can particularly advantageously be used in the production of the cement paste. Very fine fly ash is preferably used, which according to the invention has in particular been subjected to an additional grinding process, for example in a (separate) or the same ball mill. Fly ash is typically the solid, disperse (particulate, particulate, dusty) residue from burns.
Zusätzlich oder alternativ kann als eine der Zementarten, beispielsweise als erste Zementart, aber grundsätzlich auch ein sogenannter Flugasche-Zement verwendet werden.Additionally or alternatively, one of the types of cement, for example the first type of cement, but basically a so-called fly ash cement can also be used.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Bauelementes aus Schaumbeton, umfassend folgende Schritte:
- • Herstellen eines Schaumbetons nach einem der voranstehenden Verfahren,
- • Weiterverarbeiten des Schaumbetons zu einem Bauelement.
- • Production of foam concrete using one of the above methods,
- • Processing the foam concrete into a building element.
Der Schaumbeton kann insbesondere zu einer Dämmplatte weiterverarbeitet werden.The foam concrete can in particular be further processed into an insulating board.
Gemäß einem weiteren, unabhängigen Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung auch eine Rezeptur für einen Zementleim zur Herstellung von Schaumbeton, wobei dieser Zementleim mindestens folgende Bestandteile aufweist:
- a) Wasser,
- b) Zement einer Mischung, welche einen ersten, vorzugsweise größeren, Anteil einer ersten Zementart, insbesondere eines Normalzements, und einen zweiten, vorzugsweise kleineren, Anteil einer zweiten Zementart, insbesondere eines Schnellzements, aufweist.
- a) water,
- b) Cement of a mixture which has a first, preferably larger, proportion of a first type of cement, in particular a normal cement, and a second, preferably smaller, proportion of a second type of cement, in particular a rapid cement.
Mit einer derartigen Rezeptur kann insbesondere ein Zementleim hergestellt werden, welcher in einem der oben beschriebenen Verfahren zur Herstellung eines Schaumbetons beziehungsweise eines Bauelementes benutzt werden kann.With such a recipe, in particular, a cement paste can be produced which can be used in one of the above-described methods for producing a foam concrete or a structural element.
Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung gemäß einem weiteren Aspekt noch ein Bauelement, beispielsweise eine Dämmplatte, nach Anspruch 10.In addition, according to a further aspect, the present invention relates to a component, for example an insulating board, according to
Schließlich betrifft die Erfindung gemäß einem letzten Aspekt ein Verfahren nach Anspruch 11.Finally, according to a last aspect, the invention relates to a method according to
Die Idee besteht hierbei darin, die erste Zementart gemäß Patentanspruch 1 durch Flugasche zu substituieren. Mit anderen Worten wird Flugasche mit Zement, insbesondere Schnellzement (beispielsweise CSA-Zement), gemischt und dies als (Zement-)Mischung verwendet, welche dann unter Wasserzugabe zur Herstellung eines Zementleims für einen Schaumbeton führt.The idea here is to replace the first type of cement according to
Auch eine solche Mischung kann beispielsweise noch gemahlen werden bevor sie mit dem Wasser zusammenkommt. Auch sind die oben beschriebenen Beigaben selbstverständlich möglich, insbesondere die Zugabe des Compounds.Such a mixture can also be ground, for example, before it comes into contact with the water. The additives described above are of course also possible, in particular the addition of the compound.
Lediglich aus Gründen der Vollständigkeit sollen bezüglich der vier letztgenannten Aspekte der Erfindung (also hinsichtlich der Patentansprüche 8, 9, 10 und 11) nicht noch einmal sämtliche zum ersten Aspekt der Erfindung beschriebenen Vorteile und Ausgestaltungen angeführt werden, insbesondere aus Gründen der Übersichtlichkeit der Anmeldung. Sämtliche bezüglich des ersten Aspektes der Erfindung genannten Vorteile und Ausführungen sollen aber auch im Zusammenhang mit den technischen Lehren der Ansprüche 8, 9, 10 und 11 als offenbart gelten.Merely for the sake of completeness, with regard to the last four aspects of the invention (i.e. with regard to
Schließlich sollen zur Erfindung folgende beispielhafte, stichpunktartige Ausführungen angefügt werden:
- Als Richtrezeptur kann gelten: für etwa 130 kg/m3 Trockenrohdichte des Schaumbetons wird ein Zementleim verwendet mit den Bestandteilen:
- Ca. 1/3 CSA-Zement (ca. 10 kg),
- Ca. 2/3
Zement oder 52,5 Portlandzement ca. 64 kg Alkali Booster („Compound“) ca. 10 kg, - 20
bis 30 Liter H2O (Wasser), - und 75 bis 800 Liter Schaum (vorzugsweise auf Basis von Aluminiumsalzen oder Proteinen).
- The following can be used as a guideline formulation: for about 130 kg / m 3 dry bulk density of the foam concrete, a cement paste is used with the following components:
- Approx. 1/3 CSA cement (approx. 10 kg),
- Approx. 2/3 cement 32.5 / 42.5 or 52.5 Portland cement approx. 64 kg alkali booster ("compound") approx. 10 kg,
- 20 to 30 liters of H 2 O (water),
- and 75 to 800 liters of foam (preferably based on aluminum salts or proteins).
Insbesondere sorgt die Zugabe von Superplastifizierer für bessere Produkteigenschaften im Schaumbeton.In particular, the addition of superplasticizers ensures better product properties in the foam concrete.
Es erfolgt vorteilhafterweise eine sehr schnelle Bindung/ein sehr schnelles Erstarren des Schaumbetons durch erhöhte Alkalität, bevor der Schaum anfängt, sich in seiner Form und Eigenschaft zu verändern.There is advantageously a very rapid bonding / a very rapid solidification of the foam concrete due to increased alkalinity before the foam begins to change in its shape and properties.
Insbesondere erfolgt der Einsatz von Zement(en) mit normaler Partikelgröße von 40 bis 50 Mikrometern, insbesondere beim herkömmlichen Normalzement wie oben beschrieben, der jedoch durch einen weiteren Mahlprozess mittels zum Beispiel einer Kugelmühle auf 2 bis 3 Mikrometer reduziert beziehungsweise heruntergemahlen wird, um verbesserte Materialeigenschaften im Schaumbeton zu erreichen.In particular, cement (s) with a normal particle size of 40 to 50 micrometers are used, in particular with conventional normal cement as described above, but which is reduced or ground down to 2 to 3 micrometers by a further grinding process using, for example, a ball mill, in order to improve material properties in foam concrete.
Der durch das Mahlen (in einer Kugelmühle oder ähnlichem) erzielte Hochleistungszement (insbesondere auf Basis von Portlandzement) zeigt bessere Materialeigenschaften im Schaumbeton.The high-performance cement (especially based on Portland cement) achieved by grinding (in a ball mill or similar) shows better material properties in foam concrete.
Der optionale Einsatz von hochfeiner Flugasche (beziehungsweise je nachdem auch in der Kugelmühle oder ähnlichem hochfein gemahlener Flugasche) im Schaumbeton sorgt für bessere Materialeigenschaften im Schaumbeton.The optional use of ultra-fine fly ash (or, depending on the case, ultra-fine ground fly ash in the ball mill or similar) in the foam concrete ensures better material properties in the foam concrete.
Dadurch kann in der Fertigung des Endproduktes Schaumbeton auch die CO2 Emission reduziert werden, insbesondere im Vergleich zu herkömmlichem Zement, dessen Herstellung CO2-intensiv ist.As a result, CO 2 emissions can also be reduced in the manufacture of the end product, foam concrete, in particular in comparison to conventional cement, the manufacture of which is CO 2 -intensive.
Durch das Mahlen der beschriebenen Rohstoffe mittels einer Kugelmühle wird eine größere Fläche der Partikel insgesamt erreicht. Dies wirkt sich positiv/erhöhend auf die Stabilität des Schaumbetons aus (insbesondere Druckfestigkeit, Biegezug, E-Modul).By grinding the raw materials described using a ball mill, a larger area of the particles is achieved overall. This has a positive / increasing effect on the stability of the foam concrete (especially compressive strength, flexural tension, modulus of elasticity).
Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich anhand gegebenenfalls nicht zitierter Unteransprüche sowie anhand der nachfolgenden Figurenbeschreibung.Further advantages of the present invention emerge from the subclaims that may not be cited and from the following description of the figures.
Darin zeigen:
-
1 : Nach Art eines sehr schematischen Diagramms, den Kernablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens, von den einzelnen Baustoffen bis zur Erstellung eines Schaumbetongemisches in einer Mischstation, -
2 : in einer ebenfalls sehr schematischen, diagrammartigen Ansicht die mögliche Fortsetzung eines entsprechenden Verfahrens von einem Schaumbetongemisch zu einem fertigen, geformten Bauelement, und -
3 : in einer Ansicht, etwa entsprechend einem Ausschnitt aus1 ein alternatives Verfahren, bei welchem eine Zementart (vollständig) durch Flugasche substituiert wird.
-
1 : Like a very schematic diagram, the core sequence of a method according to the invention, from the individual building materials to the creation of a foam concrete mix in a mixing station, -
2 : in a likewise very schematic, diagrammatic view, the possible continuation of a corresponding process from a foam concrete mixture to a finished, shaped building element, and -
3 : in a view, roughly corresponding to asection 1 an alternative method in which one type of cement is (completely) substituted by fly ash.
Der folgenden Figurenbeschreibung sei vorangestellt, dass gleiche oder vergleichbare Teile mit identischen Bezugszeichen versehen sein können, teilweise unter der Hinzufügung kleiner Buchstaben oder von Apostrophs, wobei diese in den der Figurenbeschreibung nachfolgenden Patentansprüchen der Übersichtlichkeit halber gegebenenfalls fortgelassen sind.The following description of the figures should be preceded by the fact that identical or comparable parts can be provided with identical reference symbols, in some cases with the addition of small letters or apostrophes, these being omitted from the claims following the figure description for the sake of clarity.
Hierfür wird Wasser
Für die Erfindung entscheidend ist hierbei, dass die Zementmischung
Bei der ersten Zementart
In dem Ausführungsbeispiel gemäß
Die zweite Zementart
Das Verhältnis der beiden Zementarten
Weiter lässt sich
Lediglich der Vollständigkeit halber sei angemerkt, dass die beiden Zementarten
Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach
Dieser kann den zu erstellenden Zementleim
Dieser Zusatz
Der Zusatz
Die Mühle
Schließlich ist in
In dem Ausführungsbeispiel wird offengelassen, ob gegebenenfalls noch Zuschlagsstoffe
Bei diesen Zuschlagstoffen kann es sich um Metakaolin
Bezüglich dieser Stoffe sei angemerkt, dass sich die Schreibweise in den Figuren beziehungsweise in der Figurenbeschreibung gegebenenfalls leicht voneinander unterscheidet. Dies mag an unterschiedlichen Schreibweisen, wie sie in der Literatur und wie sie in der Fachwelt bekannt sind, liegen.With regard to these substances, it should be noted that the notation in the figures or in the description of the figures may differ slightly from one another. This may be due to different spellings, as they are in the literature and as they are known in the professional world.
Zu
Vergleichbares gilt auch für die Zugabe der Flugasche
Die genannten Komponenten Wasser
Bei dem Mischer
In dem Mischer
Soviel zur Herstellung des Zementleims
Die rechte Seite gemäß
Somit wird einerseits der Schaum
Der Schaum
Das Mischverhältnis von Schaum
Die Mischstation
Erfindungsgemäß kann hierbei insbesondere durch die Verwendung der unterschiedlichen Zementarten
Auf diese Weise kann auch einer mangelnden Festigkeit des erhaltenen beziehungsweise der Mischstation entnehmbaren Schaumbetons entgegengewirkt werden.In this way, it is also possible to counteract a lack of strength in the foam concrete obtained or the foam concrete that can be removed from the mixing station.
Eine weitere Besonderheit besteht darin, dass der alkalitätserhöhende Zusatz
Gemäß
Zusätzlich kann durch das gezeigte Verfahren auch die Umwelt geschont werden, jedenfalls im Vergleich zu herkömmlichem Zement, dessen Herstellung beispielsweise relativ CO2-intensiv ist.In addition, the method shown can also protect the environment, at least in comparison to conventional cement, the production of which, for example, is relatively CO 2 -intensive.
Allerdings ist das erneute Abmischen im Kolloidmischer
An dieser Stelle sein angemerkt, dass der Mischer gemäß
Gemäß
Nach der Durchführung eines Trocknungsprozesses kann die Form oder der Block dann ausgeschalt werden und die geformte, getrocknete Masse aus dem gewünschten Schaumbetonmaterial kann formgebend angepasst werden, beispielsweise durch ein Sägen oder Schneiden oder Teilen oder ähnliches. Insbesondere kann ein entsprechendes Produkt auf Maß gesägt werden, nach Form einer Platte, welche dann als Dämmplatte einsetzbar ist.After a drying process has been carried out, the shape or the block can then be stripped out and the shaped, dried mass made of the desired foam concrete material can be shaped, for example by sawing or cutting or dividing or the like. In particular, a corresponding product can be sawn to size, in the form of a plate, which can then be used as an insulation board.
Abschließend zeigt
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Patent Citations (3)
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